ES2550397B1 - Mixed solar collector with accumulation - Google Patents
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Abstract
Colector solar mixto que comprende una carcasa, una placa absorbedora de calor, unos primeros tubos a través de los que se hace circular un líquido caloportador, una cámara de calentamiento de un gas, una lámina acanalada alojada en la cámara de calentamiento, que va adosada a la placa absorbedora de calor y aloja en cada canal a uno de los primeros tubos y unos segundos tubos que comprenden una composición que comprende al menos un ácido graso seleccionado del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirístico.Mixed solar collector comprising a housing, a heat absorbing plate, first tubes through which a heat transfer liquid is circulated, a gas heating chamber, a corrugated sheet housed in the heating chamber, which is attached to the heat absorbing plate and houses in each channel one of the first tubes and a few second tubes comprising a composition comprising at least one fatty acid selected from the group consisting of lauric acid, stearic acid, palmitic acid and myristic acid.
Description
COLECTOR SOLAR MIXTO CON ACUMULACiÓN MIXED SOLAR COLLECTOR WITH ACCUMULATION
CAMPO DE LA INVENCiÓN FIELD OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un colector solar mixto, mediante el que se lleva a cabo el calentamiento de dos fluidos caloportadores independientes: un líquido y un gas, por ejemplo agua y aire, para su uso como medios calefactores, agua sanitaria, etc. En particular, el colector de la invención comprende una lámina acanalada y unos tubos que comprenden una composición que incluye ácidos grasos. The present invention relates to a mixed solar collector, whereby the heating of two independent heat transfer fluids is carried out: a liquid and a gas, for example water and air, for use as heating means, sanitary water, etc. In particular, the collector of the invention comprises a corrugated sheet and tubes comprising a composition that includes fatty acids.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
Los colectores solares se utilizan para el calentamiento de agua o aire para su uso como agua sanitaria o como medio calefactor. Solar collectors are used for heating water or air for use as sanitary water or as a heating medium.
Los colectores solares comprenden una caja hermética cerrada. En la cara o base superior de esta caja se coloca una superficie acristalada que deja atravesar la radiación solar e impide que se pierda la ganancia térmica obtenida. En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorbedora, que es donde se realiza la captación de la radiación solar. Fabricada con materiales que conducen bien el calor (aluminio, planchas metálicas, cobre, ... ), el funcionamiento de esta placa es parecido al de un radiador. El colector solar tiene una serie de tubos que cuentan con una The solar collectors comprise a sealed airtight box. On the upper face or base of this box a glazed surface is placed that allows solar radiation to pass through and prevents the thermal gain obtained from being lost. Inside the sensor system is the absorber plate, which is where the solar radiation is captured. Made with materials that conduct heat well (aluminum, metal plates, copper, ...), the operation of this plate is similar to that of a radiator. The solar collector has a series of tubes that have a
toma por donde entre el Huido a calentar y otra toma de salida. take where between the Flee to heat and another outlet.
El uso de colectores solares térmicos, utilizados como medio de calentamiento, es cada día más amplio, debido a su coste relativamente reducido. Sin embargo, los colectores solares térmicos tradicionales están limitados al calentamiento de un único fluido, generalmente agua. The use of solar thermal collectors, used as a means of heating, is wider every day, due to its relatively low cost. However, traditional thermal solar collectors are limited to the heating of a single fluid, usually water.
El documento ES2377793, del mismo solicitante, describe un calefactor solar híbrido fotovoltaico-térmico, que comprende un módulo fotovoltaico de obtención de energía eléctrica, y un colector solar térmico. Este colector solar mixto comprende una carcasa, en la que la base de naturaleza transparente está constituida por el módulo fotovoltaico, bajo el cual va dispuesta la placa absorbed ora de calor, sobre cuya superficie inferior van adosados los tubos a través de los que circulará un líquido, generalmente agua, para su calentamiento. Entre la placa absorbedora de calor y el fondo de la carcasa se delimita una cámara, a través de la cual se hace circular un gas, generalmente aire, también para su calentamiento. Document ES2377793, of the same applicant, describes a photovoltaic-thermal hybrid solar heater, comprising a photovoltaic module for obtaining electrical energy, and a thermal solar collector. This mixed solar collector comprises a housing, in which the base of a transparent nature is constituted by the photovoltaic module, under which the heat absorbing plate is arranged, on whose lower surface the tubes are attached, through which a liquid, usually water, for heating. A chamber is delimited between the heat absorber plate and the bottom of the housing, through which a gas, generally air, is circulated also for heating.
