Dispositivo compensador de expansión con vaso posicionador.

Dispositivo compensador de expansión con vaso posicionador para tubo receptor de energía solar (1) de los formados por un tubo interior absorbedor (3) y un tubo exterior de vidrio (4),

dejando un espacio vacío (5) entre ambos y que comprende dos elementos: un compensador de expansión (8) y un vaso posicionador (9), donde el vaso posicionador (9) está formado por un disco metálico (10) que incorpora en su perímetro exterior un pliegue perimetral (13) para realizar la unión con el compensador de expansión (8), contando dicho disco con una perforación circular (12) con un pliegue perimetral donde se coordina un cuerpo cilíndrico (14) el cual incorpora en su extremo contrario al disco (10) una transición cónica (15) que permite la transición entre el cuerpo cilíndrico (14), unido al disco (10) y un segundo cuerpo cilíndrico (17) de menor diámetro que el del cuerpo cilíndrico (14).

Dispositivo compensador de expansión con vaso posicionador.

Sector técnico de la invención

La presente invención se encuadra dentro de las tecnologías de alta concentración solar, concretamente dentro de los tubos receptores solares, refiriéndose al componente compensador de expansión con un vaso posicionador que permite la excentricidad entre el tubo de vidrio y el tubo absorbedor.

Antecedentes de la invención

El principio general de la tecnología termoeléctrica está basado en el concepto de la concentración de la radiación solar para producir generalmente vapor, que es utilizado posteriormente en plantas eléctricas convencionales.

La captación de energía solar es uno de los mayores retos en el desarrollo de plantas termoeléctricas. Existen dos tipos de concentradores solares: concentradores lineales y concentradores puntuales. La concentración lineal es más fácil de instalar al tener menos grados de libertad, pero tiene un factor de concentración menor y por lo tanto puede alcanzar menores temperaturas en el fluido que la tecnología de concentración puntual.

Es por eso que se trata de avanzar en el desarrollo de los tubos receptores usados en la concentración lineal, para tratar de aumentar la eficiencia de captación de éste y disminuir las pérdidas térmicas, de manera que el rendimiento global del campo solar se vea incrementado.

En general, un tubo receptor consta de dos tubos concéntricos entre los cuales se genera vacío. El tubo interior, por el que circula el fluido que se calienta o fluido caloportador, es metálico y el tubo exterior es de vidrio, habitualmente de borosilicato. El dispositivo compensador de expansión, se coloca entre ambos tubos de manera que permite el movimiento en sentido longitudinal de los tubos y garantiza el vacío, absorbiendo las tensiones que se crean por la diferencia existente entre los coeficientes de dilatación del metal y del vidrio.

El proceso de fabricación de dichos dispositivos de compensación consiste en la corrugación de un cuerpo cilindrico mediante diferentes técnicas como por ejemplo la técnica de hidroconformado. Básicamente se trata de un proceso de conformado de un material (generalmente un metal) mediante la acción de un fluido a alta presión.

La aplicación más común consiste en el conformado de un tubo de acero contra las paredes de una matriz que tiene la forma de fuelle, mediante la Introducción de un fluido a alta presión. Puede emplearse además una compresión axial simultánea para evitar un excesivo adelgazamiento del espesor del tubo en las zonas sometidas a una fuerte expansión.

Dicho dispositivo compensador de expansión consiste habitualmente en un fuelle plegable que se une al tubo metálico por un elemento de conexión y al tubo de vidrio por un elemento de transición vidrio-metal.

Se conocen en el estado de la técnica varios desarrollos para este elemento de conexión, en la patente US 7,013,887B2 se presentan tres posibles configuraciones diferenciadas entre si respecto, a la geometría de los elementos, su posición y las zonas de conexión entre ellos y al tubo interior. En la primera configuración (figura 1 de la patente US 7,013,887B2) a través de un cuerpo cónico (referencia 17 de dicho documento) y por su lado de menor diámetro, se realiza la conexión de este en el extremo del tubo interior o tubo absorbedor. Por su otro extremo el vaso finaliza en un disco (referencia 16 de dicho documento). Sobre éste último y concretamente en la zona de radio más exterior del disco (referencia 16 de dicho documento}, se realiza la unión con el elemento compensador de expansión por su extremo más interior al tubo. Por su otro extremo, extremo exterior, el elemento compensador de expansión se conecta al elemento de transición vidrio metal y éste al tubo de vidrio. En la tercera configuración (figura 3 de dicho documento) a través de un cuerpo cilindrico (referencia 18' de dicho documento) y por el lado más externo al tubo, se realiza la conexión de éste en el extremo del tubo interior. Por su otro extremo o extremo interior incorpora un disco (referencia 16 de dicho documento) sobre el que se realiza la unión con el elemento compensador de expansión, concretamente al extremo del compensador más interior al tubo caloportador y por la zona del disco (referencia 16 de dicho documento) de radio menor. Por el otro extremo o extremo exterior del compensador de expansión, se produce la unión con el elemento de transición vidrio-metal el cual se conecta directamente con el tubo de vidrio.

En la patente WO/2011042580A1 existe un elemento de conexión entre el tubo absorbedor y el dispositivo compensador de expansión denominado vaso, encontrándose este vaso soldado a ambos elementos.

