ES2389420A1 - Colector de energía solar térmica. - Google Patents

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ES2389420A1 ES201001611A ES201001611A ES2389420A1 ES 2389420 A1 ES2389420 A1 ES 2389420A1 ES 201001611 A ES201001611 A ES 201001611A ES 201001611 A ES201001611 A ES 201001611A ES 2389420 A1 ES2389420 A1 ES 2389420A1
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Abstract

Colector de energía solar térmica.Sistema constituido por un cajón hermético, dentro del cual se dispone un haz de tubos paralelos, que entran al cajón, y salen de él, a través de sendos tanques encastrados en la pared posterior del cajón, y cuyos tubos, en sus extremos, llevan piezas en U o similares, que revierten el flujo 180° sexagesimales, extendiéndose el ramal contrario cierto tramo, hasta conectar con el tanque correspondiente, que se emplaza lejos del extremo en cuestión, y cerca de la línea transversal central en la pared posterior del cajón.

Description

COLECTOR DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención se encuadra en el campo de los dispositivos que absorben
5
la radiación solar, generalmente tras haber sido concentrada por un dispositivo
óptico. Es de aplicación en la industria de la producción energética.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El antecedente directo de esta invención es la patente ES 2 321 576 82.
1 O
El presente documento divulga respecto su patente principal, es decir, la
mencionada patente española, un modo de realización de la invención que
supone una variante en cuanto a modo de realización, derivado directamente de
la invención original. Aquí se proponen mejoras constructivas en la disposición
de algunos de los elementos que conforman la invención principal, que permiten
15
optimizar el funcionamiento del colector solar.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se basa completamente en la patente citada, cuyo colector
de base contiene una pluralidad de conductos colectores, generalmente haces
20
de tubos, absorbedores de radiación solar, previamente concentrada por otro
dispositivo e incidente en dichos conductos absorbedores, por dentro de los
cuales circula un fluido calorífero que recoge la energía solar absorbida por
dichos conductos. Tanto los mencionados conductos de fluido calorífero, como el
colector en su conjunto, se disponen geométricamente siguiendo la dirección de
25
interceptación de la radiación solar concentrada; ubicándose la ventana
transparente del colector de forma perpendicular al rayo central de la radiación
solar concentrada, en las condiciones solares que se consideren nominales. El
conjunto de los conductos absorbedores contiene un extremo de entrada y un
extremo de salida del fluido calorífero. En dichos extremos existen medios de
30
entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, conectados a los
extremos de entrada de dichos conductos absorbedores, y a sus extremos de
salida.
Dichos conductos están ubicados en el interior de un cajón hermético
cuyas paredes tienen una estructura que comprende una placa interior, una
35
placa exterior, y un volumen intermedio entre las capas interior y exterior, relleno
de material aislante térmico.
En el cajón hermético se distinguen una pared frontal, una pared superior,
una pared inferior, dos paredes laterales, y una pared trasera 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
5
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, siendo dichas deformaciones del O, 1% de las medidas
originales de esos medios; y teniendo la pared frontal una abertura superficial
para el paso de la radiación solar hacia los conductos absorbedores, estando
1 O
cerrada dicha abertura frontal por una cubierta transparente.
La invención consiste en que al menos uno de los tanques, seleccionado
entre el tanque de entrada y el de salida del fluido del haz de conductos interno
al cajón, se encastra en la pared posterior del cajón en posición alejada del
extremo longitudinal correspondiente del cajón. Esto se materializa disponiendo
15
al final del ramal principal de tubos o conductos una conexión tubular semi-tórica
para cada tubo, en el extremo correspondiente donde se va a aplicar el
desplazamiento del tanque, añadiendo además al haz de conductos o tubos un
ramal paralelo al principal, pero en sentido contrario al de éste, conectando dicho
ramal contrario con el tanque encajado en la pared posterior del cajón, a través
20
de la conexión correspondiente, describiendo el conjunto del circuito del fluido
una trayectoria de ida y vuelta en cierto tramo de su longitud, con un codo semi-
circunferencial, o en otra geometría que cambie él sentido de la marcha del fluido
en 180 grados sexagesimales, en el extremo o extremos en cuestión del cajón
longitudinal que encierra al circuito de conductos o tubos.
