ES2260965A1 - Solar-powered heater for use in non-pressurized thermally-isolated drum, has heat exchanger with double-helix structure used to supply hot water into drum by heating cold water supplied from distribution system - Google Patents

Solar-powered heater for use in non-pressurized thermally-isolated drum, has heat exchanger with double-helix structure used to supply hot water into drum by heating cold water supplied from distribution system

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ES2260965A1 ES200102679A ES200102679A ES2260965A1 ES 2260965 A1 ES2260965 A1 ES 2260965A1 ES 200102679 A ES200102679 A ES 200102679A ES 200102679 A ES200102679 A ES 200102679A ES 2260965 A1 ES2260965 A1 ES 2260965A1
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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal

Abstract

The heater includes solar sensors used in generating the heat for heating the water or liquid contained in a non-pressurized and thermally-isolated drum, and a steam accumulator linked to the atmosphere through a condenser to prevent evaporation loss. Cold water is supplied from a distribution system to a heat exchanger through a pipe. The heat exchanger has a double-helix structure for hourly circulation of water, and to eliminate hammering and stratify the water contained in the drum. The heat exchanger is used to discharge hot water in the drum.

Description

Calentador solar atmosférico.Atmospheric solar heater.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente memoria descriptiva se refiere a una solicitud de una Patente de Invención relativa a un calentador solar atmosférico, cuya finalidad estriba en generar a partir del mismo la producción y acumulación de calor para cualquier aplicación, tal y como puede ser agua caliente sanitaria doméstica, industrial, calefacción u otros.The present specification refers to a application for an Invention Patent relating to a heater atmospheric solar, whose purpose is to generate from same heat production and accumulation for any application, such as domestic domestic hot water, industrial, heating or others.

La fuente de energía para producir el calor es básicamente solar, pudiendo proceder también de resistencias eléctricas, combustión, calor residual de otro medio, bomba de calor u otras aplicaciones.The source of energy to produce heat is basically solar, and may also come from resistance electric, combustion, residual heat of other medium, pump heat or other applications.

La invención está compuesta de uno o varios colectores solares que calientan el agua contenida en el interior de un depósito térmicamente aislado y no presurizado, es decir, un depósito abierto, presión atmosférica, siendo este calor transferido al agua fría contenida en el depósito, procedente de la red sanitaria pública de distribución, por medio de un nuevo intercambiador de calor situado en el interior del acumulador, que tiene la particularidad de estratificar térmicamente el agua contenida en el mismo.The invention is composed of one or several solar collectors that heat the water contained inside of a thermally insulated and non-pressurized tank, that is, a open tank, atmospheric pressure, this heat being transferred to the cold water contained in the tank, coming from the public health distribution network, through a new heat exchanger located inside the accumulator, which It has the peculiarity of thermally stratifying the water contained therein.

La invención está capacitada para ser utilizada, tanto en pequeñas instalaciones domésticas, como en medianas o grandes instalaciones, aplicable en industrias hoteleras o cualquier otro tipo de edificación.The invention is capable of being used, both in small domestic facilities, as in medium or large facilities, applicable in hotel industries or any Another type of building.

Campo de la invenciónField of the Invention

Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de aparatos, dispositivos o elementos auxiliares para la calefacción.This invention has its application within the industry dedicated to the manufacture of apparatus, devices or auxiliary elements for heating.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En las últimas décadas, se han realizado numerosos sistemas para el calentamiento y acumulación del agua por medio de la energía solar, y todos ellos se caracterizan por la utilización de diversos modelos de captadores solares que tienen un absorbedor negro que transforma la radiación solar en calor, el cual es transferido a un fluido, preferentemente agua, que a su vez, circula por un acumulador de agua, cediendo el calor a esta agua acumulada que es la que posteriormente se va a consumir, siendo en otros casos, esta agua acumulada la que circula por los colectores solares.In the last decades, they have been realized numerous systems for heating and water accumulation by solar energy medium, and all of them are characterized by the use of various models of solar collectors that have a black absorber that transforms solar radiation into heat, the which is transferred to a fluid, preferably water, which at its once, it circulates through a water accumulator, giving the heat to this accumulated water that is the one that will subsequently be consumed, being in other cases, this accumulated water that circulates through the solar collectors

En este último caso, pueden aparecer problemas de obstrucción por calcificación del interior de los paneles solares, pues esta agua es renovada permanentemente a medida que se efectúa su consumo, extrayéndose esta agua caliente por la parte superior y aportándose agua fría por la parte inferior, procedente de la red de distribución.In the latter case, problems may appear of obstruction by calcification of the interior of the panels solar, because this water is constantly renewed as it it consumes, extracting this hot water on the part upper and cold water being provided from the bottom, from of the distribution network.

