ES2433257A1 - Colector solar - Google Patents

Abstract

Colector solar, plano, formado por un panel (2) con tres capas, superior (6) receptora de la radicación, intermedia formada por conductos de fluido (3) e inferior (10) que da solidez, y a cuyos bordes superior e inferior incorpora un tubo inferior (5) cerrado mediante tapas (11) y un tubo superior (4) cuyos extremos abiertos, constituyen la entrada (12) y la salida (13) del fluido, existiendo en él una membrana (16) que separa los conductos de fluido (3) de acceso de los de salida, la cual se puede mover de forma manual o automática. Los extremos de entrada (12) y salida (13) del tubo superior (4) se disponen descentrados mediante la incorporación de conectores (14), que reducen dichas aberturas y cuyo orificio (15) se encuentra descentrado respecto al eje axial del cuerpo que los constituye.

Description

Colector solar.

Objeto de la invención

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un colector solar que aporta al estado de la técnica varias ventajas y características de novedad, que se describirán en detalle más adelante, que suponen una mejorada alternativa frente a lo ya conocido en el estado actual de la técnica.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un colector solar de tipo plano conformado de forma convencional por una pluralidad de conductos por los que circula un fluido que se calienta al incidir la radiación solar, el cual presenta la particularidad de contar con un innovador diseño estructural que, entre otras peculiaridades, presenta la de contar con una entrada de fluido por su parte superior en la que se dispone una membrana interior que, ventajosamente, permite regular la circulación del fluido por los conductos de su interior, lo cual permite adaptarlo a las presiones y condiciones de radiación solar, y por tanto, optimizar el sistema.

Campo de aplicación de la invención

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de captadores o colectores solares, particularmente los de tipo plano, destinados para convertir la radiación solar en energía térmica y utilizarla para el suministro de calefacción y ACS.

Antecedentes de la invención

Como es sabido, un colector solar es un dispositivo destinado a recoger la radiación solar para convertirla en energía, existiendo dos grandes grupos, los de baja temperatura, utilizados en sistemas domésticos de calefacción y ACS, y los de alta temperatura para producir energía eléctrica.

Dentro del primer grupo existen, a su vez, dos tipos de colectores solares, los planos, conformados generalmente por una caja plana metálica protegida por un vidrio y por la que circula un fluido que se calienta a su paso por el panel, y los de tubos de vacío, en los que, generalmente, la superficie captadora está aislada del exterior por un doble tubo de vidrio que crea una cámara de vacío, estando el colector de la invención que aquí concierne dentro del grupo de los de tipo plano y presentando varias ventajas y características de novedad frente a lo ya conocido en el mercado.

En este sentido, y como referencia al estado de la técnica, cabe señalar que los colectores solares de tipo plano que existen en el mercado están construidos en polímeros o en metal, estando formados por una estructura metálica cubierta por una capa protectora cristalina. Estos colectores deben ser orientados de acuerdo al hemisferio en que se instalen y deben colocarse en posición inclinada de al menos 45 grados.

Además, los colectores solares poseen un conducto de admisión de agua y un conducto por el cual el fluido a calentar sale del colector. En su parte inferior, asimismo, el colector solar tiene un depósito que, a través de conductos previstos a tal efecto, recibe dicho fluido y, por el principio de termosifón, lo eleva hacia su salida, la cual se encuentra en la parte superior.

Dado que existen múltiples documentos relativos a colectores similares, como por ejemplo de los más directamente relacionados con el aquí propuesto que el solicitante tenga conocimiento, hay que mencionar las patentes 4.114.579 y 4.082.082, ambas de EEUU y relativas a colectores solares de materiales polímeros.

Sin embargo, se desconoce la existencia de ningún otro colector solar que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el aquí preconizado, estando los detalles caracterizadores que lo distinguen de lo ya conocido adecuadamente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.

Descripción de la invención

Así, el colector solar que la presente invención propone se configura como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que, como se ha señalado anteriormente, a diferencia de lo ya conocido en el mercado, cuenta con una membrana reguladora en la entrada de fluido que permite ampliar o reducir el número de conductos que recorre para adaptarlo según convenga en cada caso, en función de las presiones y condiciones de radiación existentes.

De forma concreta, lo que la invención propone es un colector solar de tipo plano que, de forma convencional, esta constituido por un panel que comprende una serie de conductos por lo que circula un fluido (por ejemplo agua, pudiendo ser cualquier otro adecuado para tal uso), cuyo diseño especifico de sección ovalada permite optimizar su funcionamiento por termosifón.

