ES2924799T3

ES2924799T3 - Colector solar compacto

Info

Publication number: ES2924799T3
Application number: ES18834075T
Authority: ES
Inventors: Ercole Cordivari; Giannatale Daniele Di
Original assignee: Cordivari SRL
Current assignee: Cordivari SRL
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: US20200393165A1; EP3728963B1; US11499754B2; EP3728963A1; CN111566415B; AU2018389929A1; CN111566415A; AU2018389929B2; WO2019123508A1

Abstract

La presente invención se refiere a un colector solar (1) que comprende una estructura de contención (6) con al menos una cara expuesta a la radiación solar, comprendiendo dicha estructura de contención (6) un rebaje central de alojamiento (7) y un borde exterior (8) que rodea dicho rebaje central (7) de la carcasa, disponiéndose en el interior de dicho rebaje central (7) un conducto primario para la circulación de un fluido caloportador primario, expuesto a la radiación solar, un conducto secundario para la circulación de un fluido secundario, y un conducto térmico zona de intercambio entre dicho conducto primario y secundario para el intercambio de calor entre el fluido caloportador primario y el fluido secundario, caracterizándose dicho colector solar (1) porque en al menos una parte de dicho borde exterior (8) de la estructura de contención (6) se obtiene al menos un conducto de disipación (9) en comunicación fluida con dicho conducto primario para disipar el exceso de calor al exterior de dicho colector solar (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Colector solar compacto

La presente invención se refiere a un disipador integrado en un colector solar compacto.

Más precisamente, la presente invención se refiere a un sistema de disipación de exceso de calor integrado en un colector solar compacto con tanque de almacenamiento integrado, en el que es la propia estructura del colector la que actúa como un disipador.

Como es sabido, cuando existe un gradiente de temperatura entre dos fluidos, se genera un flujo de energía desde el fluido más caliente hacia el fluido más frío.

Este principio se aprovecha en las más diversas aplicaciones: desde terminales para calefacción interior hasta radiadores para controlar la temperatura de motores de combustión interna.

Los colectores solares térmicos son dispositivos que son capaces de recoger energía transportada por los rayos del sol y transformar dicha energía en calor. Este calor se utilizará luego para calentar un fluido primario en el caso de los colectores solares de radiación indirecta, o agua sanitaria en el caso de colectores solares de radiación directa. Estos productos, si no se utilizan o si se exponen durante mucho tiempo a la radiación solar, pueden alcanzar temperaturas muy altas.

En el estado de la técnica se conocen colectores solares con almacenamiento externo, que comprenden un colector capaz de captar la energía solar, y un tanque de almacenamiento que está separado y conectado al colector para almacenar el fluido a calentar. El almacenamiento queda así aislado del exterior y permite preservar el calor que se acumula durante el día y limita su dispersión al exterior. No obstante, en dichos colectores solares, el almacenamiento tiene unas dimensiones muy superiores a las de su capacidad neta para contener el líquido calentado, siendo, por lo tanto, bastante voluminoso.

Como alternativa a los colectores con almacenamiento externo, se han desarrollado colectores solares compactos que generalmente tienen unas dimensiones totales planas y un espacio limitado, y contienen el tanque de almacenamiento del fluido a calentar, preferentemente agua sanitaria, y se caracterizan por una óptima eficiencia de intercambio de calor. Los colectores solares compactos de radiación indirecta comprenden además un depósito de almacenamiento de un fluido primario expuesto a radiación solar directa y son capaces de aportar calor al fluido a calentar o al fluido secundario.

Los colectores solares compactos tienen la ventaja de ser fáciles de instalar, ya que basta con conectar los tubos de entrada y de salida del usuario.

Dichos colectores solares compactos tienen el inconveniente de tener poca capacidad de almacenamiento de energía durante la noche. De hecho, el fluido acumulado a calentar, al estar expuesto a la luz solar directa, tiende a ceder el calor acumulado durante la noche. Por lo tanto, la prerrogativa de eficiencia de recolección durante el día genera el límite mismo de la capacidad de retener la energía acumulada durante la noche.

