SISTEMA HIDRAULICO COMPACTO PARA INSTALACIONES SOLARES CON VACIADO CONTROLADO DE LOS CAPTADORES PARA LA PROTECCION CONTRA TEMPERATURAS Y PRESIONES INADMISIBLES.

Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles.

Tal y como indica su enunciado, consiste en un sistema hidráulico compacto para instalaciones de producción de energía térmica por aprovechamiento de la energía solar, integrado en el circuito primario solar que consta de un sistema de decantación de gases que suprime los purgadores aéreos, de un vaso depresor y de reserva para el confinamiento de gases y almacenamiento de fluido sustituyendo al vaso de expansión y sistema para el confinamiento de éstos, una bomba de impulsión, que puede no estar integrada en el conjunto, para provocar la circulación del fluido caloportador por el circuito, válvulas de control electrónico que regulan la entrada y salida del gas y fluido del vaso depresor y de reserva hacia los colectores solares o viceversa y un mecanismo electrónico que controla todas las funciones del sistema de protección y de carga solar.

Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles.

Sector de la técnica La invención, de aplicación a cualquier tipo de instalación solar de aprovechamiento térmico con uno o más colectores solares, uno o más intercambiadores térmicos, uno o más acumuladores, se refiere a un circuito hidráulico auto gestionado con o sin impulsión propia, por el que se transporta un fluido portador de calor a través de los colectores, intercambiadores y tuberías de conducción a la presión optimizada para cada

Estado de la técnica En los colectores solares se pueden alcanzar altas temperaturas y producirse la evaporación del fluido portador de calor y consecuentemente un aumento de la presión en la instalación, en ambos casos estos valores son lo suficientemente elevados para que, unas u otras o ambas resulten perjudiciales para la vida útil de la instalación y hace necesario la adaptación de sistemas de protección que palien los efectos negativos anteriores. Las bajas temperaturas pueden provocar la congelación de los fluidos portadores de calor y como consecuencia hacer que revienten las tuberías de los colectores y otras tuberías expuestas por lo que es necesario tomar medidas de protección que eviten la ruina de la instalación.

Las instalaciones cerradas, que trabajan con una presión determinada y con la totalidad del circuito lleno de liquido, disponen de un deposito con membrana que absorbe las variaciones de volumen producidas por la evaporación del fluido portador de calor y una válvula de seguridad que se abre cuando se alcanza la presión de seguridad. El excesivo incremento de temperatura produce vapor y un incremento de presión que provoca la apertura de la válvula de seguridad y consecuentemente la perdida de fluido, haciendo necesario la reposición de fluido y el restablecimiento de la presión del circuito. Para ello se puede dotar a la instalación de un sistema anexo de auto llenado que se nutre de un depósito de reserva. Este proceso conlleva la introducción de aire en el circuito que ha de eliminarse. Estos sistemas de llenado no pueden utilizar bombas circuladoras, necesitando bombas que introduzcan el fluido a la presión necesaria adecuada para la instalación, todo ello conlleva un incremento de los costes o en su defecto deficiencias en el funcionamiento y rendimiento de la instalación.

Los sistemas de auto vaciado existentes provocan el vaciado de la instalación cada vez que para la bomba de circulación. La instalación, debido a las fluctuaciones térmicas en el proceso de carga, se para frecuentemente por ausencia de energía suficiente para la carga térmica. En estas paradas constantes se producen vaciados y llenados, con una perdida de eficacia del sistema, perdida producida por el tiempo de llenado de los colectores y un aumento del consumo de energía de las bombas de circulación en este constantemente vaciando y llenando la instalación. El sistema trabaja a presión nula o mínima que exige una mayor potencia de las bombas y por consiguiente un encareciendo de los costes de la instalación y de su mantenimiento.

Se conoce una instalación solar referenciada en el documento ES 2 279 025 T3, Instalación solar con un campo colector, que está unido mediante un conducto de alimentación y un conducto de retomo, por tramos especialmente en forma de un par de conductos, a un intercambiador de calor de un depósito acumulador de calor, presentando el conducto de retomo una bomba, dado el caso, con un bypass a ésta, y existiendo un deposito receptor de drenaje del lado del conducto de alimentación y del lado del conducto de retomo en el depósito acumulador de calor, caracterizada por que el dispositivo receptor de drenaje está unificado constructivamente con el intercambiador de calor que está configurado como serpentín integral y presenta en su zona superior un volumen de expansión y retomo.

En el documento US-A-4574779 se describe una instalación solar para la producción de agua caliente que presenta un dispositivo de drenaje con un compartimiento de retomo en combinación con un intercambiador de calor. En este caso, un acumulador con un serpentín está separado arriba en un depósito y el compartimiento de retomo, debajo en vertical mediante una pared divisora horizontal. En ésta desemboca el serpentín desde arriba en el compartimiento de retomo, a partir del que se transporta el líquido solar mediante una bomba al o los consumidores de calor. Este tipo de instalaciones solares requiere un elevado gasto constructivo debido a la división necesaria de los sistemas hidráulicos.

Del documento DE-A-2753756 se conoce una instalación de calefacción solar que está provista de un recipiente de vaciado y expansión y configurada como sistema abierto. Existe, por tanto, una unión constante con la atmósfera y, por consiguiente, hay que vigilar y restablecer continuamente el nivel del agua para que no se sequen los intercambiadores de calor de agua de servicio o agua de calefacción.

El documento EP-A-0616174 describe un dispositivo acumulador de energía solar con un tanque amortiguador, al que está conectado un circuito de fluido compuesto de un campo colector, un intercambiador de calor, previsto en el tanque amortiguador, una primera tubería que se extiende entre el campo colector y el intercambiador de calor, y una segunda tubería que se extiende entre el campo colector y el intercambiador de calor y en la que está cerrada una bomba de fluido, disponiendo el circuito de un dispositivo receptor de drenaje en forma de un tanque de drenaje dispuesto en la zona inferior del tanque amortiguador.

