ES2345093A1 - Solar collector - Google Patents
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Abstract
Description
Colector solar.Solar collector.
La presente invención se refiere, en general, a un colector solar para captación térmica de la radiación solar.The present invention relates, in general, to a solar collector for thermal collection of solar radiation.
Un colector solar comprende un conjunto de conductos por los que circula un fluido que será receptor de parte de la energía térmica solar que incide en el colector. El fluido circula desde un distribuidor de entrada hasta otro distribuidor de salida. El colector contiene además otros elementos que favorecen la captación de la energía térmica solar y el intercambio térmico entre estas superficies y el fluido.A solar collector comprises a set of conduits through which a fluid circulates that will be part receptor of the solar thermal energy that affects the collector. The fluid circulates from an inlet distributor to another distributor of exit. The collector also contains other elements that favor the solar thermal energy capture and thermal exchange between these surfaces and the fluid.
Los conductos por los que circula el fluido en el colector normalmente son de metal, tal como el cobre o similar, buen conductor térmico, de forma que la energía térmica recogida en los elementos de captación pueda ser transferida fácilmente al fluido que circula por su interior, ya que en éstos la radiación solar incide en superficies exteriores al fluido receptor. Esto hace que el panel resulte de un peso elevado y, consecuentemente, el manejo del mismo durante el montaje es complejo.The conduits through which the fluid circulates in The collector are usually metal, such as copper or similar, good thermal conductor, so that the thermal energy collected in The collection elements can be easily transferred to the fluid that circulates inside, since in these the radiation solar affects surfaces outside the receiving fluid. This does that the panel results from a high weight and, consequently, the handling during assembly is complex.
También, es normal que los colectores incorporen una cubierta de vidrio que permite el paso de la energía solar térmica, además de proteger contra acciones exterior al conjunto de conductos y al sistema colector, también permite reducir las pérdidas de la energía térmica captada.Also, it is normal for collectors to incorporate a glass cover that allows the passage of solar energy thermal, in addition to protecting against actions outside the set of ducts and to the collecting system, it also allows to reduce the losses of thermal energy captured.
Consecuentemente, la incorporación de la cubierta de vidrio, también, hace que el colector resulte de un peso elevado y, consecuentemente, el manejo del mismo durante el montaje sea complejo.Consequently, the incorporation of the glass cover, also, makes the collector result in a weight high and, consequently, its handling during assembly be complex.
La presente invención busca resolver o reducir uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante un colector solar como es reivindicado en la reivindicación 1. Realizaciones de la invención son establecidas en las reivindicaciones dependientes.The present invention seeks to solve or reduce one or more of the problems set forth above by means of a solar collector as claimed in claim 1. Embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
Un objeto de la invención es incorporar en un colector solar térmico que incluye un conjunto de conductos transparentes a la radiación incidente para que ésta llegue al interior de éstos mejorando así la transmisión al fluido de la correspondiente energía térmica.An object of the invention is to incorporate in a thermal solar collector that includes a set of ducts transparent to the incident radiation so that it reaches the inside of these thus improving the transmission to the fluid of the corresponding thermal energy.
Aun otro objeto de la invención es proporcionar un elemento colector solar con una gran superficie activa de intercambio térmico de energía irradiada por el sol y el fluido que fluye por el interior de los conductos del colector solar.Still another object of the invention is to provide a solar collector element with a large active surface of thermal exchange of energy radiated by the sun and the fluid that flows through the interior of the solar collector ducts.
Otro objeto de la invención es proporcionar un elemento colector solar de peso reducido.Another object of the invention is to provide a solar collector element of reduced weight.
Aun otro objeto de la invención es proporcionar un elemento colector de fabricación simple y económico.Still another object of the invention is to provide a simple and economical manufacturing collector element.
Otro objeto de la invención es proporcionar un elemento colector de instalación sencilla y, por lo tanto, de coste reducido.Another object of the invention is to provide a collector element of simple installation and, therefore, of cost reduced.
Todavía otro objeto de la invención es incrementar el rendimiento del elemento colector.Still another object of the invention is increase the performance of the collecting element.
