ABSORBEDOR PARA COLECTOR SOLAR Y SU PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN.

La presente invención consiste en un absorbedor para colector solar comprendido por elementos extruidos de aluminio o aleación de aluminio que conforman una pluralidad de conductos por cuyo interior discurre un fluido calo-portador,

el perfil de cada conducto se deriva hacia ambos laterales en sendas aletas que conjuntamente con el contorno del conducto se fijan a dos tubos extremos y transversales como elementos colectores, los elementos colectores poseen orificios para su comunicación con los conductos, los cuales poseen una zona de aplastamiento a lo largo de su longitud que aumenta la relación perímetro/área de su sección transversal. Es también un objeto de la presente invención el procedimiento de fabricación de dicho absorbedor para colector solar.

Absorbedor para colector solar y su procedimiento de fabricacion

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un absorbedor para colector solar térmico, que comprende conductos que se derivan hacia ambos laterales en sendas aletas que se fijan a una plancha de aluminio con recubrimiento selectivo a la radiación solar, cuya evidente finalidad es absorber calor, y realizar un intercambio térmico con un fluido calo-portador que discurra por el interior de dichos conductos, pudiendo utilizarse el fluido para la obtención de agua caliente sanitaria o para cualquier otro uso en otros tipos de intercambios o transformaciones energéticas.

También es objeto de la presente invención, el procedimiento de fabricación de dicho absorbedor para colector solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Normalmente, son conocidas soluciones de fabricación de absorbedores para colectores solares que tratan de optimizar el contacto entre la superficie expuesta a la radiación y el fluido calo-portador y, por lo tanto, el intercambio térmico.

Esto es logrado mediante la utilización de múltiples perfiles extruidos que integran conductos y aletas sobre las que incide la radiación, unidos a dos conductos colectores por los que entra y sale el fluido.

Por ejemplo, el documento EP 2096376 A2, publicado el 2 de septiembre de 2009, muestra una solución muy similar a la descrita anteriormente con la particularidad de que entre los bordes libres de las aletas laterales de los perfiles extruidos contiguos se sueldan pletinas determinando una continuidad superficial en el conjunto del absorbedor.

A las velocidades a las que va normalmente el fluido calo-portador en los colectores solares, el perímetro interior regular del conducto de estas soluciones conocidas hace que los números de Reynolds sean bajos y el régimen sea totalmente laminar.

Sin embargo, está comprobado que el intercambio de calor en régimen laminar es muy inferior al que se puede tener en un régimen turbulento.

Por otro lado, en los sistemas solares térmicos no es sólo importante el rendimiento del colector solar. Es tanto o más importante el diseño del sistema y cómo es su rendimiento cuando los colectores solares se unen entre sí.

Es muy importante lograr que la eficiencia del sistema de colectores sea la suma de las eficiencias individuales de cada uno de los colectores.

En un sistema de colectores solares de tipo “parrilla” conectados entre sí existen normalmente diferencias importantes en los caudales que circulan por cada uno de ellos; esto se debe a que no está bien equilibrado y dimensionado dicho sistema.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un absorbedor para colector solar comprendido por elementos extruidos de aluminio o aleación de aluminio que conforman una pluralidad de conductos por cuyo interior discurre un fluido calo-portador.

El perfil de cada conducto se deriva hacia ambos laterales en sendas aletas que se fijan a una plancha de aluminio con recubrimiento selectivo a la radiación solar, los conductos y las aletas se fijan a su vez a dos tubos extremos y transversales como elementos colectores. Estos elementos colectores poseen orificios para su comunicación con los conductos.

El absorbedor se caracteriza porque cada conducto posee una zona de aplastamiento a lo largo de su longitud.

Los elementos extruidos son deformados para mejorar el intercambio de calor del absorbedor y la eficiencia del colector solar.

Mediante el proceso de extrusión de aluminio existen límites en las secciones que se pueden extruir y que limitan el diseño y la eficiencia.