De este modo, el colector proporciona energía eléctrica y dos fluidos diferentes, generalmente agua y aire, que se calientan a su paso por el colector, para su uso en instalaciones de calefacción y/o agua sanitaria. In this way, the collector provides electric power and two different fluids, generally water and air, which are heated as it passes through the collector, for use in heating and / or sanitary water installations.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
El problema que plantea la técnica consiste en proporcionar un colector solar mixto alternativo que calienta dos fluidos diferentes, con mayor aprovechamiento de la radiación solar. The problem with the technique is to provide an alternative mixed solar collector that heats two different fluids, with greater use of solar radiation.
La presente invención soluciona el problema que plantea la técnica mediante el colector solar mixto definido en las reivindicaciones de la presente solicitud. The present invention solves the problem posed by the technique by the mixed solar collector defined in the claims of the present application.
la presente invención proporciona un colector solar mixto que comprende una carcasa con la base superior de naturaleza transparente, una placa absorbedora de calor, dispuesta bajo la base transparente de la carcasa, unos primeros tubos dispuestos bajo la placa absorbedora de calor y adosados a dicha placa, a través de los que se hace circular un líquido caloportador, una cámara de calentamiento de un gas, limitada entre la placa absorbedora de calor y el fondo de la carcasa y dotada de una boca de entrada y una boca de salida de aire situadas en dos de las paredes opuestas de la carcasa, una lámina acanalada alojada en la cámara de calentamiento, que va adosada a la placa absorbed ora de calor y aloja en cada canal a uno de los primeros tubos, comprende unos segundos tubos dispuestos bajo la lámina acanalada, a modo de depósito, que comprenden una composición que comprende al menos un ácido graso, en adelante colector de la invención. The present invention provides a mixed solar collector comprising a housing with the upper base of a transparent nature, a heat absorbing plate, arranged under the transparent base of the housing, first tubes arranged under the heat absorbing plate and attached to said plate , through which a heat transfer liquid is circulated, a gas heating chamber, limited between the heat absorber plate and the bottom of the housing and provided with an inlet and an air outlet located in two of the opposite walls of the housing, a corrugated sheet housed in the heating chamber, which is attached to the heat absorbing plate and houses one of the first tubes in each channel, comprises a few second tubes arranged under the corrugated sheet , by way of deposit, comprising a composition comprising at least one fatty acid, hereinafter referred to as a collector of the invention.
El término "composición de la invención" hace referencia a la composición arriba mencionada que comprende al menos un ácido graso. The term "composition of the invention" refers to the above-mentioned composition comprising at least one fatty acid.
El colector de la invención tiene un rendimiento elevado como medio de calentamiento, al almacenar el calor en forma latente para un mejor The collector of the invention has a high efficiency as a heating medium, by storing the heat in a latent form for a better
aprovechamiento de la radiación solar. El colector de la invención incrementa la cantidad de calor acumulado en un mismo volumen gracias a que se acumula parte del calor en estado latente en la composición de la invención, circunstancia que asegura una mayor densidad de almacenamiento. La composición de la invención transfiere el calor absorbido al aire y al agua en el momento que no haya radiación del so!. use of solar radiation. The collector of the invention increases the amount of heat accumulated in the same volume thanks to the fact that part of the heat accumulates in a latent state in the composition of the invention, a circumstance that ensures a higher storage density. The composition of the invention transfers the absorbed heat to the air and to the water at the time there is no radiation from the so !.
