ES2321576B2 - Colector de energia solar termica. - Google Patents

Abstract

Colector de energía solar térmica, en el que un panel absorbedor de radiación solar, por dentro del cual circula el fluido calorífero, se sitúa dentro de un cajón paralelepipédico, con una apertura con cubierta transparente en su parte frontal que puede duplicarse dejando un huelgo atmosférico en medio, contando la pared posterior del cajón con un sistema de juntas y tanques encastrados en la propia pared de modo que se asimilan las dilataciones y contracciones de los tubos verticales del panel y de sus conexiones horizontales mediante cambios suaves de curvatura de codos de tubería y de minúsculos giros de los tanques, añadiendo un sistema de llenado del cajón con un gas inerte, cuya presión puede escogerse entre una milésima de atmósfera y una atmósfera, disponiéndose para ello de un circuito exterior de gas, con tanques de baja y alta presión, y compresor intermedio.

Description

Colector de energía solar térmica.

Campo técnico de la invención

La invención se encuadra en el campo de la energía solar térmica, particularmente la que utiliza concentración de la radiación originaria, reflejada por unos espejos orientables, e incidente sobre unos colectores que absorben parte de dicha radiación para alcanzar alta temperatura en el bien útil, que generalmente se materializa en un fluido calorífero que transporta el calor solar absorbido hasta un ciclo termodinámico. Dentro de este campo se encuadra en los colectores propiamente dichos, donde existe una superficie plana o curva que absorbe la radiación, y que constituye la superficie exterior de un cuerpo por dentro del cual circula el fluido calorífero antedicho. La invención hace referencia a la configuración y constitución de estos colectores, para maximizar el rendimiento de captación de la energía solar, al tiempo que se les dota de una robustez intrínseca que les permite soportar los efectos termomecánicos producidos por las grandes variaciones de temperaturas y otras magnitudes termodinámicas, cuando pasan de estar a temperatura ambiente a estar irradiados por la energía solar concentrada, y viceversa.

Antecedentes de la invención

Es conocido en la actualidad el uso de un campo de espejos orientables, o helióstatos, que concentran la radiación solar en un receptáculo que ocupa la parte superior de una torre, erigida al sur de dicho campo. De ese mismo tipo de configuración hay precedentes, tanto a nivel constructivo experimental, como de patentes, entre las que puede citarse, por su antigüedad, la patente US 4,117.682, que presenta un campo de helióstatos sectorialmente dividido, con una torre con receptor central en cada sector del campo.

Alternativamente se pueden tener disposiciones en torre, pero usando toda una fachada de la construcción, no sólo un receptáculo superior, tal como puede verse en la patente DE 102 48 064 A1. Previamente a esa patente, se puede citar la patente US 4,136,674 en la cual la superficie exterior de la torre central donde se recibe la radiación reflejada por los espejos, está constituida de un haz de tubos que la recubren en su práctica totalidad. Análogamente se encuentra la solicitud de patente europea EP 0 106 688 A2, destinada a mejorar las prestaciones de los colectores de tubos cuando el fin al que se destinan es producir vapor, por lo que se busca una distribución apropiada de la carga térmica entre los tubos destinados al hervidor, donde se produce el cambio de fase, y los del sobrecalentador, donde se eleva la temperatura del vapor seco ya separado de la fase líquida, que se recircula.

En estas dos patentes se evidencian dos problemas especialmente graves de esta disposición o configuración de paneles o colectores: al estar los tubos desnudos, la convección natural del aire circundante extrae mucho calor de la superficie irradiada, disminuyendo por ende el calor efectivamente captado, esto es, transferido al fluido calorífero, con lo cual el rendimiento del colector resulta bajo o muy bajo; y además, el oxígeno del aire puede oxidar rápidamente la superficie exterior del tubo caliente, que deberá estar pintada de una sustancia de alta absortividad solar y baja emisividad, propiedades que se degradan cuando el oxígeno reacciona químicamente con dicha capa de pintura especial.

La respuesta estándar a estos problemas es encerrar la superficie colectora de radiación en un receptáculo o cajón donde se haya hecho un vacío apreciable, y su cierre, en la parte por donde incide la radiación, será una cubierta transparente, generalmente de vidrio, precisamente para dejar pasar la radiación al interior del cajón. Esta disposición es incluso seguida en colectores de baja y media temperatura, operando con radiación directa (no reflejada con concentración), aunque en este caso las temperaturas alcanzadas sean, mucho menores. En todo caso, mediante esta disposición se consigue minimizar el nivel de pérdidas térmicas por convección, al no existir corrientes de convección dentro del receptáculo del colector a vacío, y también se evita la agresión química del oxígeno contra la capa exterior de la superficie absorbente de radiación.

Esta solución tiene, no obstante, un problema, y es que el vidrio de la cubierta transparente ha de trabajar con una diferencia de presiones entre sus caras de aproximadamente una atmósfera, es decir unos 100.000 pascales. Esta diferencia de presiones es muy alta para un material de muy bajo límite elástico, como es el vidrio (y aún sería peor para algunos plásticos transparentes, pues además habrían de soportar temperaturas muy superiores a las de ambiente, aunque no tan altas como las de la superficie absorbente de radiación). Ello significa que las dimensiones de la cubierta de vidrio (o de la cubierta en general), estarán muy limitadas por las tensiones mecánicas internas inducidas por la mencionada diferencia de presiones. Como en una viga cargada uniformemente (que en nuestro caso corresponde a una diferencia de presiones uniforme) el momento flector máximo depende del cuadrado de la longitud de la viga, esta longitud quedará considerablemente limitada por el efecto de la diferencia entre la presión exterior (la atmosférica local) y la interior, prácticamente nula, aunque en la realidad constructiva se considere suficiente un vacío de una milésima de atmósfera. Cabe hacer la cubierta de vidrio de espesor muy grande, para aumentar el momento de inercia transversal, y por ende disminuir la tensión interna necesaria para equilibrar el momento flector inducido, pero esa posibilidad presenta a su vez otro inconveniente, pues no hay ningún vidrio absolutamente transparente, y cuanto mayor sea su espesor, mayor es la cantidad de radiación absorbida en su seno, lo que provoca mayores temperaturas interiores, y mayor gradiente de ésta, pues sólo se refrigera por la cara externa, lo que hace que aparezcan tensiones mecánicas inducidas por diferencias térmicas, que pueden ser incluso superiores a las producidas por la diferencia de presiones exterior e interior.

Junto a los problemas señalados, hay que apuntar otro igualmente importante, y es el de las dilataciones producidas al pasar los elementos del colector desde la temperatura ambiente a la de trabajo, lo cual puede suponer un salto de 500ºC o igualmente Kelvin en el sistema SI. Si se tiene en cuenta que el coeficiente de dilatación lineal de un acero convencional está en el orden de 10 millonésimas por ºC resulta que los aumentos de las longitudes son del orden del 0,5%, lo cual es muy apreciable y se ha de tener en cuenta en el diseño de la superficie absorbente de la radiación, y en la matriz o cuerpo en que se sustenta, por dentro de la cual ha de pasar el fluido calorífero, para extraer el calor y llevarlo al foco termodinámico de interés. Al tratar el tema de las dilataciones, también se ha de señalar que éstas serán menores en la cubierta de vidrio que en la superficie absorbente y su cuerpo sustentador. De hecho, incluso las otras paredes del receptáculo del colector, distintas a la cubierta transparente, también habrán de estar a temperaturas bastante menores que las partes absorbentes de radiación, pues de lo contrario gran parte de la energía fugaría por esas paredes, por conducción y convección.

El cuadro anteriormente descrito, configura el conjunto de problemas a resolver, mediante una invención que emplee los mecanismos físicos naturales, con los artificiales que se requiera, para poder absorber una fracción importante de la energía térmica de la radiación solar, cuando ésta se concentra merced a la convergencia, sobre un colector, de la radiación reflejada por un conjunto de espejos cuya superficie total de reflexión sea muy superior a la superficie absorbente de radiación, contenida dentro del receptáculo del colector. Era por tanto deseable un sistema que consiguiera la absorción de energía solar térmica por parte de un fluido calorífero evitando los inconvenientes existentes en los anteriores sistemas del estado de la técnica.

\vskip1.000000\baselineskip

Descripción de la invención

La invención consiste en disponer la superficie absorbente de radiación, y su matriz o cuerpo soporte, por dentro de la cual pasa el fluido calorífero, en el interior de un gran cajón hermético o receptáculo que tenga una pared constituida por una cubierta transparente que es atravesada por la radiación a absorber; y el resto de la paredes estarán compuestas de materiales que incluirán estructuras de rigidez mecánica, así como aislantes térmicos; proponiéndose una disposición del componente térmico esencial de tal manera que permite asimilar fácilmente sus dilataciones sin alterar la estanqueidad del receptáculo o cajón, que estará, en una primera opción de la invención, en condiciones de vacío.

La disposición de los componentes hace que se minimicen las pérdidas térmicas por conducción y convección hacia el exterior; y se minimice así mismo la agresión química a la capa exterior de la superficie absorbente de la radiación, gracias al vacío interior y a la ausencia de oxígeno. Como alternativa al vacío, la invención contempla la insuflación de un gas inerte, como el nitrógeno, en el interior del receptáculo, con un sistema activo de mantenimiento de la presión ante cualquier cambio de temperatura en el gas de llenado; pudiendo además colocarse una doble cubierta transparente de pequeño grosor, pero con muy pequeñas solicitaciones mecánicas y con bajas pérdidas de calor por convección. En todo caso, las dilataciones de los elementos del componente térmico esencial quedarán totalmente compensadas, sin crear tensiones que puedan dañar aceleradamente ningún elemento. Adicionalmente, en el caso de la opción más elaborada de la invención, las presiones exterior (atmosférica local) e interior del cajón o receptáculo, quedarán igualadas, de modo que la cubierta de vidrio estará sometida a presiones iguales en ambas caras, sin sufrir por tanto tensiones mecánicas difíciles o imposibles de soportar por un vidrio o material transparente similar, en el cual sería difícil de garantizar la resistencia con una diferencia de presiones de una atmósfera (1 bar, o 100.000 Pa) si las dimensiones superficiales de la cubierta son grandes.

La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un colector de energía solar térmica formado por una pluralidad de conductos colectores, que absorben la energía solar incidente en éstos, por dentro de los cuales circula un fluido calorífero que recoge la energía solar absorbida por los conductos colectores. Los conductos colectores son verticales y tienen un extremo de entrada y uno de salida.

El colector también presenta medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, los cuales se conectan a los extremos de entrada de dichos conductos colectores, y medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, los cuales se conectan a los extremos de salida de los conductos colectores.

En el colector, tanto los conductos colectores, como al menos parte de los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, y al menos parte de los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, se disponen en el interior de un cajón hermético 100, cuya estructura está formada por una placa interior metálica resistente, una placa exterior metálica resistente, y entre las placas interior y exterior, un volumen intermedio relleno de material aislante térmico.

El cajón está formado por una pared superior, una pared inferior, paredes laterales, y una pared trasera en la que se encastran al menos parte de los medios de entrega del flujo calorífero y al menos parte de los medios de recogida del flujo calorífero en alojamientos herméticos recubiertos por juntas de materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones de los medios de entrega y medios de recogida del flujo calorífero sustancialmente del 0,1%. Además existe una pared frontal que tiene una abertura superficial para el paso de la radiación solar a los conductos colectores. La abertura está cerrada mediante una cubierta transparente encastrada en la pared frontal por intermediación de una junta de cierre a presión.

Los conductos colectores pueden ser una pluralidad de canales de sección recta rectangular que forman un panel continuo con una superficie frontal plana, o bien pueden ser una pluralidad de tubos colectores que forman un haz vertical, o con una inclinación de sustancialmente 10º sexagesimales, hacia delante.

Según una realización particular de la invención, los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores están formados por unos primeros tubos de conexión que tienen un codo a 90º, y que se conectan por uno de sus extremos a los extremos de entrada de los conductos colectores, y por su otro extremo a al menos un tanque de entrada cilíndrico horizontal encastrado en la pared trasera en un alojamiento hermético. El alojamiento está recubierto por una primera junta aislante térmica y elástica que lo recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de entrada de sustancialmente el 0,1%, y el tanque de entrada se conecta en una zona diametralmente opuesta a la de los primeros tubos de conexión a una pluralidad de tubos de entrada del fluido calorífero al colector. Según esta realización, los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores tienen unos segundos tubos de conexión que tienen un codo a 90º, y que se conectan por uno de sus extremos a los extremos de salida de los conductos colectores, y por su otro extremo a al menos un tanque de salida cilíndrico horizontal encastrado en la pared trasera en un alojamiento hermético. El alojamiento está recubierto por una segunda junta aislante térmica y elástica que lo recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de salida de sustancialmente el 0,1%, y el tanque de salida se conecta en una zona diametralmente opuesta a la de los segundos tubos de conexión a unos tubos de salida del fluido calorífero del colector.

Para evitar que haya fluido procedente de diferentes tubos con diferente temperatura, de forma preferente el colector tiene un tanque de homogeneización de temperatura que se interpone entre los conductos colectores, a media altura de éstos, y divide a los conductos colectores en dos tramos.

El colector puede tener una pantalla metálica para la absorción de radiación, de alta conductividad, que se fija a la parte frontal del haz de tubos colectores. Esta pantalla metálica de absorción de radiación está recubierta con una capa de alta absortividad y baja emisividad a la radiación, que puede estar pintada o adherida.