Además, los colectores solares compactos conocidos incluyen aquellos que comprenden tubos de vacío que actúan como elementos colectores, en cuyo interior se disponen los conductos por los que fluye el fluido a calentar. Los tubos de vacío permiten minimizar las pérdidas de calor nocturnas a través de la cubierta superior. Como es sabido, el mejor aislamiento térmico es el vacío porque, en presencia de vacío, los mecanismos de intercambio de calor por convección no se desencadenan por la libre circulación de vórtices que se generan en el interior de todos los fluidos a causa de los gradientes de temperatura. En estos colectores, el sistema colector está colocado dentro de tubos concéntricos que tienen asignada la tarea de aislar térmicamente el colector. Esta capacidad aislante se obtiene realizando una cámara en la que se crea el vacío. Debido a la característica aislante de este tipo de tubo de vacío, es posible en consecuencia elevar la temperatura del fluido a calentar que circula en los conductos. No obstante, la temperatura de este fluido puede alcanzar valores muy elevados y en muy poco tiempo. Si el sobrecalentamiento se descontrola, podrían producirse daños en la planta o en sus componentes, además del deterioro prematuro del fluido primario.

Para disipar el exceso de calor, en el estado de la técnica conocido, se conocen sistemas de disipación de calor para plantas solares tradicionales que consisten en un paquete de aletas, conectado hidráulicamente al circuito primario de la planta solar, combinado con un ventilador que, una vez el comando se recibe desde una unidad de control dedicada, permite dispersar el exceso de calor. Sin embargo, estos sistemas, además del inconveniente de tener que añadir apéndices a la planta solar, tienen la dificultad de conseguir integrar correctamente a nivel hidráulico y electrónico el sistema de disipación con el resto de la planta.

Alternativamente a los sistemas de disipación de calor antes mencionados, es posible evitar el estancamiento de los colectores mediante el uso de cubiertas, tal como persianas, láminas o similares, que inhiben la capacidad de recolección de los mismos.

El documento de patente ES 2 082 757 se refiere a un colector solar compacto que proporciona un conducto de condensación en el que el fluido se evapora cuando alcanza la temperatura de evaporación, sin embargo, esta solución no permite que la temperatura del fluido se disipe de manera eficiente y rápida.

El documento de patente EP 2 503 261 A1 describe un sistema de disipación de exceso de calor para un colector solar plano que consiste en un tubo con aletas colocado en la parte superior del colector y conectado hidráulicamente al resto del circuito primario mediante una válvula termostática. Cuando la temperatura dentro del circuito primario alcanza el nivel de calibración de la válvula termostática (por lo tanto, una temperatura alta), esto permite que el líquido de transferencia de calor se mueva dentro del disipador. Como estamos en presencia de circulación natural, la velocidad del flujo y, por lo tanto, el intercambio de calor, estarán limitados.

El documento de patente GB 2514098 un describe un circuito de disipación que también explota el principio de convección natural. Cuando el circulador de la planta solar está en funcionamiento, la presencia de una válvula de retención en el circuito de disipación permite anular el disipador debido a la presión aguas abajo de la válvula. Cuando el circulador está apagado, y existen las condiciones para el estancamiento del colector, el gradiente de presión que se genera debido a la diferente densidad del fluido permite que la válvula se abra, con la consiguiente circulación dentro del circuito de disipación.

El sistema tendrá dificultades para funcionar por dos razones:

• debido al bajo valor de la diferencia de presión AP entre la presión ambiente exterior y la presión en el conducto por el que fluye el fluido de transferencia de calor primario, la velocidad del fluido puede no permitir que la válvula de retención se abra y/o puede no garantizar un intercambio de calor apropiado;

• la forma del circuito, en particular, de la porción en la que el fluido sale del absorbedor de arpa para entrar en el intercambiador, dificulta la circulación natural porque el fluido caliente es forzado hacia abajo.

También el documento de patente US 4.102.325A describe un colector solar que comprende un conducto de disipación exterior en comunicación fluida con un conducto en el que circula un fluido de transferencia de calor. A medida que el fluido fluye dentro del conducto de disipación a través de circulación natural, fluirá a una velocidad bastante reducida, disipando lentamente el calor.

Además, en este tipo de sistemas, dicha velocidad de tránsito del fluido es una función de fuerzas flotantes, que a su vez son función de dos variables: AT entre fluido caliente (que ingresa al circuito de disipación) y fluido frío (que sale); e inclinación del colector (a medida que el ángulo de instalación disminuye, las fuerzas flotantes se reducen y, en consecuencia, disminuye la velocidad del fluido dentro de los conductos). Además, el uso de una válvula de calibración de presión introduce pérdidas de carga localizadas que, considerando las bajas velocidades en juego, podrían comprometer el funcionamiento de todo el sistema.

A partir de estas consideraciones, se sigue un patrón parabólico de la potencia disipada por este tipo de sistema; a medida que estos dos parámetros disminuyen, en particular, la velocidad del fluido, la potencia que el sistema logra intercambiar sufre un colapso.

