Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos.

Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos de los que se sitúan en el extremo del tubo receptor solar (1) para ser unido con otro tubo colector solar contiguo,

que comprende:

- un elemento compensador de expansión con al menos dos fuelles concéntricos (7, 8) unidos entre sí por medio de una soldadura a un anillo rígido (9) que los mantiene concéntricos en su proceso de expansión y compresión y unidos al tubo de vidrio (4) mediante la tapa (12) y elemento de transición vidrio-metal (21),

- una brida de conexión (5) para conectar ese tubo receptor solar (1) con su contiguo, siendo la brida (5) una placa metálica redonda con una perforación que abraza el tubo absorbedor (3),

- unos tornillos pasantes (20) que atraviesan la brida de conexión (5) para unirla con la brida del tubo receptor (1) contiguo.

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, en una solución para el compensador de expansión y su unión al tubo absorbedor y al tubo de vidrio, así como la unión entre tubos receptores contiguos.

Antecedentes de la invención

El principio general de la tecnología solar 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.

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 dicho elemento de conexión consiste en un cuerpo cilíndrico o cónico que se extiende en el eje longitudinal del tubo metálico y se encuentra soldado al tubo metálico en un extremo y al dispositivo compensador en el otro. El dispositivo compensador en dicha invención se ubica en el espacio entre tubo de acero y tubo de borosilicato, en el que sus ondas trabajan fundamentalmente a compresión cuando el tubo de acero dilata.

En la patente W0/2011042580A1 el elemento de conexión entre el tubo absorbedor y el dispositivo compensador de expansión es denominado vaso, encontrándose éste soldado a ambos elementos. La patente WO 2011/098622A1, muestra un dispositivo compensador de expansión también soldado al vaso que emplea ondas dobles asimétricas con la peculiaridad de que mientras unas ondas trabajan a tracción, otras lo hacen a compresión.

Por otra parte, los elementos de transición vidrio-metal 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.

El dispositivo compensador de expansión se une habitualmente al tubo metálico por medio de un elemento de conexión como los descritos anteriormente. Dicho elemento cumple habitualmente la única función de conectar ambos elementos. Asimismo, se requiere de otro elemento o proceso adicional (por ejemplo una soldadura orbital de los tubos metálicos) para la conexión de un tubo receptor con su contiguo.

Los conjuntos de dispositivos de compensador de expansión y dispositivos de conexión 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 para compensadores de expansión y su conexión en tubos con excentricidad entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio.

Las ventajas de contar con tubos receptores donde el tubo absorbedor se sitúa de manera excéntrica al tubo de vidrio, es que en una de las zonas del plano transversal al tubo, aumenta la distancia, entre dicho tubo absorbedor y el tubo de borosilicato, permitiendo el espejado interior o exterior del tubo de vidrio, a modo de reconcentradar secundario, reflejando los rayos solares que no inciden en el tubo absorbedor tras la reflexión en el primario, aumentando así la concentración y la homogeneidad de la radiación concentrada sobre el tubo absorbedor. Esta homogeneidad, generará menores tensiones térmicas mejorando, por lo tanto, el comportamiento térmico-estructural del conjunto.

Como consecuencia de lo anteriormente expuesto, se produce un aumento de la ganancia térmica del fluido. Por otra parte, la mejora óptica que supone la implementación de un secundario junto con la excentricidad entre ambos tubos hace que la distancia entre ambos sea mayor a la de los tubos receptores concéntricos del estado de la técnica, haciendo que las temperaturas del tubo de borosilicato disminuyan cuanto mayor distancia tengamos al foco de calor, que en este caso es el tubo de acero, con las ventajas que esto supone en la disminución de tensiones en el elemento de transición vidrio-metal, en el elemento compensador de expansión y en la zona espejada del vidrio, que actúa como reflector secundario.

Por ello, la presente invención tiene como objetivo idear un nuevo dispositivo que, en tubos receptores solares, permita tanto la excentricidad entre tubos como la aplicación a tubos concéntricos, absorba las dilataciones que entre ellos se producen, mantenga la estanqueidad para asegurar que no se pierde el vacío en la zona anular que hay entre los dos tubos y permita la conexión de un tubo receptor con su contiguo.

Descripción de la invención

La invención que nos ocupa se refiere a un dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos. Este dispositivo cuenta con un compensador de expansión doble y un dispositivo de unión entre dicho compensador y los tubos absorbedor y de vidrio siendo, el tubo absorbedor y el tubo de vidrio preferentemente excéntricos entre ellos.

El compensador de expansión consiste en un dispositivo doble y la conexión de éste al tubo se realiza mediante una brida de conexión, cuya geometría se describe más adelante. La función de la brida de conexión es la de conectar el compensador al tubo absorbedor, mantener la estanqueidad y permitir la conexión entre tubos receptores contiguos. En el caso de tubos excéntricos permite además asegurar dicha excentricidad. El nuevo compensador de expansión está formado por al menos dos fuelles concéntricos unidos en serie por un anillo rígido que los mantiene concéntricos en su proceso de expansión y compresión. El anillo de conexión entre fuelles permite que los fuelles se sitúen a distinto nivel y de manera concéntrica, permitiendo que uno de ellos trabaje fundamentalmente a tracción mientras que el otro lo hará a compresión. Consecuentemente, se logra acortar la longitud del dispositivo de compensación aproximadamente a la mitad de su longitud original y aumentar así el rendimiento de captación del receptor garantizando la compensación de la diferencia de dilatación entre tubo metálico absorbedor y tubo de borosilicato.

