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WO2009135980A1 - Instalación de energía solar térmica - Google Patents

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WO2009135980A1
WO2009135980A1 PCT/ES2009/070151 ES2009070151W WO2009135980A1 WO 2009135980 A1 WO2009135980 A1 WO 2009135980A1 ES 2009070151 W ES2009070151 W ES 2009070151W WO 2009135980 A1 WO2009135980 A1 WO 2009135980A1
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WO
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tank
installation
thermal energy
transfer fluid
solar thermal
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PCT/ES2009/070151
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel JANEIRO GARCÍA
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Orkli SCL
Original Assignee
Orkli SCL
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Publication date
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    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a solar thermal energy installation, comprising regulation means that prevent overheating, overpressures possible freezing in the solar energy installation as a result of a lack of consumption, an excess of solar radiation, or adverse temperatures.
  • the object of the invention is to provide a solar thermal energy installation, as defined in the claims.
  • the installation of solar thermal energy of the invention comprises a first circuit through which a heat transfer fluid circulates comprising at least one solar panel that captures the solar radiation and transmits to the heat transfer fluid, a reservoir communicated with the solar plate through an inlet conduit, means for driving the heat transfer fluid from the tank to the solar panels, a second circuit through which water circulates, and an exchanger in which the heat transfer fluid of the first circuit transfers heat to the water of the second circuit.
  • the first circuit comprises means for evacuating the air contained in the tank, the tank also comprising a plate arranged inside the tank that prevents the heat transfer fluid leaving said tank through the inlet duct, containing air.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a solar thermal energy installation according to the invention, in an operative state.
  • Fig. 2 shows a schematic view of the solar thermal energy installation of Fig. 1, in a state of rest.
  • Fig. 3 shows a schematic view of a second embodiment of the solar thermal energy installation, in operational state.
  • the solar thermal energy installation 30 comprises a first circuit 20 through which a heat transfer fluid circulates and comprising a set of solar panels 9 that capture the solar radiation by transmitting it to the heat transfer fluid, a reservoir 1 communicated with the set of solar panels 9 said tank 1 being able to accommodate substantially all the heat transfer fluid of the first circuit 20, drive means 3 that pump the heat transfer fluid from the tank 1 to the solar panels 9 through an inlet conduit 10, a second circuit 21 through which water circulates, and an exchanger 11 where the heat transfer fluid of the first circuit 20 transfers heat to the water of the second circuit 21.
  • the heat transfer fluid receives the solar radiation, it returns to the tank 1 by means of a conduit return 12.
  • the tank 1 comprises inside a plate 2 that divides the tank 1 into a first part 2a and a second part 2b, the inlet conduit 10 communicating with the first part 2a, and the outlet conduit 12 with the second part 2b.
  • the first and second parts 2a, 2b are substantially equal, and both the tank 1 and the plate 2 are preferably made of stainless steel.
  • the driving means 3 comprise a pressure pump capable of reaching a gauge height greater than that of the first circuit 20, and providing adequate flow.
  • the first circuit 20 comprises control means 22 that control the flow of heat transfer fluid passing through the solar panels 9, and which are arranged upstream of the drive means 3.
  • the control means 22 include a valve of spring 4 that regulates the pressure and flow of the heat transfer fluid, returning the excess flow to the tank 1, a thermohydrometer device 5 that measures the temperature and pressure of the heat transfer fluid, and a flow meter 6 with which the heat flow fluid flow rate is measured. passes through the solar panel assembly 9.
  • the tank 1 comprises regulating elements 8 comprising a differential thermostat and probes that measure the temperature, through which the shutdown of the pump 3 is determined, and the consequent emptying of the heat transfer fluid to the tank 1, once the desired temperature has been reached.
  • evacuation means 24 that connect the return duct 12 with the tank 1, through which the air comprised in the upper part 1 b of the tank 1 is directed towards the solar panels 9 and towards the rest of the first circuit 1 when the pump 3 is stopped, the heat transfer fluid being thus emptied to the tank 1.
  • the heat transfer fluid is driven by means of the pump 3 from the tank 1 to the solar panel assembly 9 through the inlet duct 10.
  • the upper part 1 b of the tank 1 has air.
  • the return conduit 12 has a first part 12a that connects the corresponding solar plate 9 with the exchanger 11, where the heat absorbed in the set of solar panels 9 exchanges the water that circulates through the second circuit 21, the second circuit 21 being a heating circuit, sanitary hot water, pool feeding, etc, and a second part 12b communicating the exchanger 11 with the second part 2b of the tank 1.
