ES2336368T3 - Colector solar con almacenamiento integrado de calor. - Google Patents
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Abstract
Colector solar que posee almacenamiento integrado de calor, comprendiendo dicho colector solar una carcasa (2) la cual comprende una placa (4) inferior y una tapa transparente (3), en el que, en la carcasa (2), hay dispuesto un tanque (5) de almacenamiento para el almacenamiento de agua entre un espejo (6) evolvente y la tapa (3) transparente, estando dispuesto el colector solar, durante su uso, para formar un ángulo con la horizontal de tal manera que el tanque (5) de almacenamiento tiene un extremo más elevado y un extremo más bajo, y en el que se proporciona un apantallamiento (7) entre el tanque (5) de almacenamiento y la tapa (3) transparente para reducir las pérdidas de calor, estando dicho apantallamiento (7) dispuesto en el extremo más elevado, entre el tanque (5) de almacenamiento y la tapa (3) transparente, y cubriendo el apantallamiento (7) al menos parte del extremo más elevado del tanque (5) de almacenamiento de tal modo que, en el extremo más elevado, se inhibe la convección entre el tanque (5) de almacenamiento y la tapa (3) transparente, caracterizado porque el apantallamiento (7) deja al menos parte del extremo más bajo sin cubrir, por lo que del 20 al 60% del volumen del tanque (5) de almacenamiento está cubierto por el apantallamiento (7), y un plano (13) imaginario que pasa por el eje central del tanque (5) de almacenamiento, plano que es paralelo respecto al plano del espejo (6) evolvente, divide el apantallamiento (7) en una parte (7a) situada cerca de la tapa (3) transparente y una parte (7b) cerca del espejo (6) evolvente, en el que el volumen del tanque (5) de almacenamiento que abarca dicha primera parte (7a) es al menos el 15% mayor que el de dicha última parte (7b).
Description
Colector solar con almacenamiento integrado de
calor.
La presente invención se refiere a un colector
solar que posee un almacenamiento integrado de calor, comprendiendo
dicho colector una carcasa que comprende una placa inferior y una
tapa transparente, en el que, en la carcasa, figura dispuesto un
tanque de almacenamiento para el almacenamiento de agua entre un
espejo evolvente y la tapa transparente, estando dispuesto el
colector solar para formar un ángulo con la horizontal de manera que
el tanque de almacenamiento tenga un extremo más elevado y un
extremo más bajo, y en el que se proporciona un apantallamiento
entre el tanque de almacenamiento y la tapa transparente, estando
dicho apantallamiento dispuesto en el extremo más elevado, entre el
tanque de almacenamiento y la tapa transparente para reducir las
pérdidas de calor, y cubriendo el apantallamiento al menos parte del
extremo más elevado del tanque de almacenamiento de manera que, en
el extremo más elevado, se inhibe la convección entre el tanque de
almacenamiento y la tapa transparente, en el que el apantallamiento
deja al menos parte del extremo más bajo sin cubrir, y en el que
del 20 al 60% del volumen del tanque de almacenamiento está cubierto
por el apantallamiento.
Los colectores solares que poseen almacenamiento
integrado de calor son conocidos en la técnica, también con la
abreviatura de ICS. Un colector solar de este tipo presenta una
forma alargada en el que se sitúa un tanque de almacenamiento
alargado. Este tanque de almacenamiento está diseñado para absorber
calor solar. El calor absorbido calienta el medio presente en el
tanque de almacenamiento, generalmente agua. Para aumentar el
rendimiento térmico, se dispone de un espejo evolvente que da a la
tapa transparente por debajo del tanque de almacenamiento por lo
cual el tanque de almacenamiento puede recibir y absorber radiación
luminosa también desde su parte inferior. Utilizando un colector
solar de este tipo se puede calentar agua en el tanque de
almacenamiento, que posteriormente se puede usar con diversos
fines, generalmente fines domésticos. En concreto, se puede usar
para bañarse o ducharse, lavar los platos y similares. La patente
EP0743495 desvela un colector solar con un recipiente de
almacenamiento para el medio que se va a calentar que está dispuesto
en una carcasa con una pared transparente y una superficie
especular, estando dicho recipiente revestido con un espacio
intermedio mediante una camisa aislante transparente. Otro ICS con
un apantallamiento es conocido a partir de la patente US4598450, en
el que, al principio de la columna 13, se menciona la posibilidad de
proporcionar un apantallamiento en el extremo superior del tanque
de almacenamiento. Como resultado, se logra un rendimiento térmico
mayor. Los costes de materiales, en comparación con un
apantallamiento total, se reducen. A pesar del tamaño reducido del
apantallamiento, parece que, como resultado del rendimiento térmico
aumentado, las pérdidas de calor (en concreto las que se producen
durante la noche) no afectan negativamente a un buen funcionamiento
respecto a la grifería. Es decir, también por la mañana hay
suficiente agua disponible a una temperatura suficiente.