Para aumentar la transferencia del flujo de calor hacia el fluido calo-portador, el diseño del absorbedor de la presente invención concibe secciones con una alta relación perímetro/área, lo cual se ve limitado con la extrusión.

Por tal razón, para aumentar la relación perímetro/área de la sección transversal del elemento extruido, se practica una zona de aplastamiento sobre dicho elemento una vez extruido, esta deformación se realizaría en toda la sección excepto en las zonas cercanas a las uniones de los perfiles a los colectores.

Adicionalmente a la deformación, es decir, la zona de aplastamiento practicada en el elemento extruido, y con vistas a lograr mayor aumento de dicha relación perímetro/área de su sección transversal, se pueden efectuar, de forma equidistante a lo largo de toda la longitud de dicha zona de aplastamiento, unas hendiduras o deformaciones adicionales transversales a la dirección del flujo o con un cierto ángulo a éste.

Dichas hendiduras transversales provocan el desprendimiento de la capa limite y hacen que el flujo sea menos laminar (o más turbulento) . Este efecto hace que se incremente la capacidad de intercambio de calor y por lo tanto la eficiencia del sistema.

La distancia entre las deformaciones y el ángulo respecto a la dirección de flujo son parámetros de diseño que se calculan y se fijan en función de los caudales de funcionamiento.

Adicionalmente, se pueden incluir en dicha sección transversal, proyectadas en la superficie interior por donde circula el fluido, particiones, nervios, abolladuras, aletas, resaltes o cualquier otra configuración geométrica que también favorecen el aumento de la relación perímetro/área de dicha sección transversal, aumentando a su vez, la superficie de intercambio o transferencia del flujo de calor hacia el fluido calo-portador.

Hay un segundo beneficio de practicar estas deformaciones a lo largo del o los elementos extruidos que conforman el conducto y es que provocamos unas caídas de presión en los conductos que hace que el sistema esté más equilibrado cuando se montan baterías de paneles.

Adicionalmente, en el equilibrado del sistema también puede influir, ventajosamente, el ajuste del perímetro o sección de los orificios practicados en los elementos colectores para su comunicación con el conducto.

Ambas acciones, permiten montar un gran número de colectores en batería sin perder eficiencia.

Los paneles centrales, que normalmente pierden eficiencia porque circula menos caudal que por los de los extremos, se equilibran y pueden funcionar todos con caudales muy similares, no perdiendo rendimiento el sistema.

Otra mejora derivada es que el rendimiento del sistema es menos sensible a las bajadas de caudal por debajo del nominal definido. Por tanto, en el caso de hacerlo funcionar a caudales bajos se obtienen muy buenos rendimientos.

Esto redunda en ventajas apreciables para el sistema al requerirse menos diámetros en las tuberías colectoras, las cuales son las que van desde las baterías de colectores hasta el depósito acumulador, lo que se traduce en una reducción de coste del sistema.

Adicionalmente, la presente invención se refiere al procedimiento de fabricación del absorbedor de la invención.

Para la conformación de los conductos, por cuyo interior discurrirá el fluido calo-portador, se comienza por extruir cada elemento de aluminio o de aleación de aluminio que conforma dicho conducto.

Posteriormente, se aplasta dicho elemento en toda su longitud, de tal forma que se aumente la relación perímetro/área de su sección transversal, favoreciendo la transferencia del flujo de calor hacia el fluido calo-portador.

El aplastamiento del elemento extruido se realiza en toda su longitud excepto en las zonas cercanas a donde se realizarán las uniones del conducto a los elementos colectores.

En el presente procedimiento se requiere realizar el paso del aplastamiento después de extruir el elemento de aluminio o de aleación de aluminio.