Dicho panel comprende tras capas diferenciadas:

Una primera capa o capa superior, que constituye la superficie receptora de la radiación solar, la cual esta formada por una lamina de policarbonato transparente o resinas pigmentadas y cubierta con una capa de protección contra rayos ultravioletas para evitar el deterioro de la propia capa receptora así como de las capas inferiores que se encuentran debajo de ella. Las paredes de esta capa superior, además, presentan un diseño de forma alternativamente cóncava y convexa, con el objetivo de aumentar al máximo la concentración de la radiación solar recogida en la superficie.

Una segunda capa o capa intermedia, que esta constituida por los conductos por los que circula el fluido, habiéndose previsto la existencia de una cámara cerrada de aire situada entre la capa superior y la capa intermedia de conductos, que actúa como aislante, evitando que la radiación solar rebote al contacto con la capa intermedia. Por su parte, los conductos de fluido son de policarbonato semitransparente o resinas pigmentadas con colorantes especiales para aumentar la absorción solar, y adoptan una configuración de sección ovalada, maximizando si el aprovechamiento de la radiación.

Una última capa o capa inferior, que tiene como misión retener la radiación solar y aislar la placa de perdidas de calor, sirviendo además para sostener solidamente los conductos de fluido y dar rigidez al conjunto. Esta capa inferior incorpora una pieza de poliuretano de alta densidad de color negro, que absorbe el calor acumulado y actúa como aislante y cierre frente a cualquier escape de calor y, por tanto, de energía.

El descrito panel esta preferentemente, construido por dos piezas de policarbonato o resinas pigmentadas y una pieza de poliuretano de alta densidad que conforman las antedichas capas del mismo, es decir, comprendiendo una serie de conductos formados por paredes transparentes o parcialmente transparentes, con una parte superior de forma alternativamente cóncavo/convexa que recibe la radiación solar y una inferior que sirve de base.

Además, en la parte superior o inferior del citado panel, el colector incorpora sendos tubos o manifold, es decir, un sistema por el cual se recogen y juntan fluidos de varias procedencias. Dichos tubos, que son cilíndricos, están conectados con los conductos de circulación del fluido de la capa intermedia del panel, acoplándose a ellos por su parte longitudinal, y tienen como misión dar entrada y salida a dicho fluido, darle dirección y regular el tiempo de interacción con el colector, así como evitar la sobre presión interna, formando ambos manifolds junto con la capa intermedia (capa ovalada) una sola pieza de policarbonato o resinas pigmentadas.

Para ello las entradas o salidas del fluido previstas en los extremos circulares laterales del tubo superior se disponen descentradas en la parte inferior del mismo, lo cual permite la creación, permanente, en la parte superior del interior de dicho tubo superior, de una cámara de aire para permitir la expansión del fluido interior en caso de congelación o sobrecalentamiento, evitando si posibles fallos mecánicos o rotura por sobrepresion interna del colector.

Dicha disposición se consigue mediante la incorporación en dichos extremos del tubo superior de unos conectores exteriores que, además de estar destinados a aumentar la eficiencia del colector mediante la reducción de sus aberturas 2" a 3/4" o a 1/2" presentan un descentrado de su orificio hacia la parte baja respecto al eje central del tubo, permitiendo con ello que la posición del panel pueda variar hasta 90 grados desde una posición completamente horizontal a una completamente vertical sin que dicha cámara de protección deje de existir.

Preferiblemente, ambos tubos superior e inferior forman parte solidaria del panel estando realizados con la técnica de sobre-moldeado mediante sistema de inyección plástica, de manera que forman una extensión solidaria de la propia placa intermedia.

Asimismo, y de forma particularmente caracterizadora, el tubo superior, teniendo en cuenta, salvo indicación en contrario, que los términos arriba y abajo o "superior" e "inferior" se refieren a la disposición habitual de inclinación de los colectores solares, y que como se ha dicho esta abierto en sus extremos de los cuales uno constituye la entrada del fluido y el otro la salida hacia un tanque de almacenamiento, incorpora interiormente una membrana separadora que aísla la zona de entrada de fluido de la de salida.

Dicha membrana movible que permite la regulación de la circulación del fluido, dividiendo los conductos en conductos de acceso del liquido y conductos de salida del liquido. Para ello la posición de dicha membrana se puede variar, de forma manual o automática, a través de las presiones que actúen dentro del colector, dependiendo de temperaturas ambiente y/o una forma de regular la temperatura o alcanzar una determinada temperatura.