Aunque se ha intentado durante años lograr
adoptar el uso energía solar, en la mayoría de los casos el agua
caliente todavía se obtiene usando portadores de energía de alta
calidad, tales como gas y electricidad. Usar estos portadores de
energía de alta calidad para generar energía de baja calidad es, de
hecho, un desperdicio. Para la mayoría, esta situación se basa en
consideraciones económicas. Por tanto, para lograr un mayor uso de
energía solar, ésta tiene que ser capaz de competir económicamente
con los portadores convencionales de energía de mejor modo. Otro
problema importante es que el agua caliente debería estar disponible
en mayor medida y ser completamente independiente del momento del
tiempo en que se abra el grifo de agua caliente. El uso del
apantallamiento contribuye en gran medida a ello.
Según el presente documento, es un objetivo de
la presente invención proporcionar un colector solar que posee un
almacenamiento integrado de calor que ofrezca un rendimiento
aumentado y un funcionamiento mejorado respecto al momento de
tiempo en el que se use el agua caliente.
Con este fin, el colector solar según la
invención está caracterizado porque el apantallamiento deja al menos
parte del extremo inferior sin cubrir, por lo que del 20 al 60% del
volumen del tanque de almacenamiento está cubierto por el
apantallamiento, y un plano imaginario que pasa por el eje central
del tanque de almacenamiento, plano que es paralelo respecto al
plano del espejo evolvente, divide el apantallamiento en una parte
situada cerca de la tapa transparente y una parte cerca del espejo
evolvente, en el que el volumen del tanque de almacenamiento que
abarca dicha primera parte es al menos el 15% mayor que el de dicha
última parte.
Por tanto, se contrarrestan las pérdidas de
calor como resultado de la convección en la parte superior de la
vasija, mientras que se evita la pérdida de luz como resultado de la
reflexión contra el apantallamiento. Se ha descubierto que se puede
lograr un rendimiento aumentado de este modo, a la vez que se usa
menos material para el apantallamiento. Gracias al apantallamiento,
el contenido del tanque de almacenamiento puede mantener su
temperatura durante un periodo de tiempo mayor, de modo que por la
mañana también hay disponible agua caliente suficiente y/o
generalmente suficiente, o la necesidad de
post-calentamiento disminuye.
Estrictamente hablando, el término
"evolvente" indica una curva matemáticamente definida de forma
precisa, pero dentro del ámbito de la presente invención incluye
cualquier forma que refleje luz en el tanque de almacenamiento y,
preferiblemente, una forma cóncava, más preferiblemente una forma
concentradora de luz y, más preferiblemente, una forma evolvente
matemáticamente determinada.
\newpage
La patente AU530878 (publicada en 1983)
describe un colector solar, no del tipo ICS, que posee un
apantallamiento de un sistema de tuberías con forma de camisa
exterior dentro de la carcasa.
Una realización preferida está caracterizada
porque al menos parte de la superficie del apantallamiento es
ópticamente transparente.
Por tanto, la incidencia local de luz se puede
utilizar, aunque no completamente debido a la reflexión contra el
apantallamiento, pero de todos modos una gran parte, para calentar
el agua en el tanque de almacenamiento.
En tal caso es, no obstante, preferible que
parte del apantallamiento sea ópticamente opaco, de tal modo que
del 2 al 5% del volumen situado lo más arriba posible del tanque de
almacenamiento esté rodeado por la parte ópticamente opaca.
Esto también evita que el agua se
sobrecaliente.