Una explicación más detallada de la invención se da en descripción que sigue y que se basa en las figuras adjuntas:A more detailed explanation of the invention is give in description that follows and that is based on the figures attached:
la figura 1 muestra en una sección en alzado un elemento colector solar térmico de acuerdo a la invención,Figure 1 shows in an elevation section a solar thermal collector element according to the invention,
la figura 2 muestra en una sección en alzado un primer conjunto de conductos de acuerdo a la invención,Figure 2 shows in an elevation section a first set of ducts according to the invention,
la figura 3 muestra un conjunto de partículas en suspensión en el fluido que circula por el primer conjunto de conductos de acuerdo a la invención,Figure 3 shows a set of particles in suspension in the fluid that circulates through the first set of ducts according to the invention,
la figura 4 muestra en una sección en alzado otra realización del elemento colector solar térmico de acuerdo a la invención, yFigure 4 shows in an elevation section Another embodiment of the solar thermal collector element according to the invention, and
la figura 5 muestra en una sección en alzado una nueva realización del elemento colector solar térmico de acuerdo a la invención.Figure 5 shows in an elevation section a new embodiment of the solar thermal collector element according to the invention.
A continuación, con referencia a la figura 1, se encuentra ilustrado un elemento colector solar 11 que comprende un primer conjunto de conductos 13 paralelos.Next, with reference to Figure 1, illustrated is a solar collector element 11 comprising a first set of parallel ducts 13.
Un primer extremo del primer conjunto 13 de conductos del colector 11 está conectado a un distribuidor 12 de entrada transversal a ellos y un segundo extremo del primer conjunto de conductos 13 del colector 11 está conectado a un distribuidor 14 de salida, también, transversal a los mismos, de manera que el distribuidor 12 de entrada suministra un fluido para que circule por el interior del primer 13 conjunto de conductos paralelos, siendo evacuado al distribuidor 14 de salida.A first end of the first set 13 of manifold ducts 11 is connected to a distributor 12 of cross entry to them and a second end of the first set of conduits 13 of manifold 11 is connected to a distributor 14 output, also, transverse to them, so that the Inlet distributor 12 supplies a fluid to circulate through the interior of the first 13 set of parallel ducts, being evacuated to outlet distributor 14.
En relación ahora con la figura 2, el primer conjunto 13 de conductos está delimitado por un primer panel 21, panel frontal, de material transparente a la radiación solar y un segundo panel 22, panel posterior, estando separados ambos paneles frontal 21 y posterior 22 mediante un primer conjunto de tabiques 23.In relation to Figure 2, the first set 13 of ducts is delimited by a first panel 21, front panel, transparent material to solar radiation and a second panel 22, rear panel, both panels being separated front 21 and rear 22 using a first set of partitions 2. 3.
Cada conducto 13 delimitado por el primer panel frontal 21, el primer panel posterior 22 y los primeros tabiques 23 es hermético para evitar pérdidas del fluido irradiado por la radicación solar que fluye por cada conducto 13. Resumiendo, el colector solar 11 puede estar configurado a modo de un primer perfil reticular que comprende el primer 13 conjunto de conductos o primera fila de conductos.Each duct 13 delimited by the first panel front 21, the first rear panel 22 and the first partitions 23 It is airtight to avoid losses of the fluid irradiated by the solar radiation flowing through each duct 13. In short, the solar collector 11 can be configured as a first profile reticular comprising the first 13 set of ducts or first row of ducts
Se ha de observar que tanto el primer 21 panel como el segundo 22 panel y los tabiques 23 que separan ambos paneles 21, 22 pueden ser realizados en el mismo material transparente a la radiación solar o pueden ser de diferente material, no teniendo por que ser los tabiques 23 y el segundo 22 panel, que forma el fondo de los primeros conductos 13, del mismo material que el primer 21 panel, por ejemplo, los tabiques 23 y el segundo 22 panel no tienen por qué ser de un material transparentes a la radiación solar.It should be noted that both the first 21 panel like the second 22 panel and the partitions 23 that separate both panels 21, 22 can be made in the same material transparent to the solar radiation or they can be of different material, not having to be partitions 23 and the second 22 panel, which forms the bottom of the first ducts 13, of the same material as the first 21 panel, for example, partitions 23 and the second 22 panel do not have Why be a material transparent to solar radiation.
Por ejemplo, el material utilizado para la realización de ambos paneles 21, 22 y tabiques 23 que definen el primer 13 haz de conductos puede ser un material plástico tal como el policarbonato, o el primer 21 panel frontal puede ser de un material plástico transparente a la radiación y los tabiques 23 y el segundo 22 panel pueden ser realizados con un material no transparente a la radiación solar.For example, the material used for the realization of both panels 21, 22 and partitions 23 that define the first 13 bundle of conduits can be a plastic material such as the polycarbonate, or the first 21 front panel can be of a radiation transparent plastic material and partitions 23 and the second 22 panel can be made with a non-material transparent to solar radiation.