  • the plate 2 that divides the reservoir 1 comprises a hole 16 which is crossed by the return conduit 12.
  • the reservoir 1 comprises a filling conduit 7 through which the first circuit 20 is filled with the heat transfer fluid.
  • the air evacuation means 24 includes an expulsion duct 13 that connects the filling duct 7 with the outlet duct 12, so that when the pump 3 stops, the heat transfer fluid present in the solar panels 9 as well as in the
  • the remainder of the first circuit 20 returns to the tank 1 due to the effect of gravity, being helped by the ejection duct 13, since through it, the air from the upper part 1 b of the reservoir 1 is propelled towards the outlet duct 12 , and through this towards the solar panels 9, facilitating the emptying of the heat transfer fluid.
  • FIG 2 the installation of thermal solar energy 30 in idle state is shown, in which the tank 1 substantially houses all the heat transfer fluid included in the first circuit 20.
  • FIG 3 a second embodiment of the solar thermal energy installation 30 of the invention is shown, in which the inlet conduit 10 has a first part 10a that communicates the first part 2a of the tank 1 with the exchanger 1 1, and a second part 10b that communicates the exchanger 1 1 with the solar panels 9.
  • the drive means 23, as well as the control means 22 are arranged connected in the second part 10b of the inlet duct 10.
  • the return conduit 12 directly communicates the solar panel 9 with the reservoir 1, specifically with the second part 2b of the reservoir 1, the reservoir 1 partially crossing the reservoir 1 partially until it reaches the second part 2b.
  • the evacuation means 24 comprise at least one evacuation hole 23 in the return conduit 12 which communicates the upper part 1 b of the interior of the tank 11, so that, by means of said evacuation hole 23 and the plate 2 it prevents the heat transfer fluid from leaving the inlet duct
  • the heat transfer fluid is driven by the pump 3 from the tank 1 to the solar panels 9 through the exchanger 1 1 where the heat yields to the water of the second circuit 21. Once the heat transfer fluid reaches the solar panels 9, it absorbs the solar radiation, heating and returning to the tank 1 through the outlet duct 12.
  • the heat transfer fluid present in the solar panels 9 as well as in the rest of the first circuit 20 returns to the tank 1 due to the effect of gravity, being helped by the ejection hole 23 , since through it, the air from the upper part 1 b of the tank 1 is propelled towards the outlet duct 12, and through it towards the solar plate 9, facilitating the emptying of the heat transfer fluid.

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Abstract

Instalación de energía solar térmica que comprende un primer circuito (20) a través del cual circula un fluido caloportador que comprende al menos una placa solar (9) que capta la radiación solar y la transmite al fluido caloportador, un depósito (1) comunicado con la placa solar (9) a través de un conducto de entrada (10) y un conducto de retorno (12), unos medios de impulsión (3) del fluido caloportador desde el depósito (1) hacia las placas solares (9), un segundo circuito (21) a través del cual circula agua, y un intercambiador (11) en donde el fluido caloportador del primer circuito (20) cede el calor al agua del segundo circuito (21). El primer circuito (20) comprende unos medios de evacuación (24) del aire contenido en el depósito (1), comprendiendo el depósito (1) una placa (2) divisoria dispuesta en su interior que impide que el fluido caloportador saliente del depósito incluya aire.