Además, la superficie exterior de las paredes del cajón está recubierta con un recubrimiento de alta reflectividad a la radiación, que también puede estar pintado o adherido, y la superficie interior de las paredes del cajón está recubierta con un recubrimiento de alta reflectividad a la radiación, que también puede ser pintura o adhesivo.

Según una realización particular de la invención, el haz de tubos colectores se divide en varios sub-haces, y hay una pieza de apoyo entre cada dos sub-haces consecutivos, paralelamente a dichos sub-haces. Estas piezas de apoyo apoyan por su borde trasero en la pared trasera del cajón hermético, y la cubierta transparente apoya en el borde frontal de las piezas de apoyo. Según esta configuración, los medios de entrega de fluido calorífero a los tubos colectores tienen un tanque de entrada por cada uno de los sub-haces, y los medios de recogida de fluido calorífero de los tubos colectores tienen un tanque de salida por cada uno de los sub-haces. Estas piezas de apoyo son transparentes y están realizadas en el mismo material que la cubierta transparente, o alternativamente con el mismo material que la placa interior de la estructura del cajón hermético y con su mismo recubrimiento de alto índice de reflectividad.

Según una realización particular de la invención, los tubos de salida del colector, más allá de la pared trasera, tienen un codo de salida a 90º para dirigir los tubos de salida verticalmente, y los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores adicionalmente tienen un tanque de mezcla y homogeneización de temperaturas y presión que se conecta al extremo final de los tubos de salida.

Según otra realización concreta, los medios de entrega del fluido calorífero al haz de tubos colectores tienen un cabezal distribuidor al que llega el fluido calorífero a través de un conducto de aportación que atraviesa la pared trasera del cajón hermético a través de una fogonadura en la pared trasera, en la que hay una cuarta junta esférica. Además, los medios de recogida del fluido calorífero del haz tienen un embudo recolector conectado por su extremo mayor al extremo de salida de los tubos colectores y por su extremo menor a un conducto de salida que atraviesa la pared trasera del cajón a través de una fogonadura en la pared trasera, en la que se dispone una tercera junta esférica. Adicionalmente, esta realización puede presentar una pantalla metálica de alta conductividad que está fijada a la parte frontal del haz de tubos, la cual se recubre con una capa de alta absortividad y baja emisividad a la radiación, también pintada o adherida.

Los tubos del colector pueden estar inclinados con respecto a la vertical un ángulo de aproximadamente 10º, y adicionalmente puede existir un tanque de homogeneización de temperatura que se interpone en los tubos colectores, a media altura de éstos, y que divide a éstos en dos tramos longitudinales en altura.

Particularmente, la división en sub-haces de los tubos colectores se puede aplicar a la configuración del cabezal distribuidor y del embudo recolector, y por tanto habrá un cabezal distribuidor y un embudo recolector por cada uno de los sub-haces existentes. Según una realización alternativa para la configuración de los sub-haces, la cubierta transparente que cierra la abertura superficial de la pared frontal se divide en una pluralidad de bóvedas transparentes que se dispone cada una de ellas cubriendo cada uno de los sub-haces de los tubos colectores.

Además, el cajón hermético puede tener en su pared inferior un canal de succión del gas del interior del cajón, el cual canal se conecta a un compresor succionador para la realización del vacío en el interior de dicho cajón hermético, habiendo en el canal una válvula de cierre.

Según una realización alternativa de la invención, el interior del cajón hermético se puede rellenar con un gas inerte, como nitrógeno o anhídrido carbónico. Así, la presión del interior del cajón hermético se mantiene substancialmente igual a la presión atmosférica mediante un circuito de regulación de presión formado por un tubo de extracción de gas con una primera válvula de cierre y una primera válvula de regulación de paso del gas que se activa mecánica o electromecánicamente por la diferencia de presiones existente entre el interior del cajón hermético y la atmosférica. El circuito también tiene un primer depósito de gas que almacena el gas inerte extraído del cajón hermético cuando es necesario para la regulación de la presión, y que está a presión menor que la atmosférica. Este primer depósito de gas está conectado a un compresor que toma el gas del primer depósito de gas y lo inyecta en un segundo depósito de gas, el cual está a presión mayor que la atmosférica, e inyecta gas inerte en el cajón hermético cuando es necesario para la regulación de la presión. Tanto el primer depósito de gas como el segundo están reforzados para soportar presiones menores y mayores que la atmosférica.

Preferentemente, el colector objeto de la presente invención tiene una cubierta transparente adicional que se fija en paralelo a la cubierta transparente original, encastrada en la pared frontal del cajón hermético mediante una junta de cierre a presión adicional. Entre ambas cubiertas existe un huelgo intermedio que tiene menor espesor que las cubiertas transparentes y que está conectado con el exterior por medio de orificios en la parte inferior de la pared frontal del cajón, teniendo dichos orificios unos filtros con tamiz de paso menor de un milímetro.

Además, el colector puede presentar unas primeras aletas soldadas oblicuamente en el interior de la pared frontal del cajón hermético, dispuestas por encima de la cubierta transparente, que forman un ángulo agudo con la pared frontal y que están orientadas hacia la pared inferior del cajón. Además, puede presentar unas segundas aletas soldadas oblicuamente en el interior de la pared frontal del cajón, y que están debajo de la cubierta transparente, formando un ángulo agudo con la pared frontal y orientadas hacia la pared inferior de dicho cajón. Por último, puede tener unas terceras aletas, que están soldadas oblicuamente a lo largo del interior de la pared trasera del cajón, y que forman un ángulo agudo con la pared trasera, estando orientadas hacia la pared superior del cajón, y teniendo dichas terceras aletas una longitud tal que en su dilatación a temperatura de funcionamiento nominal del colector, su extremo libre queda a una distancia de la superficie trasera de los conductos colectores que esté entre medio milímetro y un milímetro. Todas estas aletas entorpecen el movimiento convectivo del gas en el interior del cajón, estando hechas de material aislante y recubiertas con un recubrimiento de alta reflectividad a la radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo,

Descripción de las figuras

A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.

La figura 1 representa un corte en sección vertical de una realización particular del colector objeto de la presente invención en la que los conductos colectores son tubos colectores.

La figura 2 presenta un corte transversal horizontal a la altura del tanque de salida del fluido calorífero del colector de la figura 1.

La figura 3 representa una vista frontal esquemática del colector de las figuras 1 y 2.

La figura 4 representa una vista frontal de una realización alternativa de la invención que incluye un tanque intermedio de homogeneización de la temperatura.

La figura 5 es un corte transversal horizontal a la altura del tanque de salida del fluido calorífero de una realización particular del colector anterior que incluye una pantalla metálica de absorción de radiación.

La figura 6 representa un corte en sección vertical de una realización particular del colector objeto de la presente invención en la que los conductos colectores son canales de sección recta que forman un panel.

La figura 7 representa una realización particular de la invención en la que el haz de tubos colectores se dividen en varios sub-haces divididos por piezas de apoyo en los que apoya la cubierta transparente.

La figura 8 se representa un corte transversal vertical de un detalle del alojamiento del tanque de salida del fluido calorífero en la pared trasera del cajón hermético.

La figura 9 muestra un corte transversal horizontal de una disposición alternativa del colector en el que la parte superior de los tubos colectores se conecta a un embudo recolector.

La figura 10 es similar a la anterior y representa una variante de la realización anterior en la que se añade una pantalla metálica de absorción de radiación.

La figura 11 es un corte vertical de la realización del colector de las figuras 9 y 10.

La figura 12 muestra una vista frontal de la realización del colector de las figuras 9, 10 y 11.

La figura 13 es análoga a la anterior, pero en ella se ha eliminado el tanque redistribuidor intermedio.

La figura 14 muestra una realización similar a la de la figura 7, en la que la cubierta transparente es sustituida por una bóveda para cada uno de los sub-haces de tubos colectores.

La figura 15 representa una realización particular de las juntas esféricas herméticas dispuestas en la pared posterior del cajón.

La figura 16 muestra una realización alternativa de dichas juntas esféricas herméticas de la pared posterior del cajón.

La figura 17 es una vista de una realización similar a la de la figura 7, pero en este caso utilizando los embudos colectores.

La figura 18 representa una realización particular de la invención en la que se utiliza un gas inerte en el interior del cajón hermético y un circuito de regulación de presión.

La figura 19 muestra un montaje de circuito de regulación de presión análogo al de la figura 18, en este caso aplicado al colector de las figuras 1 a 3.

La figura 20 muestra colector similar al de la figura anterior, en el que se dispone una cubierta transparente adicional.

La figura 21 representa esquemáticamente un montaje de varios colectores objeto de la presente invención ante un campo de helióstatos para la obtención de energía térmica.

La figura 22 muestra un colector objeto de la invención con elementos de ensamblaje para su montaje de acuerdo con uña disposición como la representada en la figura 21.

La figura 23 representa con detalle la cuña de ensamblaje representada en la figura anterior.

La figura 24 muestra la disposición de pletinas en ángulo para dar rigidez a las uniones de las paredes del cajón hermético de la presente invención.

La figura 25 muestra la forma de las pletinas de la figura anterior

En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:

1.

Radiación solar incidente en el colector

2.

Cubierta transparente del cajón hermético

3.

Junta de cierre a presión de la cubierta transparente de la pared frontal del cajón hermético

4.

Pared frontal del cajón hermético

5.

Pared superior del cajón hermético

6.

Pared inferior del cajón hermético

7.

Pared trasera del cajón hermético

8.

Recubrimiento de la superficie interior y exterior de las paredes del cajón hermético

9.

Canal de succión del cajón hermético

10.

Válvula de cierre del canal de succión del cajón hermético

11.

Tubos colectores

12.

Superficie exterior de los tubos colectores

13.

Tubos de entrada del fluido calorífero al colector

14.

Válvula de cierre de los tubos de entrada del fluido calorífero al colector

15.

Tanque de entrada de los medios de entrega del fluido calorífero

16.

Primera junta que recubre al tanque de entrada

17.

Primeros tubos de conexión de los medios de entrega del fluido calorífero

18.

Segundos tubos de conexión de los medios de salida del fluido calorífero

19.

Tanque de salida de los medios de salida del fluido calorífero

20.

Segunda junta que recubre el tanque de salida

21.

Tubos de salida del fluido calorífero del colector

22.

Válvula de cierre de los tubos de salida del fluido calorífero del colector

23.

Aislamiento térmico de los tubos de salida del fluido calorífero del colector

24.

Aislamiento térmico de los tubos de entrada del fluido calorífero al colector

25.

Haz de tubos colectores

25'.

Sub-haces en que queda divido el haz de tubos de colectores

26.

Tanque de homogeneización de temperatura

27.

Pantalla metálica de absorción de la radiación

28.

Panel continuo de canales con superficie frontal plana

29.

Canales de sección recta

30.

Pieza de apoyo de la cubierta transparente

31.

Codo de salida

32.

Tanque de mezcla y homogeneización de temperaturas y presión

33.

Embudo recolector

34.

Conducto de salida de fluido calorífero

35.

Tercera junta que embebe al conducto de salida en la pared posterior

36.

Aislamiento térmico del conducto de salida del fluido calorífero

37.

Válvula de cierre del conducto de salida del fluido calorífero

38.

Conducto colector oblicuo al embudo colector, al tanque intermedio redistribuidor y al cabezal distribuidor

39.

Tanque intermedio redistribuidor del flujo de fluido.

40.

Sección inferior del conducto colector oblicuo al embudo colector, al tanque intermedio y al cabezal distribuidor

41.

Cabezal distribuidor de fluido calorífero

42.

Conducto de aportación del fluido calorífero

43.

Cuarta junta que embebe al conducto de salida en la pared posterior

44.

Válvula de cierre del conducto de aportación del fluido calorífero

45.

Aislamiento térmico del conducto de aportación del fluido calorífero

46.

Bóvedas de la cubierta transparente

47.

Primera parte semiesférica de las juntas esféricas

48.

Segunda parte semiesférica de las juntas esféricas

49.

Tubo de extracción de gas del circuito de regulación de presión

50.

Primera válvula de cierre del circuito de regulación de presión

51.

Primera válvula de regulación de paso de gas del circuito de regulación de presión

52.

Primer depósito de gas del circuito de regulación de presión

53.

Compresor del circuito de regulación de presión

54.

Segundo depósito de gas del circuito de regulación de presión

55.

Tubo de descarga de gas al circuito de regulación de presión

56.

Segunda válvula de regulación de paso de gas del circuito de regulación de presión

57.

Segunda válvula de cierre del circuito de regulación de presión

58.

Primeras aletas en la pared frontal del cajón hermético del colector

59.

Terceras aletas en la pared trasera del cajón hermético del colector

60.

Segundas aletas en la pared frontal del cajón hermético del colector

61.

Placa interior del cajón hermético

62.

Volumen intermedio del cajón hermético

63.

Placa exterior del cajón hermético

64.

Huelgo intermedio entre cubiertas transparentes

65.

Cubierta transparente adicional

66.

Junta de cierre a presión adicional de la cubierta transparente de la pared frontal del cajón hermético

67.

Orificios de la parte inferior de la pared frontal del cajón hermético

68.

Primer filtro de los orificios

69.

Segundo filtro de los orificios

70.

Helióstatos de reflexión de la luz solar original directa

71.

Luz solar directa.

72.

Conjunto colector

73.

Vigas estructurales de las que penden los colectores

74.

Estructura constructiva de la que forman parte las vigas estructurales y que conforma la disposición de los colectores

75.

Sistema de compensación de la presión interior del gas de llenado de los cajones

76.

