Método y aparato para colector solar con control integral de la temperatura de estancamiento.

Un colector solar (2) incluyendo:

una porción superior incluyendo un acristalamiento (6),

una porción inferior (14);

un absorbedor (8) dispuesto entre dicha porción superior y dicha porción inferior (14) para absorber energía solarrecibida a través de dicho acristalamiento (6), estando dicho absorbedor (8) en una relación espaciada encima dedicha porción inferior (14) de tal manera que se defina un canal (16) entre una superficie inferior de dicho absorbedor(8) y una superficie superior de dicha porción inferior (14), estando adaptado dicho absorbedor para que un fluido detransferencia de calor circule a su través;

una entrada (18) y una salida (20) asociadas y en extremos sustancialmente opuestos de dicho canal (16) entredicho absorbedor (8) y dicha porción inferior (14), para ventilar dicho canal (16); y

un regulador (22) para abrir dicha salida (20) a una temperatura igual o superior a una primera temperaturaseleccionada y para cerrar dicha salida (20) a una temperatura igual o inferior a una segunda temperaturaseleccionada;

donde dichas temperaturas seleccionadas primera y segunda están por debajo de una temperatura deestancamiento del colector solar; y donde al menos la superficie inferior del absorbedor (8) que define dicho canal(16) es una superficie de alta emisividad que tiene una emisividad de al menos 0,5.

Método y aparato para colector solar con control integral de la temperatura de estancamiento

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un método y aparato para un colector solar que tiene control integral de la temperatura máxima que puede alcanzar, evitando por ello excesivas temperaturas de estancamiento en el colector.

Antecedentes de la invención

En todos los colectores solares existe la posibilidad de que los colectores alcancen temperaturas muy altas, en particular durante los períodos en los que hay poca o nula extracción de calor de los colectores. Por ejemplo, en los sistemas de calentamiento solar que se basan en la circulación de un fluido de transferencia de calor a través de absorbedores para quitar calor de los colectores, tal como los sistemas solares de agua caliente, los colectores pueden alcanzar altas temperaturas durante los fallos de potencia cuando la circulación del fluido de transferencia de calor se para, o durante períodos prolongados de poco o nulo consumo de agua caliente. En estas condiciones, los colectores solares pueden alcanzar temperaturas de “estancamiento” superiores a 170°C. Además de la posibilidad de daño de los componentes del colector, la exposición a temperaturas tan altas puede degradar rápidamente o incluso hacer hervir el fluido de transferencia de calor. Además, las presiones excesivas darán lugar a un bucle de transferencia de calor del colector solar como resultado de las altas temperaturas de estancamiento.

El problema es especialmente agudo en climas donde hay posibilidad de que haya temperaturas de congelación durante parte del año. Los sistemas de calentamiento solar diseñados para estos climas utilizan típicamente un fluido anticongelante de transferencia de calor para transportar calor desde los colectores solares a una carga. Los fluidos anticongelantes de uso común son mezclas de propilen-glicol/agua, que están sujetas a deterioro a temperaturas elevadas (por ejemplo, superiores a aproximadamente 120 °C) . Las elevadas temperaturas del colector pueden hacer que dicho fluido de transferencia de calor sea corrosivo, dando lugar a un ensuciamiento y corrosión acelerados de los componentes del colector solar y los componentes del sistema asociado.

Además de estos problemas de fiabilidad, las elevadas temperaturas del colector solar en sistemas solares de agua caliente también pueden dar lugar a temperaturas de escaldado en el depósito de agua caliente: una situación potencialmente peligrosa para los usuarios del sistema. Para evitar esta situación potencialmente nociva, es posible cortar la circulación de fluido de transferencia de calor a través de los colectores solares (por ejemplo, parando la bomba de circulación) cuando el almacenamiento térmico llega a una temperatura alta. Aunque esto reduce la posibilidad de escaldado, solamente agrava el problema de la alta temperatura de estancamiento.

Se ha propuesto varios diseños para evitar las excesivas temperaturas en los colectores solares. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos número 4.150.659 de Buckley, la Patente de Estados Unidos número 4.219.009 de Palmer, y la Patente de Estados Unidos número 4.503.840 de Chertok describen un colector solar en el que se realiza ventilación del espacio entre el absorbedor y el acristalamiento, disponiendo agujeros de ventilación con reguladores accionados térmicamente en las superficies superiores o los extremos de los colectores. La Patente de Estados Unidos número 4.046.134 de Scott propone un colector solar en el que el espacio entre el acristalamiento y el absorbedor se ventila subiendo y bajando el acristalamiento encima del resto del colector, usando un mecanismo accionado térmicamente. La Patente de Estados Unidos número 5.404.867 de Rich describe un colector solar en el que el espacio entre el acristalamiento y el absorbedor se ventila proporcionando un acristalamiento que se flexiona cuando se alcanza una cierta temperatura alta, proporcionando por ello ventilación en el perímetro del acristalamiento. La Patente de Estados Unidos número 4.226.225 de Niedermyer describe un colector solar en el que el espacio a ambos lados del absorbedor se ventila por agujeros de ventilación accionados térmicamente dispuestos en los lados del colector. La Patente de Estados Unidos número 4.422.443 describe un colector solar con doble acristalamiento, en el que el espacio entre el acristalamiento se ventila por agujeros de ventilación accionados térmicamente dispuestos en los lados del colector. La Patente de Estados Unidos número 4.237.865 de Lorenz describe un panel de calentamiento solar que tiene un canal de aire, para calentamiento por aire de convección de un edificio. Agujeros de ventilación accionados térmicamente dispuestos delante del panel realizan la ventilación del canal. La Patente de Estados Unidos número 246.626 de Morse describe un colector solar para uso como un calentador de espacios para calentar o ventilar un edificio. El aire calentado del colector solar podría ser dirigido al edificio o usado para ventilar el edificio. La Patente de Estados Unidos número 4.469.087 de Cameron describe un dispositivo para usar energía solar para calentar el aire, que tiene un cuerpo aislante espaciado preferiblemente de una pared de mampostería de un edificio y un colector solar colocado delante del cuerpo aislante. Se utiliza un ventilador para impulsar aire a través del colector solar para sacar aire calentado del colector.

