Presentamos un nuevo modelo de colector solar térmico, al que llamamos "Cremallera Térmica Solar" para transformación de energía radiante de origen solar en energía térmica mediante calentamiento de un fluido caloportador.

Está formado por dos planchas de aluminio que forman una carcasa, dentro de la cual se disponen perfiles del mismo material de caras rectangulares adosados por su cara menor a los cierres laterales de la carcasa y por su cara mayor solidarios con las tapas de esta última, en disposición de cremallera, tal como se muestra en la figura, dando lugar a un canal de sección rectangular por el que el fluido caloportador circula en régimen laminar. Incluye unas bocas de entrada y salida de fluido de plástico inyectado, también novedosas. Su aplicación es la obtención de agua caliente a partir de la energía solar para uso sanitario, calentamiento de piscinas o calefacción por suelo radiante

Cremallera térmica solar (solar thermal rack).

Sector de la técnica

El dispositivo que se presenta a patente es un colector solar térmico destinado a transformar la energía radiante procedente del sol en energía calorífica, que es captada por un líquido caloportador. El objeto es obtener agua caliente a partir de la energía solar, que puede ser utilizada como ACS (agua caliente sanitaria), para calentamiento de piscinas, para calefacción....

Estado de la técnica

En la actualidad se encuentran disponibles en el mercado diversos dispositivos colectores solares térmicos. Cada casa comercial fabrica un modelo determinado, aunque pueden clasificarse en dos tipos principales: 1) Aquellos formados por un tubo de cobre en forma de serpentín que están unidos a una chapa fina también de cobre mediante soldadura ultrasónica, de plata u otras. 2) Los consistentes en dos planchas de cobre o aluminio, estampadas con un diseño de canales en forma de arpa que se pegan o sueldan entre si. El problema principal de las placas actualmente en el mercado es su elevado precio (entre 250 € y 350 €) por metro cuadrado y su gran tamaño (suelen ser de 2 m²). Estos condicionantes dificultan su adquisición e instalación.

Explicación

El colector denominado "Cremallera Térmica Solar" consta de una carcasa formada por dos finas planchas (entre 1 y 0'6 mm de espesor y, por ejemplo de 100x100 cm²) de aluminio de las mismas dimensiones, la que se sitúa expuesta al sol está anodizada (o lacada, pintada...) en cromo negro mate por una cara, mientras que la otra es de aluminio natural. Entre dichas planchas (con entre 3 y 5 mm de separación entre ambas) se disponen 10 perfiles rectangulares de aluminio de, por ejemplo, 900x10x3 mm, formando una "cremallera" (ver figura 2, Interior), de tal forma que queda un canal entre ambas planchas por donde circulará el líquido caloportador (por ejemplo, etilenglicol al 25% en agua). Las bocas de entrada y salida podrían estar realizadas de un polímero estable hasta una temperatura de 120ºC y con alta resistencia mecánica (por ejemplo polipropileno), que serían fabricadas independientemente por inyección. También se podrían realizar las bocas mediante chapa plegada de aluminio y tubo del mismo material. El sellado exterior del colector se realiza soldando entre si las planchas (a las que se había realizado anteriormente un plegado en los bordes) y/o mediante resina epoxi anaeróbica (disponible comercialmente de la casa NURAL u otras). Las piezas de que consta el colector "Cremallera térmica solar" (donde las dimensiones se corresponden con los esquemas adjuntos, pero podrían variarse según las necesidades concreta de fabricación e instalación) son:

La principal novedad es el circuito integrado (la cremallera) entre las dos planchas (hecho con perfiles de aluminio). La ventaja principal de nuestra placa es que el precio de los materiales necesarios y el procedimiento de fabricación para construirla (incluyendo mano de obra y maquinaria) deben dar como resultado un colector con un precio en el mercado del orden de la mitad de las que hay disponibles actualmente. Además, al circular el líquido en flujo laminar en Láminas de espesor entre 3 y 5 mm inmediatamente debajo de la plancha anodizada, la transformación de la energía radiante en energía calorífica absorbida por el líquido caloportador es muy rápida, lo que minimiza las pérdidas caloríficas de la misma aumentando por tanto su rendimiento e igualando, al menos, el rendimiento de los mejores colectores solares comerciales disponibles en la actualidad.

Descripción de los dibujos

Hemos incluido cuatro esquemas al final del presente informe.

