Mejoras en los tubos receptores de colectores solares.

Tubo receptor de un colector solar, que comprende, por lo menos,

un elemento tubular central dispuesto dentro de un elemento tubular exterior, por lo menos un elemento de longitud variable para compensar la diferente dilatación térmica de dichos dos elementos tubulares y, por lo menos, un sistema "getter" (10; 20; 30; 310; 320; 40; 60; 110) que comprende un recipiente que aloja polvo del material "getter" (12, 12', 12"; 22, 22'; 32, 33, 312, 312'; 322, 322'; 41, 41', 42, 42', 112, 112'), siendo dicho recipiente de forma sustancialmente toroidal y estando dispuesto alrededor del elemento tubular central, caracterizado porque dicho recipiente aloja pastillas cilíndricas de polvo comprimido del material "getter", teniendo la sección transversal del recipiente una anchura comprendida entre 1,05*i y 1,2*i en que i es la dimensión lateral global de las pastillas cilíndricas del material "getter" en la sección transversal del recipiente.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2012/053908.

Solicitante: SAES GETTERS S.P.A..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Viale Italia 77 20020 Lainate MI ITALIA.

Inventor/es: CONTE, ANDREA, VIALE,LUCA, URBANO,MARCO, SANTELLA,GIANNI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/05 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › rodeados de una envolvente transparente, p. ej. colectores solares con una envoltura en vacío.
  • F24J2/46 F24J 2/00 […] › Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar.

PDF original: ES-2544739_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Mejoras en los tubos receptores de colectores solares La presente invención se refiere a mejoras en los tubos receptores de colectores solares, en particular a un sistema "getter" (de adsorción de gases) , para controlar la cantidad de hidrógeno en una instalación que utiliza tubos receptores conectados en serie entre sí.

Los colectores solares se están convirtiendo en una fuente de energía alternativa de importancia creciente. Uno de los problemas de estos colectores está relacionado con la presencia de hidrógeno, incluso a niveles reducidos. De hecho, en los tubos receptores de los colectores solares la presencia de hidrógeno es perjudicial dado que aumenta la conductividad térmica desde el cuerpo tubular central, en el que circula un fluido de extracción del calor hacia el exterior del tubo receptor, disminuyendo de este modo progresivamente su eficiencia. En algunos tipos de tubos receptores, tales como loa que utilizan aceites diatérmicos, los problemas relacionados con la presencia de hidrógeno son de especial importancia dado que el fluido que circula en el interior del cuerpo central tiende a descomponerse a temperaturas elevadas, generando hidrógeno.

Asimismo, en las nuevas generaciones de tubos receptores, que utilizan un fluido de un tipo diferente para extraer el calor a temperaturas elevadas, el problema relacionado con la presencia de hidrógeno y el consiguiente empeoramiento de las características del dispositivo es de especial importancia, dado que a dichas temperaturas existe una mayor desgasificación de gas hidrógeno desde las partes metálicas del receptor.

Un problema adicional en el interior de los tubos receptores de los colectores solares está relacionado asimismo con el posicionado correcto del material "getter", y a los medios utilizados para su almacenamiento, es decir, al sistema "getter" y a cómo interactúa con los demás componentes del tubo receptor del colector solar.

En particular, existen tres aspectos problemáticos diferentes relacionados con la temperatura de funcionamiento del tubo receptor y con la temperatura del material "getter" en el interior del sistema "getter".

Por un lado, la temperatura del material "getter" en condiciones operativas no debe ser excesivamente alta, estando comprendida idealmente entre 200 y 400ºC, dado que a temperaturas más elevadas existe un marcado empeoramiento en la capacidad del sistema para absorber hidrógeno; por otro lado, a temperaturas más bajas existe un empeoramiento de la capacidad del sistema "getter" para extraer otros gases presentes en el sistema, tales como N2, O2, CO, CO2 e hidrocarburos. En realidad, incluso aunque el hidrógeno es el elemento gaseoso más perjudicial para el tubo receptor, asimismo la acumulación de otros elementos gaseosos ocasiona su decrecimiento progresivo.

En un segundo aspecto, la temperatura juega un papel muy importante durante la fase de acondicionamiento y desgasificación del tubo receptor del colector solar. En este caso, uno de los procedimientos de desgasificación más comunes contempla el calentamiento del tubo receptor por medio de resistencias eléctricas internas, mediante un flujo de corriente o un calentamiento en una estufa con unas temperaturas máximas que dependen tanto del tipo del tubo receptor (aceite diatérmico o sales fundidas) como de la resistencia termomecánica de la unión cristal-metal. Es fundamental que durante esta fase exista asimismo la activación del sistema "getter", que en consecuencia deberá estar concebido de tal forma que lleve el material contenido en su interior a temperaturas más elevadas de 300ºC.

