Dispositivo captador solar térmico.

El dispositivo captador solar térmico comprende una primera superficie (1) transparente a una radiación solar (4) incidente que confina al menos parcialmente un fluido caloportador (3),

comprendiendo la primera superficie (1) un recubrimiento (6), transparente a la citada radiación solar (4) de forma que el fluido caloportador (3) recibe directamente parte de la radiación solar (4). El recubrimiento (6) tiene una emisividad inferior a 0,4. El dispositivo puede comprender medios absorbe3dores (5) de la radiación solar (4) incidente que aumentan la energía absorbida por el fluido caloportador.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231591.

Solicitante: FUNDACION TEKNIKER.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SANCHEZ GONZALEZ, MARCELINO, VILLASANTE CORREDOIRA,CRISTOBAL, MONREAL VIDAL,Ana, LÓPEZ PÉREZ,Susana.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/04 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › Colectores de calor solar con el fluido energético circulando a través del colector.
  • F24J2/05 F24J 2/00 […] › rodeados de una envolvente transparente, p. ej. colectores solares con una envoltura en vacío.
  • F24J2/06 F24J 2/00 […] › con elementos de concentración (elementos o sistemas ópticos en sí G02B).
  • F24J2/08 F24J 2/00 […] › teniendo lentes como elementos de concentración.
  • F24J2/14 F24J 2/00 […] › semicilíndricos o en forma de cilindro parabólico.
  • F24J2/20 F24J 2/00 […] › circulando el fluido energético entre dos placas.
  • F24J2/23 F24J 2/00 […] › el fluido de trabajo circula libremente por los elementos del colector.
  • F24J2/50 F24J 2/00 […] › Cubiertas transparentes.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo captador solar térmico

Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de la energía solar térmica y más concretamente dentro de los captadores solares térmicos destinados a recoger energía de la radiación solar.

Antecedentes de la invención Un captador solar térmico (también denominado habitualmente colector solar) es un dispositivo que trata de calentar un fluido a partir de la radiación solar. Los fluidos utilizados se denominan habitualmente fluidos caloportadores porque son capaces de absorber energía y aumentar su temperatura y transportar el calor a otro lugar.

Un captador solar suele estar compuesto por una primera capa (la capa exterior más próxima a la radiación solar) generalmente de vidrio que aloja en su interior un absorbedor en cuyo interior se aloja o circula el fluido caloportador, de forma que el absorbedor absorbe la energía de la radiación solar y a su vez calienta el fluido caloportador. La primera capa es generalmente de vidrio por que este material es transparente al espectro visible (deja pasar la radiación solar hasta el absorbedor) y opaco al infrarrojo (no deja pasar la radiación infrarroja producida como consecuencia del calentamiento del elemento absorbedor) produciendo un efecto invernadero.

De cara a aumentar la eficiencia en la captación energética los absorbedores suelen incluir complejos recubrimientos selectivos que buscan obtener alta absortividad de la radiación solar y baja emisividad. Un problema de los captadores conocidos es precisamente la necesidad de utilizar estos recubrimientos complejos.

Es conocida también la posibilidad de que algunos de los colectores solares utilizados actualmente realicen un vacío en el espacio definido entre la capa de vidrio y el absorbedor para minimizar las pérdidas por convección.

Descripción de la invención Es objeto de la presente invención un dispositivo captador solar térmico que comprende una primera superficie transparente a una radiación solar incidente que confina al menos parcialmente un fluido caloportador comprendiendo la primera superficie un recubrimiento, transparente a la citada radiación solar, de forma que el fluido caloportador recibe directamente parte de la radiación solar. El recubrimiento tiene una emisividad inferior a 0.4 (y que por tanto reduce las perdidas por radiación hacia el exterior de dicha superficie) .

El término transparente a la radiación solar quiere decir un material con alta transmisividad solar. Preferentemente la transmisividad conjunta de la primera superficie y del recubrimiento es mayor de 0.7.

Así mismo se entiende por fluido caloportador un fluido capaz de aumentar su temperatura y transportar el calor.

En una realización el fluido caloportador puede absorber energía de la citada radiación solar incidente. El fluido caloportador puede tener preferentemente una absortividad mayor de 0.8. El fluido caloportador puede ser por ejemplo un fluido negro, agua, difenileter,

El recubrimiento esta dispuesto preferentemente en la cara externa de la primera superficie, entendiendo por cara externa la más cercana a la radiación solar.

El dispositivo puede comprender medios absorbedores de radiación solar incidente que aumentan la energía absorbida por el fluido caloportador.

Los medios absorbedores de radiación solar pueden comprender elementos dopantes del fluido caloportador. Estos elementos dopantes pueden comprenden una pluralidad de nanopartículas preferentemente metálicas, carbonosas u óxidos metálicos.

Alternativa o simultáneamente los medios absorbedores de radiación solar pueden comprender mallas o aletas configuradas para absorber radiación solar que están al menos parcialmente inmersas en el fluido caloportador.

La primera superficie puede ser una superficie de vidrio. También se contempla la posibilidad de que la primera superficie sea de plástico.

