ES2587833T3

ES2587833T3 - Sistema solar de circulación natural con tubos de vacío con una cavidad de tanque de acumulación

Info

Publication number: ES2587833T3
Application number: ES11808955.6T
Authority: ES
Inventors: Mario Giannelli
Original assignee: Cmg Solari Srl
Current assignee: Cmg Solari Srl
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: CN104081133A; US20140283816A1; WO2013069034A1; EP2780642B1; EP2780642A1; IN2014MN00822A

Abstract

Sistema solar de circulación natural que comprende un doble circuito para el fluido termovector (2) y el agua de uso doméstico, respectivamente, una pluralidad de tubos de vacío (1), al menos un tanque de almacenamiento (3) provisto de al menos una camisa (4), estando dichos tubos de vacío (1) conectados a la camisa (4), en el que dicho fluido termovector (2) fluye por dentro del circuito primario solar que comprende dichos tubos de vacío (3) y la camisa (4) del tanque de almacenamiento (3) y en el que dicho tanque de almacenamiento (3) está provisto de al menos un conducto (5) para llenar el circuito primario solar.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Sistema solar de circulacion natural con tubos de vado con una cavidad de tanque de acumulacion

La presente invencion se refiere a un sistema solar de circulacion natural para la produccion de agua caliente de uso domestico, que esta provisto de un tanque encamisado y se realiza de manera que permite que se acoplen los tubos colectores de vado.

En el estado de la tecnica, se conocen muchas aplicaciones relacionadas con los sistemas solares de circulacion natural para la produccion de agua caliente de uso domestico. Espedficamente, la presente invencion se refiere a una variante aplicativa en relacion con los sistemas solares de circulacion natural con doble circuito, caracterizada por el uso de tubos de vado acoplados directamente a la caldera. Los productos similares conocidos en el estado de la tecnica pueden clasificarse en tres categonas principales: sistemas “directos”, sistemas “indirectos” con intercambiador de calor y sistemas indirectos de “tubo de calor”.

En los denominados sistemas “directos” se proporciona un unico circuito (el sanitario), en el que el agua contenida en los tubos se calienta por la radiacion solar y sube de nuevo hacia la caldera de almacenamiento. La solicitud de patente internacional WO2008002651 y la patente china CN21363920 pertenecen a esta categona y se refieren a un calentador de energfa solar con un tanque sellado, una superficie reflectante y un tubo de vado que esta conectado directamente al tanque.

A pesar de tener una notable eficiencia de conversion de radiacion, estos productos tienen desventajas importantes, que son entre otras: deposicion de piedra caliza dentro de los tubos; formacion de piedra caliza en las juntas (lo que normalmente provoca fugas de agua); posible formacion de hielo con la consiguiente rotura de los tubos; posibles inundaciones en caso de fugas de agua. Ademas, la presencia de muchas juntas mecanicas entre los diferentes materiales (el metal de la caldera y el vidrio de los tubos) hace que sea diffcil garantizar el rendimiento del sellado a lo largo del tiempo y a altas presiones, que es la razon por la que muchos de estos productos funcionan sin presion en la caldera, es decir, por la gravedad. Este ultimo aspecto representa una fuerte limitacion en el uso real de estos sistemas, que, para evitar el problema, usan normalmente una bomba de empuje en el circuito del agua caliente que sale de la caldera, con el fin de permitir que los flujos de agua caliente y fna se mezclen correctamente en los puntos de extraccion de usuario.

