ES2752373T3 - Colector de calor solar - Google Patents

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Abstract

Colector de calor solar con un conducto por cuyo interior discurre un fluido energético y cuya estructura es un marco de material plástico con perfiles metálicos encapsulados durante la inyección del mismo, la cual permite incluir orificios, consiguiendo un colector robusto, ligero, con pocos componentes y estable dimensionalmente.

Description

DESCRIPCIÓN
Colector de calor solar
Campo técnico de la invención
La presente invención se engloba en el campo de la utilización del calor solar, como los colectores de calor solar, y en concreto, las partes constitutivas de los mismos.
Dicha invención es un colector de calor solar con un conducto por cuyo interior discurre un fluido energético y cuya estructura es un marco de material plástico con perfiles metálicos encapsulados durante la inyección del mismo, la cual permite incluir diversas funciones como el aislamiento térmico, la resistencia mecánica, la ligereza, la integración, consiguiendo un colector robusto, ligero, con pocos componentes y estable dimensionalmente.
Antecedentes de la invención
Son conocidos colectores de calor solar con un conducto por cuyo interior discurre un fluido energético y cuya estructura incluye algún material plástico.
Ejemplos de estos colectores se encuentran en las patentes DE2713628 con espuma y fibras de refuerzo localmente situadas, CN101070999 y US4098265 con espuma, WO2011009754 con espuma en la cual se encuentran embebidos el conducto colector y el aislante.
Así, el estado de la técnica recoge estructuras de plástico espumado, mayoritariamente algún tipo de poliuretano, normalmente dentro de una caja metálica o similar.
Estos ejemplos implican la utilización de varios elementos sólo para formar la estructura, a los que hay que añadir otros para formar los otros componentes del colector como orificios de evacuación, bridas para los conductos, fijaciones para la cubierta transparente, etc. Todo ello da lugar a colectores con gran número de componentes y, por lo tanto, relativamente caros, difíciles de fabricar y pesados.
Además, en este campo de la técnica es muy importante el control dimensional de los diferentes componentes debido al amplio rango de temperaturas de utilización de los colectores. A mayor cantidad de componentes mayor cadena de cotas a combinar y, en conclusión, mayores problemas ocasionados por la dilatación de los componentes.
WO 2008/009755 expone un colector solar con un conducto a través del cual fluye un fluido energético, una placa absorbedora en contacto con el conducto, un aislamiento dispuesto en paralelo a la placa absorbedora y ubicado en el lado del conducto opuesto a la placa, una carcasa en forma de paralelepípedo de material plástico y formada por moldeo por inyección cubierto por una cubierta transparente, el marco de la carcasa está reforzado por perfiles metálicos insertados en la carcasa en el curso del proceso de inyección.
Para solventar las desventajas del estado de la técnica se propone el siguiente colector de calor solar con un conducto por cuyo interior discurre un fluido energético y cuya estructura es un marco de material plástico con perfiles metálicos encapsulados durante la inyección del mismo, la cual permite incluir orificios, consiguiendo un colector robusto, ligero, con pocos componentes y estable dimensionalmente.
Descripción de la invención
La presente invención queda establecida y caracterizada en la reivindicación independiente, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un colector de calor solar que comprende un conducto por cuyo interior discurre un fluido energético, una placa absorbedora en contacto con dicho conducto, un aislamiento dispuesto paralelo a dicha placa absorbedora y en el lado del conducto opuesto a la misma de manera que ejerce un empuje constante sobre el mismo, una estructura de material plástico en forma de paralelepípedo que alberga en su interior los citados elementos del colector y una cubierta transparente dispuesta en una de las caras mayores de dicha estructura en el lado de la placa absorbedora en el que la estructura es un marco formado por las cuatro caras laterales del paralelepípedo dejando abiertas las caras mayores, formado por inyección del material plástico, estando reforzado dicho marco por perfiles metálicos encapsulados en dicho proceso de inyección, de manera que dichos perfiles son de menor longitud que los lados plásticos del marco que le corresponden dejando las esquinas del marco en material plástico y así permitir la inclusión en las mismas de orificios formados durante el proceso de inyección del marco.
Una ventaja de dicho colector es el aislamiento térmico debido al encapsulado de perfiles metálicos que al ser completo evita puentes térmicos y a la vez garantiza la estanqueidad del marco, frente a estructuras donde los perfiles no están encapsulados o lo están parcialmente.
