Tubo absorbedor y procedimiento para la carga y descarga reversible de un material rarefactor.

Tubo absorbedor, en particular para colectores solares (10) en centrales térmicas solares,

que comprende:

- Un tubo metálico (22) para conducir y calentar un medio portador de calor,

- Un tubo envolvente (24) que rodea al tubo metálico (22) para la formación de un espacio anular (26) evacuable,

- Una pared (32) que discurre entre el tubo envolvente (24) y el tubo metálico para obturar el espacio anular (26), y - Un material rarefactor (38) para atrapar el hidrógeno libre que se encuentra en el espacio anular (26),

caracterizado por un dispositivo de variación la temperatura (42) para cambiar la temperatura del material rarefactor (38) y de la pared (32), y por una membrana (56) que puede ser atravesada por el hidrógeno libre para evacuar el hidrógeno libre del espacio anular (26), de modo que el dispositivo de variación de la temperatura (42) cambia la temperatura de la membrana (56).

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DESCRIPCIÓN

Tubo absorbedor y procedimiento para la carga y descarga reversible de un material rarefactor.

La presente invención se refiere a un tubo absorbedor, especialmente para colectores solares en centrales térmicas solares, que comprende un tubo metálico para la conducción y el calentamiento de un medio portador de calor, un 5 tubo envolvente que rodea al tubo metálico para formar un espacio anular evacuable, una pared que se extiende entre el tubo envolvente y el tubo metálico para obturar el espacio anular, y un material rarefactor para atrapar el hidrógeno libre que se encuentra en el espacio anular. La invención se refiere además a un procedimiento para la carga y descarga reversible de un material rarefactor con hidrógeno libre. La invención se refiere además a un dispositivo para la evacuación de hidrógeno libre de un espacio anular de un tubo absorbedor, así como a un procedimiento correspondiente.

Los colectores solares pueden ser equipados por ejemplo con un espejo parabólico, también llamado espejo colector, y ser empleados en las llamadas centrales de colectores cilindro-parabólicos. En las centrales de colectores cilindro-parabólicos conocidas es empleado como medio portador del calor un aceite térmico que puede ser calentado hasta aproximadamente 400º C con ayuda de los rayos solares enfocados sobre el tubo absorbedor 15 por los espejos parabólicos. El tubo absorbedor, por regla general, consiste en un tubo metálico que presenta una capa que absorbe la radiación y un tubo envolvente que está hecho típicamente de vidrio y que rodea el tubo metálico. El medio portador de calor calentado es dirigido a través del tubo metálico, y alimentado por ejemplo a un dispositivo para la generación de vapor de agua, con el que en un proceso térmico la energía térmica es convertida en energía eléctrica. El tubo metálico y el tubo envolvente se extienden paralelos y concéntricos entre sí. Entre el tubo metálico y el tubo envolvente se forma un espacio anular que está obturado axialmente por una pared que generalmente está hecha de metal. Los tubos absorbedores individuales son de hasta 4 m de longitud y son soldados para formar bucles de campos solares con una longitud total de hasta 200 m. Tubos absorbedores de este tipo son conocidos, por ejemplo, por el documento DE 102 31 467 B4.

Al aumentar el envejecimiento del aceite térmico empleado como medio portador de calor se libera el hidrógeno libre que está disuelto en el aceite térmico. La cantidad de hidrógeno liberado depende por un lado del aceite térmico utilizado y del mantenimiento del aceite térmico por parte del explotador, pero, por otro lado, también de la cantidad de agua que entra en contacto con el aceite térmico. El hidrógeno liberado, debido a la permeación a través del tubo metálico, pasa al espacio anular evacuado, de modo que la tasa de permeación a través del tubo metálico aumenta también al crecer la temperatura de funcionamiento del tubo metálico. Como consecuencia de ello, aumenta también la presión en el espacio anular, lo que a partir de una presión entre 0, 0001 mbar y 0, 001 mbar tiene como consecuencia un aumento de la conducción de calor a través del espacio anular, que a su vez conduce a un aumento de las pérdidas térmicas y a un grado de eficiencia menor del tubo absorbedor o del colector solar.

