ES2550397B1 - Colector solar mixto con acumulación - Google Patents
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Abstract
Colector solar mixto que comprende una carcasa, una placa absorbedora de calor, unos primeros tubos a través de los que se hace circular un líquido caloportador, una cámara de calentamiento de un gas, una lámina acanalada alojada en la cámara de calentamiento, que va adosada a la placa absorbedora de calor y aloja en cada canal a uno de los primeros tubos y unos segundos tubos que comprenden una composición que comprende al menos un ácido graso seleccionado del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirístico.
Description
COLECTOR SOLAR MIXTO CON ACUMULACiÓN
CAMPO DE LA INVENCiÓN
La presente invención se refiere a un colector solar mixto, mediante el que se lleva a cabo el calentamiento de dos fluidos caloportadores independientes: un líquido y un gas, por ejemplo agua y aire, para su uso como medios calefactores, agua sanitaria, etc. En particular, el colector de la invención comprende una lámina acanalada y unos tubos que comprenden una composición que incluye ácidos grasos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
Los colectores solares se utilizan para el calentamiento de agua o aire para su uso como agua sanitaria o como medio calefactor.
Los colectores solares comprenden una caja hermética cerrada. En la cara o base superior de esta caja se coloca una superficie acristalada que deja atravesar la radiación solar e impide que se pierda la ganancia térmica obtenida. En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorbedora, que es donde se realiza la captación de la radiación solar. Fabricada con materiales que conducen bien el calor (aluminio, planchas metálicas, cobre, ... ), el funcionamiento de esta placa es parecido al de un radiador. El colector solar tiene una serie de tubos que cuentan con una
toma por donde entre el Huido a calentar y otra toma de salida.
El uso de colectores solares térmicos, utilizados como medio de calentamiento, es cada día más amplio, debido a su coste relativamente reducido. Sin embargo, los colectores solares térmicos tradicionales están limitados al calentamiento de un único fluido, generalmente agua.
El documento ES2377793, del mismo solicitante, describe un calefactor solar híbrido fotovoltaico-térmico, que comprende un módulo fotovoltaico de obtención de energía eléctrica, y un colector solar térmico. Este colector solar mixto comprende una carcasa, en la que la base de naturaleza transparente está constituida por el módulo fotovoltaico, bajo el cual va dispuesta la placa absorbed ora de calor, sobre cuya superficie inferior van adosados los tubos a través de los que circulará un líquido, generalmente agua, para su calentamiento. Entre la placa absorbedora de calor y el fondo de la carcasa se delimita una cámara, a través de la cual se hace circular un gas, generalmente aire, también para su calentamiento.
De este modo, el colector proporciona energía eléctrica y dos fluidos diferentes, generalmente agua y aire, que se calientan a su paso por el colector, para su uso en instalaciones de calefacción y/o agua sanitaria.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
El problema que plantea la técnica consiste en proporcionar un colector solar mixto alternativo que calienta dos fluidos diferentes, con mayor aprovechamiento de la radiación solar.
La presente invención soluciona el problema que plantea la técnica mediante el colector solar mixto definido en las reivindicaciones de la presente solicitud.
la presente invención proporciona un colector solar mixto que comprende una carcasa con la base superior de naturaleza transparente, una placa absorbedora de calor, dispuesta bajo la base transparente de la carcasa, unos primeros tubos dispuestos bajo la placa absorbedora de calor y adosados a dicha placa, a través de los que se hace circular un líquido caloportador, una cámara de calentamiento de un gas, limitada entre la placa absorbedora de calor y el fondo de la carcasa y dotada de una boca de entrada y una boca de salida de aire situadas en dos de las paredes opuestas de la carcasa, una lámina acanalada alojada en la cámara de calentamiento, que va adosada a la placa absorbed ora de calor y aloja en cada canal a uno de los primeros tubos, comprende unos segundos tubos dispuestos bajo la lámina acanalada, a modo de depósito, que comprenden una composición que comprende al menos un ácido graso, en adelante colector de la invención.
El término "composición de la invención" hace referencia a la composición arriba mencionada que comprende al menos un ácido graso.
El colector de la invención tiene un rendimiento elevado como medio de calentamiento, al almacenar el calor en forma latente para un mejor
aprovechamiento de la radiación solar. El colector de la invención incrementa la cantidad de calor acumulado en un mismo volumen gracias a que se acumula parte del calor en estado latente en la composición de la invención, circunstancia que asegura una mayor densidad de almacenamiento. La composición de la invención transfiere el calor absorbido al aire y al agua en el momento que no haya radiación del so!.
Otra realización es el colector de la invención, donde dicha composición comprende al menos un ácido graso seleccionado del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirístico.
Otra realización es el colector de la invención, donde dicha composición comprende una mezcla de dos o más ácidos grasos seleccionados del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirística.
