Panel térmico solar de vacío con un sellado de vidrio-metal hermético al vacío.

Panel térmico solar de vacío que comprende una envuelta de vacío (30) que define un volumen sellado,

capaz de resistir la presión atmosférica cuando se evacua, estando dispuesto por lo menos un absorbedor de calor (12) dentro de la envuelta de vacío (30), un tubo (13) que entra y sale de la envuelta (30) y en contacto con el absorbedor de calor (12), comprendiendo dicha envuelta de vacío (30) una primera placa (1; 101) realizada en vidrio, un marco periférico (3) dispuesto sustancialmente en la periferia de la primera placa (1; 101), uniendo un cinturón (4, 5; 104) periférico metálico el marco periférico (3) a la primera placa (1; 101), siendo dicho cinturón (4; 104) periférico metálico continuo y hermético al vacío y estando unido a la primera placa de vidrio (1; 101) y al marco periférico por medio de un sellado hermético al vacío (8; 108; 6; 7), caracterizado porque:

- dicho sellado hermético al vacío entre dicho cinturón (4; 104) periférico metálico y dicha primera placa de vidrio (1; 101) es un sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo hermético al vacío, que comprende material de vidrio (14; 114), siendo obtenido dicho sellado de vidrio-metal (8; 108) hermético al vacío mediante la fusión y posterior solidificación de dicho material de vidrio (14; 114), - y porque dicho cinturón (4, 104) periférico metálico comprende por lo menos una parte elásticamente deformable (10, 100) que es por lo menos elásticamente deformable para evitar que dicho sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo sea dañado y no siga siendo hermético al vacío cuando se someta al proceso de evacuación de la envuelta y a los tratamientos térmicos del panel y a los potenciales desplazamientos recíprocos de la placa de vidrio (1, 2) y del cinturón (4, 5; 110) periférico metálico unido.

Panel térmico solar de vacío con un sellado de vidrio-metal hermético al vacío.

La presente invención se refiere a un panel térmico solar de vacío y a un procedimiento para la producción de dicho panel térmico solar de vacío según el preámbulo de las reivindicaciones principales.

Los paneles solares de tubo evacuado normalmente se obtienen al conectar en paralelo múltiples tubos de calor, con aletas absorbedoras de calor unidas a los mismos, selladas en tubos de vidrio evacuados individuales.

Este diseño adolece del inconveniente de que proporciona un espacio muerto importante entre los absorbedores de calor y presenta una parte importante del sistema de circuitos de fluido de transferencia de calor fuera del aislamiento al vacío.

Para superar estas limitaciones, se desarrollaron paneles térmicos solares de vacío planos, que comprenden una envuelta hermética al vacío plana con una placa de vidrio transparente para la radiación solar visible. Dentro de la envuelta de vacío se disponen absorbedores de calor y un tubo que entra y sale de la envuelta, conectado a los absorbedores de calor. La radiación solar entra en la envuelta a través de la placa de vidrio, es absorbida mediante los absorbedores de calor y se convierte en calor, que se transfiere al tubo y al fluido térmico que fluye en el tubo. El alto vacío se mantiene dentro de la envuelta que incluye los absorbedores de calor y el tubo conectado a los mismos, con el fin de impedir que el calor se escape al ambiente externo por convección.

La patente US nº 4.332.241 y el documento EP 1706678 describen un panel térmico solar de vacío que comprende dos placas de vidrio paralelas y un marco metálico de separación para soportar las placas de vidrio en una disposición espaciada. Las partes superficiales de las placas de vidrio tienen un revestimiento metálico, con el fin de permitir soldarse al marco metálico de separación, proporcionando de esa forma un sellado hermético al vacío entre las placas de vidrio y el marco metálico de separación. Además, el marco separación comprende preferentemente barras o cintas deformables de plomo o metal blando para soldarse al revestimiento metálico de las placas de vidrio, con el fin de limitar la tensión inducida en el sellado de vidrio-metal mediante las diferencias de expansión térmica y presión. El documento GB 2259732 da a conocer un panel de aislamiento térmico genérico con dos placas paralelas y un sellado periférico flexible, preferentemente realizado en caucho de silicio o polisulfuro, para permitir un movimiento de las placas una con respecto a otra debido a la expansión térmica del gas contenido dentro del panel.

Ambas tecnologías tienen graves limitaciones intrínsecas. La mayoría de los metales blandos (es decir, plomo) son tóxicos y su uso está siendo cada vez más restringido. La metalización del vidrio depende de los revestimientos de superficie que pueden deteriorarse mucho más rápido que los materiales a granel debido al hecho de que se extienden únicamente por algunas capas atómicas. Por otro lado, los pegamentos, el caucho de silicio o el polisulfuro permiten la permeación de gas con el tiempo, debido a sus constituyentes orgánicos, evitando de este modo su uso para aplicaciones de alto vacío, a largo plazo.

