ES1067285U - Absorbedor de metal extruido para colector solar. - Google Patents
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Abstract
1. Absorbedor de metal extruído para colector solar, que estando destinado a la captación de la radiación solar para el posterior intercambio térmico con un fluido calo-portador que discurre por el interior del mismo, y constituido mediante elementos extruídos de aluminio o aleación de aluminio, caracterizado porque cada elemento extruído conforma un conducto para la circulación del fluido calo-portador, cuyo perfil se deriva hacia ambos laterales en sendas aletas que conjuntamente con el contorno del conducto establecido en el perfil extruído se fijan por soldadura a dos tubos extremos y transversales como elementos colectores; con la particularidad de que entre los bordes libres de las aletas laterales de los perfiles extruídos contiguos se sueldan pletinas determinando una continuidad superficial en el conjunto del absorbedor.
Description
Absorbedor de metal extruído para colector
solar.
La presente invención se refiere a un absorbedor
para colector solar térmico, cuya evidente finalidad es absorber la
radiación solar y realizar un intercambio térmico con un fluido
calo-portador que discurra por su interior,
pudiendo utilizarse el fluido para la obtención de agua caliente
sanitaria o para cualquier otro uso en otros tipos de intercambios o
transformaciones energéticas.
El objeto de la invención es conseguir un
absorbedor con un alto rendimiento energético, en base a una
sencilla estructura y con un contacto optimizado entre superficie
expuesta a la radiación y los conductos por los que discurre el
fluido.
Como es sabido, los absorbedores utilizados en
colectores solares térmicos pueden resolverse, generalmente, de dos
maneras diferentes, de forma que en el primer caso el elemento
absorbedor se basa en una unión mediante soldadura o simple
contacto de una plancha metálica plana con una serie de tubos de
cobre soldados a modo de parrilla.
Este primer tipo de elementos absorbedores
presenta el inconveniente de que la superficie en contacto entre
placa absorbedora y conductos es muy reducida, lo que dificulta en
gran medida el intercambio térmico y por tanto la eficiencia.
Teniendo además en cuenta que normalmente se
utiliza cobre y que éste es un metal de alta densidad, ello
repercute negativamente en el peso y, por supuesto, en un alto
precio.
Un segundo tipo de elemento absorbedor es aquél
que se basa en la unión de dos planchas, al menos una de las cuales
es corrugada, de forma que los espacios que quedan entre dichas
planchas sirven de conducto, siendo la plancha superior la que está
expuesta a la irradiación.
La unión entre ambas planchas puede realizarse
mediante soldadura, lo que resulta una solución costosa en tiempo y
difícil de aplicar sobre planchas de escaso grosor, pudiéndose
fijar igualmente mediante adhesivado, aunque este sistema presenta
poca resistencia a la tensión derivada de la presión proyectada del
fluido, empeorando la conductividad térmica del conjunto y
encareciendo el proceso.
Además, la operación previa de embutición de, al
menos, una de las planchas, también viene a complicar el
proceso.
Existen documentos correspondientes a Patentes
de Invención que tratan de optimizar el contacto entre la
superficie expuesta a la radiación y el fluido
calo-portador y, por lo tanto, el intercambio
térmico, mediante la utilización de múltiples perfiles extruídos
que integran conductos y aletas sobre las que incide la radiación,
unidos a dos conductos colectores por los que entra y sale el
fluido.
En tal sentido pueden citarse los documentos EP
00004126, GB 1429216 y GB 2156063, en los que se describe un
absorbedor cuyos perfiles se unen a los tubos colectores mediante
piezas tubulares intermedias de conexión.
En los documentos DE 4438396, GB 2385910 y WO
2006135942, se describe un absorbedor en el que los perfiles se unen
a los tubos colectores mediante una unión mecánica, utilizando
tornillos.
En ambos casos, es decir en los documentos
anteriormente referidos, la adición de elementos para la unión de
piezas encarece el producto final, complicando su montaje y dando
lugar a pérdidas térmicas, dificultando la obtención de una
perfecta estanqueidad del sistema y requiriendo en ocasiones la
utilización de juntas.
