ES2421205B1 - Colector solar - Google Patents

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Abstract

Colector solar, del tipo que presenta un cuerpo principal formado por un marco perimetral que define un volumen interior en el que se sitúa una superficie de captación unida a un circuito para fluido caloportador en una zona de exposición a luz solar, comprendiendo dicho circuito al menos una entrada del colector y una salida del colector para el fluido caloportador, que comprende además un tubo de recirculación que dispone, asimismo, de una entrada y una salida de fluido caloportador desde el exterior.

Description

Colector solar
5 La presente invención hace referencia a colectores solares para la obtención de energía del sol por medios térmicos.
Más en particular, la presente invención hace referencia a los elementos de los colectores solares que conforman el circuito de fluido caloportador.
10 En los sistemas solares térmicos habituales para el calentamiento de un fluido por convección forzada, se dispone un circuito primario donde se calienta un fluido caloportador mediante un colector solar, fluido que a su vez se hace circular por un elemento que transfiere la energía calorífica, habitualmente a un acumulador, donde se dispone el fluido
15 que deseamos calentar a menor temperatura.
Por el comportamiento propio de un fluido al pasar por el interior de una tubería se produce una pérdida de presión. Si el circuito es un conjunto de tuberías dispuestas a diferentes longitudes, como es el caso de un colector o batería de colectores habituales en el estado 20 de la técnica se obtiene una distribución desigual del caudal que circula por cada una de ellas, discurriendo mayor caudal cuanto más corto sea el recorrido y menos variaciones de sentido (codos, uniones en T, radios, ...) y menor caudal cuanto mayor sea el recorrido y cambios de sentido en el recorrido del fluido entre la entrada y la salida al fluido. Es por ello que para hacer circular por cada uno de los diferentes circuitos el mismo caudal de agua
25 resulta conveniente hacer una compensación de las pérdidas de carga. Esto se consigue con válvulas de equilibrado o asegurando que el recorrido con las variaciones de sentido (codos, reducciones, ...) que hace el fluido por todos los posibles recorridos a lo largo del circuito del sistema sea exactamente el mismo.
30 Para conseguir este objetivo resulta conocido enviar el fluido caloportador por un extremo del colector o batería de colectores y hacerlo retornar por su extremo opuesto, con lo cual es necesario realizar un recorrido externo al colector para enviar o retornar el fluido caloportador al intercambiador.
35 Es un objeto de la presente invención dar una solución a los problemas citados del estado de la técnica. Para conseguir estos fines, la invención realiza el envío o retorno del fluido
caloportador sin recorrido por fuera del captador o con menor cantidad de recorrido por fuera del captador y se basa en un colector solar en cuyo interior se dispone uno o todos los elementos del circuito de recirculación del fluido caloportador, de manera que se reducen en manera parcial o completa los elementos de conducción del fluido caloportador por el exterior del captador. El efecto así obtenido no sólo se reduce al calentamiento adicional del fluido caloportador sino que, además, se consigue eliminar por un lado gran parte de los componentes tales como tubos, uniones acodadas, bridas, elementos de absorción, de dilatación y aislamientos y sus accesorios y, por otro lado y más importante todavía, se consigue disminuir la mayoría de la mano de obra que implica la colocación de los tubos de recirculación con sus elementos de unión y aislamiento (máximo si éstos van soldados entre sí) así como los aislantes y su fijación.
Otro factor a tener en cuenta es que se aumenta el rendimiento del conjunto de la instalación, ya que el aislamiento en el interior del captador (40 a 60 mm habitualmente) es normalmente muy superior al de los aislantes de tubo (20-25 mm habitualmente). El único accesorio que se añade respecto un captador convencional sin recirculación es un elemento más de unión entre captadores, pasando de 2 a 3 elementos de unión por cada colector añadido a un grupo de colectores.
Otro factor a tener en cuenta es que todos los elementos en el interior del captador quedan protegidos de las inclemencias atmosféricas, como oxidación, corrosión galvánica, agrietamiento, contacto con ácidos, suciedad, etc.
