WO2008013439A1 - Colector solar plano de recámaras al vacío - Google Patents

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WO2008013439A1
WO2008013439A1 PCT/MX2007/000088 MX2007000088W WO2008013439A1 WO 2008013439 A1 WO2008013439 A1 WO 2008013439A1 MX 2007000088 W MX2007000088 W MX 2007000088W WO 2008013439 A1 WO2008013439 A1 WO 2008013439A1
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tubes
vacuum chambers
solar
collector
collector device
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PCT/MX2007/000088
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Inventor
Alejandro Garza Cordoba
Noel Leon Rovira
Original Assignee
Alejandro Garza Cordoba
Noel Leon Rovira
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/40—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F24S10/45—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors the enclosure being cylindrical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • F24S10/753—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations the conduits being parallel to each other
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • This invention relates to a device that contemplates the improvement in the collection and conservation of solar energy, in solar thermal collectors.
  • the device is formed using conventional components, which allows us to guarantee better efficiency and reduce its manufacturing cost.
  • This invention is directly related to flat solar collectors, which are used to absorb energy from the sun and transfer it to a fluid. More linked is even with the flat solar collectors that provide a vacuum between the collector plate and the glass lid for better performance.
  • flat solar collectors are the most reliable in their type due to the simplicity of their structure and the low temperatures at which they operate. These low temperatures they handle are not capable of damaging the commercial materials used in their manufacture.
  • collectors have been needed that can transfer a greater amount of energy to the fluid, and several technologies that promise to achieve it have been developed.
  • the reason why flat solar collectors do not reach high temperatures is mainly due to the effect of convection. In these collectors, the main loss of energy is due to the convection that occurs because the collector plate is at a different temperature than the glass plate (covers the collector).
  • Said device is composed of high transmittance tubes in the solar spectrum covered at its ends by vacuum chambers.
  • TATES thermal conductive material
  • These conductive tubes are positioned on supports of low thermal conduction, preferably ceramic so that they lose the least amount of energy possible by conduction.
  • vacuum pump Through a coupling for a vacuum pump, vacuum is created inside the high tubes transmittance in the solar spectrum and in the heads, which allows to reach temperatures higher than 200 ° C.
  • the present invention differs from devices designed in the past due to several factors, the most relevant will be mentioned below.
  • the first difference is that vacuum flat solar collectors in the past (US4038965-Lyon, US4281642- Steinberg, US4289113-Whittemore, US5653222-Newman) were designed in such a way that they all have a base, and a glass plate that covers everything the collector These have a serious technical problem, since the efforts created by the difference in pressure inside the manifold and the atmospheric pressure deform and cause the structure to fail, which causes the loss of the vacuum inside the manifold.
  • Lyon and Whittemore use linear supports that are placed along the collector so that they prevent deformation of the box containing the collector. Steinberg designed a complex support that is placed inside the box.
  • This support is a series of semicircles, which on one side provide support to the glass lid, while on the other side provide support to the box.
  • a glass lid is used for the upper part of the collector but the lower part of the collector is composed of semicircles, the crests of the semicircles support the upper part .
  • the problem of pressure difference is solved using high transmittance tubes in the solar spectrum, which provide a uniformly distributed stress distribution between said tubes.
  • Another important problem that the aforementioned collectors have is that the thermal expansion of the glass and the base is different, which causes vacuum losses. The expansion of a piece depends on both the coefficient of thermal expansion and the size of the piece.
  • FIG. 1 is a general view of the flat solar collector of vacuum chambers (CSRV).
  • Figure 2 is the top view of the CSRV
  • Figure 3 is the view of section A-A of Figure 2.
  • Figure 4a is the front view of the front of one of the heads.
  • Figure 4b is the top view of the front of one of the heads.
  • Figure 4c is the side view of the front of one of the heads.
  • Figure 4d is the isometric view of the front of one of the heads.
  • Figure 5a is the front view of the back of one of the heads.
  • Figure 5b is the top view of the back of one of the heads.
  • Figure 5c is the side view of the back of one of the heads.
