PT104133A

PT104133A - CONCENTRATOR SOLAR COLLECTOR OF THE CPC TYPE OWN AN IMPROVED ABSORBING CAVITY WITHOUT THERMAL BRIDGES OR OPTICAL LOSS?

Info

Publication number: PT104133A
Application number: PT104133A
Authority: PT
Inventors: Manuel Pedro Ivens Col Pereira; Rodolfo Manuel Leal Tor Branco
Original assignee: Ao Sol En Renovaveis S A
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-01-18
Also published as: WO2010008311A3; WO2010008311A2; EP2318774A2

Abstract

COLECTOR CONCENTRADOR DO TIPO CPC DE BAIXA CONCENTRAÇÃO, SEM PERDAS ÓPTICAS NEM PONTES TÉRMICAS QUE CONDUZEM A PERDAS SUBSTANCIAIS DE RENDIMENTO, COMPREENDENDO, PELO MENOS, UM ABSORVEDOR (1), PELO MENOS, UM TUBO (10) DE ABSORVEDOR, ESPELHOS (2) CONCENTRADORES E, PELO MENOS, UM CONJUNTO (3) DE FUNDO, ESTANDO OS REFERIDOS ABSORVEDOR (1), ESPELHOS (2) CONCENTRADORES E CONJUNTO (3) DE FUNDO SOBREPOSTOS SEM CONTACTO ENTRE SI E POSSUINDO VALORES DE CONCENTRAÇÃO NO INTERVALO DE CERCA DE 1 A 3. O ABSORVEDOR (1) POSSUI UMA SUPERFÍCIE SELECCIONADA DO GRUPO QUE COMPREENDE UM PERFIL EM V INVERTIDO, QUALQUER PERFIL COM A FORMA DE UMA LINHA E/OU CURVA POLIGONAL ABERTA E SEMELHANTES E SUAS COMBINAÇÕES. A INVENÇÃO CONTEMPLA AINDA UMA GRELHA DE ABSORÇÃO, CONSTITUÍDA PELOS REFERIDOS COLECTORES CONCENTRADORES, QUE PERMITE ELIMINAR O PROBLEMA DE ALTERAÇÃO DE POSIÇÃO TÉRMICA E OPTICAMENTE CORRECTA POR ESTAR DOTADA COM UM SISTEMA DE GUIAS (13) DE DILATAÇÃO QUE PERMITE A SUA DILATAÇÃO NA DIRECÇÃO LONGITUDINAL.CONCENTRATOR COLLECTOR OF THE LOW CONCENTRATION TYPE CPC, WITHOUT OPTICAL LOSSES OR THERMAL BRIDGES THAT CONDUCT TO SUBSTANTIAL PERFORMANCE LOSSES, ATTAINING AT LEAST ONE ABSORBER (1), AT LEAST ONE ABSORBING TUBE (10), MIRRORS (2) CONCENTRATORS AND AT LEAST A BACKGROUND ASSEMBLY (3), THE REFERRED ABSORBERS (1), BACKGROUND CONCENTRATORS (2) AND BACKGROUND ASSEMBLY (3) WITHOUT CONTACTING BETWEEN IT AND HAVING CONCENTRATION VALUES IN THE INTERVAL OF ABOUT 1 A The ABSORBER (1) HAS A SELECTED SURFACE OF THE GROUP COMPREHENSING AN INVESTED V-PROFILE, ANY PROFILE IN THE FORM OF AN OPEN AND POLYGONAL CURVE AND / OR SIMILAR COMBINATIONS AND COMBINATIONS. The invention further comprises an ABSORPTION GRILLE, CONSTITUTED BY THE REFERRED CONCENTRATOR COLLECTORS, THAT ALLOWS THE ELIMINATION OF THE THERMAL POSITION CHANGE PROBLEM AND OPTICALLY CORRECT TO BE PROVIDED WITH A SYSTEM OF DILATATION GUIDES (13) THAT ALLOWS ITS DILATATION IN THE LONGITUDINAL DIRECTION.

Description

DESCRIÇÃO "COLECTOR SOLAR CONCENTRADOR DO TIPO CPC POSSUINDO UMA CAVIDADE ABSORVEDORA MELHORADA SEM PONTES TÉRMICAS NEM PERDAS ÓPTICAS"DESCRIPTION " CONCENTRATOR SOLAR COLLECTOR OF TYPE CPC HAVING AN ABSORBED CABIN IMPROVED WITHOUT THERMAL BRIDGES OR OPTICAL LOSSES "

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se, de um modo geral, a uma nova configuração de um colector solar tipo CPC que permite eliminar as pontes térmicas e as perdas ópticas.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to a new configuration of a CPC type solar collector which allows the elimination of thermal bridges and optical losses.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A Patente portuguesa N° 102938 "Colector solar de baixa concentração, ideal, do tipo CPC", Patente Europeia N° EP 0678714 BI "Solar energy collector of the non-evacuated compound parabolic concentrator type", Patente Portuguesa N° 80405 "1.2 X CPC with tubular receiver with headers ideally illuminated" de 1987, Pedido de Patente US-A-3957031, Pedido de Patente US-A-4003638, Pedido de Patente US-A-4230095 e o documento de Ari Rabi. de 1985, "Active Solar Collectors and Their Applications" Nova Iorque: Oxford University Press, Inc. divulgam colectores concentradores, do tipo CPC, compreendendo ópticas anidólicas (também referidas como sendo ideais porque estão no limite do estabelecido por princípios básicos da Física, ou pertencentes à categoria genérica dos sistema não produtores de imagem - non imaging optics - na literatura inglesa). Têm sido propostos com grandes ângulos de aceitação 1 para funcionamento em instalações estacionárias ou quasi - estacionárias (ajuste de inclinação sazonal).BACKGROUND OF THE INVENTION Portuguese Patent No. 102938 "Ideal low concentration solar collector of the CPC type", European Patent No. EP 0678714 BI " Solar energy collector of the non-evacuated parabolic concentrator type ", Portuguese Patent No. ° 80405 " 1.2 X CPC with tubular receiver with headers ideally illuminated " of 1987, US-A-3957031, US-A-4003638, US-A-4230095 and the Ari Rabi document. 1985, " Active Solar Collectors and Their Applications " New York: Oxford University Press, Inc. disclose CPC-type concentrator manifolds comprising anidic optics (also referred to as being ideal because they are within the limit of what is established by basic physics principles or belonging to the generic category of non- non-imaging optics - in English literature). They have been proposed with large acceptance angles 1 for operation in stationary or quasi - stationary installations (seasonal slope adjustment).