En cualquier caso, el colector 11 será construido con materiales ligeros para generar un elemento colector solar 11 de peso ligero y dichos materiales no tienen por qué ser materiales térmicamente buenos conductores térmicos, en tanto que la función de los mismos no es transmitir por conducción a través de sus paredes la radiación solar captada y transmitirla al fluido circulante por el primer haz de conductos 13.In any case, the collector 11 will be built with lightweight materials to generate a collector element solar 11 lightweight and such materials do not have to be thermally good thermal conductive materials, while the their function is not to transmit by conduction through its walls captured solar radiation and transmit it to the fluid circulating through the first bundle of ducts 13.
La sección transversal de cada conducto 13 puede ser rectangular, circular o similar.The cross section of each duct 13 can Be rectangular, circular or similar.
En relación ahora con la figura 3, como se ha mencionado anteriormente la radiación solar atraviesa el primer 21 panel frontal siendo atrapada/absorbida por un conjunto de partículas 51 apropiadas que se encuentran en suspensión dentro del fluido circulante, siendo dichas partículas inmiscibles en el líquido circulante, realizadas en un material de densidad substancialmente superior a la densidad del líquido circulante, de geometría adecuada tal como esférica, por ejemplo, para facilitar que el líquido circulante las desplace y/o arrastre por el interior del colector solar.In relation now to figure 3, as has been mentioned above the solar radiation crosses the first 21 front panel being trapped / absorbed by a set of appropriate particles 51 that are suspended within the circulating fluid, said particles being immiscible in the circulating liquid, made of a density material substantially higher than the density of the circulating liquid, of suitable geometry such as spherical, for example, to facilitate that the circulating liquid displace and / or drag inside of the solar collector.
Dichas partículas 51 pueden ser generadas mediante el fraccionamiento de un material sólido, por ejemplo, material plástico negro, tal como cinta negra de poliéster, propileno; un metal tal como aluminio anodinado negro, cobre con recubrimiento negro; vidrio negro o similares. El material utilizado tiene como característica física que su coeficiente de absorción de radiación solar es elevado, así como, que su coeficiente de transmisión térmico es también elevado. Para generar una correcta distribución substancialmente homogénea de dichas partículas 51 en el interior de haz de conductos 31 que conectan los distribuidores de entrada 12 y salida 14 del colector 11, las partículas tienen una forma predeterminada esférica, por ejemplo, y la cantidad de partículas 51 que son desplazadas por el fluido circulante es función del rendimiento térmico deseado.Said particles 51 can be generated by fractionating a solid material, for example, black plastic material, such as black polyester tape, propylene; a metal such as black anodized aluminum, copper with black coating; black glass or similar. The material used Its physical characteristic is that its absorption coefficient of solar radiation is high, as well as, that its coefficient of Thermal transmission is also high. To generate a correct substantially homogeneous distribution of said particles 51 in the inside of duct beam 31 connecting the distributors of inlet 12 and outlet 14 of the manifold 11, the particles have a spherical default, for example, and the amount of particles 51 that are displaced by the circulating fluid is function of the desired thermal efficiency.
Una vez que la radiación solar recibida es absorbida por las partículas 15 en suspensión, se transmite al fluido que rodea a las mismas por convección y conducción, de manera que el fluido, por ejemplo, agua, una solución anticongelante o similar, se calienta.Once the solar radiation received is absorbed by the particles 15 in suspension, it is transmitted to fluid that surrounds them by convection and conduction, so that the fluid, for example, water, an antifreeze solution or similar, heats up.
Por lo tanto, el colector solar 11 reticular se fabrica con un material/es cuyo coeficiente de aislamiento térmico es elevado basándose en el rendimiento deseado objetivo.Therefore, the reticular solar collector 11 is manufactures with a material / s whose thermal insulation coefficient It is high based on the desired target performance.
En relación ahora con la figura 4, para aumentar el aislamiento térmico del colector solar 11 y, consecuentemente, disminuir las pérdidas por conducción y convección, se añade por la cara exterior del primer panel frontal 21 un tercer panel 31 transparente a la radiación solar, unido herméticamente mediante unos segundos tabiques 32 al primer panel frontal 21, definiendo análogamente un segundo panel reticular multicapa o sándwich.In relation now to figure 4, to increase the thermal insulation of solar collector 11 and, consequently, reduce conduction and convection losses, it is added by the outer face of the first front panel 21 a third panel 31 transparent to solar radiation, tightly joined by a few second partitions 32 to the first front panel 21, defining similarly a second multilayer or sandwich reticular panel.