Otra ventaja es la robustez gracias igualmente al encapsulado de perfiles metálicos en un marco plástico cerrado, lo cual configura una estructura muy resistente a los esfuerzos mecánicos necesarios para los colectores de calor solar.
Otra ventaja de dicho colector es la ligereza, tanto absoluta como específica a la robustez citada, lo cual lo hace muy superior respecto a colectores en los que se montan diferentes componentes de la estructura y fijaciones por separado.
Otra ventaja de dicho colector es el poco número de componentes consecuencia de la integración propia que proporciona el proceso de inyección de plástico, reduciendo en gran medida el número de componentes en comparación con colectores en los que se montan los componentes.
Finalmente, otra ventaja de dicho colector es la estabilidad dimensional, de gran importancia en este campo de la técnica para que la eficiencia energética se mantenga a lo largo del rango de temperatura de uso, conseguida por la estructura mencionada de perfil metálico encapsulado en plástico y con pocos componentes unidos gracias a la integración de los mismos, lo cual minimiza la concatenación en serie de dilataciones y contracciones, lo que se traduce en mayor estabilidad dimensional respecto de los colectores conocidos.
Breve descripción de las figuras
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención.
La figura 1 representa un explosionado en perspectiva de componentes del colector.
La figura 2 representa una vista en planta del marco en el que se señalan los perfiles de refuerzo La figura 3 representa un detalle en perspectiva de una de las esquinas del marco mostrando los conductos.
La figura 4 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle de una de las esquinas del marco mostrando los conductos.
La figura 5 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle del colector con una placa trasera de cierre.
La figura 6 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle del colector con una placa trasera de cierre que incluye una lámina en su cara mayor inferior.
La figura 7 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle del colector con una placa trasera de cierre que incluye una lámina en cada una de las caras mayores.
La figura 8 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle del colector con una placa trasera de cierre de un material plástico espumado.
La figura 9 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle del colector con una placa trasera de cierre de un material plástico espumado que incluye una lámina en su cara mayor inferior.
La figura 10 representa una sección transversal de una vista de perfil de un detalle del colector con una placa trasera de cierre de un material plástico espumado que incluye una lámina en cada una de las caras mayores.
La figura 11 representa un detalle en perspectiva de orificios en la zona cercana a las aristas de una placa trasera de cierre.
La figura 12 representa una sección transversal de los orificios de la figura 11 con la placa trasera de cierre encapsulada en el marco.
La figura 13 representa un detalle en perspectiva de las patas de apoyo del marco.
Exposición detallada de la realización preferente de la invención
La presente invención es un colector de calor solar con un conducto (1) por cuyo interior discurre un fluido energético. A modo ilustrativo se cita un conducto (1) que es el que discurre por el colector y es lo habitual, ahora bien, también se pueden incluir varios conductos (1) que confluyan en la misma entrada y salida que cuando es un solo conducto (1) o en varias.
El colector incluye una placa absorbedora (2) en contacto con dicho conducto (1), normalmente de cobre o aluminio, con un tratamiento en su cara expuesta que facilite la absorción de la radiación solar y reduzca la emisión. Este tratamiento puede ser desde pintura negra a tratamientos selectivos mediante PVD (siglas en inglés de “Physical Vapor Deposition”).
También incluye un aislamiento (3) para evitar la pérdida de energía calorífica dispuesto paralelo a dicha placa absorbedora (2) y en el lado del conducto (1) opuesto a la misma de manera que ejerce un empuje constante sobre el mismo.
La estructura (4) del colector es de material plástico, como el poliuretano (PU), en forma de paralelepípedo que alberga en su interior los citados elementos del colector y una cubierta transparente (5), por ejemplo de vidrio templado, dispuesta en una de las caras mayores de dicha estructura (4) en el lado de la placa absorbedora (2). Así, la estructura (4) es aislante por las características inherentes del material plástico y es innecesaria la inclusión de otros aislantes añadidos donde se encuentra la estructura plástica.