  • Figure 5d is the isometric view of the back of one of the heads.
  • the present invention represented in Figures 1 and 3 is a flat solar collector of vacuum chambers composed of an arrangement of High Transmittance Tubes in the Solar Spectrum hereinafter TATES (2), aligned in parallel and capped at their ends by a pair of heads (l).
  • TATES High Transmittance Tubes in the Solar Spectrum
  • TATES High Transmittance Tubes in the Solar Spectrum
  • heads l
  • TUCS Conductive Tubes
  • These TUCS are positioned on low thermal conduction supports, preferably ceramic to avoid conduction losses and these supports in turn rest on the TATES.
  • the inlet (3) and outlet (4) of the TUCS that transport the working fluid.
  • a vacuum generation pump (4) and a pressure level meter (5) are connected to the heads (1) which allows the vacuum to be generated within the TATES and the bedrooms.
  • This vacuum level in turn allows the TUCS to reach temperatures greater than 200 0 C.
  • the collector It is formed as a sealed system, which is composed of a variety of conventional elements, but when joined together, an unconventional thermal performance is achieved.
  • the collector is composed on the outside by a set of TATES (2) preferably borosilicate glass arranged in parallel and covering each of its ends, a head (1); In one of the heads (1) there is a coupling for a vacuum pump (6), and a vacuum indicator (5).
  • the heads (1) are mainly composed of two pieces, the front part (99)
  • These devices are: the inlet tube (3) of the working fluid, the outlet tube (4) of the working fluid, a coupling (6) for connecting a vacuum pump and the vacuum indicator (5).
  • the two heads are joined by mechanical means and between them is a vacuum-resistant gasket to prevent leakage.
  • the coupling (6) is used to connect a vacuum pump to the manifold, which allows the initial vacuum to be created and the vacuum to be recovered in case this has been lost for some reason.
  • the vacuum indicator (5) allows us to know easily if the Collector has sufficient vacuum level for good performance. It is worth mentioning that it is recommended that at least the upper part of said heads (1) be of a material with high transmittance in the solar spectrum, this in order to take advantage of solar energy at the TUCS junctions (8).
  • the next prominent element of the collector is the high transmittance tubes in the solar spectrum (TATES) (2), which should preferably be borosilicate glass.
  • TATES high transmittance tubes in the solar spectrum
  • these tubes have high optical, thermal and mechanical properties that are beneficial for the operation of the collector.
  • a common borosilicate glass tube will transmit more than 92% of the energy received by the Sun and would reflect a negligible percentage (a common glass cannot reach these properties without being subjected to several extra treatments after its manufacture), while its coefficient of thermal expansion is so low that it allows a wide selection of materials for the manufacture of the head (1).
  • These TATES (2) should preferably be of an outer diameter greater than 50mm in order to accommodate inside the TUCS with their respective collector plate, as well as the support means. Tubes are used for this device because, as the inside of the collector is in a vacuum, a circular transverse surface is the ideal element to have a uniform stress distribution and therefore there is no need to add extra supports.
  • the amount of TATES (2) will be determined by the flow and temperature of the working fluid that one wishes to obtain, but there are times when it will be necessary to join several collectors in series or in parallel to achieve those objectives. Taking this into account and assuming that an arrangement of the coil-type conductive tubes is used, it should be considered that for an odd number of high pipes transmittance in the solar spectrum (2)
  • the input (3) and the output (4) of the working fluid are one in each head (1), while the number of high transmittance tubes in the solar spectrum (2) is torque, the inlet (3) and the outlet (4) of the working fluid are in the same head (1).
  • the inlet (3) of the working fluid in one head and the outlet (4) in the other, and in the remaining holes of the other head (1) would be placed the coupling (6) for the vacuum pump and the vacuum indicator (5).
  • figure 3 which is a cross-section at point AA of figure 2, the different elements that make up the interior of the collector can be seen.
  • the collector plate (9) which is welded or glued to the TUCS (8) of the working fluid, the TUCS on supports with low thermal conduction, preferably ceramic (7).