La brida también permite unir un tubo receptor con su contiguo de tal manera que la posición de los tubos receptores en su conjunto sea la ópticamente prefijada en referencia al reflector primario (por ejemplo en el caso de existir un reconcentrador secundario, la brida permite localizar en una posición inequívoca un tubo y su contiguo y, por tanto, fijar la correcta posición del reconcentrador secundario con respecto al primario) .

En una primera realización preferente esta unión entre tubos contiguos se realiza enfrentando las bridas de conexión de los tubos receptores de forma que una serie de embuticiones macho existentes en la superficie exterior de una brida queden perfectamente ensambladas en una serie de embuticiones hembra de la brida adyacente y viceversa, fijándose a continuación una brida a otra mediante tornillos pasantes o ejes pasantes roscados en sus extremos.

En el caso de tubos excéntricos, la brida de conexión determina, a su vez, la posición entre el tubo metálico interior y el dispositivo de compensación (concéntrico al tubo de borosilicato) en su sentido transversal y tiene como resultado un posicionado...

1. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos de los que se sitúan en el extremo del tubo receptor solar (1) para ser unido con otro tubo receptor solar, siendo el tubo receptor solar (1) de los formados por un tubo absorbedor metálico (3) interior y un tubo de vidrio exterior (4) existiendo vacío entre ambos y contando el tubo (1) con una tapa (12) y con un elemento de transición vidrio/metal (21) , caracterizado porque el dispositivo de unión comprende:

- un elemento compensador de expansión (6) con al menos dos fuelles concéntricos (7, 8) unidos en serie por medio de una soldadura a un anillo rígido (9) que los mantiene concéntricos en su proceso de expansión y compresión y unidos al tubo de vidrio (4) mediante la tapa (12) y el elemento de transición vidrio-metal (21) , -una brida de conexión (5) para conectar ese tubo receptor solar (1) con su contiguo, siendo la brida (5) una placa metálica redonda con una cara externa (cara más próxima a la brida contigua) y una cara interna (cara que conecta con el elemento compensador de expansión (6) ) y con una perforación por donde se introduce el tubo absorbedor (3) , -unos tornillos pasantes o ejes pasantes roscados en sus extremos (20) que atraviesan la brida de conexión (5) para unirla con la brida del tubo receptor (1) contiguo.

2. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque la perforación por donde se introduce el tubo absorbedor (3) tiene un pliegue redondeado para formar un cuello interior (10) que facilita la soldadura con el tubo absorbedor (3) .

3. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 2, caracterizado porque el tubo de borosilicato (4) se une al dispositivo compensador por medio de la tapa (12) y del elemento de transición vidrio-metal (21) , estando dicha tapa

(12) soldada al extremo del fuelle exterior (8) (fuelle de mayor diámetro) del dispositivo compensador (6) .

4. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 2, caracterizado porque la brida además comprende: un pliegue (10') en la dirección opuesta al cuello interior (10) y situado en la cara externa de la brida de conexión (5) cuya función es la de aumentar la distancia entre dos bridas (5) contiguas, una zona de transición (11') plana y cuya dirección es perpendicular a la del tubo receptor (1) entre el cuello interior (10) y el pliegue exterior (10') y un extremo exterior (11) de la brida (5) plano y paralelo a los soportes del tubo receptor (2) , con el fin de facilitar la conexión entre la brida (5) y dichos soportes (2) .

5. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque en la cara interior de la brida de conexión (5) se suelda el dispositivo compensador (6) , a través de un anillo de conexión brida-compensador (22) , estando dicho anillo (22) fijado a una ranura circular situada en la cara interior de la brida (5) , y contando en su diámetro menor con un escalón (23) , que facilita la soldadura perimetral con aportación del fuelle interior del dispositivo compensador de expansión (7) a dicho anillo (22) conectando así compensador (6) y brida de conexión (5) .

6. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque en la brida (5) , la perforación que abraza el tubo absorbedor (3) , es no concéntrica al borde circular exterior de la brida (5) .

7. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 6 caracterizado porque entre el tubo absorbedor (3) y el tubo de vidrio (4) se sitúa un reconcentrador secundario adherido a la superficie interior o exterior del vidrio (4) .

8. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque en la brida de conexión (5) existen una serie de embuticiones hembra (14) y de embuticiones macho (13) , donde las embuticiones macho (13) se ensamblan en las embuticiones hembra (14) de la brida (5) del tubo receptor (1) contiguo.

9. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 8, caracterizado porque dispone de una unión estanca o arandela (15) que se aloja entre las bridas de conexión (5) de dos tubos receptores (1) en los extremos de los tubos absorbedores metálicos (3) , teniendo la arandela (15) el mismo diámetro interior que el tubo absorbedor metálico (3) y un mayor espesor que éste.

10. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque cada tubo receptor (1) tiene una brida de conexión (5) en cada extremo, acabada una de ellas en un extremo macho (17) y la otra en un extremo hembra (18) .

11. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 10, caracterizado porque la superficie de contacto macho (17) tiene forma esférica y la superficie de contacto hembra (18) cónica.

12. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 11, caracterizado porque existe una tuerca de apriete (19) con una cavidad con acabado cónico en la cual se aloja un eje que asegura el adecuado apriete de la tuerca (19) , la cual asegura el contacto continuo entre macho (17) y hembra (18) .

13. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque existen unas tuercas (24) para limitar la separación entre las dos bridas.

14. Dispositivo de unión entre tubos receptores solares contiguos según reivindicación 1, caracterizado porque uno de los tornillos pasantes o eje pasante roscado en sus extremos (20) , tiene una forma diferente al resto.