Uma preocupação recorrente é a de se reduzir, ou mesmo eliminar, as perdas ópticas que resultam de haver uma distância entre o absorvedor e os espelhos que fazem incidir sobre este a radiação solar incidente.A recurring concern is that of reducing or even eliminating the optical losses resulting from a distance between the absorber and the mirrors that affect the incident solar radiation.

Esta distância é uma necessidade no caso de o colector ser do tipo atmosférico (por oposição aos que recorrem à utilização do vácuo para o todo ou parte da sua configuração), já que, se o absorvedor tocar nos espelhos ou outras superfícies que dele se acerquem, constitui-se um curto circuito térmico do qual resultam perdas térmicas não desejadas, podendo, inclusivamente, existir um problema de preservação da integridade do próprio colector.This distance is a necessity if the collector is of the atmospheric type (as opposed to those that use the vacuum for the whole or part of its configuration), since if the absorber touches the mirrors or other surfaces that approach it , a thermal short circuit is formed from which undesired thermal losses result, and there may even be a problem of preserving the integrity of the collector itself.

Contudo, mesmo no caso dos colectores que recorrem à utilização do vácuo, as perdas ópticas devem ser controladas (como se sabe dos Pedidos de Patente US-A-4003638 e US-A-4230095), já que em muitas configurações que recorrem, por exemplo, a tubos de vidro ditos de vácuo, a espessura do vidro e localização do absorvedor no seu interior estabelecem oportunidades ("qaps", na literatura inglesa) para que a radiação incidente se perca por não chegar a intersectar o absorvedor. A Patente portuguesa N° 102938 "Colector solar de baixa concentração, ideal, do tipo CPC" e a Patente Europeia N° EP 0678714 BI "Solar energy collector of the non-evacuated compound parabolic concentrator type" divulgam uma configuração 2 concebida para uma "gap" grande mas que está concebida de tal modo que tem perdas ópticas nulas.However, even in the case of collectors which utilize the vacuum, the optical losses must be controlled (as is known from U.S. Patent Applications A-4003638 and US-A-4230095), since in many configurations For example, the vacuum tubes, the thickness of the glass and the location of the absorber in the interior establish opportunities (" qaps " in the English literature) so that the incident radiation is lost because it does not intersect the absorber. Portuguese Patent No. 102938 "Ideal low-concentration solar collector of the type CPC " and European Patent No. EP 0678714 BI " Solar energy collector of the non-evacuated parabolic concentrator type " disclose a configuration 2 designed for " gap " large but is designed in such a way that it has zero optical losses.

Fazendo referência à Fig. 1, o absorvedor 1 (V invertido definido pelos troços AC e CB) pode ser iluminado pelas suas duas faces 1' e 1' ' , como se pode ver pelo que acontece aos dois raios 4 e 4' paralelos que são captados pelo concentrador, um 4 em incidência directa na face 1' de absorvedor e o outro 4', depois de reflectido duas vezes, na face 1'' posterior de absorvedor.Referring to Fig. 1, the absorber 1 (inverted V defined by sections AC and CB) can be illuminated by its two faces 1 'and 1 ", as can be seen from what happens to the two parallel radii 4 and 4' which are picked up by the concentrator, one directly incident on the absorber face 1 'and the other 4', after being reflected twice, on the back side 1 '' of the absorber.

Este concentrador, concentra sobre o absorvedor ACB, com a forma de V invertido, a radiação incidente na abertura EF e fazendo ângulos Θ compreendidos entre os valores ±θ, ângulos que as direcções EC e FC fazem com a normal à abertura EF e que também é o eixo de simetria do conjunto.This concentrator concentrates on the ACB absorber, with the inverted V shape, the radiation incident on the aperture EF and making angles Θ comprised between the θ values, angles that the EC and FC directions make with the normal to the EF aperture and which also is the axis of symmetry of the set.

Na realidade, a óptica concentradora é concebida para um absorvedor ACB virtual com a forma de um triângulo. Contudo a face AB é virtual e toda a radiação reflectida que a cruza, termina, sem perdas, na face inferior do absorvedor em V invertido, permitindo assim que o espelho concentrador comece no segmento AB virtual do absorvedor, sem tocar nas superfícies activas e estabelecendo a desejada grande "gap" para que não haja a possibilidade de pontes térmicas entre o absorvedor e o espelho 2.In fact, concentrating optics are designed for a virtual ACB absorber in the form of a triangle. However the face AB is virtual and all reflected radiation that crosses it terminates without loss on the underside of the inverted V absorber, thus allowing the concentrator mirror to begin in the virtual AB segment of the absorber without touching the active surfaces and establishing the desired large " gap " so that there is no possibility of thermal bridges between the absorber and the mirror 2.