Description

"Instalación de energía solar térmica"
DESCRIPCIÓN
SECTOR DE LA TÉCNICA La presente invención se refiere a una instalación de energía solar térmica, que comprende medios de regulación que evitan sobrecalentamientos, sobrepresiones posibles congelaciones en Ia instalación de energía solar como consecuencia de una falta de consumo, de un exceso de radiación solar, o de temperaturas adversas.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
Es conocida Ia necesidad de enfriar, al menos en determinados momentos, los componentes que integran una Instalación de energía solar térmica con vistas a eliminar Ia posibilidad de sobrecalentamientos, sobrepreslones o congelaciones que pudieran tener como consecuencia averías y fallos en el conjunto de Ia instalación, como ocurre cuando el consumo de agua caliente de dicha instalación es reducido, cuando Ia instalación de energía solar térmica está sometida a una intensa radiación solar o. por el contrario, cuando dicha instalación está sometida a temperaturas muy bajas con riesgo de congelación de los conductos que atraviesan los paneles solares. La necesidad mencionada anteriormente no ha tenido hasta el momento, una respuesta específica que pueda ser implementada físicamente de una manera eficiente, habiéndose recurrido a soluciones tradicionales no exentas de problemas e inconvenientes, como es, por ejemplo, Ia utilización de aerotermos que provocan Ia puesta en marcha de un ventilador cuando Ia temperatura supera un cierto valor de umbral, con el consiguiente consumo de electricidad y Ia necesidad de mantenimiento, o Ia instalación de válvulas de seguridad térmica que determinan Ia expulsión de agua caliente al exterior cuando se alcanza una temperatura límite con el consiguiente consumo de agua que normalmente se desecha sin aprovechamiento alguno. En otros casos, las instalaciones tradicionales necesitan disponer de vasos de dilatación de grandes dimensiones para absorber las sobrepresiones en caso de sobrecalentamiento, Io que complica las características de Ia instalación, su voluminosidad, y consecuentemente, el coste económico de Ia instalación.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de Ia invención es proporcionar una instalación de energía solar térmica, según se define en las reivindicaciones.
La instalación de energía solar térmica de Ia invención comprende un primer circuito a través del cual circula un fluido caloportador que comprende al menos una placa solar que capta Ia radiación solar y Ia transmite al fluido caloportador, un depósito comunicado con Ia placa solar a través de un conducto de entrada, unos medios de impulsión del fluido caloportador desde el depósito hacia Ia placa solares, un segundo circuito a través del cual circula agua, y un intercambiador en donde el fluido caloportador del primer circuito cede el calor al agua del segundo circuito. El primer circuito comprende unos medios de evacuación del aire contenido en el depósito, comprendiendo además el depósito una placa dispuesta en el interior del depósito que impide que el fluido caloportador saliente de dicho depósito a través del conducto de entrada, contenga aire. De este modo, se obtiene una instalación compacta y sencilla, que permite por un lado, el vaciado de Ia instalación del fluido caloportador cuando los medios de impulsión son detenidos, alojándose el fluido caloportador en el depósito, evitándose de este modo los problemas de sobrecalentamiento, congelación y bajo consumo, enumerados anteriormente, y por otro lado, se impide Ia presencia de aire en el fluido caloportador que se impulsa desde el depósito hacia Ia placa solar.
Estas y otras características y/o ventajas de Ia invención se harán evidentes a partir de las figuras y de Ia descripción detallada de Ia invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Fig. 1 muestra una vista esquemática de una primera realización de una instalación de energía solar térmica según Ia invención, en estado operativo.
La Fig. 2 muestra una vista esquemática de Ia instalación de energía solar térmica de Ia Fig. 1 , en estado de reposo.
La Fig. 3 muestra una vista esquemática de una segunda realización de Ia instalación de energía solar térmica, en estado operativo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La instalación de energía solar térmica 30 comprende un primer circuito 20 a través del cual circula un fluido caloportador y que comprende un conjunto de placas solares 9 que captan Ia radiación solar transmitiéndola al fluido caloportador, un depósito 1 comunicado con el conjunto de placas solares 9, siendo dicho depósito 1 capaz de alojar sustancialmente todo el fluido caloportador del primer circuito 20, unos medios de impulsión 3 que bombean el fluido caloportador desde el depósito 1 hacia las placas solares 9 a través de un conducto de entrada 10, un segundo circuito 21 a través del cual circula agua, y un intercambiador 11 en donde el fluido caloportador del primer circuito 20 cede el calor al agua del segundo circuito 21. Una vez que el fluido caloportador recibe Ia radiación solar, retoma al depósito 1 por medio de un conducto de retorno 12.
Por otra parte, el depósito 1 comprende en su interior una placa 2 que divide el depósito 1 en una primera parte 2a y en una segunda parte 2b, disponiéndose el conducto de entrada 10 comunicado con Ia primera parte 2a, y el conducto de salida 12 con Ia segunda parte 2b. En una realización preferente, Ia primera y segunda partes 2a, 2b son sustancialmente iguales, y tanto el depósito 1 como Ia placa 2 están hechos preferentemente de acero inoxidable.
Los medios de impulsión 3 comprenden una bomba de presión capaz de alcanzar una altura manométrica mayor que Ia del primer circuito 20, y proporcionar un caudal adecuado.