  • the joints between the conductive tubes (10) which depend on the arrangement that you want to use.
  • the collector plates (9) are made of a thermally conductive material (preferably copper). These collector plates (9) must be of a thickness not greater than 0.2mm and their length must be shorter than each TATES (2) considering the length of the TATES after being inserted into the slot. Its width must also be at least 95% of the internal diameter of the TATES, and the maximum of these plates will be determined solely by the thermal expansion of the material from which the collector plates are made (9), since at no time should they touch with the TATES (2), because this would cause heat losses by contact. Another important feature of the collector plates (9) is that they are coated on a selective surface in the solar spectrum on both sides. Together with these collector plates (9) are the TUCS (8) that transport the working fluid.
  • the union between these components is carried out using some additive that allows the maximum possible heat transmission, such as silver welding.
  • the TUCS (8) are also coated with a selective surface, preferably black chrome. This selective surface must have a high monochromatic absorbency in the solar spectrum and a low monochromatic emittance in the solar spectrum to be a candidate for use in the collector. All angles of the thermal conductive material are covered because, in special cases, concentrators could be placed on the sides of the collector and pointing their light beam at the bottom of the collector, which is the lower part of the high transmittance tube in the solar spectrum (2) would let the same energy pass through the upper part.
  • the assembly of TUCS (8) and collector plate (9) rest on supports (7).
  • These supports are made of a thermal insulating material (eg ceramic) in order that the greatest possible amount of energy is transferred to the working fluid.
  • These supports (7) may be replaced by designs that have a smaller contact surface with the TUCS (8) or the TATES (2). Inside the heads (1) is where the union of the TUCS takes place. This union can be configured to provide different arrangements.
  • each TUCS (8) is considered to have a beginning and an end.
  • the first of the possible arrangements is the simple serial arrangement, in this arrangement the end of each TUCS (8) is connected to the beginning of the next, and each TUCS (8) is located within a TATES (2).
  • the following arrangement is the complex serial arrangement, in which the connection is the same as in the previous arrangement but within each TATES (2) two or more TUCS (8) are attached to the same collector plate (9). If it is decided to use this arrangement and the number of TUCS (8) for each TATES (2) is even, there is the possibility of replacing one of the heads (1) with a vacuum seal for the TATES (2).
  • Another possibility is the parallel arrangement, which consists of connect all TUCS (8) at its beginning to an input manifold and at its output to an output manifold, so that the flow within the TUCS (8) is in the same direction.
  • This arrangement can also be performed in a complex way if more than one TUCS (8) is used for each TATES (2). It should be mentioned that in any arrangement that is decided to be used, the joint between the conductive tubes (8) must be covered on a selective surface.

Abstract

La invención es un colector solar plano de recámaras individuales al vacío. El cual esta formado por 2 cabezales, entre estos cabezales se encuentra una serie de tubos de alta transmitancia en el espectro solar, en paralelo. Estos cabezales actúan como cuartos de vacío, los cuales cubren la parte de unión de los tubos de material conductor. Sobré estos cabezales hay orificios para introducir una válvula check y un indicador de presión. Dentro de los tubos de vidrio se encuentran tubos colectores que están a su vez unidos a placas colectoras, todo esto está al vacío, lo que minimiza las pérdidas por convección. Utilizando una configuración en serie el colector es capaz de elevar la temperatura del fluido de trabajo arriba de los 2000C. Todo esto haciéndose de una manera fácil y económica.

Description

Colector solar plano de recámaras al vacío
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un dispositivo que contempla la mejora en la captación y conservación de la energía solar, en los colectores solares térmicos. El dispositivo es formado utilizando componentes convencionales, lo que nos permite garantizar una mejor eficiencia y reducir su costo de fabricación.
ANTECEDENTES
Esta invención esta directamente relacionada con los colectores solares planos, los cuales son utilizados para absorber la energía del sol y transferirla a un fluido. Más ligada está aun con los colectores solares planos que proveen vacío entre la placa colectora y la tapa de cristal para obtener un mejor desempeño.