La matriz de extrusión que genera la forma deseada incluye una parte central o macho que configura la sección del elemento extruido. Al buscar la mayor relación en valor entre el perímetro y el área de dicha sección lo que se hace es disminuir el espesor del macho lo que hace que se lleguen a valores críticos de resistencia del mismo que conllevan a su rotura. Por esta razón, la única manera de optimizar la citada relación entre el perímetro y el área de la sección es mediante la extrusión de un elemento cuya sección del macho sea resistente con todas las garantías y posteriormente la forma obtenida se aplaste.

De manera opcional se pueden realizar hendiduras transversales a la dirección del flujo del fluido caloportador.

La distancia entre estas hendiduras y el ángulo respecto a la dirección de flujo son parámetros de diseño que se calculan y se fijan en función de los caudales de funcionamiento.

1. Absorbedor para colector solar que comprende elementos extruidos (1) de aluminio o aleación de aluminio que conforman una pluralidad conductos (1.1) por cuyo interior discurre un fluido calo-portador, el perfil de cada conducto (1.1) se deriva hacia ambos laterales en sendas aletas (1.2) que se fijan a una plancha de aluminio (2) con recubrimiento selectivo a la radiación solar, los conductos (1.1) y las aletas (1.2) se fijan a su vez a dos tubos extremos y transversales como elementos colectores (4) los cuales poseen orificios (4.1) para su comunicación con los conductos (1.1) caracterizado porque cada conducto (1.1) posee una zona de aplastamiento (1.1.1) a lo largo de su longitud que aumenta la relación perímetro/área de su sección transversal, favoreciendo la transferencia del flujo de calor hacia el fluido calo-portador.

2. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 1 en el que cada conducto (1.1) posee un único canal por el que discurre el fluido.

3. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 1 en el que cada conducto (1.1) posee dos canales por los que discurre el fluido.

4. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 1 en el que la zona de aplastamiento (1.1.1) de cada conducto (1.1) posee hendiduras transversales (1.1.2) , provocando que el fluido calo-portador discurra a través del conducto (1.1) en flujo turbulento.

5. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 1 en el que el perímetro interior del conducto (1.1) incluye particiones, nervios, abolladuras, aletas o cualquier otra configuración geométrica que favorecen al aumento de la relación perímetro/área de dicha sección transversal.

6. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 5 en el que las aletas son de forma almenada (5) .

7. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 5 en el que las aletas son de forma piramidal (6) .

8. Absorbedor para colector solar según la reivindicación 1 en el que los orificios (4.1) practicados en los elementos colectores (4) para su comunicación con los conductos (1.1) determinan un medio de control del caudal de fluido calo-portador que circula por cada conducto (1.1) .

9. Absorbedor para colector solar según las reivindicaciones anteriores en el que mediante el ajuste del perímetro o sección de cada uno de los orificios (4.1) practicados en los elementos colectores (4) y/o la zona de aplastamiento (1.1.1) practicada en cada elemento extruido (1) se consigue el equilibrado entre los caudales de todos los conductos (1) .

10. Procedimiento de fabricación del absorbedor para colector solar según la reivindicaciones anteriores caracterizado porque la conformación de los elementos extruidos (1) comprende los siguientes pasos:

-extruir cada elemento de aluminio o de aleación de aluminio (1) que conforma el conducto (1.1) ,

-aplastar dicho elemento (1) en toda su longitud, de tal forma que se configure una zona de aplastamiento (1.1.1) , que aumenta la relación perímetro/área de su sección transversal, favoreciendo la transferencia del flujo de calor hacia el fluido calo-portador.

11. Procedimiento de fabricación del absorbedor para colector solar según la reivindicación 10 en el que en la misma etapa de aplastamiento se realizan sobre dicha zona de aplastamiento (1.1.1) hendiduras transversales (1.1.2) a la dirección del flujo del fluido calo-portador.

Fig.2

1.2 1.2 1.2 1.2

Fig.3A Fig.3B

1.1 2 1.1 333 3

1.2 1.2 1.2 1.2

Fig.4A Fig.4B

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig.8