En el documento ES 2319 431 T3 se describe un dispositivo que, situado en la conducción de salida de la parte superior del colector por la que fluye el liquido portador de calor una vez calentado, compuesto por una cámara que contiene una malla metálica, lana de acero fino u otro material que presenta una superficie grande y posiblemente de una segunda cámara conectada a la primera. El fluido portador de calor discurre por esta cámara en la que se produce una separación del gas del líquido, según se indica en la invención. El proceso de separación se produce mientras la bomba de impulsión esta en funcionamiento y desplaza el aire contenido en los colectores hasta esta cámara por llenado de éstos con el fluido portador del calor. Esta operación puede realizarse a presión atmosférica u otra presión.

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Por el documento DE 202 06 564 VI se conoce una instalación solar auto vaciadora, en la que el acumulador térmico sirve directamente como depósito de reflujo. Con la bomba de circulación parada el líquido portador de calor fluye de vuelta al interior del acumulador térmico vaciando el colector solar. Para facilitar el vaciado existe un conducto de conexión entre el conducto de avance y el conducto de reflujo del colector solar, que presenta una válvula antirretomo y sirve también como separador de aire.

Por el documento DE 199 53 493 Al se conoce una instalación solar, que además de un colector solar y un depósito de acumulación presenta también un depósito de reserva separado. Desde este depósito de reserva un conducto de desviación lleva al conducto de avance del colector solar y desemboca en el mismo a través de una válvula de tres vías. Además del líquido portador de calor, por ejemplo agua, está introducido en el depósito de reserva un medio de protección. Este medio de protección es líquido dentro de los límites de temperatura de funcionamiento de la instalación solar. En caso de un riesgo de sobrecalentamiento del líquido portador de calor en el colector solar o en caso de riesgo de helada, el medio de protección se transporta en un circuito de protección a través del colector solar mediante la conmutación de la válvula de tres vías.

Objeto de la invención El objetivo de la invención es proporcionar una instalación solar auto vaciadora mejorada, del tipo mencionado al inicio, para controlar la temperatura y presión y proteger a la instalación solar de temperaturas y presiones inadmisibles, cualquiera que sea su tamaño y sin incremento de los costes de la instalación y gastos de energía para...

1. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, en donde la instalación solar comprende un colector solar térmico (31) conectado por su parte mas alta con un intercambiador térmico (32) , caracterizado porque el sistema hidráulico comprende un decantador de gases (29) conectado con la salida fría del intercambiador térmico (32) , estando dicho decantador de gases (29) conectado superiormente con un vaso depresor (1) , a través de un distribuidor de fluidos y gases formado por dos tubos concéntricos (3 y 7) introducidos en el interior del vaso depresor (1) , mientras que inferiormente dicho decantador de gases (29) está conectado con un conducto (22) , seguido de un conducto (8) en el que se ha previsto una reducción calibrada (2) , a través de la cual se comunica con el tubo interior (3) del distribuidor de fluidos y gases; habiéndose previsto que a través del conducto que sale de la parte inferior del decantador de gases (29) , se establezca una comunicación con la parte inferior del vaso depresor (1) , a través de un tramo de conducto con dos crucetas (16 Y 19) Y una válvula de retención (20) intercalada entre las mismas; con la particularidad de que una de las salidas de la primera cruceta (16) está comunicada, mediante un conducto transparente (6) , resistente a la temperatura y a la presión, con la parte superior del vaso depresor (1) ; caracterizándose además porque a continuación de la reducción calibrada (2) se ha previsto un tramo de tubería (35) para la impulsión de gases hacia la parte inferior del propio captador solar (31) , cuyo tramo de tubería (35) cuenta con

2. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicación 1, caracterizado porque el decantador de gases (29) está formado por dos tubos concéntricos, el interior de los cuales queda por su extremo de salida aproximadamente a un tercio del fondo del tubo externo de dicho decantador de gases (29) .

3. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicación 1, caracterizado porque el distribuidor de fluidos y gases presenta el extremo inferior de sus tubos en proximidad al fondo del vaso depresor (1) , con la particularidad de que el extremo inferior y libre del tubo interno (3) de dicho distribuidor de fluidos y gases, queda por debajo del extremo libre e inferior del tubo externo (7) , presentando aquel tubo interno (3) una válvula de retención (5) .

4. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque del distribuidor de gases se proyecta, por encima del vaso depresor (1) , una conducción con una toma para una válvula de llenado de gases o vaciado (11) , así como una toma para manómetro (17) y una válvula de dos vías (18) para control de salida de gases del vaso depresor (1) .

5. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a continuación de la bomba de impulsión (23) se ha previsto una válvula de retención (26) .

6. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la bomba de impulsión (23) está situada con anterioridad a la reducción calibrada (2) .

7. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la bomba de impulsión (23) está situada a continuación de la reducción calibrada (2) .

8. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicación 7, caracterizado porque el tramo de tubería (35) que accede a la parte inferior del colector solar (31) , se comunica con la parte superior del decantador de gases (29) a través de un conducto en el que está establecida la válvula de tres vías (10) .

9. Sistema hidráulico compacto para instalaciones solares con vaciado controlado de los captadores para la protección contra temperaturas y presiones inadmisibles, según reivindicación 7, caracterizado porque el tramo de tubería (34) que accede a la parte superior del colector solar (31) , se comunica con la parte superior del vaso depresor y de reserva (1) del distribuidor de fluidos y gases a través de un conducto (12) en el que está establecida la válvula de dos vías (11) .

Figura 2

Figura 3

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