Desde hace años se sabe que los colectores solares planos son los más confiables en su tipo debido a la simpleza de su estructura y a las bajas temperaturas a las que operan. Estas bajas temperaturas que manejan no son capaces de dañar los materiales comerciales que se utilizan en su fabricación. De todos modos con el paso del tiempo se ha ido necesitando colectores que puedan transferir al fluido una mayor cantidad de energía, y se han desarrollado varias tecnologías que prometen lograrlo. La razón por la cual los colectores solares planos no alcanzan altas temperaturas se debe principalmente al efecto de la convección. En estos colectores, la principal pérdida de energía se da por la convección que se produce debido a que la placa colectora se encuentra a una temperatura diferente a la de la placa de vidrio (tapa el colector). Con el paso de los años se han ido probando diferentes métodos para evitar este efecto, tales como panales en la placa (superficies con forma de hexágono), colocar doble placa de vidrio, y crear vacío entre la placa colectora y la placa de vidrio. Este último método es el que más se ha utilizado, pero necesita una estructura mas robusta que el colector plano cotidiano para soportar los esfuerzos ocasionados por el vacío. Para proveer el soporte estructural necesario se ha ido modificando la estructura del colector, pero todavía no hay un dispositivo que permita alcanzar la temperatura deseada sin requerir materiales especializados, costosos y un proceso de manufactura complicado.
Con el fin de obtener una temperatura de salida del colector mayor a los 200° C usando piezas comerciales y procesos de manufactura sencillos, se ha desarrollado el presente dispositivo. Dicho dispositivo se compone de tubos de alta transmitancia en el espectro solar tapados en sus extremos por recámaras de vacío. Dentro de estos TATES se encuentran tubos conductores de algún material conductor térmico (TUCS) con placas colectoras de algún material conductor térmico cubiertos de una superficie selectiva para absorber la mayor cantidad de energía solar posible. Estos tubos conductores están posicionados sobre soportes de baja conducción térmica, preferentemente cerámicos para que pierdan la menor cantidad de energía posible por conducción. Mediante un acoplamiento para una bomba de vacío, se crea vacío dentro de los tubos de alta transmitancia en el espectro solar y en los cabezales, lo cual permite alcanzar temperaturas mayores a los 200°C.
La presente invención se diferencia de los dispositivos diseñados en el pasado debido a varios factores, a continuación se mencionarán los más relevantes. La primera diferencia es que los colectores solares planos al vacío en el pasado (US4038965-Lyon, US4281642- Steinberg, US4289113-Whittemore, US5653222-Newman) fueron diseñados de tal manera que todos tienen una base, y una placa de vidrio que tapa todo el colector. Estos tienen un grave problema técnico, ya que los esfuerzos creados por la diferencia de presión dentro del colector y la presión atmosférica deforman y hacen fallar la estructura, lo que causa la pérdida del vacío dentro del colector. Lyon y Whittemore utilizan soportes lineales que se colocan a lo largo del colector para que así estos eviten la deformación de la caja que contiene el colector. Steinberg diseño un soporte complejo que se sitúa dentro de la caja. Este soporte es una serie de semicírculos, que de un lado proveen soporte a la tapa de cristal, mientras que por el otro lado proveen soporte a la caja. Finalmente fue Newman quién propuso una solución un poco menos compleja, en la cual se usa una tapa de vidrio para la parte superior del colector pero la parte inferior del colector está compuesta de semicírculos, las crestas de los semicírculos sirven de apoyo a la parte superior. En la presente invención se soluciona el problema de la diferencia de presiones usando tubos de alta transmitancia en el espectro solar, los cuales proveen una distribución de esfuerzos repartida uniformemente entre dichos tubos. Otro problema importante que tienen los colectores anteriormente mencionados es que la expansión térmica del vidrio y de la base es diferente, lo que provoca pérdidas de vacío. La expansión de una pieza depende tanto del coeficiente de dilatación térmica como del tamaño de la pieza. Este no es un problema en la presente invención, debido a que lo única expansión que produce diferencias notables es la que ocurre a lo largo en los tubos de alta transmitancia en el espectro solar y de los tubos conductores, pero gracias a la forma en como esta ensamblado el colector esta expansión no provoca perdidas de vacío ya que se dispone de espacio suficiente para la expansión diferencial de los tubos conductores. Newman propone en su diseño que para la tapa superior se use vidrio templado y después de eso se le de una serie de tratamientos para mejorar las propiedades ópticas del vidrio, mientras que en la presente invención por se usan tubos comerciales que presentan mejores propiedades ópticas y térmicas sin la necesidad de someterlos a algún tratamiento extra.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 es una vista general del colector solar plano de recamaras al vacío (CSRV) .