25
La invención cabe aplicarla a uno sólo o a ambos extremos del haz de
conductos o tubos.
La circulación de fluido con el circuito exterior se completa a través de los
tanques encastrados en la pared posterior del cajón, que comunican con los
conductos exteriores que llevan el fluido hasta el siguiente cajón-colector, o
30
hasta el fin térmico último.
La invención dispone igualmente de unos rodillos fijos de material aislante
térmico para descanso de los haces de tubos, tanto en sentido longitudinal de la
marcha del fluido, como en sentido transversal.
35
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 muestra la sección recta de un colector cuyos tubos que conducen el fluido calorífero describen la trayectoria de ida y vuelta de la invención, e incluyen los rodillos aislantes de descanso de los haces.
La figura 2 muestra la sección recta de un colector en el cual se aplica la 5 trayectoria de ida y vuelta en ambos extremos, con piezas de conexión entre el ramal de ida y el de vuelta, e incluye un cilindro intermedio o depósito similar.
Procede señalar que las figuras no están a escala, ni tampoco en una posición que sea la idónea o de referencia, pues de estar a escala sería imposible su visualización. En cuanto a su inclinación respecto de tierra, los
1 O mencionados conductos se disponen geométricamente siguiendo la dirección de interceptación de la radiación solar concentrada; ubicándose la ventana transparente del colector de forma perpendicular al rayo central de la radiación solar concentrada, en las condiciones solares que se consideren nominales.
15 MODOS PREFERENTES DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN A efectos de mejor comprensión de la adición, se listan a continuación los elementos de la patente principal, que aparecen en los dibujos de este documento. La mayor parte de las referencias numéricas coinciden con las de la patente principal (ES 2 321 576 82); y los elementos específicos de esta adición
20 se denotan con las referencias 101-112:
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.
25 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 30 hermético.
11. Tubos colectores, que constituyen el ramal principal del circuito interno el cajón (1 00) y es la zona donde aumenta su entalpía el fluido que circula por su interior.
12.
Superficie exterior de los tubos colectores (11) que es donde se absorbe 35 la radiación.
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.
5 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.
61. Placa interior metálica resistente, que conforma la parte interior del cajón
del colector, recubierta, en la cara que da al interior del cajón, por un 1 O recubrimiento (8) pintado o adherido, de muy alta reflectividad, superior a 90 %.
62.
Volumen intermedio entre las placas 61 y 63, relleno de material aislante térmico.
63.
Placa exterior metálica resistente que conforma la parte exterior del cajón
del colector. 15 1OO. Cajón hermético.
101. Rodillos de material aislante térmico que soportan parcialmente a los tubos por la parte inferior del cajón 100, si éste se dispone verticalmente. Una alternativa a esto es ayudar al soporte de los tubos desde arriba, con un gancho cruzado de lado a lado, teniendo que estar este gancho aislado térmicamente.
20 102. Rodillos laterales, de material aislante térmico que soportan parcialmente a los tubos por la parte que queda como inferior del cajón 100, si éste se dispone horizontalmente.
103.
Tapa interior del marco frontal del cajón, donde se fijan los rodillos 102.
104.
Tapa exterior del marco frontal del cajón (1 00).
25 105. Conexión tubular semi-circunferencial o de geometría que modifique el flujo del fluido en 180 °sexagesimales.
106. Ramal de los tubos interiores que marcha de vuelta respecto del ramal principal (11 ).
107. Ramal de los tubos en el exterior del cajón, en el sentido del avance. Va 30 aislado térmicamente.
108.
Ramal de los tubos, perpendicular al 107, para formar una lira de dilatación.
109.
Ramal de los tubos, perpendicular al 108, para completar así la lira de dilatación.
35 11 O. Codo final de la lira de dilatación de la tubería exterior del módulo colector precedente.