El objetivo de la presente invención es superar los problemas de los dispositivos del estado de la técnica, desarrollando un sistema de disipación del exceso de calor para un colector solar que permita mantener las reducidas dimensiones totales del colector solar.

Otro objetivo es el de disponer de un sistema de disipación eficiente, que sea capaz de asegurar una capacidad de disipación óptima, en un tiempo reducido.

Otro objetivo más es asegurar un sistema de disipación para un colector solar compacto que evite posibles problemas ligados a la presión del fluido primario de transferencia de calor.

El objeto de la presente invención es un colector solar compacto que comprende una estructura de contención con al menos una cara expuesta a radiación solar, comprendiendo dicha estructura de contención un rebaje central de alojamiento y un marco exterior que rodea y envuelve lateralmente dicho rebaje central de alojamiento, en el interior de dicho rebaje central de alojamiento, estando dispuesto un conducto de almacenamiento primario para el almacenamiento y circulación de un fluido de transferencia de calor primario, expuesto a radiación solar, un conducto de almacenamiento secundario para la circulación y el almacenamiento de un fluido secundario, y un área de intercambio de calor entre dichos conductos de almacenamiento primario y secundario para el intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario, en el que dicho colector solar comprende además una pluralidad de tubos colectores de vacío dispuestos dentro de dicho rebaje central de alojamiento, en el que cada tubo sellado al vacío tiene una porción de dicho conducto primario que envuelve una porción respectiva de dicho conducto de almacenamiento secundario intercambiando calor entre sí, en el que dicha porción del conducto de almacenamiento primario es un elemento de almacenamiento primario para contener el fluido de transferencia de calor primario apto para almacenar energía térmica y porque cada tubo sellado al vacío proporciona un tubo colector, en particular, hecho de vidrio, que envuelve dicho elemento de almacenamiento primario, y que está dispuesto coaxialmente al mismo, formando un espacio de aire aislante, en el que en al menos una porción de dicho marco exterior de la estructura de contención se obtiene al menos un conducto de disipación en comunicación fluida con dicho conducto de almacenamiento primario para la circulación de dicho fluido de distribución de calor primario para disipar el exceso de calor al exterior con respecto a dicho colector solar, y en el que además se proporciona un circulador en comunicación fluida entre el conducto primario y el al menos un conducto de disipación, siendo dicho circulador adecuado para poner en movimiento el fluido de transferencia de calor primario cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor primario excede un primer valor preestablecido, para permitir que el fluido de transferencia de calor primario fluya y pase a través del al menos un conducto de disipación a mayor velocidad para reducir la temperatura del fluido de transferencia de calor primario para ser reintroducido posteriormente en el conducto de almacenamiento primario. Más en particular, según una realización, dicha al menos una porción de dicho marco puede obtenerse a partir de un perfil, hecho de un material térmicamente conductor, como, por ejemplo, aluminio, que tiene un perímetro exterior y un conducto central, que coincide con dicho conducto de disipación, conectado a su vez con el perímetro exterior mediante aletas radiales que actúan como aletas de transferencia de calor hacia el exterior del colector solar.

Todavía de acuerdo con la invención, dicho colector solar puede proporcionar además un termostato, conectado a dicho circulador y a dicho conducto primario, pudiendo dicho termostato medir la temperatura del fluido de transferencia de calor primario dentro de dicho conducto primario y pudiendo actuar sobre dicho circulador, de modo que durante el uso, si la temperatura del fluido de transferencia de calor primario supera un primer valor preestablecido, dicho circulador se activa para facilitar la circulación del fluido de transferencia de calor primario también en el al menos un conducto de disipación, y si la temperatura del conducto primario cae o está por debajo de un segundo valor de temperatura preestablecido, dicho circulador se apaga o permanece apagado.

Preferiblemente de acuerdo con la invención, dicho primer valor de temperatura puede variar entre 95 °C y 85 °C y/o dicho segundo valor de temperatura puede variar entre 80 °C y 70 °C.

Además, de acuerdo con la invención, dicho colector solar puede proporcionar además una válvula de seguridad y de retención, dispuesta en conexión fluida con dicho circulador y dicho conducto primario apta para expulsar una cantidad de fluido de transferencia de calor primario para permitir que el conducto primario se autorregule y en el que, durante su uso, si la presión del conducto primario supera un valor de presión de calibración, dicha válvula de seguridad expulsa una cantidad de fluido hasta que la presión del conducto primario se estabiliza por debajo de este valor.