La citada membrana, además posibilita que la entrada y salida del fluido este a un mismo nivel en el mismo tubo superior, lo cual ayuda a un mejor aprovechamiento del principio de termosifón que se produce con el calentamiento del agua, puesto que sin dicha membrana el colector debería tener, obligatoriamente la entrada de agua a nivel mas bajo del colector y la salida en el mas alto, limitando sus posibilidades de colocación a una única posición. Al tener entrada y salida a un mismo nivel, permite la instalación del colector en cualquier ángulo de inclinación hasta 90º.

Por otra parte, cuando aumenta la temperatura del panel, se produce un aumento de presión del liquido sobre las paredes conductoras del mismo así como un aumento de la velocidad de flujo en los tubos de alimentación del colector. Pues bien, la membrana divisoria anteriormente descrita, ayuda a regular esta presión ya que esta disminuye la entrada de la alimentación de agua, reduciendo el flujo de agua en el colector.

Por su parte, el tubo inferior sirve de conector inferior entre los conductos de fluido y esta completamente cerrado en sus dos extremos por correspondientes tapas, teniendo como única función conducir el fluido y cambiar su dirección.

Cabe señalar, además que, aparte del uso de la membrana para separar la naturaleza de los conductos para que sean de entrada o de salida del fluido, se contemplan otras variantes en las que puede utilizarse un elemento similar, por ejemplo, para conectar el tubo de admisión a los conductos de entrada (actuando como un tapón) o empleando un modo de válvulas en los conductos en una dirección que corresponda a la dirección del flujo, o deflectores de flujo, u otros dispositivos conocidos aplicables para tal fin.

Finalmente cabe mencionar que uno de los objetivos de la invención es que las partes del colector por la que circula el fluido sea de una sola pieza, lo cual supone una manipulación mas cómoda que facilita su instalación, permitiendo, además, conectar un colector con otro solo con una pieza de unión, que preferentemente consistirá en una pieza de plástico de 32 mm o 3/4", ya que los extremos del tubo superior están diseñados para permitir dicha conexión entre colectores, pudiendo dar una solución de grandes coberturas de espacio para calentamiento de grandes cantidades de agua, realizando solo pequeños cambios de la posición de las membranas, debiendo tenerse en cuenta que la conexión de más de tres colectores en serie obliga al uso de una pequeña bomba de impulso del fluido.

Hay que mencionar, además, que el colector solar preconizado es apto para ser acoplado en serie a otro u otros colectores, ampliando así su capacidad, para lo cual los extremos del tubo superior, que conformen respectivamente la salida y entrada del fluido de dichos colectores a acoplar en serie, se conectan entre si mediante un tubo de conexión adicional.

En cuanto a los materiales con que está construido el colector, estos son, preferentemente pero sin que suponga una limitación, material polímero. Y, también preferiblemente sin limitar, dicho material polímero comprende sustancialmente policarbonato, el cual opcionalmente tiene aditivos.

Se constata, por tanto que el colector solar propuesto representa una innovación de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando del aparato objeto de la invención y para ayudar a una mejor comprensión de las características que lo distinguen, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1.- Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización del colector solar objeto de la invención, apreciándose en ella su configuración general externa.

La figura número 2.- Muestra una vista parcialmente seccionada de una porción del colector en la que se aprecian las capas que conforman el panel y el modo en que los tubos se acoplan a ellas.

Las figuras número 3 y 4.- Muestran sendas vistas en perspectiva de uno de los conectores previstos en los extremos del tubo superior para entrada y salida del fluido, habiéndose representado en la figura 3 longitudinalmente seccionado, apreciándose en ellas el orificio descentrado de mismo.

Las figuras 5 y 6.- Muestran sendas vistas en perspectiva de dos ejemplos del tubo superior con que cuenta el colector, representadas abiertas en sección longitudinal para mostrar la membrana regulable interna prevista en dicho tubo, mostrando la figura 5 un ejemplo de dicha membrana de accionamiento manual y otro en la figura 6 de accionamiento automático.

Realización preferente de la invención

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada en ellas, se puede observar como la invención preconizada comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.

Así, tal como se observa en la figura 1, el colector solar (1) en cuestión, que como se ha dicho es de tipo plano, se configura a partir de un panel (2), de unos 50 mm de grosor y configuración rectangular, que comprende una serie de conductos de fluido (3) a través de los que, funcionando por termosifón, circula un fluido que se calienta al incidir la radiación solar sobre el panel, y a cuyos bordes superior e inferior dicho panel (2) incorpora sendos tubos superior

(4)

e inferior (5).