Una importante realización preferida está
caracterizada porque dicha primera parte cubre al menos el 30% y,
más preferiblemente, al menos el 50% más de volumen que la segunda
parte.
Ventajosamente, esta realización está
caracterizada porque el apantallamiento tiene un borde inferior que
es básicamente horizontal, es decir, que forma un ángulo de 10º como
máximo respecto a la horizontal.
De este modo, el aire queda atrapado de forma
eficaz. Dicho de otro modo: las pérdidas de calor como resultado de
la convección se reducen considerablemente.
Preferiblemente, el apantallamiento está
constituido de policarbonato.
El policarbonato se puede conformar fácilmente,
tiene una transmisión óptica favorable y, en concreto, una buena
resistencia térmica.
Finalmente, la invención se refiere a un
procedimiento para colocar un colector solar según la invención, el
cual está caracterizado porque está situado de tal modo que el borde
inferior del apantallamiento forma un ángulo con la horizontal de
\pm30º como máximo, preferiblemente de \pm20º como máximo y, más
preferiblemente, no superior a \pm10º.
De este modo, el aire caliente permanece
atrapado óptimamente bajo el apantallamiento, mientras que la
radiación solar reflejada por el espejo puede alcanzar el tanque de
almacenamiento en el lado del espejo evolvente en mayor medida.
La presente invención se ilustrará ahora con
referencia al dibujo, en el que
la fig. 1 representa una vista en planta desde
arriba de un colector solar según la invención;
la fig. 2 representa una sección transversal
del colector solar de la fig. 1 a lo largo de la línea
II-II; y
la fig. 3 representa una sección transversal
del colector solar de la fig. 1 a lo largo de la línea
III-III.
En la fig. 1 se muestra una vista desde arriba
de un colector 1 solar según la invención. El colector 1 solar
comprende una carcasa 2, que comprende una tapa 3 transparente que
está adecuadamente fabricada de perspex, y una placa 4 inferior
(fig. 2 y 3). Dentro de la carcasa 2 está situado un tanque 5 de
almacenamiento. Durante el funcionamiento, este tanque 5 de
almacenamiento es calentado directamente por la radiación solar y,
para absorber la misma de forma eficaz, está dotado de una capa
absorbente (no mostrada adicionalmente), que es conocida en sí
misma. La capa absorbente es, por ejemplo, un recubrimiento
selectivo de espectros que irradia poco calor. Un recubrimiento de
este tipo se conoce a partir de la patente DE4433863. Para aumentar
el rendimiento térmico, el colector 1 solar también comprende un
espejo 6, preferiblemente un espejo 6 matemáticamente evolvente.
Éste concentra luz y la refleja sobre el tanque 5 de almacenamiento,
también sobre la parte inferior del mismo. Para la alimentación de
agua (fría), se prevé una tubería 10 de alimentación que descarga en
la parte inferior del tanque 5 de almacenamiento. Para la descarga
de agua (caliente), se prevé una tubería 11 de descarga, que posee
una entrada en el extremo más elevado del tanque 5 de
almacenamiento. El colector solar descrito hasta ahora es conocido
de la técnica anterior.
Según la presente invención, se proporciona un
apantallamiento 7 en el extremo más elevado, entre el tanque 5 de
almacenamiento y la tapa 3 transparente. Según una posible
realización, el apantallamiento está fabricado de material
aislante, tal como lana de vidrio, lana mineral, etc. El material
aislante es, en concreto, útil en aquellos países en los que hay
disponible mucha energía radiante per se (p.ej. España), pero
en los que la radiación térmica durante la noche conduce a una gran
caída de la temperatura del agua. Además, usando un apantallamiento
7 en forma de material aislante, disminuye la probabilidad de
sobrecalentamiento de la capa superior de agua del tanque 5 de
almacenamiento, puesto que el volumen de agua cubierto por el
material aislante será más homogéneo respecto a su temperatura.
Para utilizar óptimamente la superficie del
colector solar es preferible, sin embargo, que el apantallamiento
sea ópticamente transparente.