Estos acumuladores citados anteriormente, mantienen una estratificación térmica del agua a medida que ésta se consume, ya que el agua fría introducida por la parte inferior se mantiene por su mayor densidad en esta zona, si bien lógicamente se mezcla en una pequeña medida con el agua caliente debido a las turbulencias que provoca el caudal de entrada de agua fría.These accumulators mentioned above, maintain a thermal stratification of water as it it consumes, since the cold water introduced by the bottom is maintained by its greater density in this area, although logically mix to a small extent with hot water due to turbulence caused by the cold water inlet flow.

Además, las paredes metálicas del acumulador producen un flujo de calor de arriba hacia abajo, que aminora esta estratificación térmica.In addition, the metal walls of the accumulator produce a heat flow from top to bottom, which reduces this thermal stratification

Salvo en alguna rara excepción, que se comentará posteriormente, el acumulador de agua caliente está alimentado directamente por la red de distribución, y dado que los acumuladores solares han de tener como mínimo un volumen de acumulación de varios cientos de litros y que la presión de la red de distribución es de varios bares, llegando incluso a los 7 u 8 bares, resulta una fuerza neta sobre las paredes superior e inferior del acumulador de decenas de toneladas.Except in some rare exception, which will be commented subsequently, the hot water tank is powered directly through the distribution network, and given that solar accumulators must have at least a volume of accumulation of several hundred liters and that the network pressure distribution is several bars, even reaching 7 or 8 bars, it is a net force on the upper walls and bottom of the accumulator of tens of tons.

Lo anteriormente aseverado obliga de forma taxativa a la construcción de acumuladores costosos y pesados, fabricados en acero u otras aleaciones metálicas, con un espesor que los dote de suficiente resistencia a estos esfuerzos.The above asserted obligates tax on the construction of expensive and heavy accumulators, made of steel or other metal alloys, with a thickness that endows them with sufficient resistance to these efforts.

El uso de estos acumuladores metálicos, conlleva el problema de la corrosión electrolítica sobre las paredes del acumulador, haciendo necesario el uso de un ánodo de sacrificio, usualmente fabricado en zinc o cadmio, inmerso en el depósito y que se repone periódicamente a medida que se consume, debido a la aportación diaria de agua de la red pública de distribución.The use of these metallic accumulators, entails the problem of electrolytic corrosion on the walls of the accumulator, necessitating the use of a sacrificial anode, usually made of zinc or cadmium, immersed in the tank and that it is replenished periodically as it is consumed, due to the daily contribution of water from the public distribution network.

Visto lo anteriormente citado, resulta deseable, por su bajo coste y nulo mantenimiento, el uso de acumuladores a presión nula que puedan ser construidos con materiales plásticos de pequeño espesor y bajo coste, tal y como se describe en la presente me-
moria.
In view of the aforementioned, it is desirable, due to its low cost and zero maintenance, the use of zero-pressure accumulators that can be constructed with plastic materials of small thickness and low cost, as described herein.
moria

Debe indicarse adicionalmente, que otro problema de los constatados en los acumuladores convencionales estriba en el hecho de que al estar almacenada el agua de consumo durante días, pueden proliferar colonias bacterianas al abrigo del calor, con el consiguiente peligro o riesgo para el usuario.It should be stated additionally, that another problem of those found in conventional accumulators lies in the fact that when the drinking water is stored for days, bacterial colonies can proliferate under heat, with the consequent danger or risk to the user.

Una solución a la problemática citada anteriormente, ser constata en la Patente de Invención PCT/DK96/00539 a nombre de Knudsen, en la cual se contempla la existencia de un circuito primario de fluido que circula por los colectores solares, calentando el agua contenida en un acumulador cerrado y parcialmente presurizado, provisto de una cámara de expansión en su parte superior para absorber las dilataciones térmicas de la misma.A solution to the aforementioned problem previously, be noted in the Invention Patent PCT / DK96 / 00539 in the name of Knudsen, in which the existence of a primary fluid circuit that circulates through the solar collectors, heating the water contained in an accumulator closed and partially pressurized, provided with a chamber of expansion in its upper part to absorb the dilations thermal of the same.