Do ponto de vista óptico, esta solução é inteiramente equivalente à que está apresentada na Fig. 2, em que o absorvedor 1, ainda com a forma de um V invertido, se estende até aos pontos G e H (os mesmos que estão assinalados na Fig. 1From the optical point of view, this solution is entirely equivalent to that shown in Fig. 2, wherein the absorber 1, still in the form of an inverted V, extends to the points G and H (the ones which are indicated in Fig. 1

e que resultam da intersecção do prolongamento dos segmentos AC 3 e CB com a superfície espelhada). Por construção, AG=BH=AB/2, já que o espelho que se estende de G a M e deste ponto a H, que tem a designação de involuta, é constituído por dois arcos de círculo com o mesmo raio AB/2 e respectivamente centrados em A e B.and which result from the intersection of the extension of the AC 3 and CB segments with the mirrored surface). By construction, AG = BH = AB / 2, since the mirror extending from G to M and from this point to H, which has the involute designation, consists of two circle arcs with the same radius AB / 2 and respectively centered on A and B.

Fazendo referência à Fig. 2, note-se que o absorvedor 1 é apenas activo na sua face 1' directamente exposta à radiação incidente. Neste caso vêem-se os mesmos dois raios 4 e 4' paralelos incidentes, da Fig. 1, a serem absorvidos, respectivamente, de um modo directo e após uma reflexão no espelho 2.Referring to Fig. 2, note that the absorber 1 is only active on its face 1 'directly exposed to the incident radiation. In this case the same two incident parallel rays 4 and 4 'of Fig. 1 are to be respectively absorbed directly and after reflection in the mirror 2.

Do ponto de vista de um fabricante de colectores solares, este tipo de absorvedor 1, também vulgarmente denominado como alheta, só activo numa face 1', está disponível a partir de um grande número de fabricantes/fornecedores, sendo um produto Standard da indústria de alhetas 1 absorvedoras para colectores solares planos. Por outro lado, actualmente, já quase não existem fornecedores de alhetas 1 com recobrimento nas duas faces 1' e 1'' como no caso da Fig.l.From the point of view of a solar collector manufacturer, this type of absorber 1, also commonly referred to as a flap, only active on a 1 'face, is available from a large number of manufacturers / suppliers, being a standard product of the fins 1 absorbers for flat solar collectors. On the other hand, there are now almost no suppliers of vanes 1 with overlapping faces 1 'and 1' 'as in the case of Fig.

Um grave inconveniente da configuração da Fig. 2 é que esta promove o contacto entre o espelho 2 e o novo absorvedor 1, formando pontes térmicas e dando, assim, origem a perdas térmicas.A serious drawback of the configuration of Fig. 2 is that it promotes contact between the mirror 2 and the new absorber 1, forming thermal bridges and thus giving rise to thermal losses.

Soluções óbvias, como as que se representam nas Fig. 3 (a) e 3 (b) , em que o absorvedor 1 é mais pequeno, i. e., estendendo-se apenas até G'e H' respectivamente, ou em que o espelho 2 é mais curto, i. e., estendendo-se só de E a E' e de FObvious solutions, such as those shown in Figs. 3 (a) and 3 (b), wherein the absorber 1 is smaller, i. e., extending only to G'e H 'respectively, or wherein the mirror 2 is shorter, i. e., extending only from E to E 'and F

a F ' , não são interessantes pois, embora resolvam assim o 4 problema das pontes térmicas, não resolvem o problema das perdas ópticas, já que radiação incidente se poderá escapar entre G e G', H e H', na Fig. 3(a) e entre E' e G, F' e H, na Fig. 3(b).(a), (3), (4), (4) and (4) are not interesting because, although they solve the problem of thermal bridges, they do not solve the problem of optical losses, since incident radiation can escape between G and G ', H and H', in Fig. a) and between E 'and G, F' and H, in Fig. 3 (b).

Deste modo, tem existido um forte incentivo para o aparecimento de uma nova configuração que, mantendo as suas vantagens, resolva os problemas das configurações da técnica anterior.Thus, there has been a strong incentive for the emergence of a new configuration which, while retaining its advantages, solves the problems of the prior art configurations.

Surpreendentemente, verifica-se que o colector solar da presente invenção resolve os problemas das perdas ópticas e das perdas térmicas sem, no entanto, perder as qualidades dos colectores solares de técnica anterior. A presente invenção propõe formas de realização preferidas que estão relacionadas com: 1) a necessidade de garantir e preservar a configuração de uma cavidade absorvedora (absorvedor 1 mais superfícies circundantes) a qualquer temperatura a que ela se encontre, i. e., acomodando a tendência para alteração de geometria que resulta da expansão/dilatação do absorvedor 1 com a temperatura, 2) a exploração de soluções construtivas, que resultam da nova cavidade absorvedora, de modo a contemplar formas de redução das perdas térmicas do conjunto através, por exemplo, de recurso a materiais isolantes transparentes. 5Surprisingly, it is found that the solar collector of the present invention solves the problems of optical losses and thermal losses without, however, losing the qualities of the prior art solar collectors. The present invention proposes preferred embodiments which relate to: 1) the need to secure and preserve the configuration of an absorber cavity (absorber 1 plus surrounding surfaces) at any temperature at which it is present, i. accommodating the tendency for geometry change resulting from the expansion / dilation of the absorber 1 with the temperature, 2) the exploration of constructive solutions, which result from the new absorber cavity, in order to contemplate ways of reducing the thermal losses of the assembly through, for example, the use of transparent insulation materials. 5