Los sistemas “indirectos” con intercambiador de calor pertenecen, en cambio, a los sistemas de doble circuito, es decir, el solar y el de usuario. Por ejemplo, en la patente japonesa JP2007232227 se describe un sistema que comprende un tanque de almacenamiento, un sistema de recogida de calor a traves de la recirculacion de fluido y un intercambiador de calor. Si, por un lado, tales sistemas resuelven muchos problemas vinculados a los inconvenientes de los sistemas “directos” descritos anteriormente, por otro lado tienen diferentes inconvenientes, tales como por ejemplo: capacidad reducida para garantizar un calentamiento rapido y eficiente del agua caliente de uso domestico, sobre todo cuando la temperatura en la caldera no es lo suficientemente alta; perdida de estratificacion del agua en el circuito primario; formacion de piedra caliza dentro del intercambiador (que normalmente esta representada por un tubo en espiral con un diametro reducido); posibilidad de inundaciones en caso de fugas del circuito solar. Ademas, para ambos tipos, “sistemas directos” y “sistemas indirectos” con intercambiador de calor, la ausencia de presion en la caldera representa un factor que induce a usar laminas de espesor reducido, sensibles a la corrosion por picadura.

Por ultimo, en los sistemas con la tecnologfa de “tubo de calor”, ademas de los tubos de vado se proporciona un tubo de calor (normalmente de cobre) en el que, en una depresion con respecto al entorno, se contiene una pequena cantidad de fluido no toxico que se vaporiza a bajas temperaturas. Hay capsulas fijadas a la caldera en las que se alojan las cabeceras de los tubos de calor, de manera que el calor entregado por los mismos tubos de calor puede transferirse, para la conduccion, a las capsulas que, a su vez, calientan el agua contenida en la caldera. Una variante de esta solucion permite que el condensador de tubo de calor se sumerja directamente en el agua contenida en la caldera. Tales sistemas son los mas complejos desde un punto de vista estructural y, como consecuencia, tienen la desventaja principal de que los costes de produccion son especialmente altos, debido al uso de tubos de calor de cobre. Tambien hay otras desventajas: presencia de muchos elementos sometidos a altas presiones y temperaturas; reduccion de la eficiencia debido a la transferencia de calor para la conduccion, asf como debido a la formacion de piedra caliza en los puntos “calientes”; dificultades de desmontaje en el caso de que el tubo de calor este en contacto con el agua (debido a la formacion de piedra caliza en la cabecera del elemento de calentamiento); posibilidad de fugas de lfquido por los diversos elementos de sellado, debido a la considerable cantidad de calor entregado por el tubo de calor y a la formacion de piedra caliza.

En el estado de la tecnica tambien se conocen los siguientes documentos. El documento US5931156 se refiere a un colector solar de tipo tubo de calor que comprende una parte de absorcion de calor adaptada para absorber energfa solar para evaporar un fluido de trabajo en los elementos de tubo de calor y una parte de liberacion de calor que se comunica con la parte de absorcion de calor y que tiene un cuerpo de seccion transversal semianular o anular. El documento US2001054419 se refiere a un termoacumulador solar, que comprende una batena en paralelo de tubos solares de vado de circuito cerrado, y provisto de una pluralidad de bombillas de acumulacion, que, o bien se

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

sumergen en un fluido conductor primario que circula en una camara anular que tiene un espacio de aire, cuya pared interna es la pared de contencion de un deposito que contiene un fluido a calentar, o se ponen en contacto directo termicamente conductor con unas espigas tubulares que se unen a y se insertan en un deposito. El documento WO2010075031 describe un calentador de agua solar presurizado que incluye un tanque de almacenamiento de agua y un dispositivo de recogida de calor solar formando un primer bucle de circulacion de intercambio de calor y un segundo bucle de circulacion de intercambio de calor por medio de un cabezal longitudinal y un tubo de intercambio de calor en forma de U con dos ramales en su interior.

Por lo tanto, el objeto de la presente invencion es un sistema termico solar de circulacion natural de tubos de vado capaz de superar todos los inconvenientes tecnicos descritos anteriormente, maximizando la eficiencia y la fiabilidad del sistema y limitando, al mismo tiempo, el uso de materiales “valiosos” como, por ejemplo, el cobre y el aluminio, con una notable reduccion consiguiente de los costes de produccion.