La figura 2 es la vista superior del CSRV
La figura 3 es la vista del corte A-A de la figura 2. La figura 4a es la vista frontal de la parte frontal de uno de los cabezales.
La figura 4b es la vista superior de la parte frontal de uno de los cabezales.
La figura 4c es la vista lateral de la parte frontal de uno de los cabezales.
La figura 4d es la vista isométrica de la parte frontal de uno de los cabezales.
La figura 5a es la vista frontal de la parte trasera de uno de los cabezales. La figura 5b es la vista superior de la parte trasera de uno de los cabezales.
La figura 5c es la vista lateral de la parte trasera de uno de los cabezales.
La figura 5d es la vista isométrica de la parte trasera de uno de los cabezales. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención representada en las figuras 1 y 3 es un colector solar plano de recámaras al vacío compuesto por un arreglo de Tubos de Alta Transmitancia en el Espectro Solar en adelante TATES (2), alineados en paralelo y tapados en sus extremos por un par de cabezales(l). Dentro de estos TATES se encuentran los Tubos Conductores (TUCS) que transportan el fluido de trabajo y son compuestos por algún material conductor térmico y a su vez van unidos a placas colectoras (8) cubiertos de una superficie selectiva en el espectro solar para absorber la mayor cantidad de energía solar posible. Estos TUCS están posicionados sobre soportes de baja conducción térmica, preferentemente cerámicos para evitar las perdidas por conducción y estos soportes a su vez descansan sobre los TATES. En uno de los cabezales (1) se encuentra la entrada (3) y salida (4) de los TUCS que transportan el fluido de trabajo.
Para la generación y control del vacío, se conecta a los cabezales (1) una bomba de generación de vacío (4), y un medidor de nivel de presión (5) lo cual permite generar el vació dentro de los TATES y las recamaras. Este nivel de vacío a su vez permite que los TUCS alcancen temperaturas mayores a los 2000C. En las figuras 1, 2, 4a, 4b, 4c y 4d) y 5a, 5b, 5c y 5d) se puede apreciar que el colector está formado como un sistema sellado, el cual está compuesto por una variedad de elementos convencionales pero que al unirlos se logra un desempeño térmico no convencional. El colector se compone en su exterior por un conjunto de TATES (2) preferentemente de vidrio de borosilicato acomodados en paralelo y tapando cada uno de sus extremos, un cabezal (1); en uno de los cabezales (1) hay un acoplamiento para una bomba de vacío (6), y un indicador de vacío (5). Los cabezales (1) están compuestos principalmente por dos piezas, la parte frontal (99)
(que es la que esta unida a los TATES) y la parte trasera (98). Estas se pueden apreciar con más detalle en las figuras 4a,4 b, 4c y 4d) y 5a, 5b, 5c y 5d) respectivamente. En la figura 4a se puede apreciar que en la parte frontal del cabezal (99) hay una cantidad de agujeros igual a la cantidad de TATES (2) que forman el colector. Circundando a estos agujeros se encuentran unos círculos de mayor diámetro, estos círculos son ranuras del mismo diámetro que los TATES (2) y tienen una profundidad aproximadamente igual al ancho de pared del TATES (2) (siempre y cuando esta no debilite excesivamente la pared del cabezal). Al momento del ensamble de los TATES (2) con la parte frontal del cabezal (99) estas ranuras son rellenadas con un material que evite las fugas de vacío, donde dicho material puede ser grasa, silicón o pegamento estructural, preferentemente este último. El ensamble debe realizarse antes de que seque el pegamento para garantizar una unión sin fugas de vacío entro los TATES (2) y la parte frontal del cabezal (99). La parte trasera del cabezal (98) se puede observar a detalle en la figura 5a, 5b, 5c y 5d). Como se aprecia aquí, es el complemento de la parte frontal, para formar el cabezal (99) y sirve como tapa. Esta parte