En un intento de solucionar parte de los
problemas anteriormente referidos, es decir para obtener el
contacto entre los bordes de las aletas integradas en los perfiles,
y conseguir por tanto una continuidad térmica en el absorbedor, los
documentos US 4111188, GB 2156063 y GB 2385910, utilizan una unión
por machihembrado o clipado, que no da lugar a un contacto perfecto
entre los perfiles, y por lo tanto no se consigue una continuidad
térmica en el absorbedor.
Además, la operación de montaje en estos casos
es laboriosa y difícilmente automatizable.
Asimismo puede citarse el documento WO
02/103272A1, en donde se describe un absorbedor formado por una
sección extruida metálica, preferentemente aluminio, que unida a
una contigua de la misma geometría, forman un conducto u orificio,
de manera que en la cara contraria a dicho orificio se forma una
superficie plana por la que se recibe la radiación solar. En este
caso, para asegurar la estanqueidad del orificio formado se
contempla la inserción de tubos de cobre que aseguran la fijación de
los elementos extruídos, expandiendo radialmente el cobre.
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Pues bien, la necesidad de incluir un nuevo
material (cobre) hace que se pierda eficiencia debido a la pérdida
de calor por el contacto entre el aluminio y el cobre, lo que
supone un considerable aumento de peso del absorbedor.
Finalmente, en el documento ES 2134720A1, se
describe una solución para un colector solar completo a base de
elementos extruídos, preferentemente de aluminio, donde la
superficie absorbente se materializa en una o mas aletas
rectangulares previstas en uno de los bordes longitudinales de una
profunda acanaladura que permite el acople del borde opuesto de la
aleta adyacente, de manera que este acoplamiento macho- hembra entre
aletas, establece una superficie absorbente continua, en la que la
zona media contiene una acanaladura de perfil semicircular donde se
fija el tubo conductor del fluido calo-portador,
sirviendo el elemento extruído de acople para un tubo auxiliar por
donde circula el fluido calo-portador.
Pues bien, en este caso, igual que en el
anteriormente referido, existe una pérdida de eficiencia y un
aumento de peso del absorbedor.
El absorbedor que se preconiza ha sido concebido
para resolver la problemática anteriormente expuesta, en base a una
solución sencilla pero de gran eficacia.
Mas concretamente, el absorbedor de la
invención, constituido mediante un determinado número de perfiles
extruídos de metal, presenta la particularidad de que cada uno de
esos perfiles forma un conducto central por el que circula el
fluido calo-portador, estando además el perfil o
conducto central dotado de dos aletas laterales, es decir una a cada
lado.
Los perfiles extruídos comentados se sitúan
paralelamente entre si y espaciados, en tanto que su entrada y
salida se unen a unos colectores preferentemente circulares entre
los cuales quedan los perfiles extruídos en disposición transversal
a esos colectores circulares, efectuándose la unión de unos y otros
elementos mediante soldadura, con ausencia de juntas, sin adhesivos
ni elementos mecánicos, por lo que no se requieren elementos
adicionales de fijación y estanqueidad como se necesitan en otros
sistemas.
Además, entre las aletas laterales de los
perfiles extruídos se sueldan pletinas intermedias para absorber el
calor en el resto de la superficie, por lo que la superficie
expuesta a la radiación estará compuesta por los perfiles extruídos
con aletas y las pletinas o chapas unidas a éstas, colocadas de
forma alterna y soldadas entre si.
El absorbedor puede carecer de las pletinas
intermedias y estar formado únicamente por los perfiles extruídos
situados colateralmente entre si.
De acuerdo con las características referidas, en
el perfil extruído de la invención hay dos uniones soldadas en los
extremos de las aletas, garantizando una mejor conducción y por lo
tanto una menor temperatura de la superficie para el mismo número
de canales, o bien un menor número de canales para la misma
temperatura máxima de la superficie, en contra de lo que ocurre
tradicionalmente donde los perfiles por donde circula el fluido son
tubulares y existe una única línea de unión tangente entre la chapa
y el tubo.
Es de destacar que la unión entre las pletinas y
las aletas de los perfiles extruídos de la invención, será de un
espesor igual o mayor que el de la propia pletina, al objeto de
ofrecer la mínima resistencia a la conducción térmica local.