El apantallamiento 7 ocupa al menos parte del
extremo más elevado del tanque 5 de almacenamiento de tal modo que,
en el extremo más elevado, se inhibe la convección entre el tanque
de almacenamiento y la tapa 3 transparente. Es esencial que el
apantallamiento 7 no sólo deje sin cubrir al menos parte del extremo
más bajo del tanque 5 de almacenamiento, sino que también aumente
el acceso de la radiación solar al tanque de almacenamiento en el
lado del espejo evolvente, por lo cual la luz puede alcanzar el
tanque 5 de almacenamiento sin obstáculos, gracias a la parte que
se deja libre. Comparando el colector solar conocido con la presente
invención, ésta última presenta menor pérdida de luz, las pérdidas
de calor se contrarrestan de forma eficaz, especialmente en la
ubicación en la que el tanque 5 de almacenamiento está más caliente
y, por tanto, pierde la mayor parte del calor -siendo el agua que
usará el consumidor- y ahorra materiales puesto que el
apantallamiento 7 es menor. En la presente solicitud, cuando se
menciona el recubrimiento de un volumen del tanque de almacenamiento
junto con el término "apantallamiento", entonces la parte
inferior abierta del apantallamiento se considera un plano
limitante del volumen de contenido del apantallamiento. Esa parte
del volumen del tanque de almacenamiento que está presente dentro
del apantallamiento definido como anteriormente, es el volumen que
abarca el apantallamiento. En la presente solicitud, cuando se
menciona un plano paralelo al espejo evolvente, será sencillo para
un experto en la materia determinar la ubicación de un plano plano
que cumpla este requisito. Un experto en la materia podría usar las
matemáticas para hacerlo, pero el profesional que tenga una actitud
más práctica usará el conocimiento básico de que cuando la
superficie de la sombra de un espejo que está girado hacia el sol
es el mayor posible, el espejo y una placa plana, que también se
sujeta de modo que su sombra sea la mayor posible, son paralelos
entre sí.
El colector 1 solar según la presente invención
se situará de tal manera que el tanque 5 de almacenamiento esté en
un determinado ángulo. Para una disposición sobre el suelo o sobre
un tejado plano o similar (fig. 3), el colector 1 solar estará
provisto de patas 8, 9 o similares. También es posible situar el
colector 1 solar con un extremo sobre una elevación, tal como una
pequeña pared. El colector 1 solar también se puede situar sobre el
tejado inclinado de una casa.
Cuando se sitúa el colector 1 solar según la
invención de manera que el tanque 5 de almacenamiento tenga un
determinado ángulo, se logrará un rendimiento aumentado, como se
sabe per se, no sólo debido a que una mejor absorción de
radiación solar (en zonas fuera de los trópicos), sino también
debido a un uso más eficaz de la formación de capas de agua
caliente en la parte superior del agua que está menos caliente. Sin
embargo, en caso de un apantallamiento ópticamente transparente
según la invención, esto podría provocar el problema de que el agua
del extremo situado más elevado del tanque 5 de almacenamiento
comience a hervir. Según una realización preferida, por tanto, una
parte 12 del apantallamiento 7 es ópticamente opaca, de modo que del
2 al 5% del volumen situado lo más elevado posible del tanque 5 de
almacenamiento está cubierto por la parte 7 ópticamente opaca.
En la fig. 3 se muestra una realización
preferida del colector solar según la invención. Un plano 13
imaginario que pasa por el eje central del tanque 5 de
almacenamiento divide el apantallamiento 7 en una parte 7a superior
y una parte 7b inferior, en el que el volumen de la parte del tanque
5 de almacenamiento cubierta por la parte 7a superior es mayor que
el de la parte 7b inferior. La parte 7a superior mantiene el aire
que, de otro modo, debido a la convección, alcanzaría la tapa 3, en
la que emitiría calor al entorno. Ventajosamente, el borde 14
inferior del apantallamiento 7 es básicamente horizontal, es decir,
tiene un ángulo de \pm30º como máximo, preferiblemente de
\pm20º como máximo y, más preferiblemente, no superior a \pm10º
respecto a la horizontal, tras situar el colector solar. En la
realización ilustrada en la fig. 3 el ángulo que forma el borde
inferior con la horizontal es aproximadamente de 6º. Como será
evidente para el profesional de esta materia, un ángulo con la
horizontal es cualquier ángulo, tanto positivo (ascendente) como
negativo (descendente). Antes y ahora se subraya este aspecto
mediante el uso del símbolo \pm. Como será evidente para un
experto en la materia, el borde inferior es el borde del
apantallamiento que determina principalmente la captura de aire
caliente bajo el apantallamiento. El ángulo se determina con las
partes más baja y más alta de ese borde.