Sin embargo, un problema de todos estos diseños anteriores es que los agujeros de ventilación están dispuestos en la parte superior o los lados del colector, lo que permite que entren residuos y humedad al colector y que se acumulen en la superficie interior del acristalamiento y en la superficie del absorbedor, disminuyendo la eficiencia e incrementando los costos de mantenimiento del colector. Además, tal colocación de los agujeros de ventilación los hace vulnerables a la intemperie, reduciendo su fiabilidad.

Resumen de la invención

Según un primer aspecto de la invención se facilita un colector solar según las características de la reivindicación 1.

La invención consiste en la provisión de una alta emisividad de al menos 0, 5 de la superficie inferior del absorbedor en combinación con la apertura/cierre regulados de la salida del canal por un regulador.

En algunas realizaciones, dicha primera temperatura seleccionada y dicha segunda temperatura seleccionada son las mismas. En una realización preferida, dicha porción inferior incluye dicha entrada y dicha salida, y dicha salida puede estar elevada con relación a dicha entrada.

La superficie de alta emisividad puede incluir un recubrimiento de alta emisividad. Según esta invención, dicha al menos única superficie tiene una emisividad de al menos 0, 5.

En algunas realizaciones, dicho absorbedor está en una disposición espaciada sustancialmente paralela debajo de dicho acristalamiento, y dicho espacio entre dicho absorbedor y dicho acristalamiento está aislado de dicho canal. Al menos uno de dicha abertura y dicho cierre de dicho regulador puede ser accionado pasivamente. El regulador puede ser accionado térmicamente e incluir al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de un pistón con carga de gas, un accionador lleno de cera, un muelle bimetálico, y una aleación con memoria de forma.

Según un segundo aspecto de la invención se facilita un método de controlar la temperatura o de evitar el sobrecalentamiento en un colector solar según las características de la reivindicación 14.

En algunas realizaciones, el método incluye además disponer dicho colector solar de tal manera que dicha salida esté elevada con relación a dicha entrada. En una realización preferida, el método incluye además proporcionar alta emisividad a al menos una de dichas superficies que definen dicho canal. La al menos única superficie de alta emisividad se puede facilitar aplicándole un recubrimiento de alta emisividad.

El método puede incluir además abrir y cerrar pasivamente dicha salida, y se puede usar un regulador accionado térmicamente. En varias realizaciones, la apertura y el cierre de dicha salida los lleva a cabo un accionador seleccionado del grupo que consta de un pistón con carga de gas, un accionador lleno de cera, un muelle bimetálico, y una aleación con memoria de forma.

Según otro aspecto de la invención se facilita un sistema de energía solar incluyendo: un colector solar como el aquí descrito; un aparato de transferencia de calor para sacar calor de dicho colector; y un colector de calor o carga para aceptar calor de dicho aparato de transferencia de calor. El aparato de transferencia de calor puede incluir un fluido de transferencia... [Seguir leyendo]

1. Un colector solar (2) incluyendo:

una porción superior incluyendo un acristalamiento (6) ,

una porción inferior (14) ;

un absorbedor (8) dispuesto entre dicha porción superior y dicha porción inferior (14) para absorber energía solar recibida a través de dicho acristalamiento (6) , estando dicho absorbedor (8) en una relación espaciada encima de dicha porción inferior (14) de tal manera que se defina un canal (16) entre una superficie inferior de dicho absorbedor

(8) y una superficie superior de dicha porción inferior (14) , estando adaptado dicho absorbedor para que un fluido de transferencia de calor circule a su través;

una entrada (18) y una salida (20) asociadas y en extremos sustancialmente opuestos de dicho canal (16) entre dicho absorbedor (8) y dicha porción inferior (14) , para ventilar dicho canal (16) ; y

un regulador (22) para abrir dicha salida (20) a una temperatura igual o superior a una primera temperatura seleccionada y para cerrar dicha salida (20) a una temperatura igual o inferior a una segunda temperatura seleccionada;

donde dichas temperaturas seleccionadas primera y segunda están por debajo de una temperatura de estancamiento del colector solar; y donde al menos la superficie inferior del absorbedor (8) que define dicho canal

(16) es una superficie de alta emisividad que tiene una emisividad de al menos 0, 5.