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Proporciona-se, de acordo com a presente invenção, um colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração compreendendo, pelo menos, um absorvedor, pelo menos, um tubo de absorvedor e espelhos concentradores, sendo o referido colector concentrador caracterizado por compreender ainda, pelo menos, um conjunto de fundo, por os referidos absorvedor, espelhos concentradores e conjunto de fundo estarem sobrepostos sem contacto entre si e por possuir valores de concentração no intervalo de cerca de 1 a 3, em que o referido conjunto de fundo compreende, pelo menos, duas paredes laterais e uma parede de fundo, fazendo cada uma das referidas paredes laterais um ângulo (γ) de, pelo menos, 90° com a referida parede de fundo e o referido absorvedor possui uma superfície seleccionada do grupo que compreende um perfil em V invertido, qualquer perfil com a forma de uma linha e/ou curva poligonal aberta e semelhantes e suas combinações.There is provided in accordance with the present invention a concentrator manifold of the low concentration CPC type comprising at least one absorber at least one absorber tube and concentrating mirrors, said concentrating manifold being characterized in that it further comprises, at least one absorber tube and concentrating mirrors. a bottom assembly, in that said absorber, concentrating mirrors and bottom assembly are superimposed without contacting each other and having concentration values in the range of about 1 to 3, wherein said bottom assembly comprises at least , two side walls and a bottom wall, each of said side walls each having an angle (γ) of at least 90 ° to said bottom wall and said absorber having a surface selected from the group comprising a profile in Inverted V, any profile in the form of a line and / or open polygonal curve and the like and combinations thereof.

Numa forma de realização preferida o colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração da invenção possui uma superfície com um perfil em forma de uma linha poligonal aberta que compreende, pelo menos, três segmentos de recta.In a preferred embodiment the low concentration CPC type concentrator manifold of the invention has a surface having a profile in the form of an open polygonal line comprising at least three line segments.

Numa outra forma de realização preferida o colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração da presente invenção possui um conjunto de fundo espelhado.In another preferred embodiment the low concentration CPC type concentrator manifold of the present invention has a mirrored bottom assembly.

Noutra forma de realização preferida o colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração da presente invenção possui um conjunto de fundo dotado com um isolamento térmico. 6In another preferred embodiment the low concentration CPC type concentrator of the present invention has a bottom assembly provided with a thermal insulation. 6

Ainda numa outra forma de realização preferida o colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração da presente invenção possui um isolamento térmico total ou parcialmente espelhado na sua face superior.In yet another preferred embodiment the low concentration CPC type manifold of the present invention has a total or partially mirrored thermal insulation on its top face.

Um colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração preferido da presente invenção apresenta uma geometria assimétrica.A preferred low concentration CPC type manifold of the present invention has an asymmetrical geometry.

Um outro colector concentrador do tipo CPC de baixa concentração preferido da presente invenção possui uma concentração de 1,5.A further preferred low concentration CPC type concentrator of the present invention has a concentration of 1.5.

Numa forma de realização preferida da presente invenção, uma grelha de absorção de colectores concentradores da invenção compreendendo, pelo menos, dois dos referidos colectores concentradores, uma caixa compreendendo, pelo menos, uma cobertura, pelo menos, um isolamento e uma parte posterior, uma entrada de fluido, uma saida de fluido, um tubo alimentador, um tubo colector e guias de dilatação é caracterizada por o referido tubo alimentador, a referida entrada de fluido e a referida saida de fluido estarem instalados no topo de um mesmo lado da referida caixa, estando o referido tubo colector e as referidas guias de dilatação instalados no topo do lado oposto da caixa e por o referido tubo alimentador estar obstruído no seu ponto médio.In a preferred embodiment of the present invention, a concentrator trap grid of the invention comprising at least two of said concentrator manifolds, a housing comprising at least one cover, at least one insulation and a back, one a fluid outlet, a feeder tube, a manifold tube and expansion guides is characterized in that said feeder tube, said fluid inlet and said fluid outlet are installed at the top of a same side of said housing , said manifold tube and said expansion guides being installed at the top of the opposite side of the carton and in that said feeder tube is obstructed at its midpoint.

Ainda numa outra forma de realização preferida da presente invenção, a referida cobertura compreende um material transparente de estrutura poligonal do tipo "favo de abelha" ou 7 semelhantes, uma película simples fina, uma película dupla ou semelhantes e suas combinações;In yet another preferred embodiment of the present invention, said cover comprises a transparent material of polygonal structure of the "honeycomb" type " or the like, a thin single film, a double film or the like and combinations thereof;

Outros aspectos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição pormenorizada que se segue e dos desenhos em anexo que ilustram, a título exemplificativo, as características da invenção.Other aspects and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description and the accompanying drawings which illustrate, by way of example, the features of the invention.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Fig. 1 mostra, num diagrama esquemático, um colector solar de tipo CPC da técnica anterior. A Fig. 2 mostra, num diagrama esquemático, um outro colector de tipo CPC de técnica anterior equivalente ao daBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows, in a schematic diagram, a prior art CPC type solar collector. Fig. 2 shows, in a schematic diagram, another prior art CPC type manifold equivalent to that of

Fig. 1 mas sem involuta. A Fig. 3(a) mostra, num diagrama esquemático, colectores de tipo CPC, também de técnica anterior, com um absorvedor 1 em V invertido em que o absorvedor 1 está truncado, não se estendendo até ao espelho 2. A Fig. 3(b) mostra, num diagrama esquemático, um outro colector de técnica anterior equivalente ao da Fig. 3 (a) mas em que o espelho 2 está truncado, não se estendendo até ao absorvedor 1.Fig. 1 but without involute. Fig. 3 (a) shows, in a schematic diagram, prior art CPC type manifolds with an inverted V-absorber 1 in which the absorber 1 is truncated, and does not extend to the mirror 2. Fig. 3 (b) shows, in a schematic diagram, another prior art manifold equivalent to that of Fig. 3 (a) but wherein the mirror 2 is truncated, and does not extend to the absorber 1.