El documento FR 249956 da a conocer un panel térmico solar de vacío que comprende una placa de vidrio superior e inferior espaciada y soportada por unas paredes laterales metálicas o de vidrio cuyos bordes están sellados al borde de dichas placas al utilizar pasta de frita de pirocerámica.

La patente US nº 4493440 describe un panel solar hermético, en el que las paredes laterales rígidas no están selladas de a una placa de vidrio superior mediante una pasta de frita.

La patente US nº 4095428 describe una planta de energía eléctrica solar que presenta unos colectores térmicos, que comprenden una placa de vidrio superior, que transmite radiación solar incidente a un forro de acero proporcionado en su cara inferior con un conducto de fluido para pasar un fluido de transferencia de calor a lo largo de la superficie del forro. En la superficie superior del revestimiento de acero, se dispone un estrato sinterizado de polvo de silicio templado, retenido en el forro de acero mediante un material de soldadura fuerte térmicamente conductor. Un reborde formado a partir de una banda delgada de acero conecta la placa de vidrio y el forro de acero, respectivamente, por medio de una solución de pintura de frita de vidrio y una soldadura fuerte.

El documento JP59119137 describe un procedimiento para sellar un cuerpo metálico tubular al colector de vidrio de tubo. Además, se da a conocer el hecho de formar un anillo de vidrio en un borde del cuerpo metálico tubular antes de conectar dicho cuerpo al tubo de vidrio.

El documento GB1439444 describe un procedimiento para unir dos elementos de vidrio preformados mediante el calentamiento por resistencia de un elemento de sellado metálico.

La patente US nº 4640700 da a conocer un procedimiento para unir un perno de remache a un panel de tubo de rayo de cátodo.

El documento GB2259732 da a conocer un aparato de aislamiento térmico para realizar ventanas con un sellado

hermético sin vacío y flexible.

El documento US2005/181925 describe un procedimiento para fabricar una junta de vidrio-metal para un colector de tubo de energía solar.

Un objetivo de la presente invención es superar los inconvenientes de los paneles térmicos solares de la técnica anterior al proporcionar un panel térmico solar de vacío que comprende una envuelta de vacío duradera y fiable.

Otro objetivo de la presente invención es reducir la tensión aplicada al sellado de vidrio-metal debido a la presión atmosférica y a la expansión térmica diferencial de los constituyentes del panel cuando se calientan durante el ciclo de cocción.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un panel térmico solar de vacío plano con dos placas paralelas.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un panel térmico solar de vacío plano con una eficacia mejorada a una temperatura superior a 200º C.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un procedimiento destinado a obtener dicho panel térmico solar de vacío.

La presente invención se entenderá y se pondrá más completamente a partir de la siguiente descripción detallada considerada junto con las figuras adjuntas, en las que:

la Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un panel térmico solar de vacío según la invención;

la Figura 2 muestra una vista explosionada del panel;

la Figura 3 muestra una sección transversal de la pared periférica del panel térmico solar de vacío;

la Figura 4 muestra una sección transversal ampliada de la pared periférica del panel térmico solar de vacío, que muestra un sellado de vidrio-metal masivo correspondiente, que tiene el borde del cinturón periférico empotrado en la placa de vidrio, según una primera forma de realización de la invención;

las Figuras 5 y 6 muestran una sección transversal ampliada de una primera y segunda formas de realización de la pared periférica del panel térmico solar de vacío, que muestran un sellado de vidrio-metal masivo de compresión, que tiene el borde del cinturón periférico empotrado en una cinta de frita de vidrio que une el cinturón periférico a la placa de vidrio, según una segunda forma de realización de la invención.

El panel térmico solar de vacío según la invención (Figuras 1 y 2) comprende una envuelta de vacío 30 que define un volumen sellado, capaz de resistir una presión atmosférica cuando se evacua, por lo menos con una primera placa 1 realizada en vidrio transparente para la radiación solar visible. Un tubo 13 para el fluido térmico con múltiples absorbedores de calor 12 en buen contacto térmico con el mismo tubo está encerrado con la envuelta de vacío para evitar la transferencia de calor al ambiente debido a la convección. Dicho tubo 13 entra y sale de la envuelta de vacío 30 a través de los puertos de salida 20. Por supuesto, puede estar presente más de un tubo 13.