Como se ha mencionado, se puede disponer una integración parcial, mediante la integración exclusivamente del tubo de recirculación de fluido, que puede ser tanto de envío (preferente) como de retorno y el tubo de alimentación o retorno respectivamente más el doble codo de unión de la recirculación fuera del colector. En este caso, la configuración del colector siempre es igual y se necesitan dos accesorios externos de conexión.
Pero también se puede disponer una integración total de los componentes en el interior del captador. En este caso, la presente invención prevé tres posibles configuraciones preferentes:
a) Si la batería de colectores tiene tres o más colectores son necesarias tres configuraciones de colectores: el inicial (por donde entra y sale el fluido caloportador), el intermedio (circulación entre los colectores inicial y final) y el final de la instalación (por donde empieza el retorno hacia el colector inicial por parte del fluido).
b) Si la batería de colectores tiene dos colectores, sería suficiente con la configuración 5 inicial y la final, sin el modelo intermedio.
c) Si la batería de colectores tiene un solo colector, haría falta una configuración que integrara el inicio y el final.
10 Se considera preferente la recirculación del tubo de envío, ya que de esta manera el fluido caloportador está más frío que en el retorno y el hecho de que el tubo de recirculación tenga menos contacto con la superficie de captación que en el resto del absorbedor influye menos en su rendimiento. Además, permite una mejor integración de otros elementos tales como sondas o separadores de vapor.
15 Más en particular, la presente invención consiste en un colector solar, del tipo que presenta un cuerpo principal formado por un marco perimetral que define un volumen interior en el que se sitúa una superficie de captación unida a un circuito para fluido caloportador en una zona de exposición a luz solar, comprendiendo dicho circuito al menos una entrada del
20 colector y una salida del colector para el fluido caloportador, caracterizado porque el circuito comprende además un tubo de recirculación que dispone, asimismo, de una entrada y una salida de fluido caloportador desde el exterior.
Más preferentemente, el colector, se caracteriza porque el citado circuito está compuesto
25 por un primer tubo colector y un segundo tubo colector paralelos entre sí y uno o una serie de tubos que conectan ambos primer y segundo tubos colectores, disponiendo el primer tubo colector de, al menos, la citada entrada de fluido caloportador al circuito y el segundo tubo de, al menos, la citada salida de fluido caloportador al circuito.
30 En una realización preferente, el colector, se caracteriza porque tanto el primer tubo como el segundo tubo disponen ambos tanto de una entrada como de una salida para el fluido caloportador desde el exterior.
En otra realización preferente, existe una conexión fluida directa entre el primer tubo colector 35 y el tubo.
En otra realización preferente más, el primer o segundo tubo colector presenta una obturación.
Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, 5 unos dibujos de una realización del colector solar objeto de la presente invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente un colector solar según la presente invención, al que se han añadido accesorios para configurar una instalación.
10 La figura 2 muestra de manera esquemática un ejemplo de realización con integración parcial de una batería de tres colectores solares según la presente invención.
La figura 3 muestra de manera esquemática un segundo ejemplo de realización con integración total de una batería de tres colectores solares en paralelo según la presente
15 invención.
La figura 4 muestra de manera esquemática un tercer ejemplo de realización con tres colectores conectados en serie.
20 La figura 1 muestra esquemáticamente un colector solar -1-. En él se ha representado únicamente su superficie de captación -19-y los tubos que conforman el circuito para el fluido caloportador (generalmente agua). Se puede observar que dicho circuito comprende un primer tubo colector -11-y un segundo tubo colector -12-que en este caso son paralelos entre sí. Entre ambos tubos colectores -11-, -12-se disponen una pluralidad de tubos en
25 este caso paralelos, -13-, -13’-que unen ambos tubos colectores -11-, -12-. Esto ofrece al fluido caloportador tantas vías a elegir como tubos paralelos -13-, -13’-existan, pero en todos los casos la longitud a recorrer, diámetro de tubo equivalente y número de giros, son idénticos.