Tubería de aportación del fluido calorífero desde el fin útil

77.

Bomba de impulsión del fluido calorífero

78.

Tubería de salida del fluido calorífero hacia el fin útil

79.

Tanques de uniformización de temperatura del fluido calorífero y de amortiguación de transitorios

80.

Piezas solidarias a las vigas estructurales, de las que penden los colectores

81.

Orejetas del colector para el anclaje de éste

82.

Orificios en las orejetas para tornillos pasantes

83.

Cuarto superior de la pared del cajón

84.

Cuarto medio superior de la pared del cajón

85.

Cuarto medio inferior de la pared del cajón

86.

Cuarto inferior de la pared del cajón

87.

Cuña de ensamblaje del cajón

88.

Cordones de soldadura de la cuña de ensamblaje al cajón

89.

Pared lateral de la cuña de ensamblaje

90.

Bordes de la cuña para su soldadura a las paredes laterales del cajón

91.

Superficie superior del cajón hermético

92.

Superficie posterior del cajón hermético

93.

Superficie lateral del cajón hermético

94.

Pletina en ángulo de la unión superior-lateral del cajón hermético

95.

Pletina en ángulo de la unión superior-posterior del cajón hermético

96.

Pletina en ángulo de la unión posterior-lateral del cajón hermético

97.

Pletina en diedro

98.

Angulo recto del diedro

99.

Biseles en los extremos de la pletina

100.

Cajón hermético

Descripción de realizaciones preferentes de la invención

La figura 1 representa un corte en sección vertical de la configuración general de la invención propuesta, en la que se aprecia la radiación incidente en el colector, 1, que puede ser directa desde el sol, aunque en general provendrá de varios espejos que la concentran sobre el colector, para conseguir temperaturas más altas, al ser mayor la intensidad recibida, en potencia por unidad de superficie, es decir, vatios por metro cuadrado. La radiación atravesará mayoritariamente la cubierta transparente 2, que está embebida, a través de una junta 3 en la pared frontal 4 del cajón 100 del colector. Este cajón 100 es hermético, al estar cerrado por la mencionada parte frontal, compuesta por esa pared en cuestión más la cubierta 2, así como por las paredes superior, 5, e inferior, 6, más las laterales, sin funciones especiales que reseñar, más la posterior, 7, que no es continua sino que tiene perforaciones donde se asientan los tanques de entrada, 15, y salida, 19, del fluido calorífero; aunque el conjunto queda estanco merced a las juntas de asentamiento del tanque de entrada, 16, y de salida, 20. Así puede mantenerse el vacío interior del cajón 100, que se efectúa a través del tubo 9 de conexión con el compresor o bomba de vacío que succionaría el gas interior, y existiendo también una válvula de cierre, 10, del tubo 9, para mantener el vacío practicado, que en primera aproximación puede ser del orden de una milésima de atmósfera, aunque este valor se alterará después para unos montajes alternativos, más complejos, de la invención.

El fluido calorífero llega al colector por los tubos 13, cuyo paso puede ser cerrado, para aislamiento hidráulico de ese circuito, merced a las válvulas 14, llegando el fluido al tanque 15, desde el cual prosigue por los tubos 17, que tienen forma de codo, lo que les permite asimilar las dilataciones con facilidad, con una deformación leve de su ángulo de curvatura. Dichos tubos 17 llevan el fluido hasta el cuerpo o matriz 11, cuya superficie exterior 12 es la que recibe la mayor parte de la radiación solar 1, siendo absorbida en ella por sus propiedades ópticas de alta absortividad, siendo su emisividad muy baja. Ello hace que una fracción alta de la energía de esa radiación pase al fluido calorífero, que asciende por el interior del cuerpo o matriz 11, cuya estructura interna será descrita posteriormente. Tras su paso por dicho cuerpo, con el calentamiento consiguiente, el fluido sale del colector a través de los tubos en codo 18, conectados al tanque de salida 19, que está embebido en la pared posterior, 7, disponiéndose de una junta 20, que lo envuelve y lo encastra en dicha pared 7. Habida cuenta la forma cilíndrica de los citados tanques 15 y 19, que posteriormente se describirán con mayor detalle, los tubos de entrada y de salida tienen cierta holgura de movimiento, de tal manera que cuando se dilate el cuerpo 11, los codos de los tubos 17 y 18 tenderán a bajar y a subir respectivamente, lo que hará que el tanque 15 gire levemente en sentido levógiro, y el 19 en sentido dextrógiro. Induciendo giros similares en sus tuberías exteriores respectivas, las 13 para el tanque 15, y las 21 para el tanque 19. Se habla en plural, pues pueden ser varios los tubos de entrada y salida, en paralelo, tal como se evidenciará en dibujos posteriores.

Para aislar hidráulicamente el tramo del circuito del fluido calorífero, que corresponde al colector, los tubos 13 tienen unas válvulas 14, y los de salida, 21, las válvulas 22. De esta manera, en caso de tener que reparar el colector, por tener éste fugas en sus elementos interiores se puede realizar sin problemas el desmontaje del colector, en maniobra opuesta al montaje, que también se describirá como parte de esta invención. Habida cuenta de la alta temperatura del fluido calorífero, y del interés de minimizar las pérdidas de calor, los tubos externos, tanto 13 como 21, van aislados térmicamente, como se señala con los componentes 24 y 23 respectivamente. Estos aislantes son de material convencional, como la fibra de vidrio.

Cabe señalar que el material de los componentes puede ser así mismo convencional de la industria térmica, ajustando su elección en función de las temperaturas buscadas, tanto más altas cuanto mayor sea el factor de concentración de la luz solar. Se buscará en general, para el componente térmico esencial principalmente, material de alta conductividad térmica, y en tal sentido el cobre y el aluminio serán preferidos al acero, pero también contarán otros factores, como la compatibilidad química y la ausencia de corrosión ante el fluido calorífero.

Para las paredes del cajón 100 se usa una estructura tipo sándwich, también común en la industria térmica, con dos superficies de rigidez para las partes interior y exterior, típicamente metálicas, y un aislante térmico entre ambas. Las superficies de rigidez tienen por objeto dotar de resistencia mecánica al conjunto. Además de las posibles diferencias de presión entre el interior y el exterior del cajón 100, éste deberá aguantar su propio peso, pues el conjunto, incluido el colector, quedará pendido de la parte superior del cajón 100, tal como se especificará en una figura posterior, para poder recibir convenientemente la luz reflejada por un campo de helióstatos, que será la aplicación más interesante. La superficie metálica externa del cajón 100 especialmente importante, pues en ella habrá que practicar las soldaduras de montaje que dejen estanco el interior del cajón 100, y además permitan acoplar los tanques de entrada y salida, con sus juntas correspondientes. Por otro lado, toda la superficie interior del cajón 100, tal como ya se ha explicado, irá pintada, o con una capa adhesiva, de material que mayoritariamente refleje la radiación solar. De igual manera irá pintada la superficie exterior, particularmente la frontal 4, pues de producirse un error de enfoque de la radiación, y dar sobre la superficie del cajón 100, que no tiene la refrigeración adecuada, el cajón 100 podría sufrir daños mecánicos, e incluso fundirse en parte, de no tener alta reflectividad.

La figura 2 presenta un corte transversal horizontal de una de las disposiciones que puede adoptar la invención. El corte está hecho a nivel de uno de los tanques de penetración del cajón 100, que puede ser tanto el de entrada, 15, como el de salida, 19. Por motivos de precisión, en la figura se representa este último, junto a la junta 20, y los tubos de salida 21, de los cuales se representa un haz paralelo, como el de los tubos 18, que en número puede ser tan alto como la aplicación lo requiera.

Es muy importante señalar que la matriz o cuerpo que soporta el paso del fluido calorífero por el colector, señalado con el número 11 en la figura 1, se materializa en esta caso en un haz de tubos paralelos, 25. Es importante señalar que este haz de tubos paralelos conforma la matriz de canalización del paso del fluido calorífero por el colector, en una de las alternativas básicas de esa matriz, aunque no la única, como se verá en otras figuras. Cabe por último añadir que el exterior de estos tubos debe estar pintado del material de alta absortividad a la luz solar, que se designó como superficie 12 en la figura anterior, aunque en vez de pintura puede tratarse de un adhesivo. Como se ve en la figura, los tubos 25 son prácticamente tangente entre sí, a la temperatura de trabajo, para formar de modo práctico una pantalla a la radiación incidente, mientras que los tubos 18, que llevan codos para asimilar las dilataciones longitudinales, son más delgados, no tangentes entre sí, para permitir su mejor inserción en el tanque 19, aunque también sería posible la alternativa de recogerlos en un solo conducto, como se verá en otra figura. Para dimensionar el radio de los tubos 25, se partirá del coeficiente de dilatación lineal del material del tubo, y del aumento de temperatura que se busca obtener, según el balance térmico de la aplicación concreta que se proyecta. Si se denomina "A" a dicho coeficiente, y "T" al aumento de temperatura, el radio en frío de los tubos 25, denominado "F", se obtendrá a partir del radio en caliente, "L", que será igual a la anchura de la cubierta transparente 2, dividida por el número de tubos. La relación en cuestión es la siguiente:

F = L/(1 + A*T)

La figura 3 representa una vista frontal del colector, en la que se aprecia la pared frontal 4, que enmarca la abertura de la cubierta transparente, 2, que deja ver el haz de tubos, 25, donde se absorbe la radiación. En la parte inferior está el tanque de entrada 15, con su junta 16 y los tubos 17 que lo conectan con el haz 25. Análogamente en la parte de arriba están los tubos 18, el tanque de salida 19 y la junta 20. Conviene señalar que, al igual que la superficie interior del cajón 100, y como ya se ha anunciado, la superficie exterior de la pared frontal también debe ser pintada con un material con alta reflectividad de la radiación, o tener una capa adhesiva de esas propiedades ante la radiación de longitudes de onda propias de la luz solar.

\newpage

La figura 4 representa una alternativa a la disposición mostrada en la figura 3, pues en ella se ha incluido un tanque intermedio 26 de mezcla de caudales del fluido calorífero, para equilibrar temperaturas en los diversos tubos del haz 25. Esto es recomendable si se tiene en cuenta que no es fácil garantizar la uniformidad de la intensidad de la radiación recibida por las diferentes tubos del haz, dependiendo también de la altura, pues los helióstatos tendrán incertidumbres de colimación al apuntar hacia el colector que ha de recibir su luz reflejada. En general, los tubos laterales recibirán menos intensidad de radiación, e incluso su valor será casi nulo, pues se intentará evitar que la radiación incida sobre la pared frontal de cajón 100, dado que se perdería. Al introducir el tanque intermedio 26, el flujo del fluido se redistribuye, lo cual uniformiza las temperaturas de los tubos, y evita puntos excesivamente calientes.

La figura 5 es similar a la 2, pero en ella se añade un elemento constructivo opcional, pero importante, que es la pantalla frontal 27, que será la que reciba la radiación, y a la cual van soldados los tubos del haz 25. Conceptualmente, la pantalla 27 tiene la misma función que la superficie 12, expuesta en la figura 1, pues ha de tener una alta absortividad a la luz solar, y muy baja emisividad. Aquí se le identifica con una numeración propia porque se materializa de una manera específica, apropiada a la configuración de haz de tubos propuesta para la matriz de paso del fluido. La pantalla 27 tiene la función de absorber la radiación y transmitirla a los tubos con cierta redistribución de la carga térmica recibida, para lo cual ha de tener alta conductividad de calor. Aunque esto aporta una ventaja de cara a las prestaciones térmicas del haz de tubos, comporta el inconveniente de que puede inducir tensiones mecánicas causadas por diferencias de dilatación en los tubos, si éstos no se calientan por igual. Así pues, utilizar o no esta alternativa estará en función de cómo se consideren ambos aspectos, de redistribución térmica y de tensiones. En general podrá optarse por poner pantalla si ésta es de un material con alta conductividad, pues entonces se uniformizará mucho la distribución de calor a lo largo y ancho de toda ella, y los tubos adquirirán temperaturas muy parecidas, lo cual hará que sus dilataciones también lo sean, y los problemas mecánicos serán despreciables.

Hay que anotar que, para que la transmisión de calor de la pantalla a los tubos sea buena, la soldadura o método de unión ha de ser eficaz, en el sentido de no tener discontinuidades, pues éstas presentarían inaceptables resistencias a la transmisión del calor.

De ahí que como alternativa más propicia se presente la de la figura 6, en la cual el haz de tubos 25 se ha sustituido por un panel 28, formado por un conjunto de canales adyacentes de tipo rectangular en sus secciones rectas de paso del fluido, que permiten adherir o pintar mejor una capa en su superficie exterior como la indicada con el número 12, ya presentada en la figura 1. De esta manera, la redistribución de calor desde la superficie de absorción 12 a los canales del fluido calorífero es mucho más eficaz. Cada canal 29 del panel 28, estaría unido a un tuba 17 de entrada desde el tanque 15, y a un tubo superior de salida, 18, que va a dar, hidráulicamente, al tanque 19.