trasera del cabezal se distingue porque preferentemente tiene dos agujeros, y estos son usados para conectar un dispositivo en cada uno de ellos,. Estos dispositivos son: el tubo de entrada (3) del fluido de trabajo, el tubo de salida (4) del fluido de trabajo, un acoplamiento (6) para conectar una bomba de vacío y el indicador de vacío (5). Los dos cabezales van unidos por medios mecánicos y entre ellos va un empaque resistente al vacío para evitar las fugas. El acoplamiento (6) sirve para conectar una bomba de vacío al colector, la cual permite crear el vacío inicial y recuperar el vacío en caso de que por algún motivo este se haya perdido. Mientras que el indicador de vacío (5) nos permite saber de manera fácil si el colector tiene el nivel de vacío suficiente para un buen desempeño. Cabe mencionar que es recomendable que al menos la parte superior de dichos cabezales (1) sean de un material de alta transmitancia en el espectro solar, esto con el fin de aprovechar la energía solar en las uniones de los TUCS (8). El siguiente elemento destacado del colector son los tubos de alta transmitancia en el espectro solar (TATES) (2), los cuales preferentemente deben ser de vidrio de borosilicato. Esto debido a que estos tubos presentan altas propiedades ópticas, térmicas y mecánicas benéficas para el funcionamiento del colector. Por ejemplo un tubo de vidrio de borosilicato común transmitirá más del 92% de la energía recibida por el Sol y reflejaría un porcentaje despreciable (un vidrio común no puede alcanzar estas propiedades sin ser sometido a varios tratamientos extras después de su manufactura), mientras que su coeficiente de dilatación térmica es tan bajo que permite una amplia selección de materiales para la fabricación del cabezal (1). Estos TATES (2) deben, preferentemente, ser de un diámetro exterior mayor a los 50mm para poder acomodar en su interior los TUCS con su respectiva placa colectora, así como los medios de soporte. Para este dispositivo se usan tubos debido a que como el interior del colector se encuentra al vacío un superficie transversal circular es el elemento ideal para tener una distribución de esfuerzos uniforme y por lo tanto no existe la necesidad de agregar soportes extras.
En la figura 2 se pueden observar las mismas características descritas con anterioridad, solo que aquí se puede hacer una observación interesante. La cantidad de TATES (2) estará determinada por el flujo y temperatura de fluido de trabajo que se desea obtener, pero hay ocasiones en las que se necesitara unir varios colectores en serie o en paralelo para lograr esos objetivos. Tomando esto en cuenta y suponiendo que se usa un arreglo de los tubos conductores tipo serpentín, hay que considerar que para un número impar de tubos de alta transmitancia en el espectro solar (2) La entrada (3) y la salida (4) del fluido de trabajo están uno en cada cabezal (1), mientras que si el número de tubos de alta transmitancia en el espectro solar (2) es par, la entrada (3) y la salida (4) del fluido de trabajo se encuentran en el mismo cabezal (1). Si se usará otra variante en la cuál los tubos conductores (8) están unidos por un múltiple de entrada y uno de salida, la entrada (3) del fluido de trabajo en un cabezal y la salida (4) en el otro, y en los agujeros sobrantes del otro cabezal (1) se colocarían el acoplamiento (6) para la bomba de vacío y el indicador de vacío (5). En la figura 3 que es un corte transversal en el punto A-A de la figura 2 se pueden observar los diferentes elementos que componen el interior del colector. Empezando por la parte superior, primero se encuentra la placa colectora (9), la cual va soldada o pegada al TUCS (8) del fluido de trabajo, Los TUCS sobre soportes de baja conducción térmica, preferentemente cerámicos (7). Dentro de los cabezales (1) se encuentran las uniones entre los tubos conductores (10), que