Otra realización es el colector de la invención, donde dicha composición comprende al menos un ácido graso seleccionado del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirístico. Another embodiment is the collector of the invention, wherein said composition comprises at least one fatty acid selected from the group consisting of lauric acid, stearic acid, palmitic acid and myristic acid.
Otra realización es el colector de la invención, donde dicha composición comprende una mezcla de dos o más ácidos grasos seleccionados del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirística. Another embodiment is the collector of the invention, wherein said composition comprises a mixture of two or more fatty acids selected from the group consisting of lauric acid, stearic acid, palmitic acid and myristic acid.
Otra realización es el colector de la invención, donde dicha composición comprende ácido láurico y ácido palmítico. Another embodiment is the collector of the invention, wherein said composition comprises lauric acid and palmitic acid.
El funcionamiento del colector de la invención consta de dos etapas: etapa de calentamiento y etapa de aprovechamiento. The operation of the collector of the invention consists of two stages: heating stage and utilization stage.
La composición de la invención está en estado sólido antes de la etapa de calentamiento. The composition of the invention is in a solid state before the heating stage.
En la etapa de calentamiento, cuando la composición de la invención alcanza su temperatura de fusión (que estará de forma general en el rango entre 33 y 70DC), comienza a cambiar de estado y a absorber calor en forma latente, manteniéndose la temperatura de todo el sistema constante hasta que toda la composición de la invención ha cambiado de estado sólido a estado líquido. In the heating stage, when the composition of the invention reaches its melting temperature (which will generally be in the range between 33 and 70DC), it begins to change state and absorb heat latently, maintaining the temperature of the entire constant system until the entire composition of the invention has changed from a solid state to a liquid state.
El rango del punto de fusión entre 33 y 70DC es particularmente interesante para su empleo en los sistemas de energía solar térmica de baja temperatura. The melting point range between 33 and 70DC is particularly interesting for use in low temperature thermal solar energy systems.
En la etapa de aprovechamiento, al extraerse el agua caliente, el agua caliente es reemplazada por agua fría proveniente de la red, la cual absorberá el calor contenido en la composición de la invención. Si la superficie de intercambio térmico es correcta, de modo que asegure la suficiente superficie de calor entre la composición de la invención y el agua, el agua mantiene una temperatura constante mientras la composición de la invención cambia de estado. In the use stage, when the hot water is extracted, the hot water is replaced by cold water coming from the network, which will absorb the heat contained in the composition of the invention. If the heat exchange surface is correct, so as to ensure sufficient heat surface between the composition of the invention and the water, the water maintains a constant temperature while the composition of the invention changes state.
Al producirse el cambio de estado a una temperatura constante, y siendo durante dicho cambio cuando se transfiere todo el calor almacenado de forma latente, la temperatura de aprovechamiento del agua de consumo será estable hasta que la composición de la invención transfiera loda su energía. When the change of state occurs at a constant temperature, and during said change when all the stored heat is transferred latently, the use temperature of the drinking water will be stable until the composition of the invention transfers its energy.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1. Vista en perspectiva del colector. Figure 1. Perspective view of the collector.
Figura 2. Despiece en perspectiva del mismo colector. Figure 2. Exploded view of the same collector.
Figura 3. Sección transversal del colector, tomada según la linea de corte 111-111 de la Figura 1. Figure 3. Cross section of the collector, taken along the line 111-111 of Figure 1.
Figura 4. Vista en perspectiva del colector abierto. Figure 4. Perspective view of the open collector.
Figura 5. Curvas de fusión-solidificación. Los resultados corresponden a curvas de enfriamiento. Se representan los resultados para ácido esteárico (línea sólida), ácido esteárico + ácido palmítico (línea de puntos), ácido láurico (línea discontinua), ácido láurico + ácido palmítico (línea discontinua y puntos). Figure 5. Melting-solidification curves. The results correspond to cooling curves. The results are represented for stearic acid (solid line), stearic acid + palmitic acid (dotted line), lauric acid (dashed line), lauric acid + palmitic acid (dashed line and dots).