A Fig. 4 mostra, num diagrama esquemático, uma forma de realização de uma cavidade absorvedora da presente invenção compreendendo espelhos 2, um absorvedor 1 em forma de V 8 invertido, uma secção 10 tubular e um conjunto 3 de fundo constituído por cinco paredes.4 shows, in a schematic diagram, an embodiment of an absorber cavity of the present invention comprising mirrors 2, an inverted V-shaped absorber 1, a tubular section 10 and a bottom assembly 3 comprised of five walls.

Na Fig. 5 (a) mostra-se outra forma de realização da presente invenção compreendendo um isolamento 6 térmico possuindo uma face 5 horizontal superior que pode ser espelhada ou não.5 (a) shows another embodiment of the present invention comprising a thermal insulation 6 having an upper horizontal face 5 that can be mirrored or not.

Na Fig. 5 (b), mostra-se ainda outra forma de realização da presente invenção, em que o absorvedor 1 é uma superfície com um perfil em forma de uma linha poligonal aberta com quatro segmentos de recta.Further embodiment of the present invention is shown in Fig. 5 (b), wherein the absorber 1 is a surface with a profile in the form of an open polygonal line with four straight segments.

Na Fig 6(a) mostra-se, numa vista em perspectiva, uma forma de realização da presente invenção que ilustra uma grelha de absorção constituída por vários colectores concentradores da presente invenção dispostos lado a lado e que estão contidos dentro de uma caixa 7, com uma cobertura 8 de vidro transparente e isolamento 14 térmico numa parte 9 posterior. A Fig. 6(b) mostra um pormenor esquemático da grelha absorvedora da Fig 6 (a) que, por uma questão de clareza do desenho, apenas ilustra os tubos 10 de absorvedor ligados aos tubos 11 e 11' alimentadores e colectores, respectivamente. Mostra ainda um sistema de guias 13 fixado a uma parede lateral da caixa 7. A Fig. 7 mostra uma outra forma de realização da presente invenção na qual a geometria do colector concentrador não é simétrica. 9 A Fig. 8 mostra ainda outra forma de realização da presente invenção na qual o colector concentrador está truncado e compreende um isolamento 15 transparente colocado entre os espelhos 2 e a cobertura 8.In Fig. 6 (a) there is shown in a perspective view an embodiment of the present invention which illustrates an absorption grid comprised of several side-by-side collector concentrates of the present invention and which are contained within a housing 7, with a transparent glass cover 8 and thermal insulation 14 in a rear part 9. Fig. 6 (b) shows a schematic detail of the absorber grid of Fig 6 (a) which, for the sake of clarity of the drawing, only illustrates the absorber tubes 10 connected to the feeder and manifold tubes 11 and 11, respectively. It further shows a guide system 13 secured to a side wall of the carton 7. Fig. 7 shows a further embodiment of the present invention in which the geometry of the hub collector is not symmetrical. 8 shows yet another embodiment of the present invention in which the concentrator manifold is truncated and comprises a transparent insulation placed between the mirrors 2 and the cover 8.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a uma nova configuração de um colector solar tipo CPC capaz de proporcionar o desenvolvimento de uma óptica do tipo anidólico (ideal ou não produtora de imagem) , preservando características de conceitos anteriores que proporcionavam a inexistência de perdas ópticas, e simultaneamente evitando pontes térmicas que conduziriam a perdas substanciais de rendimento. A configuração desenvolvida apresenta ainda caracteristicas que lhe permitem preservar este comportamento, mesmo a temperaturas elevadas e apesar da expansão/dilatação que delas resulta. 0 colector do tipo CPC da presente invenção é susceptível de apresentar maiores factores de concentração e de controlar melhor as perdas térmicas.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a new configuration of a CPC type solar collector capable of providing the development of an anidolic type optical (ideal or non-image producing) type, preserving features of prior concepts that provided no optical losses, and simultaneously avoiding thermal bridges that would lead to substantial losses of yield. The configuration developed also has characteristics that allow it to preserve this behavior, even at high temperatures and despite the expansion / dilation that results from them. The CPC type manifold of the present invention is capable of having higher concentration factors and better control of thermal losses.