El citado panel (2), como se observa en la figura 2, esta preferentemente compuesto por dos capas de policarbonato

o resinas pigmentas y una capa de poliuretano y en todo caso comprendiendo tres capas superpuestas.

La capa superior (6), que es la superficie receptora de la radiación solar, esta formada por una lamina pigmentada, cuyas paredes semitransparentes presentan exteriormente un forma cóncava/convexa, es decir, forman sucesivas elevaciones y depresiones, con el objetivo de aumentar al máximo la concentración de la radiación recogida en su superficie.

Bajo la capa superior (6), el panel (2) cuenta con una capa intermedia formada por los antedichos conductos de fluido (3), los cuales, siendo también transparentes o semitransparentes y de policarbonato, adoptan una configuración ovalada, maximizando así el aprovechamiento de la radiación.

Además, entre la capa superior (6) y la capa intermedia de conductos de fluido (3) existe una cámara de aire (7) cerrada que actúa como aislante, evitando que la radiación solar rebote al contacto con la capa de conductos (3).

Por último, debajo de los conductos de fluido (3), el panel (2) cuenta con una capa inferior (10) que los sostiene y da rigidez al conjunto fabricada preferentemente en poliuretano de alta densidad de color negro.

Por su parte, los tubos superior (4) e inferior (5) que preferentemente son de sección cilíndrica y que también de forma preferida son parte solidaria del panel (2) estando realizados, por ejemplo, mediante un sistema de inyección plástica de sobre-modelado de manera que forman una extensión solidaria del propio panel de policarbonato, están conectados con los conductos-de fluido (3), ya que los extremos de dichos conductos (3) están abiertos a ellos.

Estos tubos (4, 5) tienen como misión dar entrada o salida y dirección al fluido, regulando el tiempo de interacción con el colector solar (1), para lo cual, mientras el tubo inferior (5) está cerrado en sus dos extremos mediante tapas (11), el tubo superior (4) tiene sus extremos abiertos, constituyendo uno de ellos la entrada (12) del fluido hacia los conductos (3) del panel y el opuesto la salida (13) hacia un tanque de almacenamiento.

Es importante destacar que dicha entrada (12) y dicha salida (13) del fluido en los extremos del tubo superior (4) se disponen descentradas en la parte inferior del mismo, en orden a crear en la parte superior del interior de dicho tubo superior (4) una cámara de aire que permite la expansión del fluido en caso de congelación o sobrecalentamiento.

Para ello, en dichos extremos del tubo superior (4) se incorporan unos conectores (14), apreciables en detalle en las figuras 3 y 4, que reducen la abertura de entrada y salida de 2" a 3/4" o a 1/2", y cuyo orificio (15) se encuentra descentrado respecto al eje axial del cuerpo roscado que los constituye.

Además, tal como puede observarse en las figuras 5 y 6, dicho tubo superior (4) incorpora interiormente una membrana (16) que, además de permitir que la entrada y salida del fluido se produzcan al mismo nivel en el tubo superior (4), permite la regulación de la circulación del fluido, separando los conductos de fluido (3) de acceso del líquido de los de salida en una posición u otra según convenga, variación que se produce mediante el movimiento de dicha membrana a lo largo del interior del tubo (4) de forma manual o de forma automática a través de las presiones que actúen dentro del colector.

Así, atendiendo a la figura 5, en la que se muestra un ejemplo de realización de la membrana (16) con accionamiento manual, dicha membrana (16) se acopla mediante una varilla (17) a una pieza de fijación (18) prevista par tal fin encajada en el orificio (15) del conector (14) del extremo de entrada (12) de fluido del tubo (4), pudiendo ser regulada su posición mediante la manipulación de dicha varilla (17) para ampliar o reducir el número de conductos (3) de entrada y salida de fluido, gracias a que, como se observa en la citada figura 5, dicha pieza de fijación (18), que está orificada, se une solidariamente la varilla (17) y rosca en el orificio (15) del conector (14) que está interiormente roscado, mientras que la membrana (16) se encuentra solidariamente unida en extremo opuesto de la varilla (17).

Por su parte, en una realización de la membrana (16) con variación de posición automática, dicha membrana que igualmente se acopla mediante una varilla (17) a una pieza de fijación (18) prevista para tal fin encajada en el orificio

(15) del extremo de entrada (12) de fluido, como se observa en la figura 6 cuenta además con un resorte (19) previsto en la parte posterior de la membrana (16), es decir, entre ésta y el tope (20) de la varilla (17) en que se fija.