dependen del arreglo que se desee utilizar. Las placas colectoras (9) están hechas de un material conductor térmico (preferentemente de cobre). Estas placas colectoras (9) deben ser de un espesor no mayor a 0.2mm y su longitud debe ser más corta que cada TATES (2) considerando la longitud del TATES después de ser insertado en la ranura. También su ancho debe ser mínimo un 95% del diámetro interno del TATES , y el máximo de estas placas estará determinado únicamente por la expansión térmica del material del que estén hechas las placas colectoras (9), ya que en ningún momento estas deben tocar con los TATES (2), porque esto ocasionaría pérdidas de calor por contacto. Otra característica importante de las placas colectoras (9) es que éstas están recubiertas en una superficie selectiva en el espectro solar en ambas caras. Unidas a estas placas colectoras (9) se encuentran los TUCS (8) que transportan el fluido de trabajo. La unión entre estos componentes es realizada usando algún aditivo que permita la máxima transmisión de calor posible, tal como la soldadura de plata. Los TUCS (8) también van recubiertos de una superficie selectiva, preferentemente cromo negro. Esta superficie selectiva debe tener una alta absortancia monocromática en el espectro solar y una baja emitancia monocromática en el espectro solar para que sea candidata a ser usada en el colector. Se cubren todos los ángulos del material conductor térmico debido a que en casos especiales se podrían colocar concentradores a los lados del colector y que apuntaran su haz de luz a la parte inferior del colector, que como es la parte inferior del tubo de alta transmitancia en el espectro solar (2) dejaría pasar la misma energía que deja pasar por la parte superior. El ensamble de TUCS (8) y placa colectora (9) reposan sobre soportes (7) estos soportes son de un material aislante térmico (Ej. cerámica) con el fin de que la mayor cantidad de energía posible sea transferida al fluido de trabajo. Estos soportes (7) podrán se sustituidos por diseños que presenten una menor superficie de contacto con los TUCS (8) o los TATES (2). Dentro de los cabezales (1) es en donde se realiza la unión de los TUCS. Esta unión puede ser configurada para que provea diferentes arreglos.
Para estos arreglos se considera que cada TUCS (8) tiene un inicio y un final. El primero de los arreglos posibles es el arreglo en serie simple, en este arreglo se conecta el final de cada TUCS(8) con el inicio del siguiente, y cada TUCS (8) va situado dentro de un TATES (2). El siguiente arreglo es el arreglo en serie complejo, en el cual la conexión es igual que en el arreglo anterior pero dentro de cada TATES (2) van dos o más TUCS(8) unidos a una misma placa colectora (9). Si se decide usar este arreglo y el número de TUCS (8) por cada TATES (2) es par, existe la posibilidad de reemplazar uno de los cabezales (1) por un sello de vacío para los TATES (2). Otra posibilidad, es el arreglo en paralelo, el cual consiste en conectar todos los TUCS (8) en su inicio a un múltiple de entrada y en su salida a un múltiple de salida, de manera que el flujo dentro de los TUCS (8) sea en el mismo sentido. Este arreglo también se puede realizar de manera compleja si se usa más de un TUCS (8) por cada TATES (2). Cabe mencionar, que en cualquier arreglo que se decida utilizar, la unión entre los tubos conductores (8) debe ir recubierta en una superficie selectiva.
Cumpliendo con todo lo descrito anteriormente es posible hacer funcionar el colector plano de recámaras al vacío, el cual puede entregar temperaturas mayores a los 200°C debido a que el vacío evita que se presente la convección, por lo que solo tenemos pérdidas por contacto. Además, podemos aprovechar el 100% de la tubería para la absorción de energía solar ya que todo está encapsulado en contenedores con un alta transmitancia en el espectro solar.