111. Conexiones con cilindros transversales intermedios, entre el ramal principal
(11) y el opuesto (1 06, 112).
112. Ramal procedente del tanque de entrada (15) que marcha en sentido
opuesto a la dirección de los tubos principales (11).
5
Para materializar la invención en la variante de esta adición, se parte de
un cajón (1 00) con los elementos propios de la compensación de la presión y la
dilatación, que en la patente principal (ES 2 321 576 82) se describen, de la cual
se extrae que el colector base comprende:
1 O
una pluralidad de conductos, generalmente haces de tubos,
absorbedores de radiación solar, previamente concentrada por otro dispositivo, e
incidente en dichos conductos absorbedores, por dentro de los cuales circula un
fluido calorífero que recoge la energía solar absorbida por dichos conductos,
estando dispuestos dichos conductos colectores siguiendo la dirección de
15
interceptación de la radiación solar concentrada; ubicándose la ventana
transparente del colector de forma perpendicular al rayo central de la radiación
solar concentrada, en las condiciones solares que se consideren nominales, y
comprendiendo el conjunto de los conductos colectores un extremo de entrada y
un extremo de salida del fluido calorífero,
20
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 al
menos parte de los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos
25
colectores y al menos parte de los medios de recogida del fluido calorífero de los
conductos colectores ubicados en el interior de un cajón hermético (1 00), cuyas
paredes tienen una estructura que comprende:
una placa interior (61) metálica resistente, recubierta, en la cara que da al
interior del cajón, por un recubrimiento (8) pintado, de muy alta reflectividad,
30
superior al 90 %
una placa exterior (63) metálica resistente, y entre las capas interior (61)
y exterior (63)
un volumen intermedio (62) relleno de material aislante térmico
Por otro lado, el cajón hermético (1 00) comprende:
35
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
5
medios de entrega y medios de recogida del flujo calorífero, siendo estas
deformaciones del O, 1% de las medidas originales de esos medios, y
una pared frontal (4) con una abertura superficial para el paso de la
radiación solar (1) a los conductos colectores, estando dicha abertura superficial
cerrada por una cubierta transparente (2) encastrada en la pared frontal (4) por
1 O
intermediación de una junta de cierre a presión (3);
donde los conductos colectores son una pluralidad de tubos colectores (11) que
forman un haz paralelo a la pared frontal (4) del cajón hermético (100),y donde
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
15
conectan a los extremos de salida de los tubos colectores (11 ).
Sin embargo, en este caso, el tanque de entrada (15) o el de salida (19),
o ambos, se emplazan en posiciones alejadas de sus extremos respectivos del
cajón (1 00), lo cual se materializa disponiendo al final del ramal principal de
tubos (11) una conexión (105) tubular semi-tórica para cada tubo, en el extremo
20
correspondiente donde se va a aplicar el desplazamiento del tanque, y
añadiendo un ramal (106) paralelo al principal (11), pero en sentido contrario al
de éste, conectando dicho ramal (1 06) con el tanque (19) encajado en la pared
posterior del cajón, a través de la conexión (18) correspondiente, completándose
la circulación de fluido con el circuito exterior; y pudiendo tener dicha circulación,
25
y por ende los ramales (1 06-1 09) de los tubos (11 ), cualquier inclinación, desde
la estrictamente horizontal a puramente vertical.
La alternativa elemental, ya señalada, es aplicar esta disposición en
ambos extremos, lo cual se expone en la figura 2. Esta disposición presenta la
ventaja de que los efectos de la dilatación se compensan más linealmente que
30
en el giro del tanque de entrada (15) o de salida (19), pero tiene el inconveniente
de necesitar más longitud de tubos, como son los ramales de dirección opuesta
a la principal (106, 112) y por ende un coste mayor en esa partida, y así mismo
tener mayor pérdida de carga manométrica, lo que se traduce en necesitar
mayor potencia de bombeo.