Subsiste sin embargo el problema ya mencionado de que en el interior del cajón 100 del colector existe vacío, y por tanto una presión casi nula, y en el exterior habrá la presión atmosférica ambiental, del orden de los 100.000 Pa, lo que hará que la cubierta transparente esté sometida a unos esfuerzos mecánicos muy altos, difícilmente soportables por un vidrio. De ahí que en la figura 7 se presente una alternativa para evitar la rotura del vidrio o material transparente de la cobertura por un exceso de carga y deformación. Es sabido que el máximo momento flector de una viga uniformemente cargada depende del cuadrado de la longitud de la viga, de modo que el modo habitual para reducir ese valor del momento, que a su vez genera las tensiones internas en la viga, es reducir la longitud de ésta poniendo apoyos intermedios. Estos se representan en la figura 7 mediante los elementos 30, que en una primera opción pueden ser así mismo de vidrio transparente, para que la radiación les atraviese. Como el vidrio trabaja razonablemente a compresión, estos apoyos serán efectivos para transmitir los esfuerzos mecánicos a la pared posterior, 7, del cajón 100, que tendrá una parte metálica en su estructura, como ya se ha dicho, para dotarla de la rigidez necesaria. Alternativamente a las piezas 30 de material transparente, se pueden utilizar de material metálico como el de la pared interna del cajón 100, recubiertos de pintura o con una capa adherida altamente reflectante a la radiación, capa 8.

El concepto anterior de viga puede aplicarse a las dos direcciones de la superficie de la cubierta transparente, pero habida cuenta de la disposición vertical de los tubos 25, o del panel 28, sólo cabe ponerlos en sentido asimismo vertical, tal como se muestra en la figura 7, que corresponde a un corte transversal horizontal. La idea corresponde a dividir el haz de tubos 25, o el panel 28 original en secciones separadas, paralelas, que van encajonadas en la parte correspondiente del cajón 100, separadas entre sí por los rectángulos 30, hechos bien de vidrio, bien de material metálico reflectante. Cada uno de los sub-haces de tubos, o trozo de panel, tiene una conexión hacia el exterior por la parte posterior del panel, como se muestra en las figuras 1 y 2. En la figura 7, similar a la 2, se ve como para cada sub-haz de tubos de dispone del tanque embebido en la pared posterior, al cual conectan los tubos, tanto por el interior del cajón 100 como por el exterior. En la figura 7, al igual que en la 2, sólo se han representado los tanques superiores, de salida, 19, representando también las juntas 20, que los embeben, uno a uno, herméticamente en la pared, 7.

En la figura 8 se representa precisamente un corte transversal vertical del alojamiento del tanque 19 en la pared posterior 7. Al tanque llegan los tubos 18, de los cuales no se representa la parte acodada en esta figura, que se centra en la parte exterior del cajón 100. Se anota no obstante que el tanque ha de estar recubierto por una junta de material tal como el grafito o el carburo de silicio, que soportan bien las temperaturas del fluido calorífero, tienen rigidez estructural y cierta elasticidad a la compresión. Del tanque 19 salen hacia el exterior los tubos 21, que van provistos de una válvula de cierre, 22, por si se ha de interrumpir el paso del fluido. Con objeto de asimilar las dilataciones y contracciones propias de los arranques y paradas, y variaciones en la temperatura del fluido, los tubos 21 han de tener también una parte en forma de codo, 31, que además envía al fluido hacia arriba, pues en general habrá que conectar esta salida con la entrada del colector siguiente, que estará a nivel superior. Con objeto de uniformizar las temperaturas del fluido calorífero que emerge del cajón 100 a través de los tubos 21, es pertinente disponer de un tanque como el representado por el componente 32. Así se prepararía adecuadamente la entrada del fluido en el siguiente colector.

La figura 9 muestra una disposición alternativa para la canalización, hacia la salida del cajón 100, del fluido calorífero que ha ascendido por los tubos absorbentes de la radiación solar. En este caso en la parte superior de los tubos 25 no se suelda, a cada uno, un tubo acodado 18, sino que la parte superior de los tubos se suelda a un recolector común, dispuesto horizontalmente, como se verá en una figura posterior. Este recolector tiene forma de embudo, y lleva el flujo del fluido hacia un conducto de salida, 34, que atraviesa la pared a través de una junta o cojinete de tipo esférico, 35, de material similar a la junta 20 antes presentada (aunque podrían utilizarse materiales más económicos que el grafito, como es el propio corcho prensado, sobre todo para aplicaciones de temperatura no muy alta, aunque su deterioro será muy rápido, e incluso puede tener riesgo de incendio, cosa remotísima con el grafito prensado o con el carburo de silicio). El conducto 34 está aislado térmicamente en su exterior, mediante el componente 36, que puede ser lana de vidrio u otro aislante de alta temperatura.

La figura 10 es una variante de la 9, en la que al haz de tubos 25 se le ha unido solidariamente por delante una pantalla de absorción de la radiación, 27, con objeto de mejorar la redistribución de la carga térmica que incida sobre el colector, que no siempre será uniforme.

La figura 11 representa el corte vertical del montaje anunciado en las figuras 9 y 10. En ella se aprecia en la parte superior el recolector-embudo 33 que recoge el fluido ascendiente, y lo canaliza hacia el conducto de salida 34, que tiene una válvula de cierre, 37. Pero así mismo se puede ver que el fluido calorífero ha ascendido hacia lo alto del componente 38. Este corresponde a una matriz o cuerpo por donde pasa el fluido calorífero, diseñada en este caso para encajar en la modalidad presentada en esta figura, la cual se caracteriza porque los tubos tienen una pendiente oblicua a los recolectores o distribuidores de fluido inferior y superior, con objeto de asimilar mejor las dilataciones y contracciones. La matriz puede ser de un haz de tubos como los del componente 25, o un panel de superficie plana como el componente 28, pero siempre con disposición algo oblicua a los cabezales de principio y fin de recorrido del fluido, representados por el recolector 33, el redistribuidor 39 y el distribuidor 41, todos ellos denominados genéricamente cabezales.

En este montaje el fluido calorífero entra por el conducto 42, que se puede cerrar mediante la válvula 44, si se quiere cerrar hidráulicamente ese circuito, y está aislado por el aislante térmico 45. El conducto 42 se asienta en la pared posterior 7, merced a la junta 43. El fluido asciende verticalmente del componente 40, que puede ser un haz de tubos como 25, pero con montaje algo oblicuo para favorecer la asimilación de dilataciones y contracciones; o un panel de superficie exterior plana como el 28, así mismo oblicuo. En todo caso, la parte superior de 40 entronca con el tanque 39 de manera hermética, por lo general con soldadura, donde el caudal se redistribuye, uniformizándose la temperatura. A partir del tanque 39 el flujo sigue ascendiendo, en este caso a través de la matriz superior de paso del fluido, 38, hasta llegar al recolector-embudo 33, que enviará el fluido calorífero hacia el exterior del cajón 100, por el conducto 34, ya presentado en las figuras anteriores.

En la figura 12 se presenta una vista frontal del montaje de las figuras 9, 10 y 11, enmarcada en la fachada frontal 4, pintada o con una capa adherida de muy alta reflectividad a la radiación. En este caso tanto la parte inferior de la matriz de paso del fluido, 40, como la superior, 38, están representadas por un haz de tubos, pero podrían también configurarse como un panel como el componente 28. A altura intermedia se ve el tanque redistribuidor 39, y en la parte superior el recolector-embudo 33 y la marca a trazos (sección recta) del conducto 34.

La figura 13 es análoga a la anterior, pero en ella se ha eliminado el tanque redistribuidor intermedio, por simplicidad, y la matriz de tubos, 38, va en este caso de abajo arriba sin interrupción, desde el distribuidor 41 hasta el recolector-embudo 33. Hay que recordar, como se evidencia en la figura 11, que los tubos, o el panel, que conformen la matriz, han de tener cierta oblicuidad respecto de los cabezales correspondientes de arriba y abajo, para asimilar bien las dilataciones y contracciones. La figura 14, que es análoga a la 7, aborda la resolución de un problema ya mencionado: las fuertes tensiones mecánicas que va a soportar la cubierta transparente por la diferencia de presiones entre sus dos caras. Para relajar estas tensiones, se pueden emplear cubiertas curvas con concavidad hacia el interior del cajón 100, que trabajan mejor a compresión, y eso se manifiesta en esa figura, con la cubierta 46. Esta cubierta se ha representado en este caso como un conjunto de semicircunferencias, que corresponden a las secciones rectas de semi-cilindros o bovedillas cuyas generatrices corren paralelas a los tubos, por ser esta la bovedilla la figura geométrica que mejores prestaciones tiene para soportar el empuje de la presión externa, cuando en el interior hay vacío o una presión muy pequeña. Se ha empleado a tal efecto la disposición de sub-haces de tubos 25, presentada en la figura 7, pues la reducción del vano a cubrir por cada bovedilla longitudinal de vidrio, que así pueden describirse las piezas 46 de la figura 14, proporciona más robustez a esta disposición.

En la figura 15 se detalla el tipo de junta empleada para atravesar de manera hermética la pared posterior 7 del cajón 100 del colector, según los montajes de las figuras 9, 10 y 11, particularizado, en la numeración, para el conducto superior. Se aprecia en ella la pared 7, en la que se efectúa un rebañado esférico para alojar la junta 35, que es una esfera en la que se ha practicado una oquedad cilíndrica, teniendo como eje uno de sus diámetros. En dicha oquedad se ha de alojar el tubo del conducto 34.

Para efectuar el montaje de manera más simple, se propone la configuración de la figura 16, en la cual la esfera 35 original se divide en dos mitades, antes o después de haber practicado la oquedad cilíndrica para alojar el tubo 34, que en este caso se puede abrazar por las dos partes semiesféricas, 47 y 48, de manera más simple que haciendo pasar el tubo por la oquedad. En este caso se cuenta además con la presión que se produce de afuera a adentro del cajón 100, por la diferencia de presiones.

La figura 17 recoge una solución para dar mayor resistencia a la cubierta transparente 2, similar a la planteada en la figura 7, pero en este caso para el montaje presentado en las figuras 9, 10 y 11. Este montaje tiene la ventaja de que perturba menos la pared 7, que se ha de agujerear, para el paso de los tubos del fluido, en menor proporción, En esta figura 17 se aprecian los elementos 30, hechos opcionalmente del mismo material que la cubierta transparente, o de una placa metálica de alta reflectancia, dispuestos en paralelo a los haces de tubos o paneles de la matriz de paso de fluido. Los elementos 30 están apoyados de canto en la pared posterior 7, y por el otro lado en la cubierta 2, recibiendo por tanto parte de la presión ejercida sobre la cubierta transparente (otra parte es soportada por el cerco 3 de la cubierta, en su encastre a la pared frontal 4).

Aún con la ayuda de los soportes intermedios 30, el problema de la resistencia estructural de la cubierta de vidrio es complicado, sobre todo si se desea usar una superficie muy extensa. Ante ello cabe pensar en mantener en el interior del 100 cierto valor de presión, que eventualmente podría ser igual al de la presión atmosférica circundante, lo cual llegaría a anular las solicitaciones mecánicas de la cubierta, y por tanto se garantizaría la durabilidad de ésta. Pero ello significa mantener una gas en el interior, lo cual comporta dos graves problemas; el ataque químico a la pintura o capa adhesiva de alta absortividad que debe cubrir la superficie exterior de los tubos o paneles absorbedores de la radiación solar, y el aumento de las pérdidas térmicas por convección, pues el gas interior desarrollaría corrientes de convección que calentarían el vidrio, lo cual a su vez suscita otro problema: el paso de un apreciable flujo de calor a través del vidrio provocaría una mayor temperatura en su cara interna que en la externa, y esa diferencia de temperaturas daría lugar a tensiones mecánicas de origen térmico, que también podrían romper el cristal.

Respecto de evitar el ataque químico, la solución es usar en el interior del cajón 100 un gas inerte, como nitrógeno o dióxido de carbono, pero no aire ni ningún otro compuesto con un agente oxidante. Pero a esto se añade un problema nada pequeño, que mecánicamente puede ser mayor incluso que el problema original de la presión atmosférica: y es el hecho de que la presión del gas en el interior del cajón 100 no será constante, sino que dependerá de la temperatura que tenga, que será la ambiente cuando no haya sol, pero será mucho más alta cuando el panel reciba la radiación solar concentrada. En temperatura absoluta, estamos hablando de pasar de menos de 300 K a más de 900 K para muchas aplicaciones, e incluso más. Ello significaría que la presión se multiplicaría por 3, de modo que si en frío estaba a una atmósfera de presión, en caliente estará a 3. Lo cual provocaría enorme tensiones mecánicas internas en el vidrio, que difícilmente soportaría.