Por lo tanto, entre el primer panel frontal 21, el tercer panel frontal 31 y los segundos tabiques 32 se definen un segundo haz de conductos 33 paralelos y superpuestos al primer haz de conductos 13 por los que fluye el fluido circulante.Therefore, between the first front panel 21, the third front panel 31 and the second partitions 32 define a second beam of conduits 33 parallel and superimposed on the first beam of conduits 13 through which circulating fluid flows.
Para aumentar el aislamiento térmico proporcionado por dicho segundo haz de conductos 33 se realiza en cada uno de ellos un vacío de un grado predeterminado, es decir, se extrae el aire de los mismos.To increase thermal insulation provided by said second bundle of ducts 33 is performed in each of them a void of a predetermined degree, that is, it Extract the air from them.
Obviamente, se ha de observar que el primer haz de conductos 13 y el segundo haz de conductos 33 no tiene por que tener idéntico número de conductos. Y, además, el primer panel 21, el tercer panel 31, el primer conjunto de tabiques 23 y el segundo conjunto de tabiques 33 se puede realizar con el mismo material, por ejemplo, a partir de un material que se pueda extrudir configurado a modo de perfil reticular.Obviously, it should be noted that the first beam of ducts 13 and the second bundle of ducts 33 does not have to have identical number of ducts. And, in addition, the first panel 21, the third panel 31, the first set of partitions 23 and the second set of partitions 33 can be made with the same material, by example, from a material that can be extruded configured to reticular profile mode.
Asimismo, por la cara exterior frontal del segundo panel 31 se puede instalar una capa de material aislante térmico para evitar pérdidas por conducción y convección, no mostrada en la figura 4.Also, on the front exterior face of the second panel 31 a layer of insulating material can be installed thermal to avoid conduction and convection losses, not shown in figure 4.
De acuerdo a la figura 5, análogamente, para evitar pérdidas por conducción y convección a través de la cara exterior posterior del segundo panel 22 se puede instalar otro cuarto panel 41, no necesariamente transparente a la radiación solar, unido de manera hermética mediante unos terceros tabiques 42 al segundo panel posterior 22, definiendo un tercer panel reticular multicapa o sándwich.According to figure 5, similarly, for avoid conduction and convection losses across the face rear exterior of the second panel 22 another one can be installed fourth panel 41, not necessarily transparent to radiation solar, tightly connected by third partitions 42 to the second rear panel 22, defining a third reticular panel multilayer or sandwich.
Por lo tanto, entre el segundo panel posterior 22, el cuarto panel 41 y los terceros tabiques 42 se define un tercer haz de conductos 43 paralelos al primer haz de conductos 13.Therefore, between the second back panel 22, the fourth panel 41 and the third partitions 42 define a third bundle of conduits 43 parallel to the first bundle of conduits 13.
Para aumentar el aislamiento térmico proporcionado por dicho tercer haz de conductos 43 se puede optar por mantener éstos con aire u otro gas, como cámara de aire o bien realizar en cada uno de ellos un vacío de un grado predeterminado, es decir, se extrae el aire de los mismos.To increase thermal insulation provided by said third bundle of ducts 43 you can opt for keeping these with air or other gas, as an air chamber or make a vacuum of a predetermined degree in each of them, that is, the air is extracted from them.
Obviamente, se ha de observar que el primer haz de conductos 13 y el segundo haz de conductos 33 y el tercer haz de conductos 43 no tienen por que tener idéntico número de conductos, siendo paralelos y superpuestos. Y, además, el conjunto de todos los paneles y tabiques se puede realizar con el mismo material, por ejemplo, a partir de un material que se pueda extrudir configurado a modo de perfil reticular.Obviously, it should be noted that the first beam of conduits 13 and the second bundle of conduits 33 and the third bundle of ducts 43 do not have to have the same number of ducts, being parallel and overlapping. And, in addition, the set of all panels and partitions can be made with the same material, by example, from a material that can be extruded configured to reticular profile mode.
También para evitar las pérdidas por radiación desde el primer haz de conductos 13, se puede anteponer al segundo haz de conductos 33, un cuarto haz de conductos transparente en su conjunto y de características similares al anterior, en el que cada conducto se sella conteniendo en su interior un gas que aumente el efecto invernadero del haz anterior 33, no mostrado en las figuras.Also to avoid radiation losses from the first bundle of ducts 13, the second can be placed conduit beam 33, a fourth transparent conduit beam in its set and similar characteristics to the previous one, in which each conduit is sealed containing inside a gas that increases the greenhouse effect of the previous beam 33, not shown in the figures.