El agua caliente acumulada no se consume, sino que circula impulsada mediante una bomba eléctrica, por el primario de un intercambiador de calor externo, por cuyo circuito secundario circula por su propia presión, el agua de consumo, la cual es calentada instantáneamente para su uso o utilización.The accumulated hot water is not consumed, but circulating driven by an electric pump, by the primary of an external heat exchanger, by whose secondary circuit circulates by its own pressure, the drinking water, which is Instantly heated for use or use.

La Patente de Invención solicitada como PCT/DK96/00539 a nombre de Knudsen, si bien resuelve el problema de las infecciones bacterianas, no resuelve el problema de la presión en el acumulador de calor, puesto que éste es un depósito cerrado a presión superior a la presión atmosférica, con la cámara de expansión citada anteriormente.The Invention Patent requested as PCT / DK96 / 00539 on behalf of Knudsen, although it solves the problem of Bacterial infections, does not solve the pressure problem in the heat accumulator, since this is a closed tank at pressure above atmospheric pressure, with the chamber of expansion cited above.

La Patente de Invención a nombre de Knudsen, no resuelve el problema de la presión en el acumulador de calor, ya que éste está configurado como un depósito cerrado a presión, superior a la presión atmosférica, con la cámara de expansión citada, y además rompe la estratificación térmica del agua acumulada, pues al circular por el intercambiador exterior, se va uniformizando progresivamente la temperatura del agua de todo el acumulador, resultando después de un cierto consumo, una invención constitutiva de un acumulador lleno de agua templada, a diferencia de los modelos convencionales, donde se tiene agua caliente en la parte superior, y agua fría en la parte inferior.The Patent of Invention in the name of Knudsen, no solves the problem of pressure in the heat accumulator, since that this is configured as a closed pressure vessel, higher than atmospheric pressure, with the expansion chamber cited, and also breaks the thermal stratification of water accumulated, because when circulating through the external exchanger, it goes away progressively standardizing the water temperature of the entire accumulator, resulting after a certain consumption, an invention constitutive of an accumulator full of warm water, unlike of conventional models, where you have hot water in the upper part, and cold water in the lower part.

Esta invención que se describe a continuación, determina la utilización de un acumulador abierto, es decir, comunicado con la atmósfera, a diferencia del acumulador amparado en la Patente de Invención de Knudsen.This invention described below, determines the use of an open accumulator, that is, communicated with the atmosphere, unlike the covered battery in the Knudsen Invention Patent.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

De forma más concreta, el calentador solar atmosférico objeto de la invención está constituido a partir de un depósito simple, abierto, que presenta tradicionalmente dos problemas, es decir, el hecho de que al estar a presión atmosférica, entra en ebullición a 100º centígrados, y con una temperatura fácilmente alcanzable en una instalación solar con bajo consumo y alta insolación, perdiendo agua en forma de vapor que es evacuado a la atmósfera, y en segundo lugar, al no tener presión, el agua acumulada, no circula hasta los lugares de consumo, debiendo ser impulsada por algún dispositivo mecánico o auxiliar.More specifically, the solar heater Atmospheric object of the invention is constituted from a simple, open deposit, which traditionally presents two problems, that is, the fact that being under pressure atmospheric, boils at 100 degrees Celsius, and with a temperature easily attainable in a solar installation with low consumption and high heat stroke, losing water in the form of steam that is evacuated to the atmosphere, and secondly, having no pressure, the accumulated water does not circulate to the places of consumption, must be driven by some mechanical device or assistant.

Concretamente, los problemas citados anteriormente se resuelven a partir de un acumulador que presenta un orificio de salida que en la parte superior que comunica con la parte de la atmósfera, a través de un tubo metálico, conductor de calor, de modo que, al acercarse o realizar una etapa de proximidad, la temperatura del agua acumulada a 100º centígrados, los vapores suben por el tubo, siendo enfriados por contacto con las paredes del mismo, que a su vez ceden el calor al aire externo por conducción a través de la pared de éste.Specifically, the problems cited previously they are solved from an accumulator that presents an exit hole that at the top that communicates with the part of the atmosphere, through a metal tube, conductor of heat, so that, when approaching or performing a stage of proximity, the accumulated water temperature at 100 degrees Celsius, the vapors rise through the tube, being cooled by contact with the walls of the same, which in turn give heat to the external air by driving through its wall.

De forma similar, el vapor de agua, inicialmente a 100º centígrados, reduce su temperatura condensando en forma de agua líquida que desliza hacia abajo y retorna al equipo por su propio peso.Similarly, water vapor, initially at 100 degrees Celsius, reduce its temperature by condensing in the form of liquid water that slides down and returns to the equipment through its own weight

Si la temperatura del acumulador fuera inferior a la temperatura de ebullición, las pérdidas de calor por este conducto son despreciables, pues al no haber presión de vapor, sólo habría una pequeña fuga de calor por conducción, a través del aire contenido en el interior de este tubo metálico.If the accumulator temperature were lower at boiling temperature, heat losses from this ducts are negligible, since there is no vapor pressure, only there would be a small heat leak by conduction, through the air contained inside this metal tube.