\vskip1.000000\baselineskip
En la lista de documentos indicados por el
solicitante se ha recogido exclusivamente para información del
lector, y no es parte constituyente del documento de patente
europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la
EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u
omisiones.
- \bullet EP 0743495 A [0002]
- \bullet AU 1983 [0008]
- \bullet US 4598450 A [0002]
- \bullet DE 4433863 [0021]
\bullet AU 530878 [0008]
Claims (8)
1. Colector solar que posee almacenamiento
integrado de calor, comprendiendo dicho colector solar una carcasa
(2) la cual comprende una placa (4) inferior y una tapa transparente
(3), en el que, en la carcasa (2), hay dispuesto un tanque (5) de
almacenamiento para el almacenamiento de agua entre un espejo (6)
evolvente y la tapa (3) transparente, estando dispuesto el colector
solar, durante su uso, para formar un ángulo con la horizontal de
tal manera que el tanque (5) de almacenamiento tiene un extremo más
elevado y un extremo más bajo, y en el que se proporciona un
apantallamiento (7) entre el tanque (5) de almacenamiento y la tapa
(3) transparente para reducir las pérdidas de calor, estando dicho
apantallamiento (7) dispuesto en el extremo más elevado, entre el
tanque (5) de almacenamiento y la tapa (3) transparente, y cubriendo
el apantallamiento (7) al menos parte del extremo más elevado del
tanque (5) de almacenamiento de tal modo que, en el extremo más
elevado, se inhibe la convección entre el tanque (5) de
almacenamiento y la tapa (3) transparente, caracterizado
porque el apantallamiento (7) deja al menos parte del extremo más
bajo sin cubrir, por lo que del 20 al 60% del volumen del tanque
(5) de almacenamiento está cubierto por el apantallamiento (7), y un
plano (13) imaginario que pasa por el eje central del tanque (5) de
almacenamiento, plano que es paralelo respecto al plano del espejo
(6) evolvente, divide el apantallamiento (7) en una parte (7a)
situada cerca de la tapa (3) transparente y una parte (7b) cerca
del espejo (6) evolvente, en el que el volumen del tanque (5) de
almacenamiento que abarca dicha primera parte (7a) es al menos el
15% mayor que el de dicha última parte (7b).
2. Colector solar según la reivindicación 1, en
el que al menos parte de la superficie del apantallamiento (7) es
ópticamente transparente.
3. Colector solar según la reivindicación 2, en
el que parte del apantallamiento (7) es ópticamente opaca, de tal
modo que del 2 al 5% del volumen situado lo más arriba posible del
tanque (5) de almacenamiento está cubierto por la parte ópticamente
opaca.
4. Colector solar según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha
primera parte (7a) cubre al menos el 30% y, más preferiblemente, al
menos el 50% más de volumen que la segunda parte (7b).
5. Colector solar según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
apantallamiento (7) posee un borde inferior que es básicamente
horizontal, es decir, que forma un ángulo de 20º como máximo
respecto a la horizontal.
6. Colector solar según la reivindicación 5,
caracterizado porque el borde inferior forma un ángulo de 10º
como máximo respecto a la horizontal.
7. Colector solar según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
apantallamiento (7) está constituido de policarbonato.
8. Procedimiento para colocar un colector solar
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado
porque está situado de tal manera que el borde inferior del
apantallamiento (7) forma un ángulo con la horizontal de \pm30º
como máximo, preferiblemente de \pm20º como máximo y, más
preferiblemente, no superior a \pm10º respecto a la
horizontal.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1030094A NL1030094C2 (nl) | 2005-10-03 | 2005-10-03 | Zonnecollector met geïntegreerde warmteopslag III. |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2336368T3 true ES2336368T3 (es) | 2010-04-12 |
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ID=37709590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES06799484T Active ES2336368T3 (es) | 2005-10-03 | 2006-10-02 | Colector solar con almacenamiento integrado de calor. |
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