Todavía de acuerdo con la invención, dicho colector solar puede además proporcionar una válvula de rotura de vacío en combinación con dicha válvula de seguridad apta para hacer entrar una cantidad de aire en el conducto primario como una función de la diferencia de presión entre la presión del ambiente exterior a dicho colector y la presión en el conducto primario, y en el que, durante su uso, si la válvula de rotura de vacío detecta una diferencia de presión, dicha válvula de rotura de vacío permite la entrada de una cantidad de aire en el conducto primario hasta anular dicha diferencia de presión.

Siempre de acuerdo con la invención, dicho conducto secundario puede tener una pluralidad de secciones conectadas entre sí en serie para formar un serpentín, en el que las secciones pueden disponerse por parejas en el interior de dichos elementos de almacenamiento, formando un área de intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario, pudiendo dichas secciones preferiblemente estar conectadas entre sí para entrar y salir de dichos elementos de almacenamiento desde un único lado del colector solar.

Además, de acuerdo con la invención, los elementos de almacenamiento del fluido de transferencia de calor primario pueden conectarse entre sí mediante conectores laterales adecuados que los conectan de dos en dos, formando dicho conducto primario, estando conectados preferentemente en un único lado del colector solar.

Además, de acuerdo con la invención, el diámetro del conducto de disipación 9 puede estar comprendido entre 10 mm y 20 mm, preferentemente 15 mm.

Siempre de acuerdo con la invención, el circulador puede estar configurado para hacer circular el fluido de transferencia de calor primario en el conducto de disipación a una velocidad comprendida entre 0,5 m/s y 1 m/s, preferentemente 0,8 m/s.

Por último, de acuerdo con la invención, el intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario puede realizarse a través de circulación natural.

A continuación, se describirá la invención, a modo de ilustración no limitativa, con especial referencia a los dibujos de las figuras adjuntas, en los que:

La figura 1 es una vista superior del colector solar de acuerdo con la invención en una realización preferida; La figura 2 es una vista en perspectiva en sección del colector solar de la figura 1;

La figura 3 es una vista en sección lateral del colector solar de la figura 1 a lo largo de la línea de sección MI-MI'; La figura 4 es una vista en sección del perfil que forma el marco lateral del colector solar de la figura 1;

La figura 5 es una vista superior del colector solar de la figura 1, en la que se muestra el conducto primario y el conducto de agua caliente sanitaria o secundario cuando el circulador no está funcionando;

La figura 6 es una vista superior del colector de la figura 1, en la que se muestra el conducto primario y el conducto de agua caliente sanitaria o secundario, y el flujo del fluido primario en el interior del conducto de disipación, cuando el circulador está funcionando; y

La figura 7 es una gráfica en la que se muestra el comportamiento del colector solar con el conducto de disipación de acuerdo con la invención, en particular, se muestra como varía la temperatura (medida en °C) del fluido de transferencia de calor primario en un espacio de tiempo durante las variaciones de temperatura (medidas en °C) del ambiente externo.

Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, se observa el colector solar de acuerdo con la invención en una realización preferida, indicada con la referencia numérica 1.

En las figuras se muestra un tipo particular de colector solar de tipo compacto con radiación indirecta que comprende tubos de vacío que actúan como elementos colectores. Está claro que la presente invención se puede aplicar también a otros tipos de colectores solares, sin realizar modificaciones significativas. En particular, el intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario se produce a través de circulación natural.

El colector solar 1 comprende una estructura de contención 6 con al menos una cara expuesta a la radiación solar, teniendo dicha estructura de contención 6 tiene un rebaje central de alojamiento 7 y un borde exterior 8 que rodea dicho rebaje central de alojamiento 7. En el interior de dicho rebaje central de alojamiento 7 están dispuestos un conducto primario para la circulación del fluido de transferencia de calor primario, expuesto a la radiación solar, un conducto secundario para la circulación del fluido secundario, por ejemplo, agua caliente sanitaria o ACS, y un área de intercambio de calor entre dicho conducto primario y secundario para el intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario.

El colector solar 1 comprende además un circuito hidráulico, obtenido en la misma estructura de contención 6 que dicho colector solar 1, al que se le asigna la tarea de disipar al medio exterior el exceso de energía acumulado por el conducto primario.