Para evitar el aumento de la presión en el espacio anular y con ello prolongar la vida útil del tubo absorbedor, el hidrógeno que llega al espacio anular puede ser atrapado por los llamados materiales rarefactores. La capacidad de 35 absorción de los materiales rarefactores, sin embargo, es limitada. Después de alcanzar el límite de la capacidad, sube la presión en el resquicio anular hasta que está en equilibrio con el hidrógeno libre disuelto en el aceite térmico. La presión de equilibrio es de algunos mbar de acuerdo con las investigaciones hechas hasta ahora. Por el hidrógeno se produce un aumento de la conducción de calor en el resquicio anular con las consecuencias adversas mencionadas antes para la eficiencia del colector solar. Tubos absorbedores que están dotados de materiales rarefactores en el espacio anular son conocidos, por ejemplo, por el documento WO 2004/063640 A1.

Por el documento DE 10 2005 057 276 B3 es conocido un tubo absorbedor en el que gas noble es introducido en el espacio anular cuando la capacidad del material rarefactor está agotada. Los gases nobles presentan una baja conductividad térmica, de modo que se puede reducir la conducción de calor a través del resquicio anular, a pesar de la presencia de hidrógeno libre.

En los dos dispositivos mencionados antes, el hidrógeno libre que llega al espacio anular se mantiene atrapado hasta que la capacidad de absorción del material rarefactor se agota. La cantidad de gas noble que puede ser introducida en el espacio anular según el documento DE 10 2005 057 276 B3 está igualmente limitada, por lo que ambas medidas pueden aumentar la vida útil del tubo absorbedor sólo dentro de ciertos límites.

El documento EP 0286 281 A1 muestra un tubo absorbedor que comprende una membrana a través de la cual 50 puede ser transportado hidrógeno libre hacia fuera del espacio anular para mantener pequeña la concentración de hidrógeno libre en el espacio anular.

El documento DE 29 33 901 A1 da a conocer un colector solar en el que dentro del tubo envolvente de vidrio está dispuesto un material rarefactor. En las proximidades del material rarefactor está dispuesto igualmente un cuerpo incandescente colocado dentro del tubo envolvente de vidrio, el cual puede ser llevado a una temperatura desde 300

hasta 200º C para craquear el gas residual.

El documento DE 10 2005 022 183 B3 da a conocer un tubo absorbedor con un dispositivo de compensación de la dilatación entre el tubo metálico y el tubo envolvente de vidrio. El elemento de conexión del dispositivo de compensación de la dilatación presenta una ventana para hidrógeno. En el interior del tubo absorbedor está dispuesto un material rarefactor cuya activación puede realizarse también mediante calentamiento por fuera.

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El documento DE 26 35 262 A1 da a conocer un colector solar que presenta un material que absorbe hidrógeno y que desprende hidrógeno. Mediante un dispositivo de calentamiento conectable y desconectable es controlada la 5 absorción de hidrógeno o cesión de hidrógeno del material.

Por consiguiente, el objeto de la presente invención es indicar un tubo absorbedor que presente una mayor vida útil en comparación con los tubos absorbedores conocidos por el estado de la técnica.

El objeto se consigue mediante un tubo absorbedor del tipo mencionado al principio que está caracterizado por un dispositivo de variación de la temperatura para cambiar la temperatura del material rarefactor y de la pared, y por una membrana que puede ser atravesada por el hidrógeno libre para evacuar el hidrógeno libre del espacio anular, de modo que el dispositivo de variación de la temperatura cambia la temperatura de la membrana.

Por dispositivo de variación de la temperatura se entenderá así cualquier dispositivo que esté en situación de provocar un cambio de la temperatura del material rarefactor y/o de la pared, tanto una elevación como una reducción.