35
Por otro lado, y de cara a canalizar en los extremos la reversión de la
dirección del flujo que caracteriza a la invención en esta variante, en vez de una
pieza tubular semi-circunferencial (1 05) como se ha dicho, o una pieza en U, para la conexión entre el ramal principal ( 11) y el opuesto ( 1 06) se pueden emplear otras geometrías, tanto simétricas como asimétricas, incluyendo conexiones con cilindros transversales intermedios (111 ), según se muestra en la figura 2.
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 (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Colector de energía solar térmica que comprende
    una pluralidad de conductos colectores, generalmente haces de tubos,
    absorbedores de radiación solar, previamente concentrada por otro dispositivo e
    5
    incidente en dichos conductos absorbedores, por dentro de los cuales circula un
    fluido calorífero que recoge la energía solar absorbida por dichos conductos,
    estando dispuestos dichos conductos colectores siguiendo la dirección de
    interceptación de la radiación solar concentrada; ubicándose la ventana
    transparente del colector de forma perpendicular al rayo central de la radiación
    1 O
    solar concentrada, en las condiciones solares que se consideren nominales, 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
    15
    medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores,
    conectados a los extremos de salida de dichos conductos colectores, estando 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, ubicados en el interior de un cajón hermético (1 00),
    20
    cuyas paredes tienen una estructura que 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 muy alta reflectividad,
    superior al 90%
    una placa exterior (63) metálica resistente, y entre las capas interior (61)
    25
    y exterior (63)
    un volumen intermedio (62) relleno de material aislante térmico,
    comprendiendo el cajón hermético (1 00):
    una pared superior (5),
    una pared inferior (6),
    30
    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
    (16, 20) de materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben
    deformaciones de dichos medios de entrega y de recogida del flujo calorífero,
    35
    siendo estas deformaciones del O, 1% de las medidas originales de esos medios,
    y
    una pared frontal (4) con una abertura superficial para el paso de la radiación solar (1) hasta los conductos colectores, estando 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);
    donde los conductos colectores son una pluralidad de tubos colectores
    (11) que forman un haz paralelo a la pared frontal (4) del cajón hermético (1 00),
    y donde los medios de entrega del fluido calorífero se conectan a los extremos de entrada de los tubos colectores (11) mediante el tanque de entrada (15), y los medios de recogida del fluido calorífero se conectan a los extremos de salida de los tubos colectores (11) mediante el tanque de salida (19); caracterizado por que al menos uno de los tanques, seleccionado entre el tanque de entrada (15) y el de salida (19) del fluido del circuito de tubos interno al cajón, se encastra en la pared posterior del cajón en posición alejada del extremo correspondiente del cajón (1 00), disponiendo al final del ramal principal de tubos (11) una conexión (105) tubular semi-tórica para cada tubo, en el extremo correspondiente donde se va a aplicar el desplazamiento del tanque, y añadiendo un ramal (106) paralelo al principal (11), pero en sentido contrario al de éste, conectando dicho ramal contrario (106) con el tanque encajado en la pared posterior del cajón, a través de la conexión (18) correspondiente, aplicándose la misma configuración al otro extremo del circuito de tubos interior al cajón, disponiendo un ramal de entrada (112) opuesto al sentido propio de la marcha del fluido, siendo este ramal de entrada la conexión desde el tanque correspondiente (15) con el haz o haces de tubos principales (11), completándose la circulación de fluido con el circuito exterior, a través de los tanques encastrados en la pared posterior (7) del cajón (100).
  2. 2. Colector de energía solar térmica, según la reivindicación 1, caracterizado por que en la conexión entre el ramal principal (11) y el opuesto
    (1 06) se puede emplear una geometría que cambia el sentido de la marcha del fluido en 180 grados sexagesimales, incluyendo conexiones con cilindros transversales intermedios (111) en el extremo correspondiente.
  3. 3. Colector de energía solar térmica, según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que se disponen unos rodillos fijos (1 01, 1 02) ·de material aislante térmico para descanso de los haces de tubos, tanto en sentido longitudinal de la marcha del fluido, como en sentido transversal.
ES201001611A 2010-12-23 2010-12-23 Colector de energía solar térmica. Active ES2389420B2 (es)

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