TUBO ABSORBEDOR.

Se describe un tubo absorbedor (1) para aplicaciones térmicas solares que presenta un tubo central (2) y un tubo envolvente (3) de vidrio que rodea a dicho tubo central (2) formando un espacio anular (4) entre el tubo central (2) y el tubo envolvente (3).

El espacio anular (4) contiene al menos un gas noble cuya presión parcial es de 3-200 milibares. Según una alternativa, en el espacio anular (4) está dispuesto al menos un recipiente (10) cerrado herméticamente al gas y lleno de al menos un gas noble, pudiendo introducirse el gas noble en el espacio anular (4) desde el recipiente (10)

Tubo absorbedor.

La invención concierne a un tubo absorbedor para aplicaciones térmicas solares según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se utilizan tubos absorbedores para colectores de canal parabólico a fin de aprovechar la energía de la radiación solar. La energía de la radiación solar se concentra sobre un tubo absorbedor por medio de un espejo de seguimiento y se transforma en calor. El calor es evacuado por un medio portador de calor y utilizado directamente como calor de proceso o para su transformación en energía eléctrica.

Tales tubos absorbedores están constituidos por un tubo central revestido y un tubo envolvente de vidrio. Se hace el vacío en el espacio anular entre los tubos. En funcionamiento, se bombea por el tubo central un líquido portador de calor, especialmente un aceite que contiene hidrógeno libre.

Un tubo absorbedor de esta clase es conocido, por ejemplo, por el documento DE 102 31 467 B4. En cada uno de los extremos libres del tubo envolvente está dispuesto un elemento de transición de vidrio-metal. El tubo central y el elemento de transición de vidrio-metal están unidos entre sí de manera desplazable uno con relación a otro en dirección longitudinal por medio de al menos un dispositivo de compensación de dilatación.

Para la generación solar de corriente eléctrica es necesario un intervalo de temperaturas de trabajo del tubo absorbedor entre 300ºC y 400ºC.

Debido al envejecimiento del líquido portador de calor se produce hidrógeno libre que está disuelto en dicho líquido portador de calor. Este hidrógeno llega por permeación a través del tubo central hasta el espacio anular sometido a vacío entre el tubo central y el tubo envolvente de vidrio. La tasa de permeación se incrementa al aumentar la temperatura de funcionamiento, que es de 300ºC a 400ºC, con lo que aumenta también la presión en el espacio anular. Este aumento de la presión conduce a elevadas pérdidas de calor y a un menor rendimiento del tubo absorbedor.

Para conservar el vacío en la rendija anular, son necesarias medidas correspondientes. Una medida para eliminar el hidrógeno en el espacio anular consiste en fijarlo por medio de materiales adecuados.

Con miras a la obtención del vacío se introduce para ello en el espacio anular un material adsorbedor (getter) que fija el hidrógeno gaseoso que penetra en dicho espacio anular a través del tubo central. Cuando se ha agotado la capacidad del adsorbedor, aumenta entonces la presión en la rendija anular hasta que esta rendija está en equilibrio con la presión parcial del hidrógeno libre proveniente del medio portador de calor. La presión de equilibrio del hidrógeno en el espacio anular está comprendida entre 0,3 milibares y 3 milibares en los tubos absorbedores conocidos. Debido al hidrógeno se produce una conducción de calor incrementada en la rendija anular. A causa de la conducción de calor aproximadamente 5 veces mayor en comparación con el aire, las pérdidas de calor son netamente más alas que en el caso de tubos absorbedores no sometidos a vacío.

Se conoce por el documento WO 2004/063640 A1 una disposición de adsorbedor en la que un carril de adsorbedor está dispuesto en el espacio anular entre el tubo central y el tubo envolvente. Esta disposición adolece del inconveniente de que el carril se encuentra en una zona que puede estar expuesta a una radiación directa. En particular, los rayos que, viniendo del espejo, dejan de alcanzar el tubo central o sólo inciden en él rozándolo y son reflejados en una proporción elevada, pueden conducir al calentamiento del carril de adsorbedor. Dado que el carril de adsorbedor en el vacío casi está separado térmicamente del tubo central y del tubo envolvente, la temperatura del carril y, por tanto, del adsorbedor puede fluctuar fuertemente debido a los condicionamientos de la radiación incidente. Dado que los materiales adsorbedores presentan, para un grado de carga prefijado, una presión de equilibrio dependiente de la temperatura (equilibrio entre desorción y adsorción de gas), las fluctuaciones de temperatura del adsorbedor conducen a fluctuaciones de presión no deseadas. Después del consumo del material adsorbedor aumenta fuertemente la temperatura del tubo envolvente y resulta inutilizable el tubo absorbedor.

El cometido de la invención consiste en proporcionar un tubo absorbedor que presente menores pérdidas de calor que los tubos absorbedores convencionales.

Este problema se resuelve según una primera alternativa de la invención por el hecho de que el espacio anular contiene al menos un gas noble cuya presión parcial es de 3-200 milibares.

En este intervalo de presión parcial la conducción de calor del gas es independiente de la presión. A mayores presiones se establece una convección. El espacio anular deberá ser sometido preferiblemente a vacío antes de su llenado.