Lógicamente, la solución estriba en no consumir el agua caliente acumulada, ya que esta agua o cualquier otro fluido sustitutorio que convenga, o con cualquier aditivo que mejoren el rendimiento y capacidad de acumulación térmica del agua, va a ser utilizada exclusivamente como medio de acumulación de calor, que va a ser cedido al agua de consumo por medio de un intercambiador de calor interior al acumulador, en forma de doble hélice con rotación a derechas e izquierdas, o de hélice sencilla con rotaciones alternas a derechas e izquierdas, con objeto de amortiguar el golpe de ariete que se produce al efectuar la apertura o cierre de los grifos en los puntos de consumo.Logically, the solution lies in not consuming the hot water accumulated, since this water or any other replacement fluid that suits, or with any additive that improve the performance and thermal accumulation capacity of water, will be used exclusively as a means of accumulation of heat, which will be transferred to drinking water by means of a heat exchanger inside the accumulator, in the form of double propeller with right and left rotation, or single propeller with alternating right and left rotations, in order to cushion the water hammer that occurs when performing the opening or closing of the taps at the points of consumption.

El agua fría de la red de distribución, va a entrar por el extremo inferior del intercambiador y después de recorrerlo en sentido ascendente, va a salir por la parte superior calentada para su consumo o para alimentar una red de calefacción o cualquier otra utilización.The cold water of the distribution network is going to enter through the lower end of the exchanger and after run it upwards, it will exit at the top heated for consumption or to power a heating network or Any other use.

El intercambiador de calor que se propone en la presente invención, resuelve también el problema de la estratificación térmica del agua acumulada y mejora la estratificación de los dispositivos convencionales, pues al comenzar la circulación del agua fría por las espiras inferiores, enfría en primera instancia el agua acumulada de la zona inferior, constatada como la de menor temperatura del acumulador, continuando por las espiras centrales de la hélice y reduciendo la temperatura de la zona media, de tal modo que llega a la zona alta del acumulador ya precalentada, alcanzando en este punto la temperatura máxima, y el agua u otro fluido contenido en el acumulador, circula por convección natural y en forma laminar, sin turbulencias ni mezcla, a medida que se enfría, hasta situarse en el nivel térmico que le corresponda en esta estratificación natural inducida por el intercambiador helicoidal citado anteriormente.The heat exchanger proposed in the The present invention also solves the problem of thermal stratification of the accumulated water and improves the stratification of conventional devices, because at begin the circulation of cold water through the lower turns, cools the accumulated water in the lower zone in the first instance, verified as the lowest temperature of the accumulator, continuing by the central turns of the propeller and reducing the temperature from the middle zone, so that it reaches the upper zone of the accumulator already preheated, reaching at this point the temperature maximum, and the water or other fluid contained in the accumulator, circulates by natural convection and laminar form, without turbulence or mixing, as it cools, until it reaches the thermal level that corresponds to it in this natural stratification induced by the helical exchanger mentioned above.

En resumen, el calentador solar atmosférico está compuesto por uno o varios colectores solares que, colocados en un lugar receptor del sol sobre el edificio y orientados convenientemente, calientan el agua u otro fluido que circula por su interior, impulsado por una bomba eléctrica, controlada por un termostato diferencial que acciona la circulación si la temperatura en los colectores es sensiblemente mayor que la temperatura en el punto más bajo del acumulador, o bien se dispone la instalación sin termostato, ni tampoco de la bomba de circulación, en cuyo caso, el acumulador debe estar ubicado a la suficiente altura y proximidad de los colectores como para que se de la circulación por convección natural del fluido al calentarse el fluido en los colectores y distribuir su densidad, ascendiendo espontáneamente hacia el acumulador, mecanismo físico denominado termosifón.In short, the atmospheric solar heater is composed of one or several solar collectors that, placed in a sun place on the building and oriented conveniently, they heat the water or other fluid that circulates through inside, driven by an electric pump, controlled by a differential thermostat that drives the circulation if the temperature in the collectors it is significantly higher than the temperature in the lowest point of the accumulator, or the installation is arranged without thermostat, nor of the circulation pump, in which case, the  accumulator must be located at sufficient height and proximity of the collectors to be convection circulation natural fluid when the fluid is heated in the manifolds and distribute its density, ascending spontaneously towards the accumulator, physical mechanism called thermosiphon.