La solución a este problema se presenta en la figura 18, en la que se aprecia un sistema de tuberías, válvulas, tanques y compresor cuyo funcionamiento permite mantener la presión dentro del cajón 100, en el valor requerido, que típicamente será el de la atmósfera circundante, Se dispone a tal efecto de una pequeña tubería de extracción de gas, 49, cuyo flujo puede impedirse por cierre de la válvula 50. Esta válvula por lo común estará abierta, y el control de paso de flujo lo efectuará una válvula adicional, 51, que funciona por diferencia de presión, y con paso unidireccional. Para ello pueden usarse válvulas convencionales mecánicas o electro-mecánicas, taradas las primeras según la fuerza de un muelle que cierra el paso de gas desde el cajón 100 hacia fuera de él. Esta válvula puede ser similar a las válvulas de muelle y bola que cierran el paso de gas desde las botellas de butano y similares. Si la presión en el cajón 100 iguala o supera ligeramente la presión atmosférica circundante, el muelle cede, y va pasando gas desde el interior del cajón 100 hacia el tanque 52. En el caso electro-mecánico, se efectúa la medida electrónica de la presión del gas interno, gracias a un transductor presión-señal eléctrica, y si ésta supera el nivel prefijado, el mando eléctrico de la válvula ordena su apertura, hasta que la señal de presión baja hasta estabilizarse con la del exterior. El gas así fugado, por uno u otro procedimiento de apertura de la válvula 51, llega a un depósito o tanque 52, que denominaremos de baja presión, pues ha de estar siempre por debajo de la presión exterior atmosférica. Con objeto de que esto sea siempre posible, hay que disponer de un compresor, 53, que toma el gas en exceso del tanque 52, cuando la presión de éste sube por encima de su nivel nominal, y se acerca a la atmosférica más de lo permitido en el diseño, y lo pasa al tanque de alta presión, 54. Desde éste, puede volver el gas al interior del cajón 100, cuando éste se va enfriando, y por ende disminuyendo su presión. Para ello se cuenta con la tubería 55, en la cual hay una válvula que actúa por diferencial de presión, 56, similar a la 51 pero con otro sistema de gobierno, y una válvula de cierre hidráulico 57. En concreto, la válvula 56 tiene por objeto insuflar gas dentro del cajón 100 cuando su presión es más baja que la atmosférica. Su control puede hacerse por medida electrónica de la presión, y actuación electromagnética, que hoy día suele ser lo más fiable, o por válvulas de muelle, con un sistema de regulación similar a los que mantienen la presión constante en la alimentación de gas a las cocinas de butano, o mantiene la presión en las boquillas de respiración en el buceo con botella de aire comprimido. En todo caso, esas válvulas no son parte de la invención, pero sí lo es el circuito en su conjunto para mantener la presión constante dentro del cajón 100, lo cual anula las tensiones mecánicas en la cubierta transparente, causadas por la diferencia de presión entre el exterior y el interior.

Quedan no obstante las tensiones mecánicas inducidas por diferencia de temperaturas entre las caras de un mismo cuerpo. El origen de estas tensiones es sencillo: la parte más caliente intenta dilatarse más que la media del cuerpo, mientras que la parte fría intenta dilatarse menos. Pero en una placa como la cubierta transparente, la deformación tiene que ser prácticamente la misma, pues no puede haber un deslizamiento significativo de unas moléculas respecto de otras; y ello origina tensiones de tracción en la parte más fría del cuerpo, con el máximo de tensión de tracción en la cara exterior fría, y tensiones de compresión en la parte caliente, con el valor máximo en la cara caliente. Para un vidrio son especialmente dañinas las tensiones de tracción, sufridas por la parte fría. Si llamamos "D" a la semidiferencia de temperatura entre ambas caras, "A" al coeficiente de dilatación lineal del material expresado en 1/K, y "E" a su módulo de Young o módulo elástico (admitiendo que no se sobrepasa el campo elástico, pues si se sobrepasa, quebraría con seguridad la cubierta) la tensión máxima "R", en valor absoluto, adquiere el valor

R = E*A*D

En general, no se podrá admitir que el cociente R/E sea mayor que 0.001, e incluso se puede poner como límite el valor de 0.0001, para tener margen de seguridad, lo cual significa que el producto A*D está limitado a ese cociente. Según los vidrios, el coeficiente de dilatación estará entre 10^{-6} y 10^{-5} K^{-1}, por lo cual las semidiferencias de temperaturas admitidas entre las caras deberán estar limitadas a 100 K en el caso de vidrios con escasa dilatación, y 10 K para vidrios de mayor dilatación.

A su vez estas diferencias tienen repercusión en el máximo flujo de calor que se puede admitir a través de la cubierta, que seguirá la ley de Fourier, que podemos expresar en función de la semidiferencia "D" de temperaturas entre ambas caras, del espesor del vidrio "V" y de su conductividad "C". El flujo de calor "Q", en vatios por metro cuadrado de superficie de vidrio, máximo admisible, que produciría dicha semidiferencia "D", sería

Q = 2*D*C/V

Para una cubierta con 0,01 metros de espesor, y una conductividad de 1 W/(m.K) una semidiferencia representativa, de 25K, daría un flujo máximo admisible de 5.000 W/m^{2}.

Ese flujo condiciona a su vez la máxima diferencia de temperaturas que puede haber entre el gas del interior del cajón 100 y el aire exterior, pues se han de cumplir la ley de Fourier y la ley de Newton de la convección, para el sistema térmico en su conjunto, formado por tres capas sucesivas de material: la capa de convección del aire exterior; el vidrio; y la capa de convección del aire interior. Tanto ésta, como la primera, estarán caracterizadas por sus coeficientes de película respectivos. Como valores indicativos podemos tomar 20 W/(m^{2}.K) para el aire exterior, y 5 W/(m^{2}.K) para el gas interior. Si llamamos "M" a la máxima diferencia de temperaturas que podemos aceptar entre el gas interior y el aire exterior, con los datos anteriormente dichos, tendríamos que el valor de M habría de cumplir

Q = (1/20 + V/C + 1/5)-1*M

De donde, con los datos anteriormente supuestos para C y V, se tiene

M = 0,26*Q = 1.300 K

Por lo común la diferencia en condiciones de trabajo será la mitad del valor anterior, o menos, lo cual significa que hay mucho margen para que las tensiones mecánicas causadas por diferencias térmicas en la cubierta de vidrio queden dentro del régimen elástico, y por tanto no generen defectos permanentes o puedan romper la cubierta. De modo que el montaje propuesto en la figura 18 es absolutamente procedente, desde el punto de vista constructivo, si bien desde el punto de vista térmico tendrá más pérdidas que los paneles de vacío; pues en éstos la convección estará prácticamente inhibida. En contra de los paneles de vacío está que la diferencia de presiones puede romper el vidrio, a no ser que éste se haga muy pequeño en superficie, lo cual impone condiciones muy drásticas para el enfoque de la radiación concentrada, pues los espejos no deberían ser tan pequeños, dado que en tal caso saldría muy caro el conjunto de helióstatos, soportes y seguidores solares incluidos.

Una alternativa ya comercial es usar vainas cilíndricas de vidrio para cada tubo, haciendo el vacío dentro de cada vaina. El problema es que el dispositivo resulta caro, pues se han de soldar los extremos de la vaina de vidrio a un fleje que a su vez se suelda al tubo, para preservar el vacío. El fleje intermedio hace falta para absorber la dilatación diferencial entre el vidrio y el tubo. Junto a este problema técnico, económico y de mantenimiento, existe otro en cuanto al rendimiento de captación, pues los tubos absorbentes no pueden estar casi tangentes entre sí, sino que se ha de dejar espacio para que quepan las vainas y su vacío, lo cual hace que una parte de la radiación enfocada hacia el colector, no incida sobre la superficie absorbente, lo que hace que el rendimiento neto, sobre la luz originalmente captada por el campo de helióstatos, resulte perjudicado, y menor de lo que sería si la superficie de absorción hubiera ocupado toda la apertura de la cubierta transparente.

La alternativa propuesta en esta invención no se basa en emplear tubos absorbedores encapsulados en vainas de vidrio, solidarios entre sí por el fleje soldado a ambas partes, sino bovedillas longitudinales de vidrio, encastradas en la pared frontal del cajón 100 y, cuando corresponde, en su pared trasera, o incluso sobre piezas de canto 30, pero no soldadas ni solidarias con los tubos absorbedores de radiación. Por los extremos de arriba y abajo, las bovedillas irían encastradas, a través de sus juntas correspondientes tipo 3, en las paredes superior e inferior del cajón 100. Esto es particularmente útil con la disposición de sub-haces de tubos 25, presentada en la figura 7, pues la reducción del vano a cubrir por cada bovedilla longitudinal de vidrio, proporciona más robustez a esta disposición.

\newpage

Una cuestión elemental a aclarar es que el sistema de mantenimiento de la presión puede servir al mismo tiempo a muchos colectores en paralelo, aunque cada uno pueda tener una evolución diferente por las temperaturas interiores, lo cual se tendrá en cuenta en las válvulas de regulación de extracción e insuflación de gas. Lógicamente, los volúmenes de los tanques tendrán que estar en consonancia con los volúmenes de gas de los cajones a controlar, e igualmente la potencia del compresor. Concretamente, el volumen del tanque 52 de baja presión debe ser igual a la suma de volúmenes del interior de los cajones a los cuales está conectado por tubos tipo 49, en paralelo entre ellos, con válvulas tipo 51 en cada tubo, reforzando la carcasa del tanque 52 para soportar diferencias de presión igual a la presión atmosférica; y siendo el tanque 54 de alta presión de volumen similar, aunque reforzado en su carcasa para soportar presiones interiores cinco veces como mínimo la presión atmosférica.

La figura 19 muestra un montaje análogo de regulación de la presión, aplicado en esta caso a la configuración del colector dada en la figura 1. Obviamente el sistema, que sirve para evitar tensiones mecánicas inadmisibles en la cubierta transparente, por diferencias de presión, cabe aplicarlo a cualquier montaje de los aquí descritos, y a cualquier otro que use o necesite una cubierta transparente, aunque sólo sea para que el oxígeno del aire no ataque a la pintura o recubrimiento de alta absortividad de la matriz de paso del fluido calorífero.

Queda, no obstante, el problema de unas pérdidas excesivas por convección a través del cristal. Éstas se pueden reducir a base de dejar poco espacio en el cajón 100, para que el gas inerte interior no disponga de un volumen amplio para poder evolucionar. Esto tiene sus limitaciones, pues el cajón 100 ha de tener espacio suficiente para poder alojar los tubos acodados 17 y 18 en montajes como los de la figura 1, o cabezales como los 33 y 41 en los montajes como los de la figura 11. Téngase en cuenta que la longitud horizontal de los tubos 17 y 18 es importante para absorber las dilataciones y contracciones del cuerpo o matriz de calentamiento del fluido, 11. También es cierto que en los movimientos de absorción de esas variaciones, ayuda la disposición efectuada de tanques embebidos en la pared posterior, designados con 15 y 19 en la figura 1. Más aun, el pequeño giro de esos tanques dentro de sus juntas, se transmite a los tubos correspondientes exteriores, 13 y 21 respectivamente, lo que permite acomodar mejor, a su vez, las deformaciones de estos últimos, pues también se dilatan al calentarse, y se contraen al enfriarse, dándose los movimientos deformativos de forma acompasada, lo que facilita la compensación de dilataciones y contracciones, pero impide que el cajón 100 pueda hacerse tan estrecho como se quiera, por lo dicho de los tubos 17 y 18.

En la figura 20 se muestran las dos propuestas de esta invención ideadas para reducir eficientemente las pérdidas térmicas por convección a través de la cubierta transparente (que no se puede aislar como se aísla el resto de las paredes del cajón 100).

Por un lado se reduce el coeficiente de película de convección interna, incorporando unos elementos que perjudican el desarrollo de corrientes convectivas dentro del cajón 100. Éstas se desarrollarán por ascender el gas que se calienta en la parte frontal del cajón 100, donde está la superficie de absorción, que será la parte más caliente, y tenderá a bajar por la parte trasera del cajón 100, que será la más fría. Para ello se colocan una especie de aletas o lengüetas que entorpecen esos movimientos, y que corresponden a los elementos 58, 59 y 60. Estas aletas pueden estar hechas del mismo material que la pared interna 61, y al igual que ésta, deben ir pintadas o recubiertas con la capa 8, que debe poseer gran reflectividad a la radiación. Las aletas deben llevar la inclinación descrita en la figura, que es de aproximadamente unos 45º respecto de la pared a la que van unidas, para oponerse más eficientemente al movimiento convectivo del gas de llenado.

Por otro lado se ha de reducir el coeficiente de película por el lado del aire exterior, para lo cual la invención consiste en disponer de un doble cristal, pero no con el vacío interior que se suele colocar en los casos de pequeña superficie de vidrio, sino con un mecanismo tal que en su interior siempre exista la misma presión que la atmosférica circundante, que a su vez es la que habrá en el interior del cajón 100, lo cual eliminará las tensiones mecánicas causadas por diferencias de presión. Téngase en cuenta que un vidrio de 10 m^{2} que tuviera una presión de 1 atmósfera en una cara, y vacío en la otra, estaría aguantando una carga de 100 toneladas. De ahí la importancia de que las dos cubiertas propuestas para reducir las pérdidas de convección por el exterior, estén separadas por un pequeño huelgo de aire siempre a presión atmosférica, pero sin convección interna, para lo cual ha de ser un huelgo muy delgado, aunque en la figura 20 parezca muy grueso, pues la claridad deseable en el dibujo, impide que esté a escala. Dicho huelgo, 64, está en la parte exterior de la cubierta 2 que cierra frontalmente el cajón 100, y a su vez queda confinado por el exterior mediante una segunda cubierta 65, de características análogas, por no decir idénticas, que la 2. La cubierta 65 va encastrada en la pared frontal 4 mediante el cerco que proporciona la junta 66, similar a la junta 3.

La presión en el interior del huelgo 64 se mantiene igual a la atmosférica circundante porque está comunicado con el aire circundante a través de un pequeño orificio, o conjunto de orificios, 67, que horadan la parte inferior de la pared frontal. A través de esos orificios se compensa la presión, pues en caso de que aumentara ésta en el huelgo 64, las moléculas de aire tenderían a salir por los orificios, y al contrario en los casos de enfriamiento. Por descontado que a lo largo de los orificios se produciría una pequeña pérdida de presión, por lo cual las presiones tardarían un tiempo en equilibrase, pero la descompensación de presiones sería muy pequeña, de unas decenas de Pascales, lo cual representaría muy pequeñas solicitaciones mecánicas en ambas cubiertas, 2 y 65.