Na Fig. 4 mostra-se uma forma de realização da presente invenção, em que o absorvedor utilizado para a definição dos espelhos EE' e FF' anidólicos é o segmento E'CF' em V invertido, possuindo um ângulo 2a de abertura, que se representa a traço interrompido para realçar a sua faceta virtual. Esta figura mostra ainda um absorvedor 1 real em V invertido, de dimensões ligeiramente superiores, com um ângulo 2β um pouco menor (i. e., β < α) , pelo menos um tubo 10 de absorvedor e espelhos 2 concentradores. Na base deste colector está um conjunto 3 de fundo, compreendendo pelo menos, duas paredes 3' laterais e uma parede 3'' de fundo, que correspondem, respectivamente, aos 10 segmentos de recta IJ, LM e JL. 0 referido conjunto 3 de fundo pode ser espelhado no seu todo ou em parte. Os segmentos IJ e LM laterais fazem um ângulo γ com o segmento JL. Normalmente, este ângulo γ deverá ser superior a 90°. Os pontos I e M estão definidos de forma a que o absorvedor 1, espelho 2 concentrador e conjunto 3 de fundo, nunca se toquem e deixem mesmo entre si distâncias confortáveis do ponto de vista das pontes térmicas. O conjunto 3 de fundo pode ser espelhado e, neste caso, constitui uma cavidade reflectora/radiativa praticamente sem perdas ópticas. O conjunto de fundo pode também ser construído num material não espelhado e isolante, tal como cartão ou semelhantes. A secção 10 tubular mostrada na Fig. 4 é um tubo 10 de absorvedor por onde circula um fluido que extrairá a energia absorvida pelo referidoabsorvedor 1 (ou alheta 1).4 shows an embodiment of the present invention, wherein the absorber used for the definition of anidolic EE 'and FF' mirrors is the inverted V-segment E'CF ', having an aperture angle 2a, which is represented by a broken line to highlight its virtual facet. This figure further shows an inverted V real absorber 1 of slightly larger dimensions with a somewhat smaller angle 2β (i.e., β < α), at least one absorber tube 10 and concentrating mirrors. At the base of this manifold there is a bottom assembly 3, comprising at least two lateral 3 'walls and a bottom wall 3', corresponding respectively to the straight line segments IJ, LM and JL. Said bottom assembly 3 may be mirrored in whole or in part. The lateral IJ and LM segments make an angle γ with the segment JL. Normally, this angle γ should be greater than 90 °. The points I and M are defined so that the absorber 1, mirror 2 concentrator and bottom assembly 3 never touch and even allow comfortable distances from the point of view of the thermal bridges. The bottom assembly 3 may be mirrored and, in this case, constitutes a reflective / radiative cavity with practically no optical loss. The bottom assembly may also be constructed of a non-mirrored and insulating material, such as carton or the like. The tubular section 10 shown in Fig. 4 is an absorber tube 10 through which a fluid flows which will extract the energy absorbed by said absorber 1 (or fin 1).

Fazendo referência à Fig. 5(a) mostra-se outra forma de realização da presente invenção. Esta figura mostra que o espaço entre o conjunto 3 de fundo e o absorvedor 1 é preenchido com um isolamento 6 térmico, do tipo lã de rocha ou semelhantes. O referido isolamento 6 térmico poderá apresentar a sua face 5 horizontal superior espelhada ou não.Referring to Fig. 5 (a), another embodiment of the present invention is shown. This figure shows that the space between the bottom assembly 3 and the absorber 1 is filled with a thermal insulation 6 of the rock wool type or the like. Said thermal insulation 6 may have its upper horizontal face 5 mirrored or not.

Na Fig. 5 (b) mostra-se ainda outra forma de realização da presente invenção, na qual o absorvedor 1 é uma superfície definida por uma linha poligonal aberta de 4 segmentos de recta, i. e., apresenta-se ligeiramente dobrado nos pontos C' e C'', estando agora os espelhos EE' e FF' configurados para preservarem as características anidólicas e ideais do colector.Further embodiment of the present invention, in which the absorber 1 is a surface defined by an open polygonal line of 4 straight segments, is shown in Fig. 5 (b). i.e., is slightly bent at points C 'and C' ', the mirrors EE' and FF 'being now configured to preserve the anidolic and ideal characteristics of the manifold.

Esta configuração de absorvedor 1, com 4 lados, confere-lhe 11 maior rigidez mecânica na direcção perpendicular à secção de colector que se representa.This 4-sided absorber configuration 1 gives it greater mechanical rigidity in the direction perpendicular to the manifold section shown.

Relativamente à concentração referida anteriormente, esta é definida como a razão entre a abertura EF e o comprimento da face activa do absorvedor 1. Está também relacionada com um semi-ângulo Θ de aceitação (ver Fig.4) pela relação C=l/sin(0) para configurações simétricas. Refira-se que o colector concentrador da invenção pode assumir configurações assimétricas.With respect to the concentration referred to above, it is defined as the ratio of the aperture EF to the length of the active face of the absorber 1. It is also related to an acceptance half-angle ((see Fig. (0) for symmetrical configurations. It should be noted that the concentrator manifold of the invention may assume asymmetric configurations.

Fazendo referência à Fig. 7, numa forma de realização preferida da presente invenção, o novo colector concentrador apresenta uma geometria assimétrica, em que o ângulo de aceitação é igual à soma de dois ângulos θι e Θ2 (em que θχ é diferente de Θ2) .Referring to Fig. 7, in a preferred embodiment of the present invention, the novel concentrator manifold has an asymmetric geometry, where the acceptance angle is equal to the sum of two angles θι and Θ2 (where θχ is different from Θ2) .

No caso da presente invenção, os valores de concentração estão no intervalo de cerca de 1 a 3, devendo ser inferior a 2 para colectores totalmente estacionários, como descrito no documento Ari Rabi. de 1985, "Active Solar Collectors and Their Applications", Nova Iorque: Oxford University Press, Inc.In the case of the present invention, the concentration values are in the range of about 1 to 3 and should be less than 2 for fully stationary collectors as described in the Ari Rabi document. 1985, " Active Solar Collectors and Their Applications ", New York: Oxford University Press, Inc.

Numa forma de realização preferida da presente invenção o colector concentrador apresenta uma concentração de 1,5.In a preferred embodiment of the present invention the concentrator manifold has a concentration of 1.5.

Na Fig 6 (a) mostra-se uma vista em perspectiva de uma outra forma de realização da presente invenção, em que vários colectores concentradores da presente invenção, possuindo absorvedores 1 de perfil em V invertido, estão colocados lado a lado de modo a formarem uma grelha de absorção. Os colectores concentradores da invenção estão contidos dentro de uma caixa 7 12 que compreende uma cobertura 8 de vidro transparente, um isolamento 14 térmico e uma parte 9 posterior.In Fig 6 (a) is shown a perspective view of another embodiment of the present invention, wherein various concentrator manifolds of the present invention, having inverted V-shaped absorbers 1, are placed side by side so as to form an absorption grid. The concentrator manifolds of the invention are contained within a housing 712 which comprises a clear glass cover 8, thermal insulation 14 and a back portion 9.