En particular, en al menos una parte de dicho borde exterior 8 de la estructura de contención 6 se obtiene al menos un conducto de disipación 9 que está en comunicación fluida con dicho conducto primario. En la realización preferida, el borde exterior es un marco 8 que envuelve lateralmente el rebaje central de alojamiento 7. Preferiblemente, este marco 8 se obtiene a partir de perfiles extrusionados, en un material térmicamente conductor, tal como, por ejemplo, aluminio, que tienen, en una sección como la que se muestra en la figura 4, un perímetro exterior 10 y un conducto central 9, que coincide con el conducto de disipación 9, conectado a su vez con el perímetro exterior 10 mediante aletas radiales de conexión 11 que también actúan como aletas de transferencia de calor.

En el perfil 8 de la figura 4 hay cinco aletas radiales 11 para la transferencia de calor, en otras realizaciones se puede disponer un número diferente según las necesidades térmicas y estructurales.

El sistema diseñado y descrito permite evitar las temperaturas excesivas y los problemas asociados a las mismas sin necesidad de añadir apéndices al colector solar compacto, disipando el exceso de calor a través de la estructura del panel. Para ello, se aprovechan los conductos o los conductos de disipación 9 por los que se hace transitar el fluido primario sobrecalentado. Debido a las aletas radiales, obtenidas en el interior de los perfiles 8, se permite disipar el exceso de calor al ambiente exterior. La transferencia de calor desde el conducto por el que fluye el fluido primario y la superficie exterior del perfil se ve facilitada por la excelente conductividad térmica del aluminio.

De esta manera, el sistema de disipación de calor es totalmente invisible y está integrado dentro del colector solar, sin tener que agregar componentes externos tales como unidades de disipación independientes; las dimensiones generales del plano del colector permanecen, por lo tanto, sin cambios.

El colector solar 1 de acuerdo con la invención tiene además un circulador 12 en conexión fluida entre el conducto primario y el al menos un conducto de disipación 9. El circulador 12 tiene la función de hacer que el fluido de transferencia de calor primario se mueva para permitir que el fluido de transferencia de calor primario transite dentro del conducto de disipación de calor 9 para reducir la temperatura del sistema (como se muestra en la figura 6). En particular, el conducto de disipación 9 está conectado al conducto primario de tal manera que cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor primario supera un primer valor preestablecido T1, el circulador 12 hace que el fluido de transferencia de calor se mueva para fluir y transitar por el interior del al menos un conducto de disipación 9 a mayor velocidad para reducir la temperatura del fluido de transferencia de calor primario que se devuelve posteriormente al conducto primario.

El circulador 12 permite ventajosamente aumentar la velocidad de circulación del fluido de transferencia de calor primario en el conducto de disipación, reduciendo así el exceso de tiempo de disipación de calor y, por lo tanto, la temperatura del fluido de transferencia de calor primario.

Considerando las velocidades de flujo del fluido de transferencia de calor primario en los sistemas de circulación natural del estado de la técnica, que son valores del orden de 0,02 - 0,05 m/s aproximadamente, utilizando el colector solar de acuerdo con la invención, se obtiene un aumento en la velocidad de flujo del fluido de transferencia de calor primario que es de 20 a 40 mayor.

En particular, esta velocidad es función del diámetro de tránsito del fluido, en particular, del diámetro del conducto de disipación 9. Como el colector solar 1 de acuerdo con la invención es un colector solar de tipo compacto, o el almacenamiento del fluido secundario y del fluido primario están ambos dentro de la misma estructura de contención, el conducto de disipación 9 se insertó ventajosamente en el marco 8 del colector 1 y, por lo tanto, tiene unos límites dimensionales tales que el diámetro de la sección del conducto de disipación 9 está preferentemente comprendido entre 10 mm y 20 mm. En base a estos parámetros dimensionales, el circulador 12 tendrá un caudal tal que haga fluir el fluido de transferencia de calor primario en el conducto de disipación 9 y las velocidades del fluido pueden variar entre 0,5 m/s y 1 m/s. Ventajosamente, gracias al uso del circulador 12, variando dichos diámetros se puede mantener una relación entre la velocidad del fluido en el sistema ideado de acuerdo con la invención y la velocidad del fluido en un sistema de circulación natural de 10 a 50 veces mayor.

Por ejemplo, a partir de las pruebas de campo realizadas y mostradas en el gráfico de la figura 7, se demuestra que 8 minutos son suficientes para reducir la temperatura del fluido de transferencia de calor primario en 20 °C. En particular, esta variación de temperatura de 20 °C cae dentro del intervalo mostrado en la figura entre la temperatura máxima T°max y el valor de temperatura TAt después de un período de tiempo At de 8 minutos.