Un tema importante a prever es que las cubiertas no deberían ensuciarse por los lados del huelgo, lo que significa que por los orificios se debe evitar que entre polvo, ni insectos. Para ello se han de acondicionar unos filtros tipo tela de mosquitero, como los indicados esquemáticamente en los elementos 68 y 69, en los extremos de los orificios.

En la figura 21 se presenta un esquema de la disposición constructiva que pueden adquirir estos colectores, para satisfacer su fin útil. Para ello se debe contar con un campo de helióstatos 70. Aunque en la figura se dibuja que hay un espejo orientado a cada colector, en principio serían una o varias filas de éstos, las que harían incidir su luz reflejada sobre un colector, de tal modo que la superficie de los espejos incidiendo sobre un colector, podría ser 100 veces, y más, la superficie absorbente del colector. En la figura se representa la radiación solar directa 71, y la que incide sobre los colectores, 1, que puede ser 100 veces, o más, la intensidad de la original 71, según la concentración. Cada colector en su conjunto, 72, iría colgado, según se verá en una figura posterior, de las ramas 73 de la estructura 74, que en su conjunto soporta la instalación de captadores o colectores solares. Esta estructura puede ser metálica o de hormigón armado, y constará esencialmente de pilares y vigas, entre las cuales habrá unas de carácter especial, las antes mencionadas ramas, 73, de las que penden los colectores. Según el montaje que se escogiera, éstos llevarían asociado el sistema de compensación de la presión, 75, que en la figura, por motivos de claridad, sólo se ha representado unido al colector de más abajo, pero que podría atender a todos, en cada caso con sus válvulas correspondientes, tipo 50, 51, 56 y 57.

El fluido calorífero llegaría a la instalación, procedente del bloque de conversión de energía o de la aplicación útil, por la tubería 76, y recibiría la impulsión de la bomba 77 para superar la pérdida de altura manométrica del todo el circuito que ha de recorrer, hasta salir por la tubería 78, con una temperatura mucho mayor que la de entrada. En ese recorrido habría tanques, 79, para homogeneizar la temperatura de los ramales paralelos de fluido que pudiera haber, y para absorber variaciones de velocidad y densidad inducidas por transitorios. Aunque en la figura no esté representado, tanto los tanques 79, como las tuberías 76 y 78, y el sistema 75 de compensación de la presión, han de ir aislados térmicamente, para evitar pérdidas, lo cual no forma parte de la invención.

En la figura se deben destacar los elementos 80, que son las piezas de las que penden los colectores, que quedan solidariamente unidos a la estructura, pero pueden dilatar libremente en su conjunto. Las piezas 80 se ensamblan a las orejetas 81 representadas en la figura 22, y de las cuales hay dos, una a cada lado de la parte superior del cajón 100 del colector, soldadas o atornilladas a la pared exterior superior. El ensamblaje puede hacerse por soldadura, pero en la figura 22 se han representado las orejetas 81 con taladros 82, que podrían ser la manera más simple de anclaje, mediante tornillos pasantes y tuercas.

La figura 22 es útil también para explicar el método de ensamblaje del conjunto colector. Para ello téngase en cuenta que éste se ha de constituir a partir de piezas individuales como las marcadas con su numeración correspondiente en las explicaciones precedentes, parte de las cuales se puede soldar o conjuntar previamente, y éste es el caso de la circuitería del fluido calorífero, desde la tubería de entrada 13 hasta la de salida 21, si se ha optado por esta disposición interior de la matriz 11, o alternativamente desde el conducto 42 al 34. Aparte se preparan las partes del cajón 100 que ahora se identificarán, así como las juntas para embeber los tanques 15 y 19 en la pared 7, y la junta-cerco 3 para encastrar la cubierta 2.

Las paredes del cajón 100, que corresponden a una estructura bocadillo, con el aislante térmico de relleno, y las paredes metálicas en una y otra cara, se preparan en cuatro partes, numeradas 83, 84, 85 y 86. La primera corresponde al cuarto superior, y se asienta sobre la junta 20 del tanque 19, a cuyo nivel llega. Por la parte de delante limita con la parte superior de la junta cerco 3. Por los laterales está simplemente cortado, en bisel u otro modo que favorezca la soldadura con el siguiente cuarto 84. Y por la parte superior limita con el rebajo practicado para encastrar la junta correspondiente, bien la 20 en un tipo de montaje de la figura 1, bien la 35, de la figura 1. En ese nivel se ha de asentar el trozo de circuito embebido en la pared 7, bien el tanque 19, bien el conducto 34, según el tipo de montaje.

Por la parte inferior se hace la maniobra simétrica con el cuarto inferior, 86, encastrando la cubierta 2 en la junta cerco 3; y disponiendo la junta 16, o la junta esférica 43 (según el montaje escogido), en el tope de esa pieza 86, en su parte posterior, para asentar después en la junta bien el tanque 15, bien su alternativa, que es el conducto 42. De esta manera sólo queda cerrar el cajón 100 por los laterales y la trasera de los dos cuartos intermedios, que también tienen una pequeña pestaña en la parte delantera, para encastrar la parte correspondiente de la junta-cerco 3. Lo más importante es cerrar la parte posterior, que ha de encastrar herméticamente el cajón 100, con los elementos del circuito que atraviesan esa pared. Para ello, los dos cuartos intermedios 84 y 85, han de apretar fuertemente esas penetraciones, con sus juntas respectivas, lo cual se consigue tal como se representa en la figura 22, mediante el acoplamiento de dos partes con una cuña intermedia, 87, siendo el conjunto más alto de lo necesario, para que la cuña obligue a los cuartos intermedios de la pared, 84 y 85, a apretar los elementos encastrados en dicha pared. Para que la cuña no sea expelida hacia fuera, se suelda a lo largo de toda su longitud, lo cual además es necesario para terminar de dar rigidez y hermeticidad al sistema. En la figura se esquematizan los cordones de soldadura por los elementos 88.

La forma completa de la cuña 87 se ve en la figura 23, en la cual se aprecia que la cuña continua, hasta el cierre de su ángulo, por las paredes laterales del cajón 100 en las cuales también se ha de producir la soldadura, a lo largo de los bordes 90, del lateral 89, y su simétrico por el otro lado.

Habida cuenta del peso que ha de aguantar el cajón 100, y de las deformaciones, pequeñas pero apreciables, provocadas por las dilataciones y contracciones, es pertinente reforzar las paredes del cajón 100, sobre todo en los ángulos. Para ello se propone la disposición de la figura 24, en la que las aristas entre superficies perpendiculares están revestidas de una pletina en ángulo, de resistencia y espesor mayor que el de la propia piel o pared exterior del cajón 100, sobre la que deben ir solidarias, preferiblemente soldadas. Así pues, las superficies superior, 91, posterior 92, y lateral 93, representadas en el triedro de la figura 24, se refuerzan en sus aristas, mediante las piezas 94, 95 y 96. De igual modo se hace en las simétricas de los otros triedros del cajón 100. Así mismo es importante, aunque no se ha representado en la figura, que las orejetas 81 vayan soldadas sobre las pletinas de refuerzo. La forma típica de estas pletinas 97 se representa en la figura 25 como un diedro de ángulo recto 98, cuyos extremos longitudinales 99 están biselados, en 45º, para poder ensamblarse con las otras dos pletinas de cada diedro, al confluir en los triedros del cajón 100.

Así, por tanto, de forma preferente, la invención puede realizarse a partir de cualquier panel de canales o tubos absorbedores de energía solar, entendiendo por esto que tenga buena resistencia mecánica y buena conductividad térmica, y que pueda pintarse, o recubrirse con un adhesivo, para que su superficie tenga muy alta absortividad a la radiación solar, y tenga muy baja emisividad térmica. En la invención, un haz de estos tubos se ensambla en paralelo y verticalmente, para constituir la matriz o cuerpo principal de paso del fluido calorífero, que se calentará al ascender por los tubos del haz, 25, donde incidirá la radiación solar 1, en general concentrada mediante la reflexión de un campo de helióstatos 70 convenientemente orientados para satisfacer dicha reflexión (como se muestra en la figura 21). Cada uno de los tubos del haz 25 se unirá por su parte inferior, solidariamente, en general mediante soldadura, a un tubo, 17, de diámetro algo menor, y con un codo en 90º que hace que su otro extremo sea horizontal, y se una, también solidariamente, con un tanque 15, del que por el otro lado, diametralmente opuesto a la conexión de los tubos 17, salen tubos, 13, formando el haz de llegada del fluido calorífero al colector en cuestión; siendo dicho tanque 15 de cuerpo cilíndrico, y asentado horizontalmente, con remates semiesféricos en sus dos extremos, y estando encastrado el citado tanque 15 en un paramento de rigidez física, que llamaremos pared posterior 7, y en el cual se embebe por intermediación de una junta 16 que lo recubre en todo su volumen, siendo la junta de material aislante térmico sólido con buenas propiedades a la compresión elástica con deformaciones admisibles del orden de 0,1%, y punto de fusión muy superior a la temperatura de trabajo del fluido calorífero.

Por el extremo superior de cada tubo del haz 25, se unen solidariamente otros tubos, 18, de diámetro algo menor, y con un codo en 90º que hace que su otro extremo sea horizontal, y se una, también solidariamente, con un tanque 19, del que por el otro lado, diametralmente opuesto a la conexión de los tubos 18, salen tubos, 21, formando el haz de salida del fluido calorífero desde el colector en cuestión; siendo dicho tanque 19 de cuerpo cilíndrico, y asentado horizontalmente, con remates semiesféricos en sus dos extremos, y estando encastrado el citado tanque 19 en un paramento de rigidez física, que es la pared posterior 7, y en el cual se embebe por intermediación de una junta 20 que lo recubre en todo su volumen, siendo la junta de material aislante térmico sólido con buenas propiedades a la compresión elástica con deformaciones admisibles del orden de 0,1%, y punto de fusión muy superior a la temperatura de trabajo del fluido calorífero.

El conjunto constituido por los tubos 13 de llegada del fluido calorífero (véase figura 1), el tanque 15 al que llegan, los tubos acodados 17 dispuestos en haz paralelo, que salen del citado tanque, y llegan por abajo a los tubos verticales, asimismo en haz, 25, que absorben la radiación solar, y se conectan desde su extremo superior a los tubos acodados 18, que van a dar en el tanque 19, del que emergen los tubos de salida 21, constituyen el circuito termo-hidráulico seguido por el fluido calorífero, y es la base de la invención, pues merced a la disposición propuesta, las dilataciones y contracciones experimentadas por los materiales al variar la temperatura, son fácilmente asimilables, sin causar tensiones ni daños inadmisibles en esos elementos estructurales.

El haz de tubos 25 absorbedores de radiación solar (figuras 3 a 5), y sus haces asociados de tubos inferiores acodados, 17, y superiores, 18, se ubican dentro de un cajón hermético 100 (figuras 1, 20 ó 22, entre otras) con paredes compuestas de una placa interna resistente, 61, generalmente metálica, una placa externa de material similar, 63, que en conjunto dan rigidez al sistema, y una capa o volumen intermedio, 62, relleno de material aislante térmico; distinguiéndose en el cajón 100 dos paredes singulares, que son la frontal, 4, en la cual hay una abertura para que pase la radiación, y estando esa abertura ocupada por una cubierta transparente 2, encastrada en la pared frontal 4, por intermediación de una junta 3 que ocupa todo el cerco perimetral de la abertura; y siendo la otra pared singular la trasera, 7, en la que se embeben los tanques de entrada, 15, y de salida, 19, del fluido calorífero, estando posibilitado el alojamiento hermético de los tanques en la pared 7 por unas juntas, 16 y 20 respectivamente, de tal manera que los citados tanques pueden girar ligeramente en el seno de sus respectivas juntas, cuando las dilataciones o contracciones hagan variar las longitudes de todos los tubos del circuito, y modifiquen asimismo el ángulo de los codos de los tubos 17 y 18.

En la pared del cajón 100, preferiblemente en su parte inferior, 6, existe un orificio, 9, para poder extraer por él el aire interior y dejar vacío el interior del cajón 100, por acción de un compresor succionador, existiendo además una válvula de cierre, 10, de dicho orificio 9.

En el haz de tubos absorbentes verticales, 25, a media altura de los mismos, se puede interponer un tanque 26 de homogeneización de temperatura entre los caudales de los diversos tubos (figura 4). Ello es útil para equilibrar la carga térmica que lleva cada tubo, que puede ser muy diferente de unos a otros, por no poder asegurarse el enfoque uniforme de la radiación sobre el haz de tubos.

Cabe la alternativa, respecto del montaje ya descrito, de poner una pantalla metálica, 27, (figura 5) en la parte frontal del haz de tubos 25, siendo el material de la pantalla de alta conductividad, y estando pintada o recubierta con una sustancia adherida que sea de alta absortividad a la radiación y baja emisividad, y estando la pantalla unida solidariamente a los tubos del haz, preferiblemente por soldadura.

Para evitar que se deposite una apreciable carga térmica en las paredes del cajón 100, que no están refrigeradas y por tanto podrían alcanzar muy alta temperatura, su superficie exterior debe estar pintada o revestida de una capa de alta reflectividad a la radiación.

Así mismo, para evitar cargas térmicas indeseables en la pared, la superficie de las paredes interiores del cajón 100 deben estar pintadas o revestidas de una capa de alta reflectividad a la radiación.