De esta forma, a mayor presión, la membrana (16) que en este caso está unida a dicho resorte (19) se verá empujada hacia el extremo tope de la varilla (17) ampliando el número de conductos (3) de entrada de fluido y consecuentemente reduciéndose el de los de salida, ya que quedarán por detrás de la membrana (16), mientras que cuando la presión del fluido disminuye, por efecto del resorte (19), la membrana (16) tiende a moverse hacia el

10 extremo de entrada de fluido (12) haciendo que el número de conductos (3) de entrada de fluido disminuya y, consecuentemente el de conductos de salida aumente.

Hay que mencionar, por último, que el colector solar (1) puede ser acoplado en serie a otro u otros colectores, para lo cual los extremos de entrada (12) y de salida (13) del tubo superior (4), que conformen respectivamente la salida y

15 entrada del fluido de los colectores a acoplar en serie, se conectan entre sí mediante un tubo de conexión adicional (no representado).

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su

20 alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

   1. Colector solar, de tipo plano, de los configurados a partir de un panel (2) rectangular, que comprende tres capas, una superior (6) receptora de la radiación, una intermedia formada por conductos de fluido (3) a través de los que, funcionando por termosifón, circula un fluido que se calienta al incidir la radiación solar sobre el panel, y una inferior

   (10) negra que da solidez al conjunto, y a cuyos bordes superior e inferior dicho panel (2) incorpora sendos tubos superior (4) e inferior (5) a los que están abiertos los conductos de fluido (3) y que dan entrada y salida y dirección al fluido, caracterizado porque, mientras que el tubo inferior (5) está cerrado en sus dos extremos mediante tapas (11), el tubo superior (4) tiene sus extremos abiertos, constituyendo uno de dichos extremos la entrada (12) del fluido hacia los conductos (3) del panel y el opuesto la salida (13); y porque en el interior de dicho tubo superior (4) existe una membrana (16) que separa los conductos del fluido (3) de acceso del liquido de los de salida, y que se puede mover a lo largo del interior del tubo (4) permitiendo la regulación de la circulación del fluido, según la posición que ocupa, para aumentar o disminuir el número de conductos de fluido (3) de entrada y de salida.

2. 2.

   Colector solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque las aberturas de los extremos de entrada (12) y salida (13) del fluido del tubo superior (4) se disponen descentradas en la parte inferior del mismo, creando la parte superior del interior de dicho tubo superior (4) una cámara de aire que permite la expansión del fluido en caso de congelación o sobrecalentamiento.

3. 3.

   Colector solar, según la reivindicación 2, caracterizado porque las aberturas de los extremos de entrada (12) y salida (13) del fluido del tubo superior (4) se disponen descentradas mediante la incorporación de conectores (14), que reducen dichas aberturas y cuyo orificio (15) se encuentra descentrado respecto al eje axial del cuerpo roscado que los constituye.

4. 4.

   Colector solar, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la membrana (16) es de accionamiento manual.

5. 5.

   Colector solar, según la reivindicación 4, caracterizado porque la membrana (16) se acopla mediante una varilla

   (17) a una pieza de fijación (18) prevista para tal fin encajada en el orificio (15) del conector (14) del extremo de entrada (12) de fluido del tubo (4).

6. 6.

   Colector solar, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la membrana (16) es de accionamiento automático a través de las presiones que actúen dentro del colector.

7. 7.

   Colector solar, según la reivindicación 6, caracterizado porque la membrana (16) se acopla mediante una varilla

   (17) a una pieza de fijación (18) prevista para tal fin encajada en el orificio (15) del conector (14) del extremo de entrada (12) de fluido del tubo (4), contando además con un resorte (19) previsto en la parte posterior de la membrana (16), es decir, entre ésta y el tope (20) de la varilla (17) en que se fija.
8. 8. Colector solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa superior (6) está formada por una lamina pigmentada, cuyas paredes semitransparentes presentan exteriormente una forma cóncava/convexa; los conductos de fluido (3), que son transparentes o semitransparentes, adoptan una configuración ovalada; entre la capa superior

   (6) y la capa de conductos de fluido (3) existe una cámara de aire (7), cerrada que actúa como aislante; la capa inferior (10) de poliuretano de alta densidad de color negro; y los tubos superior (4) e inferior (5) son de sección cilíndrica.