El fluido que circula por los colectores podrá ser el contenido en el acumulador, que se encuentra a presión atmosférica, o podrá ser otro líquido que, en un circuito cerrado, cede el calor, por medio de un intercambiador interno o externo, al fluido contenido en el acumulador, que normalmente será agua o una disolución acuosa de sales de alto calor latente de disolución, por ejemplo, la sal de Glauber, el Tiosulfato de Sodio Pentahidratado u otras, con objeto de aumentar la capacidad de acumulación térmica del depósito.The fluid that circulates through the collectors may be the content in the accumulator, which is under pressure atmospheric, or it may be another liquid that, in a closed circuit, yields heat, by means of an internal or external exchanger, to fluid contained in the accumulator, which will normally be water or a aqueous solution of salts of latent heat of dissolution, by example, Glauber salt, Sodium Thiosulfate Pentahydrate or others, in order to increase the thermal accumulation capacity of the deposit.

Para evitar la congelación del fluido, en los colectores o tuberías adyacentes durante las etapas nocturnas, se opta por activar la bomba de circulación, cuando la temperatura en los colectores se acerca a un punto próximo al de congelación, hasta que la temperatura en los mismos ascienda varios grados, y si el sistema de circulación por termosifón, se utilizará un fluido o disolución acuosa que tenga una temperatura de congelación superior a la alcanzable en los inviernos de la zona geográfica en la que está ubicada la instalación.To prevent freezing of the fluid, in the adjacent collectors or pipes during the night stages, it choose to activate the circulation pump, when the temperature in the collectors are approaching a point close to freezing, until the temperature in them rises several degrees, and if the thermosiphon circulation system, a fluid or aqueous solution that has a higher freezing temperature to the attainable in the winters of the geographical area in which The installation is located.

El acumulador que tendrá preferentemente, con carácter no limitativo, forma cilíndrica y posición vertical, está aislado térmicamente en su cara externa, disponiendo de un orificio con tapón de llenado, indicando éste el nivel óptimo de fluido contenido, estando este nivel cercano a la cara superior del acumulador.The accumulator that you will preferably have, with non-limiting character, cylindrical shape and vertical position, is thermally insulated on its outer face, having a hole with filling cap, indicating the optimum fluid level content, this level being close to the upper face of the accumulator.

La cámara de vapores que queda en la zona superior, comunica con la atmósfera por medio de un tubo metálico que, provisto de aletas de refrigeración, asciende con una longitud suficiente como para que cuando la temperatura del fluido se acerque a la ebullición y los vapores asciendan por el tubo de comunicación con la atmósfera, éstos cedan el calor al aire circulante a través de las paredes del tubo y sus aletas refrigeradoras, condensándose los vapores en la pared interior y formando gotas que retornan al depósito por su propio peso, quedando consecuentemente resuelto el problema de la fuga de vapores en los depósitos abiertos a la atmósfera.The vapors chamber that remains in the area superior, communicates with the atmosphere through a metal tube which, provided with cooling fins, ascends with a length enough that when the temperature of the fluid is approach the boil and the vapors rise up the tube communication with the atmosphere, they give heat to the air circulating through the walls of the tube and its fins refrigerators, condensing the vapors in the inner wall and forming drops that return to the tank by their own weight, consequently the problem of the leakage of vapors in the deposits open to the atmosphere.

La salida hacia los colectores solares, del fluido contenido en el acumulador, se realizará desde el punto más bajo del acumulador, por ser esta la zona más fría del mismo, y el retorno al acumulador del fluido ya calentado a su paso por los colectores, se realizará por la zona superior de éste, a través de un tubo que se ensancha interiormente para evitar turbulencias en el vertido del líquido entrante, evitando la mezcla de éste con el fluido contenido en esa zona del acumulador y posibilitando que ascienda, si su temperatura fuera mayor que la correspondiente a ese nivel, o que descienda, si ésta fuera menor, quedando en el mismo nivel que el orificio de entrada, si las mismas coincidieran.The exit to the solar collectors, from fluid contained in the accumulator, will be made from the most under the accumulator, because this is the coldest zone of the same, and the return to the accumulator of the fluid already heated as it passes through the collectors, will be made in the upper area of the latter, through a tube that widens internally to avoid turbulence in the pouring of the incoming liquid, avoiding mixing it with the fluid contained in that area of the accumulator and enabling rise, if its temperature is higher than that corresponding to that level, or that descends, if this were lower, remaining in the same level as the entrance hole, if the same match.