La envuelta de vacío 30 puede presentar una primera y segunda placa 1 y 2 paralelas, ambas realizadas en vidrio, o una primera placa 1, realizada en vidrio, y una segunda placa 2, realizada en metal, mantenidas en... [Seguir leyendo]

1. Panel térmico solar de vacío que comprende una envuelta de vacío (30) que define un volumen sellado, capaz de resistir la presión atmosférica cuando se evacua, estando dispuesto por lo menos un absorbedor de calor (12) dentro de la envuelta de vacío (30) , un tubo (13) que entra y sale de la envuelta (30) y en contacto con el absorbedor de calor (12) , comprendiendo dicha envuelta de vacío (30) una primera placa (1; 101) realizada en vidrio, un marco periférico (3) dispuesto sustancialmente en la periferia de la primera placa (1; 101) , uniendo un cinturón (4, 5; 104) periférico metálico el marco periférico (3) a la primera placa (1; 101) , siendo dicho cinturón (4; 104) periférico metálico continuo y hermético al vacío y estando unido a la primera placa de vidrio (1; 101) y al marco periférico por medio de un sellado hermético al vacío (8; 108; 6; 7) , caracterizado porque:

- dicho sellado hermético al vacío entre dicho cinturón (4; 104) periférico metálico y dicha primera placa de vidrio (1; 101) es un sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo hermético al vacío, que comprende material de vidrio (14; 114) , siendo obtenido dicho sellado de vidrio-metal (8; 108) hermético al vacío mediante la fusión y posterior solidificación de dicho material de vidrio (14; 114) ,

- y porque dicho cinturón (4, 104) periférico metálico comprende por lo menos una parte elásticamente deformable (10, 100) que es por lo menos elásticamente deformable para evitar que dicho sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo sea dañado y no siga siendo hermético al vacío cuando se someta al proceso de evacuación de la envuelta y a los tratamientos térmicos del panel y a los potenciales desplazamientos recíprocos de la placa de vidrio (1, 2) y del cinturón (4, 5; 110) periférico metálico unido.

2. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material de vidrio (14; 114) del sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo hermético al vacío tiene empotrado un borde (16; 116) del cinturón (4; 104) periférico.

3. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material de vidrio (14; 114) de dicho sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo hermético al vacío se adhiere directamente a ambos lados del cinturón (4; 104) periférico metálico.

4. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sellado de vidrio-metal (8) masivo hermético al vacío se obtiene mediante la fusión localizada y la posterior solidificación del material de vidrio

(14) de la primera placa (1) cerca del borde (16) del cinturón (4) periférico.

5. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sellado de vidrio-metal masivo hermético al vacío comprende un menisco de frita de vidrio (114) a ambos lados del cinturón (104) periférico metálico que une el cinturón (104) periférico metálico a la primera placa de vidrio (101) .

6. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una segunda placa (2) , sustancialmente paralela a la primera placa (1) , con el fin de obtener un panel térmico solar plano, estando colocado el absorbedor de calor (12) entre la primera y segunda placas (1, 2) dentro de la envuelta de vacío (30) .

7. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha segunda placa (2) está realizada en vidrio, con el fin de tener un panel solar de doble cara.

8. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha por lo menos una parte elásticamente deformable (10, 110) del cinturón (4, 5; 104) periférico metálico es por lo menos elásticamente deformable para permitir una deformación elástica de dicho cinturón de por lo menos 0, 1 mm con respecto a un eje perpendicular a la placa de vidrio (1) .

9. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque el cinturón (4; 104) periférico metálico comprende una parte intermedia prevista entre una primera y segunda parte de dicho cinturón metálico, estando unida dicha primera parte con la primera placa de vidrio (1; 101) y comprendiendo el sellado de vidrio-metal (8, 108) masivo hermético al vacío, estando unida dicha segunda parte de dicho cinturón (4; 104) metálico con el marco periférico (3) , y comprendiendo un sellado de metal-metal (6, 116) hermético al vacío; estando prevista dicha por lo menos una parte elásticamente deformable (10, 110) en dicha parte intermedia.

10. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha por lo menos una parte elásticamente deformable (10, 110) comprende por lo menos una parte no rectilínea, o por lo menos una parte por lo menos parcialmente curvada, o por lo menos una nervadura (10, 110) .

11. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 10, caracterizado porque la nervadura (10, 110) es de forma semicircular, tiene aproximadamente 2 mm de radio, y se extiende por toda la longitud del cinturón periférico.

12. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 2, caracterizado porque el borde (16; 116) del cinturón (4; 104) periférico empotrado en el sellado de vidrio-metal (8; 108) masivo hermético al vacío es aproximadamente

perpendicular a la placa de vidrio (1, 2) .

13. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque el cinturón (4; 104) periférico tiene un grosor comprendido entre 0, 1 y 1 mm.

14. Panel térmico solar de vacío según la reivindicación 5, caracterizado porque la frita de vidrio (114) del sellado de vidrio-metal masivo hermético al vacío comprende un coeficiente de expansión térmica ligeramente inferior al de la placa de vidrio (101) y el cinturón (104) metálico que va a ser sellado.