Figura 6. Ensayo de cesión de calor del ácido esteárico a agua. La temperatura del ácido estearico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos. Figure 6. Heat transfer test of stearic acid to water. The temperature of stearic acid is represented with a continuous line and the temperature of water with a dotted line.
Figura 7. Ensayo de cesión de calor del ácido palmítico a agua. La temperatura del ácido palmítico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos. Figure 7. Heat transfer test of palmitic acid to water. The temperature of the palmitic acid is represented with a continuous line and the temperature of the water with a dotted line.
Figura 8. Ensayo de cesión de calor de mezcla ácido esteárico + ácido palmítico a Figure 8. Heat transfer test of stearic acid + palmitic acid mixture a
agua. La temperatura del ácido esteárico + ácido palmítico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos. Water. The temperature of stearic acid + palmitic acid is represented with a continuous line and the temperature of water with a dotted line.
Figura 9. Ensayo de cesión de calor del ácido láurico a agua. La temperatura del ácido láurico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos. Figure 9. Heat transfer test of lauric acid to water. The temperature of lauric acid is represented with a continuous line and the temperature of water with a dotted line.
MODOS DE REALIZACiÓN PREFERENTE PREFERRED MODES OF EMBODIMENT
Ejemplo 1. Descripción de un colector solar mixto de acuerdo a la invención Example 1. Description of a mixed solar collector according to the invention
En la Figura 1 se muestra un colector solar mixto que comprende una carcasa (1) cuya base superior (2) es de naturaleza transparente y bajo la cual se alojan los diferentes componentes del colector. En dos de las paredes opuestas de la carcasa Figure 1 shows a mixed solar collector comprising a housing (1) whose upper base (2) is transparent in nature and under which the different components of the collector are housed. On two of the opposite walls of the housing
(1) va acoplado un colector de entrada de aire (3) y un colector de salida de aire (4). (1) an air intake manifold (3) and an air outlet manifold (4) are attached.
Según puede apreciarse en la Figura 2, la carcasa (1) del colector está compuesta por un marco (5) que va cerrado por un lado mediante una lámina transparente (6), mientras que por el opuesto queda cerrado mediante un fondo (7) con aislamiento térmico interior. As can be seen in Figure 2, the housing (1) of the collector is composed of a frame (5) that is closed on one side by a transparent sheet (6), while on the opposite it is closed by a bottom (7) with internal thermal insulation.
Dentro de la cámara limitada por el marco (5), base transparente (6) y fondo (7) se aloja una placa absorbedora de calor (8), preferentemente de naturaleza metálica y dotada por la superficie dirigida hacia la base o pared transparente (6) de un recubrimiento, por ejemplo a base de una pintura negra, que maximice la captación de la energía solar. Within the chamber limited by the frame (5), transparent base (6) and bottom (7) a heat absorbing plate (8) is housed, preferably of a metallic nature and provided with the surface directed towards the base or transparent wall ( 6) of a coating, for example based on a black paint, that maximizes the collection of solar energy.
Adosada a la superficie interna o posterior de la placa absorbedora de calor (8) se han dispuesto unos primeros tubos (9) paralelos que discurren entre dos tubos colectores extremos (10 Y 11) para la entrada y salida de agua. Los primeros tubos Attached to the internal or rear surface of the heat absorber plate (8), first parallel tubes (9) are arranged that run between two end collecting tubes (10 and 11) for the entry and exit of water. The first tubes
(9) pueden ir soldados a la superficie posterior de la placa absorbedora de calor (8). (9) they can be welded to the back surface of the heat absorber plate (8).