Por otro lado, el primer circuito 20 comprende unos medios de control 22 que controlan el caudal de fluido caloportador que pasa por las placas solares 9, y que se disponen aguas arriba de los medios de impulsión 3. Los medios de control 22 incluyen una válvula de muelle 4 que regula Ia presión y caudal del fluido caloportador, devolviendo el caudal sobrante al depósito 1 , un dispositivo termohidrómetro 5 que mide Ia temperatura y presión del fluido caloportador, y un caudalímetro 6 con el que se mide el caudal de fluido caloportador que pasa por el conjunto de placas solares 9. Por otro lado, el depósito 1 comprende unos elementos de regulación 8 que comprenden un termostato diferencial y unas sondas que miden Ia temperatura, a través de los cuales se determina Ia parada de Ia bomba 3, y el consiguiente vaciado del fluido caloportador al depósito 1 , una vez alcanzada Ia temperatura deseada. Además, comprende unos medios de evacuación 24 que conectan el conducto de retorno 12 con el depósito 1 , a través de los cuales el aire comprendido en Ia parte superior 1 b del depósito 1 es dirigido hacia las placas solares 9 y hacia el resto del primer circuito 1 cuando se para Ia bomba 3, siendo de esta forma vaciado el fluido caloportador al depósito 1.
En Ia primera realización mostrada en Ia figura 1 , el fluido caloportador es impulsado por medio de Ia bomba 3 desde el depósito 1 hasta el conjunto de placas solares 9 a través del conducto de entrada 10. Cuando Ia instalación de energía solar térmica está en funcionamiento, Ia parte superior 1 b del depósito 1 tiene aire.
Una vez que el fluido caloportador absorbe Ia radiación solar, es conducido, a través del conducto de retorno 12 hasta Ia segunda parte 2b del depósito 2. El conducto de retorno 12 tiene una primera parte 12a que conecta Ia placa solar 9 correspondiente con el intercambiador 11 , en donde intercambia el calor absorbido en el conjunto de placas solares 9 al agua que circula por el segundo circuito 21 , siendo el segundo circuito 21 un circuito de calefacción, de agua caliente sanitaria, alimentación de piscinas, etc, y una segunda parte 12b que comunica el intercambiador 11 con Ia segunda parte 2b del depósito 1.
La placa 2 que divide el depósito 1 comprende un orificio 16 que es atravesado por el conducto de retorno 12. Por otra parte, el depósito 1 comprende un conducto de llenado 7 a través del cual se llena el primer circuito 20 con el fluido caloportador.
Los medios de evacuación 24 del aire incluyen un conducto de expulsión 13 que conecta el conducto de llenado 7 con el conducto de salida 12, de modo que cuando se para Ia bomba 3, el fluido caloportador presente en las placas solares 9 así como en el resto del primer circuito 20 vuelve al depósito 1 por efecto de Ia gravedad, siendo ayudado por el conducto de expulsión 13, dado que a través del mismo, el aire de Ia parte superior 1 b del depósito 1 es impulsado hacia el conducto de salida 12, y a través de este hacia las placas solares 9, facilitando el vaciado del fluido caloportador. En Ia figura 2, se muestra Ia instalación de energía solar térmica 30 en estado de reposo, en Ia cual el depósito 1 aloja sustancialmente todo el fluido caloportador comprendido en el primer circuito 20. En estas condiciones, aunque Ia placa solar 9 siga recibiendo Ia radiación solar, no se produce el indeseado sobrecalentamiento del líquido, las consiguientes sobrepresiones, o congelaciones que con frecuencia son Ia causa de averías y fallos en los sistemas tradicionales, dado que no circula fluido caloportador por dicha placa solar 9.
En Ia figura 3, se muestra una segunda realización de Ia instalación de energía solar térmica 30 de Ia invención, en Ia cual el conducto de entrada 10 tiene una primera parte 10a que comunica Ia primera parte 2a del depósito 1 con el intercambiador 1 1 , y una segunda parte 10b que comunica el intercambiador 1 1 con las placas solares 9. Los medios de impulsión 23, así como los medios de control 22 se disponen conectados en Ia segunda parte 10b del conducto de entrada 10.
Por otro lado, el conducto de retorno 12 comunica directamente Ia placa solar 9 con el depósito 1 , concretamente con Ia segunda parte 2b del depósito 1 , atravesando el conducto de retorno 12 parcialmente el depósito 1 hasta llegar a Ia segunda parte 2b. Además, los medios de evacuación 24 comprenden al menos un orificio de evacuación 23 en el conducto de retomo 12 que comunica Ia parte superior 1 b del interior del depósito 11 , de modo que, por medio de dicho orificio de evacuación 23 y Ia placa 2 se evita que el fluido caloportador saliente al conducto de entrada
10 contenga aire.