Na Fig. 6 (b) mostra-se um pormenor esquematizado da forma de realização da Fig. 6 (a) que representa a referida grelha de absorção. Por uma questão de simplificação do desenho apenas figuram tubos 10 de absorvedor, que se apresentam ligados a dois tubos 11 e 11', alimentador e colector, estando também representadas guias 13 de dilatação. Em termos de construção, o referido tubo 11 alimentador, a referida entrada R de fluido e a referida sarda S de fluido estão instalados no topo de um mesmo lado da referida caixa 7, estando o referido tubo 11' colector e as referidas guias 13 de dilatação instalados no topo do lado oposto da caixa 7. O que esta figura ressalta, de modo esquemático, é que a grelha de absorção recebe fluido do exterior pelo lado do tubo 11 alimentador que ingressa na caixa 7 no ponto R e fornece fluido aquecido ao exterior pelo lado do mesmo tubo 11 alimentador que sai da caixa 7 no ponto S. Este tubo 11 alimentador está obstruído no ponto N de forma a que o fluido seja obrigado a percorrer os tubos 10 de absorvedor que nascem antes daquele ponto, entre R e N, até ao tubo 11' colector, e obrigado a regressar pelos restantes tubos 10 de absorvedor, novamente até ao tubo 11 alimentador.6 (b) shows a schematic detail of the embodiment of Fig. 6 (a) representing said absorption grid. For the sake of simplicity of the drawing there are only tubes 10 of the absorber, which are connected to two tubes 11 and 11 ', feeder and manifold, also shown are expansion guides 13. In terms of construction, said feeder tube 11, said fluid inlet R and said fluid mounts S are installed at the top of a same side of said carton 7, said manifold tube 11 'and said manifold guides 11' which is shown schematically in that the absorption grid receives fluid from the outside through the side of the feeder tube 11 which enters the casing 7 at the R-point and supplies the heated fluid to the outside by the side of the same tube 11 feeder exiting the carton 7 at the point S. This feeder tube 11 is obstructed at the point N so that the fluid is forced through the absorber tubes 10 which are born before that point between R and N to the manifold tube 11 'and forced to return through the remaining absorber tubes 10 back to the feeder tube 11.

Esta configuração de grelha de absorção da presente invenção distingue-se das soluções convencionais que costumam recorrer a duas ou quatro, entradas ou saidas da grelha da caixa, no primeiro caso em diagonal no segundo em 4 pontos simétricos. 13 A principal razão por detrás desta configuração está intimamente ligada à solução óptica das Figuras 4 e 5. E que a temperatura a que se encontra a grelha de absorção da invenção, exposta ao sol, faz dilatar os tubos 10 de absorvedor, pelo que uma configuração convencional, com 4 pontos de saida ou dois em diagonal, levaria ao arqueamento dos mesmos, o que conduziria a uma alteração da posição térmica e opticamente correcta representada nas Figs. 4 e 5. Por esse motivo a presente invenção também propõe um sistema de guias 13 de dilatação, fixo às paredes laterais da caixa 7, esquematicamente representado por P e Q na Fig. 6 (b) e no detalhe 12. A grelha pode assim dilatar-se na sua direcção longitudinal, sem nunca se arquear e sair da sua localização óptica ideal. A solução de cavidade absorvedora da presente invenção, como por exemplo se identifica na Fig. 4, permite vários tipos de soluções construtivas que se afastam das anteriormente divulgadas na Patente portuguesa N° 102938, intitulada "Colector solar de baixa concentração, ideal, do tipo CPC", Patente Europeia N° EP 0678714 Bl, intitulada "Solar energy collector of the non-evacuated compound parabolic concentrator type" e Patente Portuguesa N° 80405, de 1987, intitulada "1.2 X CPC with tubular receiver with headers ideally illuminated" e que consistiam na injecção de poliuretano por todo o volume entre o espelho e o fundo da caixa do colector.This absorption grid configuration of the present invention is distinguished from conventional solutions which typically employ two or four, in or out of the carton grid, in the first case diagonally in the second by 4 symmetrical points. The main reason behind this configuration is closely related to the optical solution of Figures 4 and 5. And that the temperature at which the absorption grid of the invention is exposed to the sun causes the absorber tubes 10 to expand, conventional configuration with 4 exit points or two diagonal would lead to arching thereof, which would lead to a change in the thermal and optically correct position shown in Figs. 4 and 5. Therefore, the present invention also proposes a system of expansion guides 13, fixed to the side walls of the carton 7, schematically represented by P and Q in Fig. 6 (b) and in detail 12. The grid can thus dilate in its longitudinal direction without ever arching out of its ideal optical location. The absorber cavity solution of the present invention, as for example identified in Fig. 4, allows for various types of constructive solutions that depart from those previously disclosed in the Portuguese Patent No. 102938, entitled " type CPC ", European Patent No. EP 0678714 Bl, entitled " Solar energy collector of the non-evacuated parabolic concentrator type " and Portuguese Patent No. 80405, 1987, entitled " 1.2 X CPC with tubular receiver with headers ideally illuminated " and which consisted of injecting polyurethane throughout the volume between the mirror and the bottom of the manifold housing.

Assim, a presente invenção permite uma maior flexibilidade no enchimento com isolamento térmico, em particular com a possibilidade de eliminação do recurso ao poliuretano expandido, no todo ou em parte. Como o poliuretano é um material que tem claras limitações de sobrevivência a temperaturas superiores 14 a 100 °C, as soluções da técnica anterior foram sobretudo dirigidas a concentrações mais baixas.Thus, the present invention allows for greater flexibility in the thermal insulation filler, in particular with the possibility of eliminating the use of the expanded polyurethane, in whole or in part. As polyurethane is a material that has clear survival limitations at temperatures above 14 to 100øC, solutions of the prior art were primarily directed at lower concentrations.