Unos segundos tubos (16) se alojan bajo la lámina acanalada (12). Dichos segundos tubos (16) contienen en su interior una composición que comprende al menos un ácido graso. El llenado y vaciado de estos segundos tubos (16) se puede realizar por Second tubes (16) are housed under the corrugated sheet (12). Said second tubes (16) contain inside a composition comprising at least one fatty acid. The filling and emptying of these second tubes (16) can be done by
uno de los extremos de estos segundos tubos (16), el extremo (17). El extremo (17) y atraviesa el marco (5) por un orificio o abertura realizado en el marco y es fácilmente accesible desde el exterior una vez que el colector de la invención está one of the ends of these second tubes (16), the end (17). The end (17) and crosses the frame (5) through a hole or opening made in the frame and is easily accessible from the outside once the collector of the invention is
montado. El extremo (17) tiene un tapón roscado o similar para poder realizar el llenado y vaciado de los segundos tubos (16). mounted. The end (17) has a screw cap or the like to be able to fill and empty the second tubes (16).
Entre la placa absorbedora de calor (8), junto con los primeros tubos (9), y el fondo Between the heat absorber plate (8), together with the first tubes (9), and the bottom
(7) de la carcasa se delimita una cámara en la que va dispuesta una lámina acanalada (12), por ejemplo con un perfil almenado, delimitando valles (13) (Fig. 3) Y crestas (14) (Fig. 3) de fondo plano. (7) of the housing a chamber is delimited in which a corrugated sheet (12) is arranged, for example with a crenellated profile, delimiting valleys (13) (Fig. 3) And ridges (14) (Fig. 3) of flat bottom
Según puede apreciarse en la Figura 3, la lámina acanalada (12) va adosada a través de las crestas (14) a la superficie posterior de la placa absorbedora de calor (8), mientras que en cada valle (13) se aloja uno de los primeros tubos (9) y en cada cresta (14) se aloja uno de los segundos tubos (16). As can be seen in Figure 3, the corrugated sheet (12) is attached through the ridges (14) to the rear surface of the heat absorber plate (8), while in each valley (13) one of the first tubes (9) and in each ridge (14) one of the second tubes (16) is housed.
La unión entre la lámina acanalada (12) y la placa absorbedora de calor (8) puede llevarse a cabo mediante soldadura, para asegurar una perfecta transmisión de calor entre dicha placa absorbedora de calor (8) y lámina acanalada (12). The connection between the corrugated sheet (12) and the heat absorber plate (8) can be carried out by welding, to ensure perfect heat transmission between said heat absorber plate (8) and corrugated sheet (12).
Según puede verse en la Figura 2, sobre una de las paredes menores del marco (5) se adosa la tobera de entrada de aire (3), mientras que en la pared opuesta se adosa la tobera de salida (4), estando dotadas ambas paredes de orificios (15) o aberturas para el paso de aire. As can be seen in Figure 2, on one of the smaller walls of the frame (5) the air inlet nozzle (3) is attached, while the outlet nozzle (4) is attached on the opposite wall, both of which are provided hole walls (15) or openings for the passage of air.
En la placa absorbed ora de calor (8) se produce la conversión de la energía de la radiación solar en calor, que se transfiere al fluido que circula por los tubos o conductos (9) que forman parte del grupo absorbedor. In the heat absorbed plate (8) the conversion of the energy of the solar radiation into heat takes place, which is transferred to the fluid that circulates through the tubes or conduits (9) that are part of the absorber group.
La cámara delimitada entre la placa absorbedora de calor (8) y el fondo (7) de la carcasa es el espacio de calentamiento de gas en el cual la lámina ondulada (12), soldada a la placa absorbedora de calor (8), posibilita la transferencia de calor de una forma eficiente al gas que circule a través de dicha cámara, bien por convección natural o por convección forzada, desde la tobera de entrada de aire (3) hasta la tobera de salida (4). The chamber delimited between the heat absorber plate (8) and the bottom (7) of the housing is the gas heating space in which the corrugated sheet (12), welded to the heat absorber plate (8), enables the transfer of heat in an efficient manner to the gas that circulates through said chamber, either by natural convection or by forced convection, from the air inlet nozzle (3) to the outlet nozzle (4).