En un montaje alternativo al haz de tubos 25, como matriz o cuerpo principal de canalización de paso del fluido calorífero, se puede disponer un panel corrido de canales, 28, (figura 6) siendo cada canal 29 de sección recta rectangular, y teniendo el panel una superficie frontal plana, siendo el material del panel de buena resistencia mecánica y buena conductividad térmica, y estando su superficie pintada con una capa que tenga muy baja emisividad térmica y muy alta absortividad a la radiación solar, pudiendo dicha capa estar adherida por cola de contacto.

El haz de tubos 25 se puede fraccionar en sub-haces (figuras 7 y 17), para alojar entre dos sub-haces consecutivos, en paralelo a ellos, y por ende verticalmente, unas piezas 30, rectangulares, del mismo material que la cubierta 2, y por tanto de alta transparencia, aunque alternativamente se pueden usar piezas 30 del mismo material que el de la capa interior de la pared del cajón 100, con el mismo recubrimiento altamente reflectivo, de tal manera que la cubierta 2 apoye en el canto de dichas piezas 30, que a su vez apoyan, también de canto, en la pared posterior 7, habiendo en este caso, para cada sub-haz, un conjunto específico de circuito termo-hidráulico, formado por los tubos 13 de llegada del fluido calorífero, el tanque 15 al que llegan, los tubos acodados 17 dispuestos en haz paralelo, que salen del citado tanque, y llegan por abajo a los tubos verticales, asimismo en haz, 25, que absorben la radiación solar, y se conectan desde su extremo superior a los tubos acodados 18, que van a dar en el tanque 19, del que emergen los tubos de salida 21 (figuras 1 y 8).

Todas las tuberías exteriores de llegada al cajón 100 del colector, o emergentes de él, han de ir aisladas térmicamente (figuras 1 y 8), y así mismo, en los conductos de salida 21, existirá un parte acodada, 31, para enviar dichas tuberías en sentido vertical, y disponiendo en cada haz de tuberías 21, tras el codo 31, un tanque 32 de homogeneización de la temperatura y como punto de presión común.

Existe un montaje alternativo al haz de tubos 25 y los elementos asociados del circuito del fluido calorífero, en el cual los tubos 25 no van unidos por abajo a los tubos acodados 17, y por arriba a los 18, sino que en el montaje alternativo van unidos los tubos verticales a sendos cabezales (figuras 9 a 11), que son el distribuidor 41 por la parte inferior, y el recolector-embudo 33 en la parte superior, estando éste conectado al conducto de salida 34, que atraviesa la pared posterior 7, a través de una fogonadura en la que se ubica una junta de tipo esférico, 35, de material similar al de las juntas 16 y 20, y estando el cabezal inferior o distribuidor unido a un conducto 42 de aportación del fluido calorífero, que atraviesa la pared posterior 7, a través de otra fogonadura en la que se ubica una junta de tipo esférico, 43, de material similar al de las juntas 16 y 20.

Para mejorar la redistribución de la carga térmica entre todos los tubos del haz absorbente de radiación, el haz de tubos 25 unidos a los cabezales puede ser revestido en su parte frontal por una pantalla metálica solidaria a dichos tubos (figura 10), preferiblemente mediante soldadura, siendo el material de la pantalla de alta conductividad, y estando pintada o recubierta con una sustancia adherida que sea de alta absortividad a la radiación y baja emisividad.

Los tubos 25 unidos a los cabezales inferior, 41, y superior, 33, pueden ir montados (figura 11) con cierto ángulo de inclinación, de unos 10º, y además se puede interponer a media altura del haz un tanque 39 que será un punto de presión común, con redistribución de caudales y uniformización de temperaturas.

Los haces de tubos 25, en la disposición en la que se utilizan cabezales inferior, 41, y superior, 33, se pueden agrupar en sub-haces de tubos paralelos (figura 17), cada uno con sus cabezales correspondientes, y sus conductos respectivos de entrada, 42, y de salida, 34, estando separados los sub-haces de tubos mediante paramentos 30 hechos del mismo material que la cubierta transparente, 2, aunque alternativamente se pueden usar piezas 30 del mismo material que el de la capa interior de la pared del cajón 100, con el mismo recubrimiento altamente reflectivo, apoyados de canto sobre esta cubierta 2 y sobre la pared posterior, 7.

Para mejorar el comportamiento mecánico de la cobertura en el caso de hacer vacío dentro del cajón 100, la cubierta transparente que cubre la abertura del cajón 100, para que entre la radiación, puede ser curva en vez de plana (figura 14) como es la pieza 2, estando en este caso la concavidad de la cobertura curva 46 mirando hacia el interior del cajón 100, y siendo aconsejable utilizar las disposiciones de sub-haces de tubos 25 ó de sub-paneles 28, de tal manera que las cubiertas de vidrio de cada sub-haz sean como bovedillas longitudinales de vidrio, a lo largo del sentido vertical del colector, estando encastradas en las paredes del cajón 100, tanto frontal como trasera, rematando en sus extremos de arriba y abajo por los encastres en las paredes superior e inferior. Esta morfología de cubierta transparente en bovedillas puede usarse tanto en el caso de usar tanques encastrados en la pared posterior, tipo 15 y 19, como conductos, 42 y 34, embebidos en juntas esféricas en dicha pared.

Como alternativa a mantener el cajón 100 en vacío, o a muy baja presión, lo que ocasionaría altas solicitaciones mecánicas en la cubierta transparente del mismo, el interior del cajón 100 puede llenarse exclusivamente de un gas inerte, como nitrógeno o anhídrido carbónico, cuya presión se mantiene igual a la presión atmosférica circundante merced a un dispositivo conformado por un tubo 49 de extracción de gas, y se puede cerrar el paso del gas por una válvula de corte 50 que en funcionamiento habitual estará abierta, habiendo en el mismo tubo una válvula de regulación de paso de gas, 51, con operación ordenada mecánica o electromecánicamente por la diferencia de presiones entre la del interior del cajón 100 y la atmosférica, abriéndose la válvula cuando la primera deviene mayor que esta última, en cuyo caso el gas es recogido en un tanque 52 que estará por debajo de dicha presión atmosférica, lo cual se logra (figura 18) mediante la acción de un compresor 53 que toma gas de dicho tanque 52 y lo inyecta en un tanque 54 que está a presión por encima de la atmosférica; desde el cual se puede inyectar gas de nuevo en el interior del cajón 100 a través de un tubo 55, en el que hay una válvula de regulación de paso del gas, 56, que se abre al medirse un valor de la presión interior del cajón 100 por debajo de la atmosférica, con operación de la válvula 56 ordenada mecánica o electromecánicamente, habiendo además una válvula de cierre 57 para corte total del paso del gas en caso necesario; y siendo el volumen del tanque 52 de baja presión igual a la suma de volúmenes del interior de los cajones a los cuales está conectado por tubos tipo 49, en paralelo entre ellos, con válvulas tipo 51 en cada tubo, reforzando la carcasa del tanque 52 para soportar diferencias de presión igual a la presión atmosférica; y siendo el tanque 54 de alta presión de volumen similar, aunque reforzado en su carcasa para soportar presiones interiores cinco veces como mínimo la presión atmosférica.

Las paredes del cajón 100, que corresponden a una estructura bocadillo, con el aislante térmico de relleno, y placas metálicas en ambas caras, se preparan en cuatro partes, numeradas 83, 84, 85 y 86, (figura 22) siendo la primera la del cuarto superior, y se asienta sobre la junta 20 del tanque 19, o alternativamente, según el montaje de circuito usado, se asienta en la junta 35 del tubo 34, mientras que por la parte delantera limita con la parte superior de la junta cerco 3; estando los laterales de las paredes del cajón 100 simplemente cortados, en bisel u otro modo que favorezca la soldadura con el siguiente cuarto 84, que por su parte superior limita con el rebajo practicado para encastrar la junta correspondiente, bien la 20 en un tipo de montaje, bien la 35; mientras que por la parte inferior se hace la maniobra simétrica con el cuarto inferior, 86, encastrando la cubierta 2 en la junta cerco 3; y disponiendo la junta 16, o alternativamente la junta esférica 43 (según el montaje escogido), en el borde superior de esa pieza 86, en su parte posterior, para encastrar después la junta correspondiente, bien la 16 del tanque 15, bien su alternativa, que es la 43 del conducto 42, cerrando el cajón 100 por los laterales y la trasera de los dos cuartos intermedios, que también tienen una pequeña pestaña en la parte delantera, para encastrar la parte correspondiente de la junta-cerco 3; y cerrando la parte posterior, que queda hermética al unir los dos cuartos intermedios 84 y 85, mediante el acoplamiento de las dos partes con una cuña intermedia, 87, siendo el conjunto más alto de lo necesario, para que la cuña obligue a los cuartos intermedios de la pared, 84 y 85, a apretar los elementos encastrados en dicha pared, fijándose la cuña mediante soldaduras 88 a lo largo de toda su longitud en la pared posterior, así como en las paredes laterales del cajón 100 a lo largo de los bordes 90, de los laterales 89.

La cuña 87 está constituida (figura 23) similarmente a la pared del cajón 100, con una parte exterior metálica, rellena de material aislante, y abarca toda la anchura de la pared posterior, teniendo unas prolongaciones 89 que se sueldan a las paredes laterales del cajón 100.

Las aristas del cajón 100 (figuras 24 y 25), en la confluencia de sus diversas paredes exteriores, se refuerzan con diedros de pletina metálica tipo 94, 95 ó 96, en conjunción de ángulo recto, 98, a lo largo de cada arista, estando los extremos de cada pletina cortados en bisel de 45º, de modo que encajen bien en los triedros de confluencia de tres paredes como las 91, 92 y 93.

Las juntas de tipo esférico, 35 y 43 (figuras 15 a 18), que se encastran en la pared posterior del cajón, en las correspondientes fogonaduras para el paso de los conductos 34 y 42, de salida y llegada del fluido calorífero respectivamente, se construyen a partir de una esfera de material aislante sólido con buenas propiedades a la compresión elástica con deformaciones admisibles del orden de 0,1%, y punto de fusión muy superior a la temperatura de trabajo del fluido calorífero, y en dicha esfera se practica un taladro cilíndrico, cuyo eje coincide con un diámetro de la esfera, siendo el radio del taladro igual al radio exterior del conducto correspondiente que ha de pasar a su través.

Las juntas de tipo esférico, 35 y 43, que se encastran en la pared posterior del cajón, en las correspondientes fogonaduras para el paso de los conductos 34 y 42, se pueden construir a partir de dos medias esferas 47 y 48, (figura 16) del material indicado en el párrafo anterior, para ser montadas alrededor del conducto correspondiente, afianzándose entre sí merced a la presión ejercida por el montaje de la pared 7, gracias a la presión ejercida por la cuña 87, montada según se ha explicado.

Adicionalmente a la cubierta transparente 2 se puede colocar una segunda cubierta transparente, 65, paralela a la 2, de material similar o exactamente el mismo, con un estrecho huelgo en medio, 64, de espesor menor que el propio espesor de las cubiertas (figura 20), conectado con el aire exterior mediante unos orificios 67 practicados en la parte baja de la pared frontal 4, en la cual se encastra la segunda cubierta 65 en una junta-cerco 66, similar a la junta-cerco 3, estando las bocas de los orificios 67 cubiertas por unos filtros 68 y 69 tipo tela de mosquitero, con tamiz de paso menor de un milímetro.

En el interior del cajón 100 se pueden disponer unas lengüetas o aletas soldadas o fijadas oblicuamente a sus paredes interiores, delantera y trasera, con el cordón de soldadura en sentido horizontal, como las lengüetas, de tal manera que éstas formen un ángulo agudo mirando hacia abajo con la pared delantera, tanto en la parte superior del cajón 100, conformando las lengüetas 58, como por debajo de la abertura de la cubierta transparente, conformando las lengüetas 60; y formando las lengüetas 59 un ángulo agudo mirando hacia arriba en su entroncamiento con la pared trasera interna del cajón 100; y siendo el material de las lengüetas el mismo que la capa interior de las paredes del cajón, incluyendo una parte interior de aislante térmico, y con el mismo tipo de recubrimiento altamente reflectivo, y dando a las lengüetas tal longitud que, en su dilatación a temperatura de funcionamiento nominal del colector, su extremo libre queda a una distancia de la superficie trasera de los conductos colectores 11 ó 28 que esté entre medio milímetro y un milímetro.

Cada colector en su conjunto, 72, con su cajón 100 y el circuito interno del fluido calorífero, se puede ubicar en una estructura 74 en altura, tipo torre de estructura metálica o de hormigón armado (figura 21), conectados unos colectores a otros en serie o en paralelo, según convenga a la aplicación, colgando los colectores por la parte superior del cajón 100, desde unas piezas 80 de la estructura 74, que se pueden soldar o atornillar a las orejetas 81 (figura 22) unidas solidariamente a la pared superior del cajón 100, o a las pletinas en diedro que refuerzan sus aristas, 94, pudiendo quedar los colectores con cierta inclinación hacia abajo por la cara frontal, de modo que se reciba mejor la radiación reflejada desde un campo de helióstatos 70 situados en tierra, y disponiéndose el circuito completo del fluido calorífero desde el lugar donde se aprovecha el fin útil de la instalación, desde el cual llega a la estructura de colectores por la tubería 76, volviendo al fin útil con mucha mayor temperatura por la tubería 78, superando la pérdida de altura manométrica por el rozamiento del fluido y por la ascensión por la torre estructural mediante una bomba 77, y teniendo el circuito los tanques 79 útiles para mezclar flujos paralelos de fluido, entre escalonamientos sucesivos de colectores.

Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.