15. Procedimiento de producción de un panel térmico solar según la reivindicación 1 y que comprende una envuelta de vacío (30) que define un volumen sellado, capaz de resistir la presión atmosférica cuando se evacua, comprendiendo dicha envuelta (30) una primera placa (1; 101) realizada en vidrio y un cinturón (4; 104) periférico metálico, proporcionando dicho procedimiento un sellado de vidrio-metal (8; 108) hermético al vacío entre la primera placa (1; 201) y el cinturón (4; 104) periférico metálico, caracterizado porque:

- el material de vidrio (14; 114) está dispuesto cerca del borde (16; 116) del cinturón (4; 104) periférico, es calentado por encima de su temperatura de fusión y es posteriormente enfriado por debajo de dicha temperatura, con el fin de permitir que el material de vidrio (14; 114) se adhiera a ambos lados de dicho cinturón (4; 104) periférico metálico y una el cinturón (4; 104) periférico metálico a la primera placa (1; 101) .

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

- la primera placa de vidrio (1) es calentada a una temperatura próxima a su temperatura de reblandecimiento, pero sin alcanzarla;

- el cinturón (4) periférico es calentado a una temperatura situada por encima de la temperatura de fusión de la primera placa (1) ;

- un borde del cinturón (4) periférico es presionado contra la primera placa (1) para conseguir la fusión localizada y para insertar el borde (16) en la primera placa (1) , de manera que el borde (16) del cinturón (4) periférico quede empotrado en el vidrio (14) de la primera placa (1) ;

- la primera placa (1) y el cinturón (4) periférico son enfriados por debajo de la temperatura de reblandecimiento de la primera placa (1) , proporcionando un sellado de vidrio-metal (8) hermético al vacío correspondiente entre la primera placa (1) y el cinturón (4) periférico metálico.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque después de la inserción del borde (16) del cinturón (4) periférico en la primera placa de vidrio (1) , el cinturón (4) periférico está por lo menos parcialmente retraído de la primera placa (1) para formar un menisco a ambos lados del borde (16) del cinturón (4) periférico.

18. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

- se proporciona una pasta de frita de vidrio que comprende el material de frita de vidrio y un aglutinante;

- la pasta de frita de vidrio es colocada en la parte superior de la superficie de la primera placa (101) , para formar una cinta continua;

- el borde (116) del cinturón (104) periférico es insertado en la cinta de la pasta de frita de vidrio, entrando en contacto asimismo con la superficie de la placa de vidrio (101) ;

- la pasta de frita de vidrio es calentada y fundida para formar un menisco de frita de vidrio fundida a ambos lados del cinturón (104) periférico;

- la frita de vidrio es enfriada y solidificada, proporcionando de este modo un sellado de vidrio-metal (108) masivo hermético al vacío de compresión entre la primera placa (101) y el cinturón (104) periférico metálico.

19. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

- se proporciona una pasta de frita de vidrio que comprende material de frita de vidrio y un aglutinante;

- la pasta de frita de vidrio es colocada en la parte superior de la superficie de la primera placa (101) , para formar una cinta continua;

- la cinta es por lo menos parcialmente secada,

- la placa (101) con la cinta seca es colocada al revés sobre el cinturón (104) periférico que toca el borde superior

de dicho cinturón periférico, siendo dicha cinta incapaz de fluir por encima de dicho cinturón periférico debido a dicha etapa previa de secado de la cinta,

- la pasta de frita de vidrio es calentada y fundida de manera que pueda fluir por lo menos parcialmente hacia

abajo a lo largo de ambos lados del cinturón y formar un menisco sustancialmente simétrico y homogéneo de frita de vidrio fundida a ambos lados del cinturón (104) periférico,

- la frita de vidrio es enfriada y solidificada, proporcionando de este modo un sellado de vidrio-metal (108) masivo

hermético al vacío de compresión entre la primera placa (101) y el cinturón (104) periférico metálico. 10

20. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque se utiliza una estructura de soporte para colocar un borde (16; 116) del cinturón (4; 104) periférico, cerca del material de vidrio (14; 114) y se calienta dicho material de vidrio por encima de su temperatura de fusión, estando dimensionada dicha estructura de soporte para que alcance las dimensiones deseadas a la temperatura de fusión del material de vidrio, estirando dicha estructura de soporte a esta temperatura el cinturón (5, 5A, 104) periférico metálico y colocando dicho cinturón en la ubicación deseada con respecto a la placa de vidrio (2) , manteniéndolo al mismo tiempo en contacto con el material de vidrio fundido.

21. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque utiliza una pasta de frita de vidrio (114) que comprende un coeficiente de expansión térmica ligeramente inferior al de la placa de vidrio (101) y el cinturón (104) metálico que va a ser sellado.