30 Si bien para la invención resulta suficiente con que cada uno de los tubos colectores -11-, -12-tengan una entrada/salida para el fluido caloportador, resulta ventajoso para conformar baterías de colectores solares que cada uno de los tubos colectores -11-, -12-disponga de una entrada y una salida para el fluido caloportador. Las citadas entradas y salidas de los tubos colectores-11-, -12-son asimismo entradas/salidas al colector solar -1-.
Adicionalmente y de manera característica, el colector solar -1-dispone de un tubo de recirculación -14-adicional que dispone de una entrada y una salida para el fluido caloportador. Este tubo de recirculación adicional -14-es el tubo que se utiliza para realizar el retorno del fluido desde el extremo de la instalación hasta el punto de inicio. Alternativamente, también se puede utilizar para llevar el fluido caloportador al punto más lejano de la instalación antes de que éste circule por los tubos colectores -11-, -12-y los tubos paralelos -13-, -13’-.
Para la realización de una instalación, a partir de un único colector -1-, puede simplemente procederse a obturar mediante un tapón la salida (extremo derecho) del segundo tubo colector -12-y la entrada (extremo izquierdo en la figura 1) del primer tubo colector -11-. Asimismo, se conecta mediante un doble codo la salida (extremo derecho) del primer tubo colector -11-con la salida (extremo derecho) del tubo de recirculación -14-. Estas operaciones pueden hacerse mediante accesorios, de manera externa al colector solar. El fluido caloportador entraría entonces por el extremo izquierdo del tubo de recirculación -14y saldría, ya caliente, por el extremo izquierdo del segundo tubo colector -12-. Otras configuraciones son posibles. También sería posible disponer los tapones y el codo descritos en el interior del colector solar y comercializarlo de esta manera.
La figura 2 muestra esquemáticamente una realización de una instalación con tres colectores solares -1-, -2-, -3-que son esencialmente idénticos al mostrado en la figura 1. En este caso se han representado también las carcasas o marcos -17-, -27-, -37-de cada uno de los colectores. También se han representado los tapones utilizados -94-, -95-y el doble codo -97-que provocan el cambio de dirección del fluido caloportador. Por razones de claridad, no se han representado los accesorios de unión entre las salidas/ entradas correspondientes de los primeros -11-, -21-, -31-y segundos -12-, -22-, -32-tubos colectores y entre los tubos de recirculación -14-, -24-, -34-de los respectivos colectores solares -1-, -2-, -3-. Asimismo, se ha representado el tubo de retorno -15-del fluido portador ya calentado.
En el esquema mostrado, el fluido caloportador entra por la entrada -91-, recorre los tubos de recirculación -14-, -24-, -34-calentándose, pasa por el doble codo -97-y recorre los distintos caminos constituidos para los primeros tubos colectores -31-, -21-, -11-, los segundos tubos colectores -32-, -22-, -12-y los tubos paralelos -33-, -33’-, -23-, -23’-, -13-, -13’-que los unen entre sí, saliendo por el tubo -15-que va conectado al tubo colector -12por ejemplo por un codo.
La figura 3 muestra una realización mejorada con respecto a la de la figura 2 en la que se han utilizado tres tipologías distintas de colector solar, lo que permite minimizar al máximo el número de accesorios y el recorrido del circuito hidráulico fuera de los colectores. En la figura, elementos idénticos o similares a los de la figura 2 se han representado con idénticos numerales.
La primera tipología de colector corresponde con el colector -1-de más a la izquierda. En esta tipología se ha realizado una obturación -18-del primer tubo colector -11-entre el primer tubo paralelo -15-(que conecta el primer -11-y el segundo -12-tubos colectores) y el siguiente. Este primer tubo paralelo -15-puede preferentemente presentar el mismo diámetro que los tubos colectores -11-, -12-(los tubos paralelos -13-, -13’-suelen ser típicamente de un diámetro menor). Únicamente queda obturada con un tapón -96-la salida del segundo tubo colector -12-.