La capacidad de absorción del material rarefactor para el hidrógeno libre depende de la temperatura. En los materiales rarefactores empleados habitualmente la capacidad de absorción aumenta al descender la temperatura. Según la invención, por lo tanto, es posible elevar la capacidad de absorción en uso del tubo absorbedor por enfriamiento del material rarefactor. Por selección de un material adecuado, por otro lado, aumenta fuertemente la tasa de permeación del hidrógeno libre a través de la pared con el aumento de temperatura de la pared, mientras que a las temperaturas que reinan normalmente en el funcionamiento, la pared obtura el espacio anular con estanqueidad al gas.

Si la capacidad de absorción del material rarefactor se agota y ya no se puede aumentar convenientemente por enfriamiento, según la invención la temperatura del material rarefactor y de la pared son incrementadas mediante el dispositivo de variación de la temperatura. Debido al descenso de su capacidad de absorción el material rarefactor emite ahora hidrógeno libre al espacio anular que puede difundirse a través de la pared y fuera del espacio anular. Este proceso de difusión se ve favorecido al aumentar la presión en el espacio anular por el aumento de la concentración de hidrógeno libre.

Tan pronto como el hidrógeno cedido por el material rarefactor ha sido evacuado del espacio... [Seguir leyendo]

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1. Tubo absorbedor, en particular para colectores solares (10) en centrales térmicas solares, que comprende:

- Un tubo metálico (22) para conducir y calentar un medio portador de calor, -Un tubo envolvente (24) que rodea al tubo metálico (22) para la formación de un espacio anular (26) evacuable, -Una pared (32) que discurre entre el tubo envolvente (24) y el tubo metálico para obturar el espacio anular (26) , y -Un material rarefactor (38) para atrapar el hidrógeno libre que se encuentra en el espacio anular (26) , caracterizado por un dispositivo de variación la temperatura (42) para cambiar la temperatura del material rarefactor (38) y de la pared (32) , y por una membrana (56) que puede ser atravesada por el hidrógeno libre para evacuar el hidrógeno libre del espacio anular (26) , de modo que el dispositivo de variación de la temperatura (42) cambia la 10 temperatura de la membrana (56) .

2. Tubo absorbedor según la reivindicación 1, en el que el material rarefactor (38) está dispuesto en el espacio anular (26) , caracterizado por que el dispositivo de variación de la temperatura (42) está dispuesto por fuera del espacio anular (26) y opuesto al material rarefactor (38) .

3. Tubo absorbedor según la reivindicación 1 ó 2, en el que la pared (32) comprende un elemento de transición (34) 15 y un anillo exterior (36) , caracterizado por que la membrana (56) está dispuesta en o sobre el elemento de transición (34) y/o el anillo exterior (36) .

4. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tubo absorbedor (18) presenta un fuelle (46) para compensar las diferentes dilataciones del tubo envolvente (24) y del tubo metálico (22) , caracterizado por que la membrana (56) está dispuesta en o sobre el fuelle (46) .

5. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la membrana (56) contiene de hierro, paladio, o niobio.

6. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que el material rarefactor (38) está lleno en un recipiente (40) que está fijado al anillo exterior (36) y/o al elemento de transición (34) .

7. Tubo absorbedor según la reivindicación 6, caracterizado por que el recipiente (40) tiene agujeros (58) para 25 aumentar la accesibilidad del material rarefactor (38) para el hidrógeno libre en el espacio anular (26) .

8. Tubo absorbedor según la reivindicación 6, caracterizado por que el recipiente (40) está realizado como manguito de tejido (54) .

9. Tubo absorbedor según una de las reivindicación 3 a 8, caracterizado por que el anillo exterior (36) presenta un

saliente (60) que sobresale en el material rarefactor (38) y el dispositivo de variación de la temperatura (42) está 30 dispuesto en la zona del saliente (60) .

10. Tubo absorbedor según la reivindicación 9, caracterizado por que el anillo exterior (36) presenta una escotadura (62) en la zona del saliente (60) , en la que se extiende el dispositivo de variación de la temperatura (42) .