Un tercer aspecto, de menor importancia con respecto a los dos mencionados anteriormente, pero que puede impactar de manera significativa en la funcionalidad del sistema "getter" en el interior de los tubos colectores, está relacionado con el hecho de que las instalaciones de colectores solares contemplan la utilización de una serie de elementos conectados en serie. En particular en una instalación típica existen entre 100 y 150 tubos receptores, teniendo cada tubo receptor una longitud aproximada de 4 metros. El número de elementos puede variar de una manera significativa dependiendo de diversos parámetros, tales como su situación geográfica, que determina asimismo limitaciones en el número de elementos a conectar en serie. De hecho, el fluido de extracción de calor está relativamente frío en los primeros elementos, pero su temperatura aumenta progresivamente hasta el elemento final, en el que el fluido que ha alcanzado la temperatura más elevada sale para ir hacia los intercambiadores térmicos. De este modo, el número óptimo de elementos en una instalación está determinado por el equilibrio para obtener una temperatura suficientemente elevada para conseguir un intercambio térmico eficiente, pero no excesivamente alta para evitar poner en peligro la integridad estructural del sistema, por ejemplo, llevando el fluido de extracción del calor a una temperatura excesiva, que ocasione su deterioro; la temperatura máxima en el caso de aceites es de aproximadamente 400ºC, mientras que en el caso de sales es de aproximadamente 550ºC. Temperaturas más elevadas podrían conducir asimismo a una desgasificación excesiva que podría degradar rápidamente las condiciones de vacío en el interior de los elementos próximos a la salida. A este respecto, en el sector técnico, el nivel habitual de vacío requerido para garantizar un aislamiento térmico eficiente es igual o menor que 10-4 mbar.

Los problemas y las limitaciones relacionados con las temperaturas requieren algunas soluciones específicas que pueden diferir según el tipo de tubo receptor. Más concretamente, a continuación, se hará referencia a tubos

receptores a altas temperaturas de trabajo, cuyos tubos pueden alcanzar temperaturas superiores a 450ºC, tales como los que utilizan sales fundidas, mientras que el término tubos receptores que funcionan a temperaturas de trabajo moderadas, se hace referencia a tubos cuyas temperaturas de trabajo no superan los 450ºC, tales como los tubos receptores que utilizan aceites diatérmicos como fluido de enfriamiento.

Por consiguiente, de manera ideal, el sistema "getter" debería interactuar con el tubo receptor de un modo algo distinto dependiendo de la posición del tubo receptor en la secuencia que constituye la instalación, dado que una solución capaz de superar este problema mejoraría la eficiencia global de la instalación.

Las soluciones conocidas en la técnica no son capaces de abordar todos estos aspectos al mismo tiempo. Por ejemplo, la patente U.S.A. 6.832.608 muestra un sistema "getter" en forma de un patín que contiene pastillas de material "getter", enfocándose de este modo únicamente en los aspectos relacionados con la temperatura excesiva del material, dado que la función técnica del patín es la de proteger el material "getter" contra la radiación solar y las partes del colector a temperatura más elevada.

Un problema similar se ha identificado también en la solicitud de patente internacional WO 2011/039281 que describe varias formas geométricas y soluciones, cuyo propósito es la protección del material "getter" de la radiación solar concentrada entrante.

El documento DE-A-10 2009 045 100 da a conocer un tubo receptor de un colector solar según el preámbulo de la reivindicación 1. El objetivo de la presente invención es el de solucionar los problemas todavía presentes en la técnica conocida, con una solución capaz de abordar los temas relacionados con la temperatura correcta del material "getter" en un tubo receptor de un colector solar. Dicho objetivo se consigue con un tubo receptor de un colector solar que contiene un elemento tubular central en el que circula un fluido de extracción de calor, un elemento tubular exterior que actúa como una envolvente, un elemento con una longitud variable para la compensación de la diferente dilatación térmica de los dos elementos tubulares, y un sistema "getter" que comprende un recipiente que aloja polvo de material "getter", teniendo este recipiente una forma sustancialmente toroidal y está dispuesto alrededor del elemento tubular central, caracterizado porque dicho recipiente aloja pastillas cilíndricas de polvo comprimido de material "getter", teniendo la sección transversal del recipiente una anchura comprendida entre 1, 05*i y 1, 2*i, en la que i es la dimensión lateral global de las pastillas cilíndricas del material "getter" en la sección transversal del recipiente.

Con el término "envergadura lateral" ("lateral encumbrance") se entiende la envergadura que presentan las pastillas del material "getter" con respecto a la anchura de la sección transversal del recipiente toroidal, es decir, la dimensión lateral... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Tubo receptor de un colector solar, que comprende, por lo menos, un elemento tubular central dispuesto dentro de un elemento tubular exterior, por lo menos un elemento de longitud variable para compensar la diferente dilatación 5 térmica de dichos dos elementos tubulares y, por lo menos, un sistema "getter" (10; 20; 30; 310; 320; 40; 60; 110) que comprende un recipiente que aloja polvo del material "getter" (12, 12, 12"; 22, 22; 32, 33, 312, 312; 322, 322; 41, 41, 42, 42, 112, 112) , siendo dicho recipiente de forma sustancialmente toroidal y estando dispuesto alrededor del elemento tubular central, caracterizado porque dicho recipiente aloja pastillas cilíndricas de polvo comprimido del material "getter", teniendo la sección transversal del recipiente una anchura comprendida entre 1, 05*i y 1, 2*i en que i es la dimensión lateral global de las pastillas cilíndricas del material "getter" en la sección transversal del recipiente.

2. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que dichas pastillas cilíndricas del material "getter" están dispuestas con sus ejes sustancialmente ortogonales al eje del recipiente, estando comprendida la altura del 15 recipiente entre 1, 05*d y 1, 2*d, en las que d representa el diámetro de las pastillas cilíndricas del material "getter".

3. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que dichas pastillas cilíndricas del material "getter" están dispuestas con sus ejes sustancialmente paralelos al eje del recipiente.

4. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que la altura del recipiente está comprendida entre 1, 05*n*h y 1, 2*n*h, en que h es la altura de las pastillas cilíndricas del material "getter" y n es el número de capas de pastillas apiladas.

5. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que la parte superior (15, 43; 113) del recipiente comprende, por lo menos, un elemento perforado escogido entre una malla metálica, un tabique poroso y/o una lámina perforada, en los que los orificios de este elemento perforado tienen aberturas comprendidas entre 0, 05 mm y 0, 2 mm.

6. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que la parte superior del recipiente comprende una parte metálica cerrada (17) que forma una hendidura (16) con una anchura comprendida entre 0, 05 y 0, 2 mm. 30

7. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que el recipiente comprende partes fabricadas de un material que tiene una emisividad menor o igual a 0, 2 y partes fabricadas de un material que tiene una emisividad mayor o igual a 0, 8, estando dispuestas las partes con la emisividad más baja junto a las zonas del tubo receptor que están a la temperatura más baja.

8. Tubo receptor, según la reivindicación 7, en el que las partes con la emisividad más baja comprenden una pared exterior (14) del recipiente y/o las partes con la emisividad más elevada comprenden una pared interior (13) del recipiente.

9. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que dicho recipiente está dotado de medios de anclaje (313. 313, 313"; 323, 323, 323", 323; 45, 45, 45") para fijarlo, al menos, a tres puntos del elemento tubular central.

10. Tubo receptor, según la reivindicación 9, en el que dichos medios de anclaje están esencialmente separados a distancias iguales. 45

11. Tubo receptor, según la reivindicación 9, en el que dichos medios de anclaje son flexibles.

12. Tubo receptor, según la reivindicación 9, en el que dichos medios de anclaje (45, 45, 45"; 114, 114, 114") se

obtienen doblando aletas metálicas (44, 44, 44n) . 50

13. Tubo receptor, según la reivindicación 9, en el que la temperatura de trabajo de dicho tubo receptor no es mayor de 450ºC y dichos medios de anclaje tienen una conductividad térmica mayor o igual a 50 W/m ºC.

14. Tubo receptor, según la reivindicación 9, en el que la temperatura de trabajo de dicho tubo receptor es mayor de 55 450ºC y dichos medios de anclaje tienen una conductividad térmica menor o igual a 20 W/m ºC.

15. Tubo receptor, según la reivindicación 9, en el que el recipiente está dotado de medíos de anclaje adicionales para sujetar el recipiente y asimismo a otros elementos constitutivos del tubo receptor.

16. Tubo receptor, según la reivindicación 15, en el que dichos elementos constitutivos comprenden dicho elemento tubular exterior y/o dicho elemento de longitud variable.

17. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que dicho recipiente incluye uno o varios elementos elásticos (51, 52, 53, 54) en contacto con las pastillas cilíndricas del material "getter", en el que dichos elementos elásticos ejercen 65 un contacto distribuido (511, 512; 521, 522; 531, 532; 541, 542) con la superficie de las pastillas cilíndricas del material "getter".

18. Tubo receptor, según la reivindicación 17, en el que un porcentaje comprendido entre un 40 y un 80% del volumen interno de dicho recipiente carece de material "getter" y dichos medios elásticos determinan la parte carente de material "getter".

19. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que dicho recipiente comprende dos elementos acoplados entre sí que tienen una forma sustancialmente semi-toroidal.

20. Tubo receptor, según la reivindicación 19, en el que dicho acoplamiento está realizado mediante medios 10 elásticos colocados en los extremos de dichos elementos de forma sustancialmente semi-toroidal.

21. Tubo receptor, según la reivindicación 1, en el que dicho recipiente está interrumpido, por lo menos en un punto, y tiene, al menos, dos extremos cerrados situados uno frente al otro, estando dispuesto un sistema elástico de tracción en dichos extremos cerrados del recipiente.


 

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