En la figura se han representado los tapones -95-, -96-, -98-, -99-como exteriores, pero pueden realizarse asimismo de manera interior a los colectores e incluso en el interior del tubo colector. La segunda tipología corresponde al colector solar -2-intermedio y es similar al de las figuras 1 y 2. La tercera tipología corresponde con el colector solar más alejado -3y presenta en su interior una conexión directa -35-, interna, entre el tubo de recirculación -34-y el primer tubo colector -31-, siendo el resto de elementos similares a los mostrados en los anteriores ejemplos.
En la disposición mostrada en la figura 3, el fluido caloportador entra por la entrada -91-del primer colector solar -1-, recorre primeramente los tubos de recirculación -14-, -24-, -34-y la conexión directa -35-y luego los primeros tubos colectores -31-, -21-, -11-hasta la obturación -18-, los tubos paralelos -33-, -33’-, -23-, -23’-, -13-, -13’-y los segundos tubos colectores -32-, -22-, -12-y finalmente pasa el primer tubo paralelo -15-del primer colector hasta la salida -92-del primer colector -1-. Esta salida correspondería con la salida del primer tubo colector -11-ya que la obturación -18-impide la salida directa hacia los colectores 2 y 3.
Pueden realizarse configuraciones con un mayor número de colectores colocando más colectores como el colector solar central -2-en posición intermedia entre el primer colector solar -1-y el último colector solar -3-.
Asimismo, también es posible realizar una configuración de dos colectores eliminando el colector solar central -2-de la disposición de las figuras 2 ó 3 y conectando el primer colector solar -1-y el último colector solar -3-directamente entre sí.
5 En las figuras 2 y 3 los colectores están colocados “en paralelo”, es decir, los colectores de entrada y de salida están conectados entre sí. También es posible conectarlos “en serie” obligando al fluido a recorrer la totalidad del circuito de cada colector antes de entrar en el siguiente.
10 En la figura 4 se ha mostrado una disposición con tres colectores conectados en serie. Como se puede fácilmente observar, la tipología de los colectores -1-y -2-coincide con la del colector -1-de la disposición de la figura 3, y el colector -3-coincide con la del colector -3-de la figura 3 con una obturación -38-añadida en el primer tubo colector -31-. Elementos iguales o similares a los de las figuras anteriores han sido identificados con idénticos
15 numerales, por lo que no serán descritos en detalle. En la realización de la figura 4, todos los colectores -1-, -2-, -3-disponen de la correspondiente obturación -18-, -28-, -38-del primer tubo colector -11-, -21-, -31-, mientras que los segundos tubos colectores -12-, -22-, -32-, a diferencia de las anteriores realizaciones, no están conectados entre sí.
20 El colector -3-de la figura 4 también podría permitir una configuración totalmente integrada para el montaje de instalaciones de un único captador.
Si bien la invención se ha descrito con respecto a ejemplos de realizaciones preferentes, éstos no se deben considerar limitativos de la invención, que se definirá por la interpretación
25 más amplia de las siguientes reivindicaciones.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Colector solar, del tipo que presenta un cuerpo principal formado por un marco perimetral que define un volumen interior en el que se sitúa una superficie de captación
    5 unida a un circuito para fluido caloportador en una zona de exposición a luz solar, comprendiendo dicho circuito al menos una entrada del colector y una salida del colector para el fluido caloportador, caracterizado porque dicho circuito comprende además un tubo de recirculación que dispone, asimismo, de una entrada y una salida de fluido caloportador desde el exterior.
  2. 2.
    Colector, según la reivindicación 1, caracterizado porque el citado tubo de recirculación de fluido caloportador se dispone unido a la superficie de captación.
  3. 3.
    Colector, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el citado circuito está
    15 compuesto por un primer tubo colector y un segundo tubo colector paralelos entre sí y uno o una serie de tubos que conectan ambos primer y segundo tubos colectores, disponiendo el primer tubo colector de, al menos, la citada entrada de fluido caloportador al circuito y el segundo tubo de la citada salida de fluido caloportador al circuito.