Por otra parte, los elementos de transición vidrio-metal que permiten las uniones entre el compensador de expansión y el tubo de vidrio se describen, por ejemplo, en las patentes US 1,293,441 o US 6,324,870 B1 y tienen la propiedad de tener coeficientes de dilatación similares a los del vidrio.

Los conjuntos de dispositivos de compensador de expansión y dispositivos de conexión (cuerpo cónico-disco) conocidos en el estado del arte presentan limitaciones geométricas importantes ya que sólo permiten la coordinación entre los dos tubos principales de forma concéntrica.

En el estado del arte de la tecnología termosolar no se conocen soluciones que permitan soportar excentricidad entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio.

En otros campos de la técnica, se conocen elementos que mantienen la excentricidad como, por ejemplo, los descritos en el modelo de utilidad ES-0142119 U y en las patentes EP0241624A1 y US 3,956,965. Estas realizaciones consisten en uniones mecánicas entre tubos excéntricos por medio de piezas cónicas encajadas entre sí o por medio de piezas agujereadas para alojar dentro de ellas los tubos que se desean posicionar de forma excéntrica. Sin embargo, dichos elementos no son capaces por sí solos de posicionar dos tubos de forma excéntrica y absorber dilataciones, por lo que su aplicabilidad a los receptores termosolares no es posible.

Por ello, la presente invención tiene como objetivo idear un nuevo dispositivo que, en los tubos receptores solares, permita la excentricidad entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio y al mismo tiempo absorba las dilataciones que entre ellos se producen.

Descripción de la invención

La invención consiste en un nuevo conjunto de dispositivo de compensación de expansión con vaso posicionador para tubos receptores que permite la excentricidad entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio y al mismo tiempo absorbe las dilataciones que entre ellos se producen.

El nuevo dispositivo comprende el conjunto formado por un compensador de expansión y un vaso posicionador.

El vaso posicionador comprende un disco metálico de diámetro igual o sensiblemente inferior al diámetro interior del extremo del compensador de expansión.

Este disco incorpora un pliegue a lo largo de todo su perímetro exterior, donde se realiza la unión con el compensador de expansión, el cual también incorpora un pliegue perimetral, de forma que se garantiza la hermeticidad en la totalidad de su perímetro. El pliegue perimetral del disco consiste en un saliente circular concéntrico al extremo del compensador de expansión y de diámetro sensiblemente inferior a éste, de forma que ambos pueden soldarse mediante soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) sin aportación a testa (sin aportación de material al realizar la soldadura por contacto, borde contra borde).

Hacia el interior del disco y sobre su superficie, se encuentra una perforación circular de diámetro superior al tubo metálico principal o tubo absorbedor que se caracteriza por estar localizada de modo excéntrico respecto al diámetro exterior del disco. Asimismo, en el perímetro de dicha perforación circular, se puede presentar un pliegue orientado en la misma dirección que el del disco en su exterior y donde se realiza la coordinación, unión y sellado hermético del disco con un cuerpo cilindrico, de espesor igual o sensiblemente superior al disco metálico y que incorpora en su parte final una transición cónica formada por radios de acuerdo que permiten la transición entre el cuerpo cilindrico unido al disco y un segundo cuerpo cilindrico, de menor diámetro y que está unido al tubo metálico absorbedor.

Ese segundo cuerpo cilindrico se conecta al tubo metálico principal mediante soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) con aportación de material a solape y permite dotarle de la adecuada resistencia estructural respecto a efectos de sobrepresión y dilataciones que se producen, en régimen de trabajo, en el tubo metálico absorbedor,...

1. Dispositivo compensador de expansión con vaso posicionador para tubo receptor de energía solar (1) de los formados por un tubo interior absorbedor (3), generalmente metálico, por el que circula el fluido caloportador y un tubo exterior de vidrio (4), generalmente de borosilicato, dejando una cámara de vacío (5) entre ambos y donde el tubo de vidrio (4) termina en un elemento de transición vidrio-metal (19) que se suelda con una pieza en forma de tapa (7) cerrando así la cámara de vacío (5), el dispositivo está caracterizado porque comprende dos elementos: un compensador de expansión (8) y un vaso posicionador (9), donde el vaso posicionador (9) comprende a su vez un disco metálico (10) que Incorpora en su perímetro exterior un pliegue perlmetral (13) para realizar la unión con un pliegue (11) que el compensador de expansión (8) tiene en su perímetro exterior, contando dicho disco con una perforación circular excéntrica (12) que también cuenta con un pliegue perlmetral donde se coordina y une un cuerpo cilindrico (14) el cual Incorpora en su extremo contrario al disco (10) una transición cónica (15) formada por radios de acuerdo (16) que permiten la transición entre el cuerpo cilindrico (14), unido al disco (10) y un segundo cuerpo cilindrico (17) de menor diámetro que el del cuerpo cilindrico (14) que se une al tubo metálico (3); además existen dos cavidades: una cavidad Interna (20) formada por el tubo metálico (3) y el cuerpo cilindrico (14) y una cavidad externa (21) formada por el compensador de expansión (8) y el tubo de vidrio (4).

2. Dispositivo compensador de expansión con vaso posicionador según reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo cilindrico (17) se une al tubo metálico (3) mediante soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) con aportación de material a solape.

3. Dispositivo compensador de expansión con vaso posicionador según reivindicación 1 caracterizado porque el disco metálico (10) por su cara Interior al tubo en contacto con el vacío se encuentra espejado o parcialmente espejado.