Claims

REIVINDICACIONES
Habiendo descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:
1. Un dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío caracterizado por 2 o más tubos de alta transmitancia en el espectro solar colocados en paralelo que en su interior tienen tubos conductores sobre soportes de baja conducción térmica y conectados a placas colectoras para transportar fluidos, donde los tubos de alta transmitancia en el espectro solar están tapados por un cabezal en cada extremo, y en uno de estos cabezales se localiza la entrada y salida del tubo conductor, el acoplamiento para una bomba de vacio y el indicador de vacio.
2. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los cabezales son preferentemente rectangulares y de un material termofijo, compuestos por dos piezas, la frontal y la trasera,; la parte frontal,tiene 2 o más de los agujeros, estos agujeros están circundados por ranuras para la conexión de tubos de alta transmitancia en el espectro solar. La parte trasera, es una tapa de la parte frontal, y su único propósito es sellar todo como una recámara de vacío; y estos se pueden acoplar por sus partes laterales a otro cabezal con las mismas características. 3. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los tubos de alta transmitancia en el espectro solar contiene opcionalmente una placa colectora unida a l o más tubos conductores que reposan sobre soportes de baja o nula transmisión térmica, y dichos soportes descansan a su vez sobre los tubos de alta transmitancia en el espectro solar.
4. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío como el mencionado en la reivindicación 1 caracterizado porque los tubos de alta transmitancia en el espectro solar forman la estructura geométrica que le da cuerpo al dispositivo colector solar.
5. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de a acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los tubos conductores están unidos a una placa colectora que se encuentra en paralelo a la parte superior del cabezal. Donde los medios de unión entre el tubo conductor y la placa colectora pueden ser a base de soldado, prensado, pegado o cualquier medio de unión que transmita eficientemente la energía entre ellos.
6. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los tubos conductores y las placas colectoras están recubiertos de una superficie selectiva de alta absortancia monocromática en el espectro solar o están pintados de pintura negra antirreflectiva resistente a altas temperaturas, lo que permite el aprovechamiento de energía solar.
7. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los tubos conductores van unidos entre sí a través de codos y los codos están recubiertos de una superficie selectiva de alta absortancia monocromática en el espectro solar o están pintados de pintura negra antirreflectiva resistente a altas temperaturas, lo que permite el aprovechamiento de energía solar.
8. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque en cada tubo de alta transmitancia en el espectro solar se encuentra un tubo conductor.
9. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque en cada tubo de alta transmitancia en el espectro solar se encuentra una sola placa colectora y dos tubos conductores o un tubo conductor que va y viene. Esto causa que se elimine uno de los cabezales y se remplace por una tapa sólida.
10. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 y 2 caracterizado porque en cada tubo de alta transmitancia en el espectro solar se encuentra una sola placa colectora y 1 o más tubos conductores.
11. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los tubos de alta transmitancia en el espectro solar preferentemente son de vidrio de borosilicato pero puede ser cualquier otro material que transmita eficazmente la energía solar.
12. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque en la recámara de vacío se dispone de suficiente espacio para la dilatación térmica de los tubos conductores.
13. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque dentro de la recámara de vacío la unión entre los tubos conductores es realizada mediante un múltiple de entrada y un múltiple de salida.
14. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque dentro de la recámara de vacío la unión entre los tubos conductores es realizada mediante codos de -90° o 180°.
15. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los cabezales están formados de una sola pieza en forma de tubo, medio tubo o cualquier otra geometría capaz de cumplir con la misma función.
16. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los cabezales están ensamblados de 1 o más piezas.
17. EL dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque en lugar de los tubos de alta transmitancia en el espectro solar se utilizan recámaras con otra geometría pero que tengan la misma funcionalidad. =18. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque la placa colectora se encuentra unida con un ángulo determinado por la latitud de la ubicación del colector y la inclinación de la superficie de instalación, de tal manera que se podría instalar el colector en una superficie plana pero el efecto de las placas colectoras sería como si el colector estuviera inclinado con el ángulo más conveniente para la máxima recepción solar.
19. El dispositivo colector solar plano de recámaras al vacío de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque los cabezales pueden estar o no manufacturados de un material de una alta transmitancia en el espectro solar.
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