El objeto de la presente invencion logra los objetivos prefijados combinando la tecnologfa de tubos de vado con un almacenamiento provisto de camisa al que los tubos de vado se conectan directa o indirectamente. El sistema solar de circulacion natural tambien se caracteriza por el hecho de que dicho almacenamiento esta provisto de al menos un conducto para llenar el circuito primario solar.

Las ventajas de la presente invencion se enumeraran en la siguiente descripcion que se refiere a los dibujos 1/2 y 2/2, que representan una realizacion en absoluto limitante de la presente invencion. En particular:

• la figura 1 es un ejemplo de esquema del sistema solar objeto de la invencion con una conexion directa de los tubos de vado al tanque encamisado;

• la figura 2 es un ejemplo de esquema del sistema solar objeto de la invencion con una conexion indirecta de los tubos de vado al tanque encamisado;

• la figura 3 es una seccion de la caldera con espacio de aire, que muestra la conexion entre los tubos de la camisa y los tubos de vado.

La figura 1 es un ejemplo de esquema en absoluto limitante del sistema solar objeto de la presente invencion que muestra los principales elementos del mismo sistema. En su realizacion mas sencilla, el sistema esta compuesto por uno o mas tubos de vado 1 dentro de los que un fluido termovector 2 fluye para la conveccion y un tanque de almacenamiento 3 que contiene agua para uso domestico, provisto de una camisa 4. El tubo de vado 1 que contiene el fluido termovector 2 esta conectado directamente a la camisa 4. El tanque 3 esta provisto de un conducto 5, conectado a la camisa 4, que se usa para llenar el circuito solar, normalmente dispuesto en la cabecera del mismo tanque, y con dos tubos de agua 6 y 7 para extraer y dejar entrar agua caliente y fna en el mismo, respectivamente. Finalmente, el tanque de almacenamiento 3 esta provisto de una capa adecuada de material aislante 8 que lo separa del exterior, permitiendo que el calor almacenado se mantenga por mucho tiempo.

En otra realizacion preferida, en absoluto limitante, de la presente invencion, es posible una conexion indirecta por medio de tubos entre un colector 10, al que los tubos de vado 1 estan acoplados, y la chaqueta 4 del tanque de almacenamiento 3. Como se muestra en la figura 2, el tanque 3 esta conectado indirectamente a los tubos de vado 1 a traves de unos tubos 9 que permiten que el fluido termovector 2 circule entre el colector 10 y la camisa 4. De manera similar al caso descrito anteriormente, en esta configuracion tambien se proporciona un conducto 5 para llenar el circuito solar y al menos dos tubos de agua 6 y 7 para extraer y dejar entrar, respectivamente, agua caliente y fna de la caldera.

En referencia a la variante que tiene el acoplamiento directo entre el espacio de aire y los tubos de vado, se proporciona una seccion del tanque de almacenamiento 3 (vease la figura 3) en la que se muestran mejor los diversos elementos principales descritos anteriormente: el tanque 3 esta compuesto por un almacenamiento para el agua caliente de uso domestico, una camisa 4 a la que estan acoplados los tubos de vado 1 (de una manera directa de acuerdo con el esquema de la figura 1) y por una capa de material aislante 8; ademas, dicho almacenamiento 3 esta provisto de un conducto 5 usado para llenar el circuito solar y al menos dos tubos de agua 6 y 7 para extraer y dejar entrar, respectivamente, agua caliente y fna del tanque 3.