De este modo, el proceso de calentamiento solar del fluido, en lugar de romper la estratificación térmica, coopera con la formación natural de la misma.In this way, the solar heating process of the fluid, instead of breaking the thermal stratification, cooperates with the natural formation of it.

Una vez descrito el circuito primario y de captación y acumulación de calor, se describe el circuito secundario o de transferencia de calor al agua de consumo, o en su caso, al fluido de calefacción, por un nuevo intercambiador interior al acumulador.Once described the primary circuit and of heat collection and accumulation, the circuit is described secondary or heat transfer to drinking water, or in its case, to the heating fluid, by a new exchanger inside the accumulator.

El agua fría procedente de la red de distribución, entra a la presión de la red a través de un tubo de cobre u otro material conductor de calor, por la parte inferior del acumulador de calor sin mezclarse con el fluido contenido en el mismo, y este tubo se bifurca en dos ramales helicoidales ascendentes soldados entre sí vuelta a vuelta, circundando la mitad del caudal a derechas y la otra mitad a izquierdas, de tal modo que ante una variación de caudal o cierre brusco de un grifo, queda anulado el golpe de ariete, ya que al estar soldadas entre sí las espiras a derechas y las espiras a izquierdas, el momento angular total del agua circundante es nulo, quedando compensado el golpe de cada espira con su homólogo coaxial, cuyo golpe es inverso al anterior, y finalmente estos dos ramales se unen en la zona superior del acumulador, a un conducto que sale del acumulador con el agua calentada para ser distribuida y consumida, o en caso de uso para calefacción, para ser distribuida a los radiadores, suelo radiante u otro medio de transferencia de calor al edificio.The cold water coming from the network of distribution, enters the network pressure through a tube of copper or other heat conducting material, from the bottom of the heat accumulator without mixing with the fluid contained in the same, and this tube forks into two helical branches ascending soldiers with each other back and forth, circling half  of the flow to the right and the other half to the left, thereby that before a variation of flow or abrupt closing of a tap, it is the water hammer was canceled, since when they were welded together turn right and turn left, the angular momentum total of the surrounding water is null, being compensated the blow of each expires with its coaxial counterpart, whose blow is inverse to the previous, and finally these two branches join in the area top of the accumulator, to a duct that exits the accumulator with the water heated to be distributed and consumed, or in case of use for heating, to be distributed to radiators, floor radiant or other means of heat transfer to the building.

El intercambiador de doble hélice descrito anteriormente, puede ser sustituido por uno de hélice sencilla, pero con cambio de sentido de circulación en cada vuelta recorrida por el agua, alternándose las vueltas a derechas con vueltas a izquierdas, de modo que el golpe de ariete queda compensado por flexión de cada vuelta con respecto al anterior y posterior.The double helix exchanger described previously, it can be replaced by a single propeller, but with a change of direction in each lap run by water, alternating right turns with turns to left, so that the water hammer is compensated by flexion of each turn with respect to the previous and subsequent.

Normalmente, será el agua u otro fluido contenida en el acumulador de calor, la que circule por los colectores solares, pero como se citó anteriormente, se puede optar por utilizar un circuito independiente para la captación de calor en las placas, y transferir al acumulador por un intercambiador interior.Normally, it will be water or other fluid contained in the heat accumulator, which circulates through the solar collectors, but as mentioned above, you can opt for using an independent circuit for heat collection on the plates, and transfer to the accumulator by an exchanger inside.

Éste consistirá en un tubo del mismo material del intercambiador del agua de consumo o similar, soldado al mismo con circulación descendente, y al estar ambos intercambiadores soldados, se logra aumentar su eficiencia, pero al mismo tiempo, se aumenta la superficie de contacto con el agua del acumulador, ya que la superficie de los mismos son compartidas en los dos procesos de transferencia de calor, es decir, captación y consumo.This will consist of a tube of the same material of the water exchanger or similar, welded to it with downward circulation, and being both exchangers soldiers, you can increase your efficiency, but at the same time, you  increases the surface of contact with the water of the accumulator, since that their surface are shared in the two processes of heat transfer, that is, collection and consumption.