Además, debido a la geometría especial, el calor que llega por las
aletas se incorpora al fluido con una menor resistencia en virtud de
que no hay unión por ser parte del mismo perfil extruído, mejorando
el contacto con el fluido calo-portador el factor
de forma del sistema, mejorando con ello la relación perímetro -
área, pudiéndose reducir las pérdidas por radiación al reducirse la
temperatura de la superficie y logrando así una asociación mas
eficiente.
El número de perfiles extruídos que incorpora el
absorbedor puede ser variable, de manera que cuanto mayor sea dicho
número menor será la anchura de las pletinas intermedias.
Asimismo, es de destacar el hecho de que la
utilización de perfiles extruídos soldados a pletinas intermedias,
permite aprovechar de forma óptima las propiedades de cada
elemento.
La función del conducto que posee el perfil
extruído es la conducción del fluido y, por tanto, su espesor ha de
ser mayor para soportar la presión y corrosión.
Por su parte, las aletas del perfil extruído
tienen como función facilitar la transmisión de calor hacia la zona
tubular donde está el fluido, permitiendo la soldadura de las
pletinas de absorción para mantener la estabilidad dimensional del
sistema, siendo su dimensionamiento lo suficientemente robusto para
soportar la soldadura sin alabeos, y estableciéndose una transición
suave con el conducto y manteniendo un bajo peso.
Las pletinas soldadas entre los perfiles
extruídos permiten también obtener una solución de menor peso
manteniendo las prestaciones, debido a que se puede utilizar un
aluminio de menor espesor y muy puro, con una mayor conductividad
que las aleaciones que se utilizan para extrusión.
Igualmente, la unión soldada entre elementos,
proporciona un mayor rendimiento y garantía de duración que
cualquier otra solución clipada, machihembrada, o unida
mecánicamente.
La configuración del sistema permite optimizar
el número de perfiles extruídos y la anchura de las pletinas
intermedias, en función de las condiciones concretas de trabajo del
absorbedor y su temperatura de uso, con la particularidad de que en
el límite el sistema puede llegar a estar constituido únicamente
por los perfiles extruídos, cubriendo toda la superficie, y
careciendo por tanto de las pletinas intermedias, lo que
garantizará una temperatura de la superficie prácticamente igual a
la temperatura del fluido, aunque en este caso el peso sería
mayor.
La unión entre los perfiles extruídos y los
colectores se realiza, en cada caso, a través de un solo orificio
practicado en los colectores, de manera que para garantizar la
estanqueidad se efectúa una soldadura a lo largo de todo el
perímetro del perfil extruído y sobre la superficie de su colector,
simplificando con ello el proceso de fabricación del absorbedor.
El control del equilibrado del caudal que
circula por cada perfil extruído se regula con el diámetro de los
taladros practicados en los tubos colectores, pudiéndose aumentar
la caída de presión para conseguir que se puedan colocar un mayor
número de paneles solares en paralelo sin que se reduzca el
rendimiento de los paneles intermedios.
El número de paneles que se pueden colocar en
paralelo dependerá de la relación entre el área de los tubos
colectores y las áreas de los pasos del fluido a lo largo de los
conductos, de manera que cuanto mayor sea esa relación la situación
es más favorable para colocar paneles en paralelo.
En el absorbedor de la invención eso se puede
controlar y mejorar con la variación del diámetro de los taladros
en las uniones tubo colector - perfil extruído y variando el número
de perfiles extruídos, de manera que la utilización de un número
reducido de conductos es posible gracias a que ello afectará menos
al rendimiento que en un colector tradicional al trabajar a una
menor temperatura de la superficie.
Todos los materiales del conjunto absorbedor,
los cuales son perfil extruído, tubos colectores y pletinas
intermedias, estarán fabricados preferentemente en aluminio o una
aleación de aluminio, de bajo coste, baja densidad y alta
conductividad térmica, mientras que el fluido
calo-portador utilizado, como es convencional,
podrá ser agua o una mezcla de agua con anticongelante, aunque
podrá utilizarse cualquier otro líquido o gas.