La estructura es un marco (4) formado por las cuatro caras laterales (4.1,4.2,4.3,4.4) del paralelepípedo dejando abiertas las caras mayores, formado por inyección del material plástico, como por RIM (siglas en inglés de “Reaction Injection Molding”), estando reforzado dicho marco (4) por perfiles metálicos (6) encapsulados en dicho proceso de inyección, de manera que dichos perfiles (6) son de menor longitud que los lados plásticos del marco (4.1,4.2,4.3,4.4) que le corresponden dejando las esquinas del marco en material plástico y así permitir la inclusión en las mismas de orificios (7) formados durante el proceso de inyección del marco (4).
De manera opcional y lo más habitual es que el paralelepípedo de la estructura (4) sea recto, es decir, las caras laterales (4.1,4.2,4.3,4.4) del marco forman un ángulo recto con las caras mayores.
Los perfiles (6) son de forma variada de manera que, en sección, reproduzcan aproximadamente la forma del plástico que los encapsula para compensar las tensiones del plástico durante la inyección y posterior estabilizado en el tiempo. La forma de los perfiles metálicos (6) tiene como función el refuerzo estructural o, dicho en otros términos, minimizar el momento de inercia en el eje perpendicular a la superficie mayor del colector.
Así, los perfiles (6) son de sección rectilínea, como por ejemplo en sección constante de “Y” invertida, mostrado en las figuras, aunque podrían serlo curvilínea o cualquier otra siguiendo las exigencias anteriormente marcadas.
Dichos perfiles metálicos (6) son con preferencia de aluminio o acero galvanizado, según los ensayos realizados sobre los mismos.
Los orificios ( 7 ) formados durante el proceso de inyección del marco (4) son de varios tipos, siendo uno de ellos los orificios para el conducto (7.1), que son de un diámetro mayor que éste y cuya circunferencia incluye un tramo recto (7.1.1) en su extremo superior que es donde apoya de forma constante el conducto (1) debido al empuje que le proporciona el aislamiento (3).
La razón de esta configuración se basa en que el conducto (1) dilata de forma diferente a la estructura (4) y además entre ellos trabajan en diferentes rangos de temperaturas, con lo que para evitar esfuerzos sobre la estructura (4) se permite que el conducto (1) se dilate libremente. Además, un factor importante para el rendimiento del colector es la constancia en la distancia entre la cubierta transparente (5) y el conducto (1), lo que se consigue evitando el combado del conducto (1) y la placa absorbedora (3) con la configuración citada que garantiza la planitud, además de con distanciadores (18) de la cubierta (5) como se cita más adelante.
Además, estos orificios para el conducto (7.1) comprenden un cajeado (7.1.2) hacia el exterior del colector que sirve para alojamiento de los correspondientes junta de estanqueidad (8) y casquillo (9), colocado en el extremo del conducto (1).
Esta configuración sella el colector para evitar la entrada del agua de lluvia, mediante la junta de estanqueidad (8), que se puede colocar para sellar completamente haciendo interferencia sobre el cajeado o puede hacer esa misma función de evitar la entrada del agua de lluvia pero dejando un espacio pequeño de aire que hace de función anticondensación. Esta función anticondensación se regula y complementa con unos orificios (7.2) que salen directamente de la inyección y comunican el colector desde el interior al exterior.
Otros orificios formados durante el proceso de inyección del marco son orificios de fijación (7.3) para fijación de unas placas (10) en el lado exterior de los orificios para el conducto (7.1) que soportan la presión que sufren las conexiones del conducto (1).
Para reforzar el conjunto del colector se lleva a cabo una adhesión sellado de la cubierta transparente (5) a la estructura (4), a diferencia de lo comúnmente utilizado que es una junta de estanqueidad. Para ello hay que tener en cuenta que los materiales son diferentes y se necesita un adhesivo elastomérico y un espesor del mismo que garantice su función en todo el rango de temperaturas de uso.
Por ello, la estructura (4) incluye muros de alojamiento (4.5) del cordón de sellado (11) de la cubierta transparente (5) a lo largo del perímetro de dicho marco (4). De manera ventajosa los muros de alojamiento (4.5) del cordón de sellado (11) incluyen separadores (4.6) de la cubierta transparente (5) a modo de protuberancias de manera que garantizan la distancia entre cubierta (5) y marco (4) en todo el rango de temperaturas de funcionamiento del colector, aportando una estabilidad dimensional necesaria para optimizar la eficiencia energética del colector.