11. Tubo absorbedor según las reivindicaciones 3 a 10, caracterizado por que el anillo exterior (36) presenta una abertura (66) que apunta al material rarefactor (38) que está cerrada por la membrana (56) .

12. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado por que el anillo exterior (36) y/o el elemento de transición (34) presentan un sector (82) que encierra al menos parcialmente al material rarefactor (38) .

13. Tubo absorbedor según la reivindicación 12, caracterizado por que la membrana (56) está dispuesta en el sector (82) .

14. Tubo absorbedor según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado por que el dispositivo de variación de la 40 temperatura (42) es adyacente al sector (82) .

15. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 4 a 14, en el que el fuelle (46) presenta uno o varios pliegues (52) , caracterizado por que el dispositivo de variación de la temperatura (42) se extiende al menos parcialmente en los pliegues (52) del fuelle (46) .

16. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de variación 45 de la temperatura (42) está realizado como dispositivo de calentamiento (48) .

17. Tubo absorbedor según la reivindicación 16, caracterizado por que el dispositivo de calentamiento (48) comprende un alambre de calentamiento (50) .

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18.Tubo absorbedor según la reivindicación 17, caracterizado por que el dispositivo de calentamiento (48) comprende una bobina eléctrica (70) y un disco metálico (72) para el calentamiento por inducción del material rarefactor (38) .

19. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de variación 5 de la temperatura (42) comprende un tubo térmico (59) y/o un módulo fotovoltaico (59) .

20. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de variación de la temperatura (42) comprende un dispositivo de enfriamiento (49) .

21. Procedimiento para cambiar la temperatura de un material rarefactor (38) en un espacio anular (26) de un tubo absorbedor (18) , que comprende las siguientes etapas:

-Cambiar la temperatura de una membrana (56) y/ o de una pared (32) por medio de un dispositivo de variación de la temperatura (42) , y -Cambiar la temperatura del material rarefactor (38) mediante la membrana (56) .

22. Procedimiento para cambiar la temperatura de una membrana (56) de un tubo absorbedor, que comprende las siguientes etapas:

-Cambiar la temperatura de un material rarefactor (38) por medio de un dispositivo de variación de la temperatura (42) , y -Cambiar la temperatura de la membrana (56) por medio del material rarefactor (38) .

23. Procedimiento según la reivindicación 21 ó 22 para la carga y descarga reversible de un material rarefactor (38) con hidrógeno libre en un tubo absorbedor, que comprende las siguientes etapas:

-Cargar el material rarefactor (38) a una primera temperatura (T1) -Cambiar la temperatura del material rarefactor (38) a una segunda temperatura (T2) por medio de un dispositivo de variación de la temperatura (42) , -Descargar el material rarefactor (38) a la segunda temperatura (T2) y -Cambiar la temperatura del material rarefactor (38) a la primera temperatura (T1) mediante el dispositivo de 25 variación de la temperatura (42) .

24. Dispositivo para la evacuación de hidrógeno libre de un espacio anular (26) de un tubo absorbedor, que comprende:

- Un tubo absorbedor (18) según una de las reivindicaciones anteriores 1-20, -Una unidad de medición de la temperatura (78) para determinar el valor de la temperatura del tubo envolvente (24) , 30 y -Una unidad de comparación (76) para comparar el valor de temperatura del tubo envolvente (24) determinado con un valor de temperatura crítica seleccionable.

25. Procedimiento para la evacuación de hidrógeno libre de un espacio anular (26) de un tubo absorbedor, que comprende las siguientes etapas:

-Determinar el valor de temperatura del tubo envolvente (24) por medio de una unidad de medición de la temperatura (78) , -Comparar el valor de temperatura determinado con un valor de temperatura crítica seleccionable con ayuda de una unidad de comparación (76) , y -Cambiar la temperatura del material rarefactor (38) y de la pared (32) y/o de la membrana (56) con el dispositivo de 40 variación de la temperatura (42) , de tal manera que el hidrógeno atrapado en el material rarefactor (38) se libere y sea evacuado del espacio anular (26) .