La superficie correspondiente a la cara expuesta
a la radiación solar del absorbedor puede ser tratada para aumentar
la absorbencia de la radiación solar, sin que ello suponga un
aumento de la emisividad térmica, pudiéndose tratar mediante
pinturas selectivas, tratamientos superficiales de anodizado,
tratamientos vía solución química, etc.
Igualmente y con el mismo objetivo se puede
modificar la rugosidad y porosidad de la superficie, contemplándose
la realización de surcos o nervios sobre la superficie expuesta a
la radiación, que podrán obtenerse directamente en el proceso de
extrusión.
Finalmente decir que la sección interna de los
conductos correspondientes a los perfiles extruídos, puede ser de
cualquier geometría, aunque para favorecer el intercambio de calor
entre aletas y fluido calo- portador es recomendable utilizar una
sección mínima y lograr un régimen turbulento del fluido en el
interior, de manera que la superficie de los conductos en contacto
con el fluido se puede conformar, y formar o dividir mediante un
tabique con el objetivo de mejorar el intercambio de calor con el
fluido calo-portador, mejorándose en todos los casos
la relación perímetro-área para aumentar el rendimiento.
Para complementar la descripción que
seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor
comprensión de las características del invento, de acuerdo con un
ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña
como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en
donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado
lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista correspondiente
a un detalle en sección transversal del absorbedor realizado de
acuerdo con el objeto de la invención.
La figura 2.- Muestra una vista parcial en
perspectiva del absorbedor, apreciándose el montaje completo de
todas las piezas, desde la cara inferior no expuesta a la
radiación.
La figura 3.- Muestra una perspectiva como la
figura anterior del absorbedor, en este caso por la cara expuesta a
la radiación solar.
La figura 4.- Muestra una vista en perspectiva y
parcial del absorbedor en una segunda forma de realización, en la
que toda la superficie del absorbedor está determinada por los
perfiles extruídos, haciéndose innecesaria la utilización de las
pletinas entre dichos perfiles.
La figura 5.- Muestra un detalle en perspectiva
del absorbedor indicando las zonas de soldadura.
La figura 6.- Muestra vistas en sección
correspondientes a distintas variantes de la realización del perfil
extruído con diferentes nervados o ranurados en la superficie
expuesta a la radiación y diversas formas de conducto, incluyendo
hasta conductos múltiples en un mismo perfil.
La figura 7.- Muestra, finalmente, una sección
de diferentes tamaños y formas del taladro por el que el fluido
calo-portador pasa de los conductos del perfil
extruído a los tubos colectores.
Como se puede ver en las figuras referidas, el
absorbedor de la invención se constituye mediante una pluralidad de
perfiles extruídos (1) en donde con carácter monopieza conforman un
conducto (1b) por el que discurre el fluido
calo-portador y dos aletas laterales (1a), es decir
a ambos lados del conducto (1b).
Los perfiles extruídos (1) quedan colocados de
forma transversal a una pareja de colectores tubulares (2),
colocados paralelamente entre si y con orificios (6) para la
comunicación entre los conductos (1b) de los perfiles extruídos (1)
y tales colectores (2).
Además, las aletas (1a) de los perfiles
extruídos (1) están unidas a pletinas intermedias (3), fijadas
mediante soldadura (5), siendo esas pletinas (3) de menor espesor
que los propios perfiles (1) y pudiendo ser de una aleación
diferente, preferentemente de mayor conductividad térmica.
Asimismo, la unión de los perfiles (1) a los
colectores (2) se realiza mediante soldaduras (4), efectuándose la
unión a tope, coincidiendo la sección hueca del conducto (1b)
recorrida por el fluido calo-portador con los
taladros (6) practicados en el colector (2).
En la figura 6 pueden verse diferentes
realizaciones de perfiles extruídos (1), en donde el conducto (1b)
establecido en cada uno de ellos presenta una distinta
configuración, e incluso en la cara sometida a la radiación se
dejan ver nervios (7) o rugosidades, pudiéndose ver como el perfil
extruído (1) inferior de esa figura 6 muestra dos conductos
(1b).