Obviamente, se ha de observar que el primer haz de conductos 13, el segundo haz de conductos 33, el tercer haz de conductos 43 y el cuarto haz de conductos no tiene por que tener idéntico número de conductos. Y, además, el conjunto de todos los paneles y tabiques se puede realizar con el mismo material, por ejemplo, a partir de un material que se pueda extrudir configurado a modo de perfil reticular.Obviously, it should be noted that the first beam of conduits 13, the second bundle of conduits 33, the third bundle of conduits 43 and the fourth bundle of conduits does not have to have identical number of ducts. And, in addition, the set of all panels and partitions can be made with the same material, by example, from a material that can be extruded configured to reticular profile mode.
En otra realización, el material absorbente 51 de la radiación puede no estar fraccionado en partículas, siendo una lámina continua, por ejemplo, un material textil natural o sintético absorbente de la radiación solar tal como una cinta de seda. La referida lámina se introduce en cada uno de los conductos 13 del primer haz según la dirección del eje longitudinal del conducto 13 con un espesor predeterminado y una sección transversal predeterminada que proporcione una superficie de recepción de radiación solar elevada e intercambio térmico elevado con el fluido circulante que contornea dicha lámina, no mostrado en las figuras.In another embodiment, the absorbent material 51 of radiation may not be divided into particles, being a continuous sheet, for example, a natural or synthetic textile material solar radiation absorber such as a silk ribbon. The said sheet is introduced into each of the ducts 13 of the first beam according to the direction of the longitudinal axis of the duct 13 with a predetermined thickness and a cross section default to provide a receiving surface of high solar radiation and high heat exchange with the fluid circulating contour of said sheet, not shown in the figures.
En otra realización, el material fraccionable 51 absorbente de la radiación puede ser depositado sobre una cara del segundo panel 22, que forma el fondo del primer haz de conductos 13, y parcial o totalmente sobre los tabiques 23 de los mismos.In another embodiment, the fractional material 51 Radiation absorber can be deposited on one side of the second panel 22, which forms the bottom of the first bundle of ducts 13, and partially or totally on the partitions 23 thereof.
En este caso el fluido receptor de calor baña las caras del material absorbente 51 de la radiación que no está en contacto con el segundo panel 22 y de los tabiques 23, recibiendo la radiación térmica del material 51 absorbente de la radiación.In this case the heat receptor fluid bathes the faces of the radiation absorbing material 51 that is not in contact with the second panel 22 and the partitions 23, receiving the thermal radiation of the radiation absorbing material 51.
En otra realización, las paredes 23 y el panel 22 son de materiales, colores y acabados superficiales absorbentes de la radiación solar.In another embodiment, the walls 23 and the panel 22 are of absorbent materials, colors and surface finishes of solar radiation.
En este caso el fluido receptor de calor baña las caras interiores de los conductos recibiendo de los tabiques 23 y del panel 22 del fondo, el calor procedente de la radiación térmica absorbida por éstos.In this case the heat receptor fluid bathes the inner faces of the ducts receiving from the partitions 23 and from the bottom panel 22, the heat from the radiation thermal absorbed by these.
En otra realización, en el segundo panel 22, tiene un predeterminado grosor, para que se puedan definir una serie de vaciados continuos y paralelos, de manera que, una vez se instala el primer panel 21 sobre el segundo panel 22 y se unen de modo hermético, se define el haz de conductos por los que fluye el fluido. Resumiendo, el segundo panel 22 integra el primer conjunto de tabiques 23 en una única pieza.In another embodiment, in the second panel 22, it has a predetermined thickness, so that a series can be defined of continuous and parallel emptying, so that, once installed the first panel 21 on the second panel 22 and join so hermetic, the bundle of ducts through which the fluid. In short, the second panel 22 integrates the first set of partitions 23 in one piece.
La realización y ejemplo establecido en esta memoria se presenta como la mejor explicación de la presente invención y su aplicación práctica y para permitir de ese modo que un experto en la técnica ponga en práctica y utilicen la invención. No obstante, el experto en la técnica reconocerá que la descripción y ejemplo anterior ha sido presentados con el propósito de ilustrar y solamente como ejemplo.The realization and example set out in this memory is presented as the best explanation of the present invention and its practical application and to thereby allow one skilled in the art will practice and use the invention. However, the person skilled in the art will recognize that the description and previous example has been presented for the purpose of illustrating and only as an example.
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES2345093B1 ES2345093B1 (en) | 2011-07-19 |
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- 2007-12-04 ES ES201090039A patent/ES2345093B1/en active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20100914 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2345093 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20110719 |