Sobre la cubierta transparente (5) se coloca un marco de protección del canto de la cubierta (12), preferentemente de aluminio, y se une a la estructura (4) mediante el mismo proceso de adhesión sellado que se utiliza para la cubierta (5), para lo cual el marco (4) incluye unos canales de alojamiento (4.7) donde se introducen unas pestañas (12.1) del marco de protección del canto de la cubierta (12) junto con adhesivo y entre dicho marco (12) y la cubierta transparente (5) se aplica un cordón de sellado (13).
Esta adhesión sellado de la cubierta transparente (5) mediante el marco de protección del canto de la cubierta (12) refuerza la robustez del conjunto del colector en gran medida, proporcionando así un conjunto muy robusto.
Una de las ventajas de la inyección, como se ha visto, es que permite que el plástico encapsule por envolvimiento a otras piezas o elementos. Esto se utiliza también para la placa trasera de cierre (14), la cual queda fijada al marco (4) por encapsulamiento a lo largo de su perímetro del material plástico de la inyección, como cierre de la cara opuesta del marco (4) a la cubierta transparente (5).
Dicha placa trasera de cierre (14) tiene la función de soportar la presión de los vientos, es como una vela que tiene descargar los esfuerzos sobre el perímetro del marco (4).
La placa trasera de cierre (14) es, en una realización, una plancha de plástico, pudiendo utilizarse poliestireno (PS), de menor módulo de elasticidad que el de una placa de aluminio, la normalmente utilizada. Como alternativa o refuerzo de fijación, dicha placa (14) cuenta con orificios (17) en la zona cercana a sus aristas y a lo largo de éstas de manera que se introduce por dichos orificios (17) el material plástico de la inyección para formar fijaciones del tipo de remaches de manera que queda encapsulada perimetralmente.
En otra realización, la placa trasera de cierre es de un material plástico espumado (15), preferentemente poliuretano o poliisocianurato.
Ambas realizaciones de la placa trasera de cierre (14,15) pueden presentar su cara mayor inferior os sus dos caras mayores recubiertas de láminas que no absorben y no emiten en la banda del infrarrojo: no absorbe el infrarrojo que emite el conducto y no emite infrarrojo hacia el exterior reduciendo así las pérdidas del colector.
Entre la placa absorbedora (2) y la cubierta transparente (5) se disponen distanciadores (18) de la cubierta (5) que garantizan una distancia constante entre la placa (2) y la cubierta (5) por oposición al empuje ejercido por el aislamiento (3).
El marco (4) comprende en la cara del aislamiento (3), la opuesta a la cara de la cubierta (5), patas de apoyo (19) como proyecciones paralelas a las caras laterales (4.1,4.2,4.3,4.4) del marco (4).
Estas patas (19) tienen una triple misión:
-servir de guía en el proceso de montaje, ya que los colectores se deslizan lateralmente sobre los perfiles de la estructura sobre la que se montan para ir empaquetándose en conjuntos;
-cuando los colectores están montados sobre una estructura en forma de grada, es decir, inclinada, las patas de apoyo (19) frenan la caída del colector por gravedad, haciendo más segura la sujeción a la misma;
-la zona más alta de las patas de apoyo (19) facilita el apilamiento de colectores, ya que retiene al colector apilado encima de otro al chocar contra el marco de protección del canto de la cubierta (12).

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Colector de calor solar que comprende un conducto (1) por cuyo interior discurre un fluido energético, una placa absorbedora (2) en contacto con dicho conducto (1), un aislamiento (3) dispuesto paralelo a dicha placa absorbedora (2) y en el lado del conducto (1) opuesto a dicha placa absorbedora (2) de manera que ejerce un empuje constante sobre el mismo, una estructura (4) de material plástico en forma de paralelepípedo que alberga en su interior los citados elementos del colector y una cubierta transparente (5) dispuesta en una de las caras mayores de dicha estructura (4) en el lado de la placa absorbedora (2) caracterizado por que la estructura (4) es un marco formado por las cuatro caras laterales (4.1,4.2,4.3,4.4) del paralelepípedo dejando abiertas las caras mayores, formado por inyección del material plástico, estando reforzado dicho marco (4) por perfiles metálicos (6) encapsulados en dicho proceso de inyección, de manera que dichos perfiles metálicos (6) son de menor longitud que las caras laterales plásticas del marco (4.1,4.2,4.3,4.4) que le corresponden dejando las esquinas del marco en material plástico y donde los orificios (7) están incluidos, formados durante el proceso de inyección del marco (4).
2. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que la estructura (4) es un paralelepípedo recto.
3. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que los perfiles metálicos (6) presentan una sección que reproduce la forma de las caras laterales plásticas (4.1,4.2,4.3,4.4) que los encapsulan.
4. Colector de calor solar según la reivindicación 3 caracterizado por que los perfiles metálicos (6) tienen una sección constante de “Y” invertida.
5. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que los orificios (7) formados durante el proceso de inyección del marco (4) comprenden orificios (7.1) para el conducto (1) de un diámetro mayor que éste y cuya circunferencia incluye un tramo recto (7.1.1) en su extremo superior que es donde apoya de forma constante el conducto (1) debido al empuje que le proporciona el aislamiento (3).
6. Colector de calor solar según la reivindicación 5 caracterizado por que los orificios (7.1) para el conducto comprenden un cajeado (7.1.2) hacia el exterior del colector que sirve para alojamiento de los correspondientes junta de estanqueidad (8) y casquillo (9).
7. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que los orificios (7) formados durante el proceso de inyección del marco (4) comprenden orificios anticondensación (7.2) que comunican un interior y un exterior del colector.
8. Colector de calor solar según las reivindicaciones 5 o 6 caracterizado por que los orificios (7) formados durante el proceso de inyección del marco (4) comprenden orificios de fijación (7.3) para fijación de unas placas (10) en un lado exterior de los orificios para el conducto (7.1) que soportan la presión que sufren las conexiones del conducto.
9. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que el marco (4) comprende muros de alojamiento (4.5) de un cordón de sellado (11) de la cubierta transparente (5) a lo largo de un perímetro de dicho marco (4).
10. Colector de calor solar según la reivindicación 9 caracterizado por que los muros de alojamiento (4.5) del cordón de sellado (11) incluyen separadores (4.6) de la cubierta transparente (5) a modo de protuberancia de manera que garantizan la distancia entre cubierta (5) y marco (4) en todo el rango de temperaturas de funcionamiento del colector.
11. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que el marco (4) incluye unos canales de alojamiento (4.7) de unas pestañas (12.1) de un marco de protección de un canto de la cubierta transparente (12) donde se introducen las mismas junto con adhesivo y entre dicho marco (12) y la cubierta transparente (5) queda aplicado un cordón de sellado (13).
12. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que en la cara opuesta a la cubierta transparente (5)se dispone una placa trasera de cierre (14) que queda fijada al marco (4) por encapsulamiento a lo largo de su perímetro del material plástico de la inyección.
13. Colector de calor solar según la reivindicación 12 caracterizado por que la placa trasera de cierre (14) es una plancha de plástico.
14. Colector de calor solar según la reivindicación 12 caracterizado por que la placa trasera de cierre es de un material plástico espumado (15).
15. Colector de calor solar según las reivindicaciones 13 ó 14 caracterizado por que la placa trasera de cierre (14,15) presenta su cara mayor inferior recubierta de una lámina (16) que no absorbe y no emite en la banda del infrarrojo.
16. Colector de calor solar según las reivindicaciones 13 ó 14 caracterizado por que la placa trasera de cierre (14,15) presenta sus dos caras mayores recubiertas de sendas láminas (16) que no absorben y no emiten en la banda del infrarrojo.
17. Colector de calor solar según la reivindicación 12 caracterizado por que la placa trasera de cierre presenta orificios (17) en una zona cercana a sus aristas y a lo largo de éstas de manera que se introduce por dichos orificios el material plástico de la inyección para formar fijaciones del tipo de remaches de manera que queda encapsulada perimetralmente.
18. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que entre la placa absorbedora (2) y la cubierta transparente (5) se disponen distanciadores (18) de la cubierta (5) que garantizan una distancia constante entre la placa (2) y la cubierta (5) por oposición al empuje ejercido por el aislamiento (3).
19. Colector de calor solar según la reivindicación 1 caracterizado por que el marco (4) comprende en la cara del aislamiento (3) patas de apoyo (19) como proyecciones paralelas a las caras laterales (4.1,4.2,4.3,4.4) del marco (4).
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