Se ha visto que un gas noble o una mezcla de gases nobles no puede ciertamente detener la difusión de entrada del hidrógeno proveniente del tubo central, pero se puede reducir netamente la conducción de calor nociva en el espacio anular cuando dicha conducción de calor es dominada por la presencia del gas noble o de la mezcla de gases nobles. Esto es lo que ocurre cuando el gas noble presenta una presión parcial de 3-200 milibares, ya que la presión de equilibrio del hidrógeno está por debajo de 5 milibares.

Debido a la presencia de gas noble en el espacio anular se reduce la contribución del hidrógeno al proceso de conducción de calor del gas. Al mismo tiempo, se producen pérdidas de calor a través del gas noble que domina la conducción de calor, pero éstas son netamente más pequeñas que las pérdidas de calor a través de hidrógeno puro.

Valores preferidos de la presión parcial del gas noble son 10-100 milibares, especialmente 10-75 milibares.

Gases nobles preferidos son xenón y criptón.

Cuando se elija la presión parcial del gas noble, hay que cuidar preferiblemente de que se ajuste una relación de mezclado molar lo más grande posible entre gas noble e hidrógeno.

Preferiblemente, la presión parcial del gas noble se ajusta a la presión de equilibrio del hidrógeno de tal manera que la relación de mezclado molar de gas noble a hidrógeno sea = 5. Se prefiere especialmente una relación de mezclado = 8, en particular = 10.

El tubo absorbedor puede estar equipado, además, en el espacio anular con un material adsorbedor. El hidrógeno que permea hacia dentro del espacio anular es absorbido por el material adsorbedor hasta que se haya agotado la capacidad del adsorbedor. Hasta este momento, la conducción de calor del gas viene determinada por el gas noble puro. Después de alcanzar la máxima carga del adsorbedor aumenta insignificantemente la conducción de calor del gas, puesto que esta conducción de la mezcla de hidrógeno-gas noble es más alta que la del gas noble puro.

Conforme a una segunda alternativa, se resuelve el problema por medio de un tubo absorbedor en el que está dispuesto en el espacio anular al menos un recipiente cerrado herméticamente al gas y lleno de al menos un gas noble, pudiendo introducirse el gas noble en el espacio anular desde el recipiente.

Esta variante de realización tiene la ventaja de que se puede introducir el gas noble en el espacio anular únicamente cuando dicho gas sea realmente necesario.

Esto se aplica, por ejemplo, a tubos absorbedores que están equipados, además, con material adsorbedor. Cuando se ha consumido el material adsorbedor, se puede descargar el gas noble del recipiente para reducir nuevamente la conducción de calor en el espacio anular a un valor correspondientemente pequeño. De este modo, el tubo absorbedor puede seguir funcionando con pérdidas de calor ligeramente incrementadas durante más tiempo que la vida útil del adsorbedor. La apertura del recipiente puede ser también conveniente cuando se haya originado un envejecimiento acelerado del portador de calor debido a perturbaciones del funcionamiento y, ligado a esto, se hayan producido una presión de hidrógeno incrementada y un consumo prematuro del material adsorbedor.

Para evitar una intervención desde fuera en el espacio anular a fin de abrir el recipiente, se ha previsto que el recipiente presente al menos una abertura de salida que esté cerrada con un material de cierre que libere dicha abertura de salida bajo la acción del calor.

Preferiblemente, el material de cierre está constituido por un material de soldadura metálico con...

1. Tubo absorbedor (1) para aplicaciones térmicas solares, especialmente para colectores de canal parabólico en centrales térmicas solares, que comprende un tubo central (2) y un tubo envolvente (3) de vidrio que rodea a dicho tubo central (2) formando un espacio anular (4) entre el tubo central (2) y el tubo envolvente (3), caracterizado porque en el espacio anular (4) está dispuesto al menos un recipiente (10) cerrado herméticamente al gas y lleno de al menos un gas noble, y porque el gas noble puede ser introducido en el espacio anular (4) desde el recipiente (10).

2. Tubo absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque el recipiente (10) presenta al menos una abertura de salida (20) que está cerrada con un material de cierre (21) que libera dicha abertura de salida (20) bajo la acción del calor.

3. Tubo absorbedor según la reivindicación 2, caracterizado porque el material de cierre (21) está constituido por un material de soldadura metálico.

4. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque al menos la zona de la abertura de salida (20) del recipiente (10) puede ser calentada por inducción.

5. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la abertura de salida (20) está enfrente del tubo envolvente (3).

6. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el recipiente (10) está constituido al menos en parte por un material eléctricamente conductor.

7. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se puede instalar en el lado exterior del tubo envolvente (3) una bobina eléctrica (30) que quede dispuesta enfrente del recipiente (10).

8. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el recipiente (10) es un cilindro hueco (11).

9. Tubo absorbedor según la reivindicación 8, caracterizado porque el eje (12) del cilindro hueco (11) está orientado en dirección perpendicular al eje longitudinal (6) del tubo absorbedor.

10. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque la abertura de salida (20) está prevista en un racor de salida (13) del recipiente (10).

11. Tubo absorbedor según una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque un anillo metálico (14) está dispuesto sobre la abertura de salida (20).

12. Tubo absorbedor según la reivindicación 11, caracterizado porque el anillo metálico (14) libera la abertura de salida (20) bajo la acción del calor.