En la figura 7 se muestran tres perfiles
extruídos (1) con su correspondiente conducto (1b) en cada uno de
ellos y los orificios (6) de distinta configuración y tamaño, que
estarán realizados en el respectivo colector (2) para el acople y
comunicación entre si de los conductos (1b) portadores de los
perfiles extruídos por los que circula el fluido calo- portador, con
los propios tubos que constituyen los colectores (2).
Claims (11)
1. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, que estando destinado a la captación de la radiación solar
para el posterior intercambio térmico con un fluido
calo-portador que discurre por el interior del
mismo, y constituido mediante elementos extruídos de aluminio o
aleación de aluminio, caracterizado porque cada elemento
extruído conforma un conducto para la circulación del fluido
calo-portador, cuyo perfil se deriva hacia ambos
laterales en sendas aletas que conjuntamente con el contorno del
conducto establecido en el perfil extruído se fijan por soldadura a
dos tubos extremos y transversales como elementos colectores; con
la particularidad de que entre los bordes libres de las aletas
laterales de los perfiles extruídos contiguos se sueldan pletinas
determinando una continuidad superficial en el conjunto del
absorbedor.
2. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
soldadura de los perfiles extruídos a los tubos colectores se
realiza a tope, estableciéndose la comunicación entre ambos a
través de taladros realizados previamente en los tubos colectores,
sin penetración de los perfiles extruídos sobre los tubos
colectores.
3. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los orificios establecidos en los tubos colectores para su
comunicación con los conductos de los perfiles extruídos,
determinan un medio de control del caudal que circula por cada
perfil extruído, mediante el ajuste del diámetro o sección de cada
uno de ellos para conseguir el equilibrado entre los caudales de
todos los perfiles extruídos.
4. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los orificios realizados en los tubos colectores son
ajustables en diámetro o sección con los conductos de los perfiles
extruídos, permitiendo controlar el número de absorbedores que se
pueden colocar en paralelo, facilitando el equilibrado de toda la
instalación.
5. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los perfiles extruídos están unidos colateralmente entre si
a través de sus aletas, sin las pletinas intermedias, determinando
que la totalidad de la superficie de absorción esté cubierta por
los propios perfiles extruídos.
6. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la superficie de los perfiles extruídos expuesta a la
radiación solar presenta una rugosidad y/o porosidad, o bien un
nervado, ranurado o texturizado para mejorar su rendimiento.
7. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la sección interior del conducto establecido en cada uno de
los perfiles extruídos, dispone de particiones, nervios,
abolladuras, o cualquier otra configuración geométrica, que
favorece la transferencia de flujo de calor hacia el fluido.
8. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los perfiles extruídos están afectados de dos o mas
conductos para aumentar la transferencia de calor.
9. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la superficie expuesta a la radiación solar de los perfiles
extruídos incluye un recubrimiento realizado con pintura
selectiva.
10. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la superficie expuesta a la radiación solar de los perfiles
extruídos está tratada mediante un proceso de anodizado.
11. Absorbedor de metal extruído para colector
solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la superficie expuesta a la radiación solar de los perfiles
extruídos presenta un recubrimiento selectivo realizado por un
proceso de solución química.
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Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200800251U Expired - Fee Related ES1067285Y (es) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Absorbedor de metal extruido para colector solar |
| ES09380020T Pending ES2355258T1 (es) | 2008-02-07 | 2009-02-06 | Absorbedor de metal extruído para colector solar. |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES09380020T Pending ES2355258T1 (es) | 2008-02-07 | 2009-02-06 | Absorbedor de metal extruído para colector solar. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (2) | ES1067285Y (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2417407R1 (es) * | 2012-02-02 | 2013-10-24 | Fundacion Cidaut | Absorbedor para colector solar y su procedimiento de fabricacion |
-
2008
- 2008-02-07 ES ES200800251U patent/ES1067285Y/es not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-02-06 ES ES09380020T patent/ES2355258T1/es active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2417407R1 (es) * | 2012-02-02 | 2013-10-24 | Fundacion Cidaut | Absorbedor para colector solar y su procedimiento de fabricacion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2355258T1 (es) | 2011-03-24 |
| ES1067285Y (es) | 2008-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model granted | ||
| FD1K | Utility model lapsed |
Effective date: 20200720 |