El metodo de funcionamiento de un sistema solar como el descrito es bastante sencillo y se caracteriza por un doble circuito: el circuito primario, en el que fluye el fluido termovector 2 separado del circuito sanitario, en el que, en cambio, esta contenida el agua a calentar. Por ejemplo, el fluido termovector 2 puede estar compuesto por una mezcla de agua y glicol. El sistema descrito tiene una circulacion natural, y el intercambio de calor entre los tubos 1 y el almacenamiento 3, se produce por conveccion. El calor recogido por los tubos de vado 1 calienta directamente el fluido termovector 2 contenido en el mismo, lo que reduce su densidad, se mueve hacia arriba hasta alcanzar la camisa 4 en la que, a traves de la pared de separacion, da calor al agua contenida en la caldera 3. Despues de dar calor, el fluido termovector 2 se enfna y, al tiempo que aumenta la densidad, se mueve hacia abajo hasta alcanzar de nuevo el interior de los tubos, para volver a recibir el calor de la radiacion solar y para empezar otro ciclo de este modo. La ventaja principal de la presente invencion es que, usando principalmente vidrio (para los tubos) y acero (para la caldera) como materias primas para realizar los principales elementos del sistema, es posible lograr una reduccion drastica de la cantidad de metal “valioso” como, por ejemplo, cobre y aluminio. Esto conduce a una

sensible reduccion de los costes de produccion, sin comprometer el rendimiento general del sistema solar. Por el contrario, en el sistema solar objeto de la presente invencion, los parametros de fiabilidad y de rendimiento pueden ser mayores con respecto a los sistemas conocidos en el estado de la tecnica.

5 Ademas, el sistema ofrece ventajas importantes como, por ejemplo, la de combinar la resistencia y la fiabilidad de las calderas con espacio de aire con la alta eficiencia de la recogida de radiacion solar, incluso en condiciones ambientales adversas, lo que es tfpico de los tubos de vado. Ademas, la presente invencion no genera tensiones excesivas en los elementos de sellado entre los tubos y la caldera, puesto que el circuito solar es del tipo de baja presion protegido por una valvula de seguridad.

10

Otra ventaja es que el fluido primario contenido en los tubos representa otra reserva de calor disponible para la caldera, util para garantizar una importante disponibilidad de agua caliente de uso domestico durante la noche.

Finalmente, la presente invencion representa una solucion capaz de maximizar la eficiencia y la fiabilidad de los 15 sistemas solares, lo que limita el uso de material “valioso”. La invencion combina sustancialmente dos tecnologfas fiables y economicas, la de los tubos de vado (difundida sobre todo en China) y la del tanque encamisado (difundida sobre todo en Occidente).

Claims

5

10

15

20

25

REIVINDICACIONES

1. Sistema solar de circulacion natural que comprende un doble circuito para el fluido termovector (2) y el agua de uso domestico, respectivamente, una pluralidad de tubos de vado (1), al menos un tanque de almacenamiento (3) provisto de al menos una camisa (4), estando dichos tubos de vado (1) conectados a la camisa (4), en el que dicho fluido termovector (2) fluye por dentro del circuito primario solar que comprende dichos tubos de vado (3) y la camisa (4) del tanque de almacenamiento (3) y en el que dicho tanque de almacenamiento (3) esta provisto de al menos un conducto (5) para llenar el circuito primario solar.
2. Sistema solar de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que dichos tubos de vado (1) estan directamente acoplados a la camisa (4).
3. Sistema solar de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que dichos tubos de vado (1) estan conectados indirectamente a la chaqueta (4) a traves de un colector (10), al que se acoplan los tubos de vado y por medio de unos tubos (9) que suministran el fluido termovector (2) a la camisa (4) del tanque (3) y viceversa.
4. Sistema solar de acuerdo con la reivindicacion 2 o 3, caracterizado por que el agua caliente de uso domestico contenida dentro del tanque de almacenamiento (3) se calienta por conveccion mediante el fluido termovector (2) por medio de la camisa (4).
5. Sistema solar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho tanque de almacenamiento (3) esta provisto de una capa de material aislante (8).
6. Sistema solar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho tanque de almacenamiento (3) esta provisto de al menos dos tubos de agua (6, 7) para extraer y dejar entrar, respectivamente, el agua caliente y fria a mezclarse desde el tanque (3) al circuito de agua y viceversa.