Otra realización es el colector de la invención, donde dicha composición comprende ácido láurico y ácido palmítico.
El funcionamiento del colector de la invención consta de dos etapas: etapa de calentamiento y etapa de aprovechamiento.
La composición de la invención está en estado sólido antes de la etapa de calentamiento.
En la etapa de calentamiento, cuando la composición de la invención alcanza su temperatura de fusión (que estará de forma general en el rango entre 33 y 70DC), comienza a cambiar de estado y a absorber calor en forma latente, manteniéndose la temperatura de todo el sistema constante hasta que toda la composición de la invención ha cambiado de estado sólido a estado líquido.
El rango del punto de fusión entre 33 y 70DC es particularmente interesante para su empleo en los sistemas de energía solar térmica de baja temperatura.
En la etapa de aprovechamiento, al extraerse el agua caliente, el agua caliente es reemplazada por agua fría proveniente de la red, la cual absorberá el calor contenido en la composición de la invención. Si la superficie de intercambio térmico es correcta, de modo que asegure la suficiente superficie de calor entre la composición de la invención y el agua, el agua mantiene una temperatura constante mientras la composición de la invención cambia de estado.
Al producirse el cambio de estado a una temperatura constante, y siendo durante dicho cambio cuando se transfiere todo el calor almacenado de forma latente, la temperatura de aprovechamiento del agua de consumo será estable hasta que la composición de la invención transfiera loda su energía.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1. Vista en perspectiva del colector.
Figura 2. Despiece en perspectiva del mismo colector.
Figura 3. Sección transversal del colector, tomada según la linea de corte 111-111 de la Figura 1.
Figura 4. Vista en perspectiva del colector abierto.
Figura 5. Curvas de fusión-solidificación. Los resultados corresponden a curvas de enfriamiento. Se representan los resultados para ácido esteárico (línea sólida), ácido esteárico + ácido palmítico (línea de puntos), ácido láurico (línea discontinua), ácido láurico + ácido palmítico (línea discontinua y puntos).
Figura 6. Ensayo de cesión de calor del ácido esteárico a agua. La temperatura del ácido estearico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos.
Figura 7. Ensayo de cesión de calor del ácido palmítico a agua. La temperatura del ácido palmítico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos.
Figura 8. Ensayo de cesión de calor de mezcla ácido esteárico + ácido palmítico a
agua. La temperatura del ácido esteárico + ácido palmítico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos.
Figura 9. Ensayo de cesión de calor del ácido láurico a agua. La temperatura del ácido láurico se representa con una línea continua y la temperatura del agua con una línea de puntos.
MODOS DE REALIZACiÓN PREFERENTE
Ejemplo 1. Descripción de un colector solar mixto de acuerdo a la invención
En la Figura 1 se muestra un colector solar mixto que comprende una carcasa (1) cuya base superior (2) es de naturaleza transparente y bajo la cual se alojan los diferentes componentes del colector. En dos de las paredes opuestas de la carcasa
(1) va acoplado un colector de entrada de aire (3) y un colector de salida de aire (4).
Según puede apreciarse en la Figura 2, la carcasa (1) del colector está compuesta por un marco (5) que va cerrado por un lado mediante una lámina transparente (6), mientras que por el opuesto queda cerrado mediante un fondo (7) con aislamiento térmico interior.
Dentro de la cámara limitada por el marco (5), base transparente (6) y fondo (7) se aloja una placa absorbedora de calor (8), preferentemente de naturaleza metálica y dotada por la superficie dirigida hacia la base o pared transparente (6) de un recubrimiento, por ejemplo a base de una pintura negra, que maximice la captación de la energía solar.
Adosada a la superficie interna o posterior de la placa absorbedora de calor (8) se han dispuesto unos primeros tubos (9) paralelos que discurren entre dos tubos colectores extremos (10 Y 11) para la entrada y salida de agua. Los primeros tubos
(9) pueden ir soldados a la superficie posterior de la placa absorbedora de calor (8).
Unos segundos tubos (16) se alojan bajo la lámina acanalada (12). Dichos segundos tubos (16) contienen en su interior una composición que comprende al menos un ácido graso. El llenado y vaciado de estos segundos tubos (16) se puede realizar por
uno de los extremos de estos segundos tubos (16), el extremo (17). El extremo (17) y atraviesa el marco (5) por un orificio o abertura realizado en el marco y es fácilmente accesible desde el exterior una vez que el colector de la invención está
montado. El extremo (17) tiene un tapón roscado o similar para poder realizar el llenado y vaciado de los segundos tubos (16).
Entre la placa absorbedora de calor (8), junto con los primeros tubos (9), y el fondo
(7) de la carcasa se delimita una cámara en la que va dispuesta una lámina acanalada (12), por ejemplo con un perfil almenado, delimitando valles (13) (Fig. 3) Y crestas (14) (Fig. 3) de fondo plano.