    20 4. Colector, según la reivindicación 3, caracterizado porque tanto el primer tubo como el segundo tubo disponen ambos tanto de una entrada como de una salida para el fluido caloportador desde el exterior.
  4. 5. Colector, según la reivindicación 4, caracterizado porque existe una conexión fluida 25 directa entre el primer tubo colector y el tubo de recirculación.
  5. 6. Colector, según la reivindicación 4, caracterizado porque el primer y/o segundo tubo colector presenta al menos una obturación.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201330790
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 29.05.2013
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F24J2/46 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    US 2010288264 A1 (ZHANG ZHENG) 18.11.2010, todo el documento. 1-6
    A
    DE 20121707 U1 (MUELLER FRIEDRICH UDO) 15.05.2003, resumen; descripción; figuras. 1-6
    A
    US 2007199560 A1 (HOBBS RAYMOND S et al.) 30.08.2007, todo el documento. 1-6
    A
    JP S6048451 A (SANYO ELECTRIC CO et al.) 16.03.1985, resumen; figuras. 1-6
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 31.07.2013
    Examinador M. P. Prytz González Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201330790
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F24J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201330790
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 31.07.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 4-6 1-3 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-6 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201330790
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2010288264 A1 (ZHANG ZHENG) 18.11.2010
  6. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La presente solicitud internacional de patente hace referencia a un colector solar. Consta la solicitud de 6 reivindicaciones, siendo independiente la primera reivindicación y el resto dependientes, directa o indirectamente, de ella. Es propósito de la primera reivindicación un colector solar, del tipo que presenta un cuerpo principal formado por un marco perimetral que define un volumen interior en el que se sitúa una superficie de captación unida a un circuito para fluido caloportador en una zona de exposición a luz solar, comprendiendo dicho circuito al menos una entrada del colector y una salida del colector para el fluido caloportador y comprendiendo, además, un tubo de recirculación que dispone, asimismo, de una entrada y una salida de fluido caloportador desde el exterior. Los documentos D01 a D04 suponen una representación del estado de la técnica la que pertenece la invención, siendo el documento D01 el más próximo al objeto reivindicado en la primera reivindicación. En dicho documento D01 se divulga (las referencias entre paréntesis corresponden al documento D01) un colector solar (12), del tipo que presenta un cuerpo principal formado por un marco perimetral que define un volumen interior en el que se sitúa una superficie de captación (40) unida a un circuito para fluido caloportador en una zona de exposición a luz solar, comprendiendo dicho circuito al menos una entrada del colector (70) y una salida del colector para el fluido caloportador (84) y comprendiendo, además, un tubo de recirculación (120) que dispone, asimismo, de una entrada y una salida de fluido caloportador desde el exterior. A la vista del documento D01, el objeto inventivo de la reivindicación 1 se considera que no posee novedad pues dicho documento D01 divulga con anterioridad la totalidad de características técnicas de la reivindicación 1. De modo análogo el documento D01 se considera una anterioridad para las reivindicaciones 2 y 3 que carecen igualmente de novedad. Las características técnicas particulares de la reivindicación 4 y sus dependientes no se encuentran divulgadas en el documento D01, resultando de este modo nuevas. Sin embargo, se considera que la esencia de la invención está contenida en la primera reivindicación (tubo de recirculación) y que las reivindicaciones 4 a 6 aportan únicamente detalles constructivos de una configuración particular, que si bien no se refleja en el documento D01 sí aparece habitualmente en el estado de la técnica, no implicando por tanto actividad inventiva. Por tanto, a la vista del documento D01, la invención reivindicada en las reivindicaciones 1 a 3 de la solicitud se considera que no son nuevas y no implican actividad inventiva y que las reivindicaciones 4 a 6 son nuevas pero sin actividad inventiva, todo ello en el sentido de los Artículos 6 y 8 de la ley 11/1986 de Patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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