El intercambiador de calor del circuito de consumo, es decir, circuito secundario, tanto en su versión de doble hélice, como de hélice sencilla con vueltas alternas, resulta ser un óptimo intercambiador de calor integrado en el acumulador, pues el agua fría de la red es precalentada con agua templada en la zona inferior del recipiente acumulador, y a medida que asciende, recibe calor de los estratos de agua a temperatura levemente superior, de tal modo que al llegar a las espiras superiores, sí lo recibe una pequeña cantidad de calor, manteniendo casi invariablemente la temperatura del fluido contenido en la zona alta del acumulador.The heat exchanger circuit consumption, that is, secondary circuit, both in its version of double helix, like single helix with alternate turns, it turns out be an optimal heat exchanger integrated in the accumulator, because the cold water of the network is preheated with warm water in the lower area of the accumulator vessel, and as it rises, receives heat from the water strata at mild temperature superior, so that when you reach the upper turns, yes what receives a small amount of heat, keeping almost invariably the temperature of the fluid contained in the high zone of the accumulator.

Este modo o manera de transferir calor, lleva implícito un crecimiento mínimo de la entropía de la invención, pues el agua u otro fluido contenida en el acumulador, reduce levemente su temperatura en la zona de contacto con el intercambiador, descendiendo por convección natural y en circulación laminar, hasta el nivel correspondiente a su temperatura nominal, sin mezclarse con los niveles intermedios por los que ha transitado, dada la ausencia de turbulencias.This mode or way of transferring heat carries implicit minimal growth of the entropy of the invention, as water or other fluid contained in the accumulator reduces slightly its temperature in the area of contact with the exchanger, descending by natural convection and in laminar circulation, up to the level corresponding to its nominal temperature, without mixing with intermediate levels by those who have traveled, given the absence of turbulence.

Por último, debe indicarse que el acumulador puede estar dotado de una resistencia de inmersión en su eje central para calentar con energía eléctrica el agua contenida en el mismo cuando por las condiciones climatológicas, o por un exceso de consumo, se ha enfriado el agua acumulada, y esta resistencia se pone en funcionamiento por medio de un termostato, cuya sonda térmica se coloca en la zona media del acumulador.Finally, it should be noted that the accumulator it can be provided with immersion resistance in its axis power plant to heat the water contained in the same when due to weather conditions, or due to an excess of consumption, the accumulated water has cooled, and this resistance is puts into operation by means of a thermostat, whose probe Thermal is placed in the middle zone of the accumulator.

El acumulador de calor descrito anteriormente y sus medios de intercambio de calor, puede ser usado en instalaciones de producción y distribución de agua caliente sanitaria o de calefacción, en las que no se capta el calor por energía solar, si no que se genera por combustión, resistencias eléctricas, bombas de calor o por cualquier otro medio, pues todas las ventajas descritas en esta invención, permanecen independientemente del origen del calor.The heat accumulator described above and Its heat exchange means, can be used in hot water production and distribution facilities sanitary or heating, in which heat is not captured by solar energy, if not that is generated by combustion, resistors electric, heat pumps or by any other means, because all the advantages described in this invention remain regardless of the origin of the heat.

Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, una hoja de planos en la cual con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, is accompanied herein descriptive, as an integral part of it, a sheet of plans in which with an illustrative and non-limiting nature, represented the following:

La figura número 1.- Corresponde a una vista del objeto de la invención, relativa un calentador solar atmosférico.Figure number 1.- Corresponds to a view of the object of the invention, relative to a solar heater atmospheric.

Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

A la vista de la figura número 1, puede observarse cómo el calentador solar atmosférico (1) presenta un acumulador (2), seccionado transversalmente y un intercambiador de doble hélice (3), debiendo indicarse que la circulación por termosifón se logra a partir del hecho de que el agua contenida en el acumulador (2), circula a través del orificio de salida (6), hasta introducirse en el captador solar (1) a través de su entrada inferior (4), siendo calentada en su interior por efecto de la radiación solar incidente, e impulsada por el efecto termosifónico hasta salir por el racor superior (5) y a través de un tubo aislado térmicamente, se introduce en el acumulador (2), mediante el ensanchamiento (7), cuyo objeto es el de impedir toda turbulencia para que el flujo de agua caliente se desplace hasta la zona térmica que corresponda a su temperatura nominal.In view of figure number 1, you can observe how the atmospheric solar heater (1) presents a accumulator (2), cross section and an exchanger double helix (3), indicating that the circulation through thermosiphon is achieved from the fact that the water contained in the accumulator (2), circulates through the outlet orifice (6), until it enters the solar collector (1) through its entrance lower (4), being heated inside by the effect of the incident solar radiation, and driven by the thermosiphonic effect until leaving through the top fitting (5) and through an insulated tube  thermally, it is introduced into the accumulator (2), by means of the widening (7), whose purpose is to prevent all turbulence so that the flow of hot water moves to the area thermal corresponding to its nominal temperature.