En el ejemplo de la figura 7 el valor de activación T1 del circulador es el equivalente a T max, que es el equivalente a unos 100 °C.

La prueba se realizó en un día de verano en el centro de Italia y, como se puede ver en el eje X del gráfico en el que se muestra la hora del día, en condiciones de máxima luz solar. Como resultado, la potencia que el sistema es capaz de disipar es mucho mayor que la potencia que recibe en forma de radiación, unos 1300 vatios. La inclinación del colector durante la prueba fue igual a 30°, el conducto para disipar el calor tenía una sección de 15 mm de diámetro, considerando un caudal circulador de 500 l/hora, la velocidad del fluido puede considerarse igual a 0,8 m/s.

Preferiblemente, el circulador 12 puede ser activado por un termostato (no mostrado) que, cuando se alcanza un primer valor de temperatura preestablecido T1 del conducto primario, permite encender el circuito primario. Dicho primer valor de temperatura T1 puede variar entre 95 °C y 85 °C. Para otras aplicaciones puede ser mayor o menor.

Además, dicho termostato ordena el apagado del circulador 12 una vez que la temperatura del conducto principal cae por debajo de un segundo valor de temperatura preestablecido T2. En este caso, el fluido de transferencia de calor primario no circula por los conductos de disipación 9, como se muestra en la figura 5.

Para la realización mostrada en la figura, dicho segundo valor de temperatura T2 puede variar entre 80 °C y 70 °C. Para otras aplicaciones, puede ser mayor o menor.

La presencia del circulador permite obtener velocidades de flujo considerables. El resultado es un alto coeficiente de intercambio de calor y, por lo tanto, una capacidad de disipación óptima. En otras palabras, dicho circulador permite obtener velocidades de flujo para las cuales el coeficiente de convección y, por lo tanto, el intercambio de calor es alto.

Además, de acuerdo con la invención, el colector solar 1 de acuerdo con la invención puede tener una válvula de retención y seguridad 14 combinada con una válvula de rotura de vacío 13, dispuesta en conexión fluida con dicho circulador 12, que permite que el conducto primario se autorregule. En efecto, si la presión del conducto primario supera la presión de calibración P1 de la válvula de seguridad 14, ésta expulsará una determinada cantidad de fluido primario hasta que se estabilice la presión del conducto primario. El valor de la presión de calibración P1 está dictado no solo por la presión máxima a la que se desea someter todo el circuito primario, sino también por la presión máxima definida por los fabricantes de los componentes individuales.

En otras palabras, la válvula de seguridad 14 permite ventajosamente proteger el circuito primario contra la sobrepresión y, al mismo tiempo, evita una inversión de flujo y una posible circulación parásita.

Después del enfriamiento del colector 1, debido, por ejemplo, a la eliminación de energía por parte del usuario, la presión del conducto primario puede caer y podría adoptar un valor por debajo de la presión atmosférica. La diferencia de presión AP que se crea entre la presión en el ambiente externo y la presión en los conductos de almacenamiento primarios podría conducir a la implosión de los conductos, pero debido a la presencia de la válvula de rotura de vacío 13, este efecto se evitará. En efecto, dicha válvula 13, que es sensible a pequeñas variaciones de presión AP, por ejemplo, entre 0,05 bar y 0,15 bar, permitirá la entrada de una cantidad de aire suficiente para estabilizar la presión del conducto primario hasta que la diferencia de presión AP entre el ambiente exterior y el circuito primario se cancela.

La presencia de la válvula de rotura de vacío permite ventajosamente evitar la generación de vacío tras el accionamiento de la válvula de seguridad y el enfriamiento del sistema, que pueden conducir a la implosión de los conductos de almacenamiento primarios.

En el caso de colectores solares que tengan tuberías de gran diámetro, es una buena práctica usar las dos válvulas 13 y 14 en combinación. En el caso de circuitos en los que los tubos tengan diámetros relativamente pequeños, por ejemplo, en colectores solares estándar o no compactos, se puede utilizar únicamente la válvula de seguridad 14, ya que en este caso el riesgo de implosión es prácticamente nulo, y la válvula de rotura de vacío 13 sería superflua.

De esta manera, se garantiza siempre la máxima seguridad del sistema y, al mismo tiempo, se preserva la integridad de la planta porque se limitan las altas temperaturas.

Además, debido al uso de estos componentes, no es necesario utilizar un tanque de expansión en el circuito primario porque el colchón de aire que se crea en el interior del circuito actúa como tanque de expansión. La dilatación del fluido primario debida al calentamiento es compensada por la compresión del aire presente en el interior del circuito primario.