Como se referiu, com a presente invenção poder-se-ão realizar concentrações mais elevadas e considerar reduções de perdas térmicas por controlo da convecção natural dentro do concentrador.As mentioned, with the present invention higher concentrations can be realized and thermal loss reductions can be considered by controlling the natural convection within the concentrator.

Por outro lado, a nova configuração da cavidade absorvedora é também compativel com a realização de ópticas CPC que se apresentem truncadas, i. e., em que o espelho 2 concentrador não se desenvolve até à superficie EF (Fig. 7) que constituiria a abertura de entrada da radiação solar do concentrador não truncado, como nas patentes PT 102938, EP 0678714 BI e PT 80405. A referida truncatura, em conjunto com a nova solução de cavidade absorvedora da presente invenção, permite: 1) que a concentração efectiva seja, na prática, muito pouco penalizada pela remoção de troços de espelho 2 junto à cobertura 8 (Fig. 8), com evidentes poupanças ao nivel do consumo de materiais, e 2) que a remoção dos referidos troços permita, precisamente, propor uma nova solução para a redução das perdas por convecção, através da criação de uma distância entre o topo dos espelhos 2 (pontos V e Z na Fig. 8) e a face inferior da cobertura 8 (pontos T e U) . Esta distância permite a colocação simples (í. e., sem fixantes ou outros apoios que não sejam os próprios pontos V e Z) de um isolamento 15 transparente apto a reduzir as perdas ópticas do conjunto, com uma espessura equivalente à 15 distância TV ou UZ. Deste modo a cobertura 8 pode ser concebida de modo a compreender um material 15 transparente de estrutura poligonal, do tipo favo de abelha, uma pelicula simples fina ou dupla ou semelhantes e suas combinações.On the other hand, the new configuration of the absorber cavity is also compatible with the realization of CPC optics which are truncated, i.e. in which the concentrating mirror 2 does not develop to the surface EF (Fig. 7) which would constitute the solar trunking solar input aperture of the non-truncated concentrator, as in patents PT 102938, EP 0678714 B1 and PT 80405. together with the novel absorber cavity solution of the present invention enables: 1) that the effective concentration is in practice very little penalized by the removal of mirror portions 2 close to the cover 8 (Fig. 8), with evident savings in the consumption of materials and 2) that the removal of said sections allows to propose a new solution to reduce convection losses by creating a distance between the top of the mirrors 2 (points V and Z in Fig. 8) and the lower face of the cover 8 (points T and U). This distance allows simple placement (i.e., without fixings or other supports than the points V and Z) of a transparent insulation 15 capable of reducing the optical losses of the assembly, with a thickness equivalent to the TV distance or UZ. In this way the cover 8 may be designed to comprise a transparent material of polygonal structure, honeycomb type, a single or double thin film or the like and combinations thereof.

Os especialistas na técnica entenderão que a presente invenção pode ser sujeita a inúmeras modificações e alterações sem sair do âmbito das reivindicações apensas.Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be subject to numerous modifications and modifications without departing from the scope of the appended claims.

Lisboa, 10 de Setembro de 2008 16Lisbon, 10 September 2008 16

Claims

Concentration manifold of the low concentration CPC type comprising at least one absorber (1) at least one absorber tube (10) and concentrating mirrors (2), characterized in that it further comprises at least one assembly ( 3), said absorber (1), concentrator mirrors (2) and bottom assembly (3) are superimposed without contact with each other and have concentration values in the range of about 1 to 3, wherein said assembly ( 3) comprises at least two lateral walls (3 ') and a bottom wall (3' '), each of said side walls (3') having an angle (γ) of at least 90 ° with said bottom wall (3 '') and said absorber (1) has a surface selected from the group comprising an inverted V-shaped profile, any profile in the form of an open polygonal curve and / or line and the like; combinations.

Concentration manifold of the low concentration CPC type according to claim 1, characterized in that said absorber (1) has a surface with a profile in the form of an open polygonal line comprising at least three segments of a line.

Concentration manifold of the low concentration CPC type according to claim 1, characterized in that said bottom assembly (3) is mirrored.

Concentration manifold of the low concentration CPC type according to claim 1, characterized in that the bottom assembly (3) comprises a thermal insulation (6).

Concentration manifold of the low concentration CPC type according to claims 1 and 4, characterized in that said thermal insulation (6) is totally or partially mirrored on its upper face (5).

A low concentration CPC type concentrator collector according to any one of the preceding claims, characterized in that it has an asymmetrical geometry.

Concentration manifold of the low concentration CPC type according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a concentration of 1.5.

Concentration manifold absorption grid as defined in the preceding claims, comprising at least two of said concentrator manifolds, a housing (7) comprising at least one cover (8), at least one insulation (14), and a rear part (9), a fluid inlet (R), a fluid mackerel (S), a feeder tube (11), a manifold tube (11 ') and expansion guides (13), characterized in that said fluid- (11), said fluid inlet (R) and said fluid outlet (S) are installed at the top of a same side of said housing (7), said manifold tube (11 ') and said manifold (13) located on the top of the opposite side of the carton (7) and said feeder tube (11) is obstructed at its middle point (N).

Concentration manifold absorption grid according to claim 8, characterized in that said cover (8) comprises a transparent honeycomb-like polygonal structure material (15) " or the like, a thin single film, a double film or the like and combinations thereof. Lisbon, July 17, 2008 3