2. El colector solar de la reivindicación 1, donde dicha primera temperatura seleccionada y dicha segunda temperatura seleccionada son las mismas.

3. El colector solar de la reivindicación 1, donde dicha porción inferior (14) incluye dicha entrada (18) y dicha salida (20) .

4. El colector solar de la reivindicación 1, donde dicha salida (20) está elevada con relación a dicha entrada (18) .

5. El colector solar de la reivindicación 1, donde dicha superficie de alta emisividad incluye un recubrimiento de alta emisividad.

6. El colector solar de la reivindicación 1, donde dicho absorbedor (8) está en una disposición espaciada sustancialmente paralela debajo de dicho acristalamiento (6) .

7. El colector solar de la reivindicación 6, donde dicho espacio entre dicho absorbedor (8) y dicho acristalamiento (6) está aislado de dicho canal (16) .

8. El colector solar de la reivindicación 1, donde al menos uno de dicha abertura y dicho cierre de dicho regulador

(22) es accionado pasivamente.

9. El colector solar de la reivindicación 8, donde dicho regulador (22) es accionado térmicamente.

10. El colector solar de la reivindicación 9, donde dicho regulador accionado térmicamente (22) incluye al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de un pistón con carga de gas, un accionador lleno de cera, un muelle bimetálico, y una aleación con memoria de forma.

11. El colector solar de la reivindicación 9, donde dicho regulador accionado térmicamente (22) incluye una aleación con memoria de forma.

12. El colector solar de la reivindicación 1, donde, a la apertura de dicha salida (20) , fluye aire desde dicha entrada

(18) a través de dicho canal de ventilación a dicha salida por convección, y donde, al cierre de dicha salida, dicho flujo de aire por convección se para sustancialmente.

13. El colector solar de la reivindicación 1, incluyendo además un regulador para abrir y cerrar dicha entrada.

14. Un método de controlar la temperatura o evitar el sobrecalentamiento en un colector solar, incluyendo el colector solar una porción superior incluyendo un acristalamiento (6) , una porción inferior (14) , y un absorbedor (8) dispuesto entre dicha porción superior y dicha porción inferior para absorber energía solar recibida a través de dicho acristalamiento, incluyendo dicho método:

disponer dicho absorbedor (8) en una relación espaciada encima de dicha porción inferior (14) de tal manera que se defina un canal (16) entre una superficie inferior de dicho absorbedor y una superficie superior de dicha porción inferior, estando adaptado dicho absorbedor para que un fluido de transferencia de calor circule a su través; proporcionar una entrada (18) y una salida (20) asociadas y en extremos sustancialmente opuestos de dicho canal (16) , para ventilar dicho canal;

proporcionar una alta emisividad de al menos 0, 5 a al menos la superficie inferior del absorbedor que define dicho canal (16) ; abrir dicha salida (20) a una temperatura igual o superior a una primera temperatura seleccionada; y

cerrar dicha salida (20) a una temperatura igual o inferior a una segunda temperatura seleccionada; donde dichas temperaturas seleccionadas primera y segunda están por debajo de una temperatura de estancamiento del colector solar.

15. El método de la reivindicación 14, incluyendo además disponer dicho colector solar de tal manera que dicha salida (20) esté elevada con relación a dicha entrada (18) .

16. El método de la reivindicación 14, donde dicha superficie de alta emisividad se facilita aplicándole un recubrimiento de alta emisividad.

17. El método de la reivindicación 14, incluyendo además abrir y cerrar pasivamente dicha salida (20) .

18. El método de la reivindicación 17, incluyendo además usar un regulador accionado térmicamente (22) para abrir y cerrar dicha salida (20) .

19. El método de la reivindicación 18, donde la apertura y el cierre de dicha salida (20) los lleva a cabo un accionador seleccionado del grupo que consta de un pistón con carga de gas, un accionador lleno de cera, un muelle bimetálico, y una aleación con memoria de forma.

20. El método de la reivindicación 21, donde dicha apertura y cierre de dicha salida (20) los realiza un accionador de aleación con memoria de forma.

21. El método de la reivindicación 14, incluyendo además abrir y cerrar dicha entrada (18) .

22. El método de la reivindicación 14, donde dicha primera temperatura seleccionada y dicha segunda temperatura seleccionada son sustancialmente las mismas.

23. Un sistema de energía solar incluyendo: el colector solar (2) de la reivindicación 1; un aparato de transferencia de calor para sacar calor de dicho colector; y un colector de calor o carga para aceptar calor de dicho aparato de transferencia de calor.

24. El sistema de energía solar de la reivindicación 23, donde dicho aparato de transferencia de calor incluye un fluido de transferencia de calor.

25. El sistema de energía solar de la reivindicación 23, donde el sistema es un sistema solar de agua caliente.