La carcasa del colector quedará también atravesada por los correspondientes conductos de entrada y salida de agua para la circulación a través de los primeros tubos (9) del colector. The collector housing will also be crossed by the corresponding water inlet and outlet ducts for circulation through the first tubes (9) of the collector.
Eiemplo 2. Análisis de densidad y volumen Example 2. Density and volume analysis
Se realizaron ensayos de análisis de densidad de diferentes composiciones. Se ha medido la densidad y el volumen de cada composición tanto en fase líquida como en fase sólida. De esta forma se estimó si la variación de la densidad de estas composiciones era o no muy significativa. Density analysis tests of different compositions were performed. The density and volume of each composition have been measured in both liquid and solid phases. In this way it was estimated whether or not the variation in the density of these compositions was very significant.
En todos los casos se produjo un incremento de volumen al pasar de fase sólida a fase líquida inferior al 15%. In all cases there was an increase in volume when going from a solid phase to a liquid phase of less than 15%.
Ejemplo 3. Curvas de fusión-solidificación Example 3. Melting-solidification curves
Se llevaron a cabo curvas de enfriamiento y calentamiento de las composiciones. Se obtuvieron estas curvas para valores de temperatura por debajo y por encima de la temperatura de fusión de cada composición. Cooling and heating curves of the compositions were carried out. These curves were obtained for temperature values below and above the melting temperature of each composition.
Se realizaron enfriamientos rápidos y lentos. Fast and slow cooling were performed.
Los resultados se muestran en la Figura 5. Se ha ensayado con las siguientes composiciones: The results are shown in Figure 5. It has been tested with the following compositions:
- --
- Composición 1: ácido láurico -Composición 2: ácido esteárico -Composición 3: ácido láurico + ácido palmítico -Composición 4· ácido esteárico + ácido palmítico Composition 1: lauric acid -Composition 2: stearic acid -Composition 3: lauric acid + palmitic acid -Composition 4 · stearic acid + palmitic acid
En las cercanías de la temperatura de fusión de cada composición, las curvas son prácticamente horizontales. En esta región de la curva, el cambio de la temperatura con el tiempo es muy suave. Se aprecia que la región prácticamente horizontal para las composiciones 1 y 3 dura más tiempo que en el resto de composiciones. Por este In the vicinity of the melting temperature of each composition, the curves are practically horizontal. In this region of the curve, the change in temperature over time is very smooth. It is appreciated that the practically horizontal region for compositions 1 and 3 lasts longer than in the other compositions. For this
motivo estas composiciones son particularmente apropiadas para su uso en el colector de la invención. reason these compositions are particularly suitable for use in the collector of the invention.
Los ácidos grasos puros o mezclas con temperaturas de fusión entre 40 y 70°C 5 presentan buenas buenas propiedades para su uso en el colector de la invención. Esta temperatura es fácil de alcanzar en el interior del colector de la invención. Pure fatty acids or mixtures with melting temperatures between 40 and 70 ° C 5 have good good properties for use in the collector of the invention. This temperature is easy to reach inside the collector of the invention.
Eiemplo 4. Ensayos de cesión de calor al agua Example 4. Heat transfer tests to water
10 Se han realizado unos ensayos de cesión de calor al agua, se ha medido el calor que el material de cambio de fase cede a 200 gramos de agua. Los resultados se muestran en las Figuras 6-9. 10 Some tests have been carried out on the transfer of heat to water, the heat that the phase change material yields to 200 grams of water has been measured. The results are shown in Figures 6-9.
Claims (4)
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| ES201430657A ES2550397B1 (en) | 2014-05-06 | 2014-05-06 | Mixed solar collector with accumulation |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES201430657A ES2550397B1 (en) | 2014-05-06 | 2014-05-06 | Mixed solar collector with accumulation |
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Family Applications (1)
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| ES201430657A Active ES2550397B1 (en) | 2014-05-06 | 2014-05-06 | Mixed solar collector with accumulation |
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2014
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Also Published As
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Legal Events
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| FG2A | Definitive protection |
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