• La Figura 1 muestra el aspecto exterior del colector por la parte de arriba (expuesto al sol), donde los puntos representan o tornillos pasantes, o puntos de soldadura, dependiendo del procedimiento concreto de fabricación final (ver más adelante).

• La figura 2 muestra la invención concreta que deseamos patentar. Los 10 perfiles de aluminio (1) están colocados en forma de cremallera de tal forma que el líquido caloportador que entra por la parte baja de la placa se ve obligado a recorrer sobre 10 m por un canal rectangular. Esto supone una amplia superficie de contacto del líquido caloportador con la plancha captadora de la radiación solar en láminas de espesor menor que un milímetro, lo que garantiza una optimización del tiempo de transmisión de la energía absorbida. También se muestran los puntos de anclaje de los listones (2) y las bocas de entrada y salida (3).

• La figura 3 muestra el perfil de la placa, cortada perpendicularmente a los listones de aluminio. Se observan los canales por los que circula el líquido y los listones que lo delimitan, así como la boca de polipropileno. En las figuras 4 y 5 se muestran en detalle dos posibles plegados del perímetro de ambas planchas.

• Finalmente, las figuras 6, 7 y 8 muestran distintas vistas de un posible diseño para la boca en polipropileno inyectado.

Exposición detallada del modo de realización

Para el ensamblaje del colector, se pegan o se sueldan (con soldadura de Ar) los perfiles de aluminio y se pegan las bocas en la plancha de la base, en su lugar correspondiente. El pegado se hará con resina epoxi anaeróbica resistente a la temperatura. Se untan los perfiles y las bocas con más resina y se tapa con la otra plancha, que ha de tener la parte anodizada (ennegrecida) hacia el exterior. Para cerrar el colector, ambas planchas de aluminio llevan un reborde de entre 3 y 5 mm en su perímetro (de la misma longitud que el alto de los perfiles), de tal manera que puede encajarse una sobre la otra. Posteriormente se sueldan los rebordes con un cordón a lo largo del perímetro o se pega con la resina, de tal forma que no haya fugas de líquido hacia el exterior del colector. Se taladra en los lugares adecuados (ver esquema) para sujetar las bocas con tornillos plásticos con junta y arandela. Además se ponen un par de puntos de soldadura entre la plancha exterior y cada listón, para que ésta no se abombe por la presión del fluido interior. Finalmente, se sella el perímetro de las planchas, las bocas y los tornillos con silicona para asegurarnos doblemente la estanqueidad.

Este colector se introduce para su uso en una caja abierta de aluminio natural de dimensiones adecuadas, aislada térmicamente con lana mineral (u otro aislante térmico comercial) en su base y los laterales. Encima de la caja se coloca un vidrio extraclaro con bajo contenido en hierro (que posee una baja reflectancia). Las bocas se conectan a tuberías aisladas térmicamente que, con ayuda de una pequeña bomba, hacen circular el líquido caloportador en circuito cerrado desde la placa hacia un serpentín que se encontraría en un acumulador ACS (agua caliente sanitaria). El líquido caloportador enfriado volvería de nuevo a la placa para recomenzar el ciclo. Obviamente en dicho circuito habría además un vaso de expansión y un purgador adecuados.

1. Colector solar térmico para transformación de energía radiante de origen solar en energía térmica mediante calentamiento de un fluido caloportador caracterizado porque los canales de circulación del fluido caloportador en el interior de la carcasa de aluminio u otro metal de alta conductividad térmica están delimitados por perfiles del mismo material (1) de caras rectangulares adosados por su cara menor a los cierres laterales de la carcasa y por su cara mayor solidarios con las tapas de esta última, en disposición de cremallera, dando lugar a un canal de sección rectangular por el que el fluido caloportador circula en régimen laminar absorbiendo el calor de la superficie expuesta a la radiación incidente; y que comprende unas bocas de entrada y salida de fluido de plástico inyectado con sección rectangular en la parte comprendida entre las planchas del colector y circular en la parte conectada al circuito de circulación del líquido caloportador (3).

2. Colector solar térmico para transformación de energía radiante de origen solar en energía térmica mediante calentamiento de un fluido caloportador según reivindicación 1 en el que el canal se realiza mediante un procedimiento mecánico de estampado de la plancha trasera de la carcasa (no expuesta al sol).