Claims (22)

1. Colector de energía solar térmica que comprende

- una pluralidad de conductos colectores, absorbedores de energía solar de radiación solar (1) incidente en dichos conductos colectores, por dentro de los cuales circula un fluido calorífero que recoge la energía solar absorbida por los conductos colectores, estando dispuestos dichos conductos colectores en vertical, y comprendiendo el conjunto de los conductos colectores un extremo de entrada y un extremo de salida del fluido calorífero,

- medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, conectados a los extremos de entrada de dichos conductos colectores, y

- medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, conectados a los extremos de salida de dichos conductos colectores,

estando dicho colector de energía solar térmica caracterizado porque los conductos colectores, al menos parte de los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores y al menos parte de los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores están ubicados en el interior de un cajón hermético (100), cuya estructura comprende

- una placa interior (61) metálica resistente, recubierta, en la cara que da al interior del cajón, por una capa (8) pintada o adherida, de alto índice de reflectividad

- una placa exterior (63) metálica resistente, y entre las capas interior (61) y exterior (63)

- un volumen intermedio (62) relleno de material aislante térmico,

comprendiendo el cajón hermético (100), además de las paredes laterales,

- una pared superior (5),

- una pared inferior (6),

- una pared trasera (7) en la cual quedan encastrados al menos parte de los medios de entrega del flujo calorífero y al menos parte de los medios de recogida del flujo calorífero en alojamientos herméticos recubiertos por juntas de materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones de dichos medios de entrega y medios de recogida del flujo calorífero del 0,1%, y

- una pared frontal (4) con una abertura superficial para el paso de la radiación solar (1) a los conductos colectores, y dicha abertura superficial cerrada por una cubierta transparente (2) encastrada en la pared frontal (4) por intermediación de una junta de cierre a presión (3).

2. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación 1, caracterizado porque

- los conductos colectores son una pluralidad de canales verticales (29) de sección recta rectangular que forman un panel (28) continuo de canales (29) con una superficie frontal plana,

- y porque los medios de entrega del fluido calorífero se conectan a los extremos de entrada de los canales (29), y los medios de recogida del fluido calorífero se conectan a los extremos de salida de los canales (29).

3. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación 1, caracterizado porque

- los conductos colectores son una pluralidad de tubos colectores (11) que forman un haz (25) vertical

- y porque los medios de entrega del fluido calorífero se conectan a los extremos de entrada de los tubos colectores (11), y los medios de recogida del fluido calorífero se conectan a los extremos de salida de los tubos colectores (11).

4. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores comprenden

-

una pluralidad de primeros tubos de conexión (17) que comprenden un codo a 90º, y que están conectados por uno de sus extremos a los extremos de entrada de los conductos colectores, y por su otro extremo a

-

al menos un tanque de entrada (15) cilíndrico horizontal, con remates semiesféricos en sus dos extremos longitudinales, encastrado en la pared trasera (7) en un alojamiento hermético recubierto por una primera junta (16) aislante térmica y elástica que lo recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de entrada (15) del 0,1%, estando conectado dicho tanque de entrada (15) en una zona diametralmente opuesta a la de los primeros tubos de conexión (17) a

-

una pluralidad de tubos de entrada (13) del fluido calorífero al colector

- y porque los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores comprenden

-

una pluralidad de segundos tubos de conexión (18) que comprenden un codo a 90º, y que están conectados por uno de sus extremos a los extremos de salida de los conductos colectores, y por su otro extremo a

-

al menos un tanque de salida (19) cilíndrico horizontal, con remates semiesféricos en sus dos extremos longitudinales, encastrado en la pared trasera (7) en un alojamiento hermético recubierto por una segunda junta (20) aislante térmica y elástica que lo recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de salida (19) del 0,1%, estando conectado dicho tanque de salida (19) en una zona diametralmente opuesta a la de los segundos tubos de conexión (18) a

-

una pluralidad de tubos de salida (21) del fluido calorífero del colector.

5. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- el cajón hermético (100) comprende en su pared inferior (6) un canal de succión (9) para la conexión de un compresor succionador para la realización del vacío en el interior de dicho cajón hermético (100),

- y porque en dicho canal de succión (9) hay dispuesta una válvula de cierre (10).

6. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque adicionalmente comprende un tanque de homogeneización de temperatura (26) interpuesto entre los conductos colectores, a media altura de éstos, el cual divide a dichos conductos colectores en dos tramos longitudinales según altura.

7. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque

- comprende una pantalla metálica (27) de absorción de radiación, de alta conductividad, fijada a la parte frontal del haz (25) de tubos colectores (11),

- y porque dicha pantalla metálica (27) de absorción de radiación está recubierta con una capa de alta absortividad y baja emisividad a la radiación, seleccionada entre pintura y adhesivo.

8. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie exterior de las paredes (4, 5, 6, 7) del cajón hermético (100) está recubierta con un recubrimiento (8) de alta reflectividad a la radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo.

9. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie interior de las paredes (4, 5, 6, 7) del cajón hermético (100) está recubierta con un recubrimiento (8) de alta reflectividad a la radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo.

10. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque

- el haz (25) de tubos colectores (11) se divide en una pluralidad de sub-haces (25'),

- porque comprende una pieza de apoyo (30) dispuesta entre dos sub-haces (25') consecutivos paralelamente a dichos sub-haces (25'), apoyando dichas piezas de apoyo (30) por su borde trasero en la pared trasera (7) del cajón hermético, y apoyando la cubierta transparente (2) en el borde frontal de las piezas de apoyo (30),

- y porque los medios de entrega de fluido calorífero a los tubos colectores (11) comprenden un tanque de entrada (15) por cada uno de los sub-haces (25'), y los medios de recogida de fluido calorífero de los tubos colectores (11) comprenden un tanque de salida (19) por cada uno de los sub-haces (25').

11. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación anterior, caracterizado porque las piezas de apoyo (30) son transparentes y están realizadas en el mismo material que la cubierta transparente (2).

12. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación 10, caracterizado porque las piezas de apoyo (30) están realizadas con el mismo material que la placa interior (61) de la estructura del cajón hermético (100), y con el mismo recubrimiento (8) de alto índice de reflectividad.

13. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- los tubos de salida (21) comprenden un codo de salida (31) a 90º para la disposición de dichos tubos de salida (21) verticalmente,

-

y porque los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores adicionalmente comprenden un tanque de mezcla y homogeneización de temperaturas y presión (32) conectado al extremo final de los tubos de salida (21)

-

y porque los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, y los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, están aislados térmicamente.

14. Colector de energía solar térmica, según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque

- los medios de entrega del fluido calorífero al haz (25) de tubos colectores (11) comprenden

-

un cabezal distribuidor (41), al que llega el fluido calorífero a través de

-

un conducto de aportación (42) que atraviesa la pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en la que se dispone una cuarta junta (43) esférica.

- porque los medios de recogida del fluido calorífero del haz (25) de tubos colectores (11) comprenden un embudo recolector (33) conectado

-

por su extremo mayor al extremo de salida de los tubos colectores (11)

-

y por su extremo menor a un conducto de salida (34) que atraviesa la pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en la que se dispone una tercera junta (35) esférica.

15. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación 14, caracterizado porque los tubos colectores (11) están inclinados con respecto a la vertical un ángulo de substancialmente 10º.

16. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación 14, caracterizado porque

- el haz (25) de tubos colectores (11) se divide en una pluralidad de sub-haces (25'),

- porque comprende una pieza de apoyo (30) dispuesta entre dos sub-haces (25') consecutivos paralelamente a dichos sub-haces (25'), apoyando dichas piezas de apoyo (30) por su borde trasero en la pared trasera del cajón hermético (7), y apoyando la cubierta transparente (2) en el borde frontal de las piezas de apoyo (30),

- porque los medios de entrega de fluido calorífero a los tubos colectores (11) comprenden por cada uno de los sub-haces (25')

-

un cabezal distribuidor (41), al que llega el fluido calorífero a través de

-

un conducto de aportación (42) que atraviesa la pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en la que se dispone una cuarta junta (43) esférica,

- y porque los medios de recogida del fluido calorífero de los tubos colectores (11) comprenden por cada uno de los sub-haces (25') un embudo recolector (33) conectado

-

por su extremo mayor al extremo de salida de los tubos colectores (11)

-

y por su extremo menor a un conducto de salida (34) que atraviesa la pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en la que se dispone una tercera junta (35) esférica.

17. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, y 16, caracterizado porque

- la cubierta transparente (2) que cierra la abertura superficial de la pared frontal (4) comprende una pluralidad de bovedillas transparentes (46) dispuestas cada una de ellas cubriendo cada uno de los sub-haces (25') de los tubos colectores (11), de tal manera que las cubiertas de vidrio de cada sub-haz sean las bovedillas longitudinales de vidrio, a lo largo del sentido vertical del colector, estando encastradas en las paredes del cajón, tanto frontal como trasera, rematando en sus extremos de arriba y abajo por los encastres en las paredes superior e inferior; pudiendo usarse esta morfología de cubierta transparente en bovedillas tanto en el caso de emplear tanques de fluido encastrados en la pared posterior, (15) y (19), como conductos, (42) y (34), embebidos en juntas esféricas en dicha pared.

18. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque

- el interior del cajón hermético (100) se rellena con un gas inerte seleccionado entre nitrógeno y anhídrido carbónico,

- y porque la presión del interior del cajón hermético (100) se mantiene substancialmente igual a la presión atmosférica mediante un circuito de regulación de presión que comprende

-

un tubo de extracción de gas (49) que tiene

-

una primera válvula de cierre (50)

-

y una primera válvula de regulación de paso (51) del gas activada mecánica o electromecánicamente por la diferencia de presiones existente entre el interior del cajón hermético (100) y la atmosférica,

-

un primer depósito de gas (52) que almacena el gas inerte extraído del cajón hermético (100) cuando es necesario para la regulación de la presión, y que está a presión menor que la atmosférica, estando conectado a

-

un compresor (53) que toma el gas del primer depósito de gas (52) y lo inyecta en

-

un segundo depósito de gas (54) que está a presión mayor que la atmosférica, y que inyecta gas inerte en el cajón hermético (100) cuando es necesario para la regulación de la presión, a través de

-

un tubo de descarga de gas (55) en el cajón hermético (100), que tiene

-

una segunda válvula de regulación de paso (56) del gas activada mecánica o electromecánicamente por la diferencia de presiones existente entre el interior del cajón hermético (100) y la atmosférica, y

-

una segunda válvula de cierre (57)

estando el primer depósito de gas (52) reforzado para soportar diferencias de presión igual a la presión atmosférica, y el segundo depósito de gas (54) reforzado para soportar presiones al menos cinco veces la presión atmosférica.

19. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 16, caracterizado porque

- la tercera junta (35) y la cuarta junta (43) esféricas dispuestas en la pared trasera (7) del cajón hermético (100) se materializan a partir de una esfera realizada en materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones del 0,1% en el conducto de salida (34) y en el conducto de aportación (42),

- realizándose en dicha esfera un taladro cilíndrico

-

cuyo eje coincide con un diámetro de la esfera,

-

y cuyo radio es igual al radio exterior del conducto (34, 42).

20. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 16, caracterizado porque

- la tercera junta (35) y la cuarta junta (43) esféricas dispuestas en la pared trasera (7) del cajón hermético (100) se materializan a partir de

-

una primera parte semiesférica (47)

-

y una segunda parte semiesférica (48) complementaria a la primera parte semiesférica (47) realizadas en materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones del 0,1% en el conducto de salida (34) y en el conducto de aportación (42),

- que se montan alrededor de los conductos (34, 43) y quedan fijadas por la presión ejercida por la pared trasera (7) del cajón hermético (100).

21. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- comprende una cubierta transparente adicional (65) fijada en paralelo a la cubierta transparente (2), encastrada en la pared frontal (4) del cajón hermético (100) mediante una junta de cierre a presión adicional (66) existiendo entre ambas

- un huelgo intermedio (64) de menor espesor que las cubiertas transparentes (2, 65) conectado con el exterior por medio de

- una pluralidad de orificios (67) realizados en la parte inferior de la pared frontal (4) del cajón hermético (100), que comprenden un primer filtro (68) en uno de los extremos de cada uno de los orificios (67) y un segundo filtro (69) en el otro extremo, presentando ambos filtros (68, 69) un tamiz de paso menor de un milímetro.

22. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende

- una pluralidad de primeras aletas (58) soldadas oblicuamente en el interior de la pared frontal (4) del cajón hermético (100), situadas por encima de la cubierta transparente (2), formando un ángulo agudo con dicha pared frontal (4) y orientadas hacia la pared inferior (6) de dicho cajón hermético (100),

- una pluralidad de segundas aletas (60) soldadas oblicuamente en el interior de la pared frontal (4) del cajón hermético (100), situadas por debajo de la cubierta transparente (2), formando un ángulo agudo con dicha pared frontal (4) y orientadas hacia la pared inferior (6) de dicho cajón hermético (100),

- y una pluralidad de terceras aletas (59) soldadas oblicuamente a lo largo del interior de la pared trasera (7) del cajón hermético (100), formando un ángulo agudo con dicha pared trasera (7) y orientadas hacia la pared superior (6) de dicho cajón hermético (100),

estando las aletas (58, 59, 60) hechas de material aislante y recubiertas con un recubrimiento de alta reflectividad a la radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo,

y teniendo dichas terceras aletas (59) una longitud tal que en su dilatación a temperatura de funcionamiento nominal del colector, su extremo libre queda a una distancia de la superficie trasera de los conductos colectores que esté entre medio milímetro y un milímetro.