De acuerdo con la invención, el colector solar 1 comprende una pluralidad de elementos colectores, en particular, tubos de vacío 2, en el que cada tubo de vacío 2 tiene un elemento de almacenamiento primario 3 para contener el fluido de transferencia de calor primario apto para almacenar energía térmica y un tubo del colector 4, en particular de vidrio, que envuelve dicho elemento de almacenamiento primario 3, y que está dispuesto coaxialmente con el mismo, formando un hueco de aire aislante.

En la realización específica, dicho conducto secundario tiene una pluralidad de secciones 5 conectadas entre sí en serie para formar un serpentín. Las secciones 5 están dispuestas por parejas en el interior de dichos elementos de almacenamiento 3, formando un área de intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario. Preferiblemente, estas secciones 5 están conectadas entre sí para entrar y salir de dichos elementos de almacenamiento 3 desde un solo lado del colector solar 1.

Asimismo, los elementos de almacenamiento 3 del fluido primario están conectados entre sí mediante conectores laterales 15 adecuados que conectan los elementos de almacenamiento 3 de dos en dos, formando dicho conducto primario. También en este caso se pueden conectar en un solo lado del colector solar 1, en el caso específico, el lado del conector entre las secciones 5 del conducto secundario.

Además, el conducto primario está conectado al conducto de disipación 9 mediante conectores de conexión 16. En el lado del colector solar 1 opuesto al que están dispuestos los conectores laterales 15, el circulador 12 está dispuesto en conexión fluida con dichos conectores de conexión 16 y la válvula de seguridad 13 y la válvula de rotura de vacío 14.

La continuidad hidráulica está asegurada por el circuito de conexión 16 entre el circulador 12, los conductos de disipación 9 y el conducto primario 3, 15.

Operacionalmente, el fluido de transferencia de calor primario, contenido dentro de los elementos de almacenamiento 3, se calienta debido a los rayos del sol que golpean el colector de tubo de vacío 2. En el interior del tubo de almacenamiento primario 3 las secciones 5 que forman el serpentín del conducto secundario calientan el agua sanitaria que circula por el interior de las secciones 5 en el área de intercambio de calor. Debido al gran aislamiento que caracteriza a los citados tubos colectores, las temperaturas que alcanza el sistema, en condiciones de radiación adecuadas, pueden ser muy elevadas, incluso superiores a los 100 °C.

Gracias al conducto de disipación 9 y a las aletas radiales 11, obtenidas en el interior de los perfiles 8, se permite que el exceso de calor se disipe al ambiente exterior.

Como se ha mencionado anteriormente, las aletas radiales aseguran ventajosamente la continuidad térmica entre el circuito de disipación y el resto de dicha estructura de contención, en particular, con la superficie exterior.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Colector solar compacto (1) que comprende una estructura de contención (6) con al menos una cara expuesta a la radiación solar, comprendiendo dicha estructura de contención (6) un rebaje central de alojamiento (7) y un marco exterior (8) que encierra y envuelve lateralmente dicho rebaje central de alojamiento (7), estando dispuesto dentro de dicho rebaje central de almacenamiento (7) un conducto de almacenamiento primario (3, 15) para el almacenamiento y la circulación de un fluido de transferencia de calor primario, expuesto a la radiación solar, un conducto de almacenamiento secundario (5) para la circulación y el almacenamiento de un fluido secundario, y un área de intercambio de calor entre dichos conductos de almacenamiento primario (3, 15) y secundario (5) para el intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario,

en el que dicho colector solar comprende además una pluralidad de tubos colectores sellados al vacío (2) dispuestos dentro de dicho rebaje central de alojamiento (7), en el que cada tubo sellado al vacío (2) proporciona una porción (3) de dicho conducto de almacenamiento primario (3, 15) que envuelve una porción (5) respectiva de dicho conducto de almacenamiento secundario (5) en intercambio de calor entre sí,

en el que dicha porción (3) del conducto de almacenamiento primario (3, 15) es un elemento de almacenamiento primario (3) para contener el fluido de transferencia de calor primario apto para almacenar energía térmica y en el que cada tubo sellado al vacío (2) proporciona un tubo colector (4), en particular, de vidrio, que envuelve dicho elemento de almacenamiento primario (3), y que se dispone coaxialmente al mismo, formando un hueco de aire aislante,