El circuito primario, o de captación de calor, también puede ser por circulación forzada, en cuyo caso, habrá que colocar una bomba entre su entrada inferior (4) y el orificio de salida (6) accionada por un termostato diferencial.The primary circuit, or heat collection, it can also be by forced circulation, in which case, it will be necessary place a pump between its lower inlet (4) and the orifice of output (6) operated by a differential thermostat.

El agua, u otro liquido contenida en el acumulador abierto (2), una vez calentada, se estratificará térmicamente, quedando en la zona más caliente, una cámara de vapores (13) que comunica con la atmósfera por el orificio (18) a través del conducto disipador de calor (14), que en caso de ebullición del agua acumulada, enfría los vapores ascendentes, condensándolos y retornando en forma líquida hacia el acumulador por el orificio (19).Water, or other liquid contained in the Open accumulator (2), once heated, will be stratified thermally, being in the hottest area, a chamber of vapors (13) that communicates with the atmosphere through the hole (18) to through the heat sink duct (14), which in case of boiling of the accumulated water, cools the rising vapors, condensing them and returning in liquid form to the accumulator through the hole (19).

El nivel óptimo de agua contenida en el depósito se mantiene por medio del tapón de llenado (16) o por una boya que reponga el agua perdida por evaporación en largos periodos de tiempo, y esta agua acumulada y calentada no se consume, sino que cede su calor al circuito secundario de agua para uso sanitario de calefacción, a través del intercambiador (3) que por su geometría anula el golpe de ariete que se produciría en uno de hélice sencilla al cortar bruscamente el caudal.The optimum level of water contained in the tank is maintained by means of the filler cap (16) or by a buoy that replace the water lost by evaporation in long periods of time, and this accumulated and heated water is not consumed, but gives its heat to the secondary water circuit for sanitary use of heating, through the exchanger (3) than by its geometry cancels the water hammer that would occur in a propeller simple when cutting the flow sharply.

El agua fría procedente de la red de distribución, entra con su presión correspondiente por el conducto (8) al interior del acumulador y sin mezclarse con el agua contenida, se bifurca por los ramales (10) y (11) de las dos hélices soldadas mutuamente, recorriendo una trayectoria helicoidal ascendente, en sentido horario al ramal (10) y en sentido antihorario el ramal (11), calentándose progresivamente a medida que asciende, siendo expulsada para su consumo por el conducto (9) y estratificando el acumulador según se ha descrito anteriormente.The cold water coming from the network of distribution, enters with its corresponding pressure through the duct (8) inside the accumulator and without mixing with the water contained, forks by branches (10) and (11) of the two mutually welded propellers, traveling a helical path  ascending, clockwise to the branch (10) and in the direction counterclockwise the branch (11), gradually warming as that ascends, being expelled for consumption by the duct (9) and stratifying the accumulator as described previously.

Claims (2)

1. Calentador solar atmosférico caracterizado por incorporar en su interior, un intercambiador secundario (3), que transfiere el calor acumulado al agua circulante para ser consumida o para calefacción, disponiendo de un intercambiador de doble hélice soldada, con circulación ascendente en sentido horario (10) y antihorario (11) formado por dos ramales para eliminar el golpe de ariete y estratificar térmicamente el líquido contenido, disponiendo de una cámara de vapores (13) que comunica con la atmósfera, a través de un tubo metálico (14) constitutivo de un disipador de calor para condensar los vapores de la ebullición, disponiendo de un orificio (19) para retornar al acumulador de forma líquida y provista de un intercambiador.1. Atmospheric solar heater characterized by incorporating in its interior, a secondary exchanger (3), which transfers the accumulated heat to the circulating water to be consumed or for heating, having a double helix exchanger welded, with ascending circulation clockwise ( 10) and counterclockwise (11) formed by two branches to eliminate the water hammer and thermally stratify the liquid contained, having a vapor chamber (13) that communicates with the atmosphere, through a metal tube (14) constituting a heat sink to condense the boiling vapors, having a hole (19) to return to the accumulator in liquid form and provided with an exchanger. 2. Calentador solar atmosférico, según la primera reivindicación, caracterizado porque la hélice del intercambiador está provista de espiras ascendentes que cambian, en cada vuelta, su sentido de rotación alternativamente a derechas y a izquierdas.2. Atmospheric solar heater, according to the first claim, characterized in that the propeller of the exchanger is provided with ascending turns that change, in each turn, its direction of rotation alternately to right and left.
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