Según puede apreciarse en la Figura 3, la lámina acanalada (12) va adosada a través de las crestas (14) a la superficie posterior de la placa absorbedora de calor (8), mientras que en cada valle (13) se aloja uno de los primeros tubos (9) y en cada cresta (14) se aloja uno de los segundos tubos (16).
La unión entre la lámina acanalada (12) y la placa absorbedora de calor (8) puede llevarse a cabo mediante soldadura, para asegurar una perfecta transmisión de calor entre dicha placa absorbedora de calor (8) y lámina acanalada (12).
Según puede verse en la Figura 2, sobre una de las paredes menores del marco (5) se adosa la tobera de entrada de aire (3), mientras que en la pared opuesta se adosa la tobera de salida (4), estando dotadas ambas paredes de orificios (15) o aberturas para el paso de aire.
En la placa absorbed ora de calor (8) se produce la conversión de la energía de la radiación solar en calor, que se transfiere al fluido que circula por los tubos o conductos (9) que forman parte del grupo absorbedor.
La cámara delimitada entre la placa absorbedora de calor (8) y el fondo (7) de la carcasa es el espacio de calentamiento de gas en el cual la lámina ondulada (12), soldada a la placa absorbedora de calor (8), posibilita la transferencia de calor de una forma eficiente al gas que circule a través de dicha cámara, bien por convección natural o por convección forzada, desde la tobera de entrada de aire (3) hasta la tobera de salida (4).
La carcasa del colector quedará también atravesada por los correspondientes conductos de entrada y salida de agua para la circulación a través de los primeros tubos (9) del colector.
Eiemplo 2. Análisis de densidad y volumen
Se realizaron ensayos de análisis de densidad de diferentes composiciones. Se ha medido la densidad y el volumen de cada composición tanto en fase líquida como en fase sólida. De esta forma se estimó si la variación de la densidad de estas composiciones era o no muy significativa.
En todos los casos se produjo un incremento de volumen al pasar de fase sólida a fase líquida inferior al 15%.
Ejemplo 3. Curvas de fusión-solidificación
Se llevaron a cabo curvas de enfriamiento y calentamiento de las composiciones. Se obtuvieron estas curvas para valores de temperatura por debajo y por encima de la temperatura de fusión de cada composición.
Se realizaron enfriamientos rápidos y lentos.
Los resultados se muestran en la Figura 5. Se ha ensayado con las siguientes composiciones:
- -
- Composición 1: ácido láurico -Composición 2: ácido esteárico -Composición 3: ácido láurico + ácido palmítico -Composición 4· ácido esteárico + ácido palmítico
En las cercanías de la temperatura de fusión de cada composición, las curvas son prácticamente horizontales. En esta región de la curva, el cambio de la temperatura con el tiempo es muy suave. Se aprecia que la región prácticamente horizontal para las composiciones 1 y 3 dura más tiempo que en el resto de composiciones. Por este
motivo estas composiciones son particularmente apropiadas para su uso en el colector de la invención.
Los ácidos grasos puros o mezclas con temperaturas de fusión entre 40 y 70°C 5 presentan buenas buenas propiedades para su uso en el colector de la invención. Esta temperatura es fácil de alcanzar en el interior del colector de la invención.
Eiemplo 4. Ensayos de cesión de calor al agua
10 Se han realizado unos ensayos de cesión de calor al agua, se ha medido el calor que el material de cambio de fase cede a 200 gramos de agua. Los resultados se muestran en las Figuras 6-9.
Claims (4)
- REIVINDICACIONES1. Colector solar mixto que comprende una carcasa con la base superior de naturaleza transparente, una placa absorbedora de calor, dispuesta bajo la base transparente de la carcasa, unos primeros tubos dispuestos bajo la placa5 absorbedora de calor y adosados a dicha placa, a través de los que se hace circular un líquido caloportador, una cámara de calentamiento de un gas, limitada entre la placa absorbedora de calor y el fondo de la carcasa y dotada de una boca de entrada y una boca de salida de aire situadas en dos de las paredes opuestas de la carcasa, una lámina acanalada alojada en la cámara de10 calentamiento, que va adosada a la placa absorbedora de calor y aloja en cada canal a uno de los primeros tubos, caracterizado por que comprende unos segundos tubos dispuestos bajo la lámina acanalada, a modo de depósito, que comprenden una composición que comprende al menos un ácido graso.
- 2. Colector según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha composición15 comprende al menos un ácido graso seleccionado del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido mirística.
- 3. Colector según una de las reivindicaciones 1 Ó 2, caracterizado por que dicha composición comprende una mezcla de dos o más ácidos grasos seleccionados del grupo compuesto por ácido láurico, ácido esteárico, ácido palmítico y ácido20 mirística.
- 4. Colector según la reivindicación 3, caracterizado por que dicha composición comprende ácido láurico y ácido palmítico.
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