en el que en al menos una porción de dicho marco exterior (8) de la estructura de contención (6) se obtiene al menos un conducto de disipación (9) en comunicación fluida con dicho conducto de almacenamiento primario (3, 15) para la circulación de dicho fluido de transferencia de calor primario para disipar el excedente de calor hacia el exterior con respecto a dicho colector solar (1), y

en el que se proporciona además un circulador (12) en comunicación fluida entre el conducto de almacenamiento primario (3, 15) y al menos el conducto de disipación (9), siendo apto dicho circulador (12) para poner en movimiento el fluido de transferencia de calor primario cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor supera un primer valor preestablecido (T1), para permitir que el fluido de transferencia de calor primario fluya y pase a través del al menos un conducto de disipación (9) a una mayor velocidad para reducir la temperatura del fluido de transferencia de calor primario para ser reintroducido posteriormente en el conducto de almacenamiento primario (3, 15).

2. Colector solar (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por que dicha al menos una porción de dicho marco se obtiene a partir de un perfil (8), fabricado en un material térmicamente conductor, tal como aluminio, que tiene un perímetro exterior (10) y un conducto central (9), que coincide con dicho conducto de disipación, conectado a su vez con el perímetro exterior (10) mediante aletas radiales de conexión (11) que actúan como aletas de transferencia de calor hacia el exterior del colector solar (1).

3. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por proporcionar además un termostato, en conexión con dicho circulador (12) y dicho conducto primario, pudiendo dicho termostato medir la temperatura del fluido de transferencia de calor primario dentro de dicho conducto primario y pudiendo actuar sobre dicho circulador (12) de manera que, durante su uso, si la temperatura del fluido de transferencia de calor primario supera un primer valor preestablecido (T1) dicho circulador (12) se pone en funcionamiento, facilitando la circulación del fluido de transferencia de calor primario también en el al menos un conducto de disipación (9), y si la temperatura del conducto primario desciende o cae por debajo de un segundo valor de temperatura preestablecido (T2) dicho circulador (12) se apaga o permanece apagado.

4. Colector solar (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por que dicho primer valor de temperatura (T1) varía entre 95 °C y 85 °C.

5. Colector solar (1) según la reivindicación 3, caracterizado por que dicho segundo valor de temperatura (T2) varía entre 80 °C y 70 °C.

6. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por proporcionar además una válvula de retención y seguridad (14), dispuesta en conexión fluida con dicho circulador (12) y dicho conducto primario apto para expulsar una cantidad fluido de transferencia de calor primario para permitir que el conducto primario se ajuste por sí mismo, y por que, durante el uso, si la presión del conducto primario excede un valor de calibración de presión (P1) dicha válvula de seguridad (14) expulsa una cantidad de fluido hasta que la presión del conducto primario se estabiliza por debajo de dicho valor (P1).

7. Colector solar (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por proporcionar además una válvula de rotura de vacío (13) en combinación con dicha válvula de seguridad (14) apta para permitir la entrada de una cantidad de aire en el conducto primario en función de la presión diferencia (AP) entre la presión del ambiente exterior a dicho colector (1) y la presión en el conducto primario, y por que, durante el uso, si la válvula de rotura de vacío (13) detecta una diferencia de presión (AP), dicho interruptor la válvula (13) permite la entrada en el conducto primario de una cantidad de aire hasta anular dicha diferencia de presión (AP).

8. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho conducto de almacenamiento secundario presenta una pluralidad de secciones (5) conectadas entre sí en serie formando un serpentín, estando dispuestas las secciones (5) por pares en el interior de dichos elementos de almacenamiento (3), formando un área de intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario, estando preferiblemente dichas secciones (5) conectadas entre sí para entrar y salir de dichos elementos de almacenamiento (3) solo desde un lado del colector solar (1).

9. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos de almacenamiento (3) del fluido de transferencia de calor primario están conectados entre sí mediante conectores laterales (15) adecuados que los unen de dos en dos, formando dicho conducto primario, estando preferentemente conectado en correspondencia de un solo lado del colector solar (1).

10. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el diámetro del conducto de disipación (9) está comprendido entre 10 mm y 20 mm, siendo preferentemente de 15 mm.

11. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el circulador (12) está configurado para que actúe sobre el fluido de transferencia de calor primario para que fluya en el conducto de disipación (9) a una velocidad comprendida entre 0,5 m/s y 1 m/s, preferentemente a 0,8 m/s.

12. Colector solar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el intercambio de calor entre el fluido de transferencia de calor primario y el fluido secundario se produce mediante circulación natural.