De este modo, cuando Ia instalación de energía solar térmica 1 está en funcionamiento, tal y como se muestra en Ia figura 3, el fluido caloportador es impulsado por Ia bomba 3 desde el depósito 1 hacia las placas solares 9 pasando por el intercambiador 1 1 en donde cede el calor al agua del segundo circuito 21 . Una vez que el fluido caloportador llega a las placas solares 9, absorbe Ia radiación solar, calentándose y retornando al depósito 1 a través del conducto de salida 12.
Cuando se supera una determinada temperatura, y Ia bomba 3 se para, el fluido caloportador presente en las placas solares 9 así como en el resto del primer circuito 20 vuelve al depósito 1 por efecto de Ia gravedad, siendo ayudado por el orificio de expulsión 23, dado que a través del mismo, el aire de Ia parte superior 1 b del depósito 1 es impulsado hacia el conducto de salida 12, y a través de este hacia Ia placa solar 9, facilitando el vaciado del fluido caloportador.
La forma de realización preferida del equipo de Ia invención que se acaba de describir, puede ser objeto de modificaciones y cambios formales, dimensionales y estructurales, así como también construido en materiales diversos, sin abandonar por ello Ia esencialidad de Ia invención, definida por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Instalación de energía solar térmica que comprende un primer circuito (20) a través del cual circula un fluido caloportador que comprende al menos una placa solar (9) que capta Ia radiación solar y Ia transmite al fluido caloportador, un depósito (1 ) comunicado con Ia placa solar (9) a través de un conducto de entrada (10) y un conducto de retorno (12), unos medios de impulsión (3) del fluido caloportador desde el depósito (1) hacia las placas solares (9) a través del conducto de entrada (10), un segundo circuito (21 ) a través del cual circula agua, y un intercambiador (11 ) en donde el fluido caloportador del primer circuito (20) cede el calor al agua del segundo circuito (21), caracterizado porque el primer circuito (20) comprende unos medios de evacuación (24) del aire contenido en el depósito (1 ), y el depósito (1 ) comprende una placa (2) dispuesta en el interior del depósito (1) que divide el depósito (1) e impide que el fluido caloportador saliente del depósito (1 ) incluya aire.
2. Instalación de energía solar térmica según Ia reivindicación anterior en donde Ia placa (2) divide al deposito (1) en una primera parte (2a) y en una segunda parte (2b), disponiéndose el conducto de entrada (10) comunicado con Ia primera parte (2a), y el conducto de retorno (12) comunicado con Ia segunda parte (2b).
3. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde Ia placa (2) comprende un orificio (16) a través del cual el conducto de retorno (12) atraviesa Ia placa (2).
4. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde Ia placa (2) divide el depósito (1 ) sustancialmente en dos partes iguales.
5. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones
6. anteriores, en donde los medios de evacuación (24) de aire comunican Ia parte superior (1 b) del depósito (1) con el conducto de retorno (12), permitiendo pasar el aire desde el interior del depósito (1 ) hacia Ia placa solar (9).
7. Instalación de energía solar térmica según Ia reivindicación anterior, en donde los medios de evacuación (24) comprenden un conducto de evacuación (13) que conecta el depósito (1) con el conducto de retorno (12).
8. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los medios de evacuación (24) comprenden al menos un orificio (23) en el conducto de retorno (12).
9. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende unos medios de control (22) que incluyen una válvula de muelle (4) que regula Ia presión y caudal del fluido caloportador, un dispositivo termohidrómetro (5) que mide Ia temperatura y presión del fluido caloportador, y un caudalímetro (6).
10. Instalación de energía solar térmica según Ia reivindicación anterior, en donde los medios de control (22) se disponen conectados al conducto de entrada (10).
1 1. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de impulsión (3) comprenden una bomba de presión, capaz de alcanzar una altura manométrica superior a Ia instalación de energía solar térmica (30).
12. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el depósito (1 ) comprende unos medios de regulación (8) que incluyen un termostato y unas sondas que determinan Ia parada de los medios de impulsión (3).
13. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el depósito (1) comprende un conducto de llenado (7) del fluido caloportador.
14. Instalación de energía solar térmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el depósito (1 ) y Ia placa (2) están hechos preferentemente de acero inoxidable.
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