De forma preferente, la primera superficie tiene una conductividad térmica inferior a 3W/ (K·m)

De acuerdo a la presente invención la radiación solar incidente atraviesa la primera superficie y es recibida directamente por el fluido caloportador que absorbe energía de la radiación solar incidente, aumentando su temperatura. Los medios absorbedores pueden aumentar la cantidad de radiación incidente que es absorbida por el fluido caloportador o bien el fluido caloportador puede ser un fluido trasparente (no absorbe energía de la radiación solar) siendo los medios absorbedores los que captan la energía de la radiación solar y se la transmiten al fluido.

De esta forma se consigue un efecto de selectividad espectral por una parte gracias a la alta absortividad del fluido caloportador ( o a través de los medios absorbedores) que atrapa la energía procedente de la radiación solar directamente en su seno, donde es convertida en energía térmica y por otra mediante el recubrimiento de baja emisividad que dificulta de manera significativa la transmisión de energía térmica contenida en el fluido hacia el exterior del captador, maximizando su eficacia. Esta forma de separar los dos efectos es potencialmente más barata que la implementación de ambas propiedades en un complejo recubrimiento como en el estado de la técnica anterior.

De esta forma la temperatura máxima se obtiene en el propio fluido caloportador y no en elementos absorbentes auxiliares como en los dispositivos captadores o colectores solares utilizados en la actualidad en los cuales la máxima temperatura se alcanza en la superficie externa del tubo absorbedor. De esta forma la temperatura de la primera superficie es menor que la temperatura del fluido. Como las pérdidas son mayores cuanto mayor es la temperatura de la primera superficie; y tomando como realización preferente el material de vidrio, siendo que éste es un mal conductor (tiene una resistencia térmica mayor que los metales) las pérdidas térmicas en el dispositivo captador solar objeto de invención son potencialmente menores.

Como se ha dicho, a diferencia de los sistemas solares convencionales, la trasferencia de la energía solar al fluido caloportador se hace directamente en dicho fluido caloportador por absorción, ya sea por la absorción de la radiación solar en el mismo fluido o por la inclusión dentro de este de sustancias dopantes o materiales sumergidos en él, por ello las temperaturas máximas se alcanzan en el propio fluido caloportador. La baja conductividad térmica de la primera superficie transparente que contiene el fluido caloportador impone un gradiente térmico entre la superficie interior en contacto con el fluido caloportador y la superficie exterior, estando la superficie exterior del material que contiene el fluido caloportador a menor temperatura y siendo, por tanto, las pérdidas térmicas de éste sistema menores. En los colectores o captadores convencionales el procedimiento habitual para calentar el fluido caloportador, consiste en el calentamiento del recipiente o tubo absorbedor que lo contiene y en la transferencia de calor por conducción y convección desde éste hasta el fluido caloportador, siendo necesario por tanto que la temperatura exterior del tubo absorbedor que lo contiene sea mayor que el fluido caloportador para que la transferencia térmica se produzca, éste mismo proceso físico, implica necesariamente unas pérdidas térmicas mayores (por radiación y convección) del recipiente o tubo absorbedor que contiene el fluido y finalmente del sistema total.

El dispositivo puede comprender opcionalmente una segunda superficie transparente a la radiación solar y que confina, al menos parcialmente, a dicha primera superficie definiéndose entre ambas primera y segunda superficie una cámara, que puede ser atravesada por la radiación solar incidente. En esta realización la radiación solar incidente primero atraviesa la segunda superficie, después la cámara y a continuación la primera superficie para incidir finalmente sobre el fluido caloportador.

Esta segunda superficie puede ser de vidrio, preferentemente un vidrio con alta transmisividad, preferentemente mayor de 0.85.

La segunda superficie puede comprender un recubrimiento transparente a la radiación solar (preferentemente con una transmisividad mayor de 0.85) y de baja emisividad, por ejemplo inferior a 0.4.

Se contempla la posibilidad de realizar el vacío en la cámara para evitar las perdidas térmicas por convección. También se ha previsto la posibilidad de llenar esta cámara con un material transparente de baja conductividad térmica como por ejemplo gas argón, gas xenón o con un material plástico transparente de baja conductividad que rellene total

o parcialmente la cámara y evite la convección.

...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo captador solar térmico caracterizado por que comprende una primera superficie (1) transparente a una radiación solar (4) incidente que confina al menos parcialmente un fluido caloportador (3) , comprendiendo la primera superficie (1) un recubrimiento (6) , transparente a la citada radiación solar (4) de forma que el fluido caloportador (3) recibe directamente parte de la radiación solar (4) y porque el recubrimiento (6) tiene una emisividad inferior a 0.4.

2. Dispositivo captador solar térmico según reivindicación 1 caracterizado por que el fluido caloportador (3) puede absorber energía de la citada radiación solar (4) incidente.

3. Dispositivo captador solar térmico según cualquiera de las reivindicaciones a 1 o 2 caracterizado por que el fluido caloportador (3) tiene una absortividad mayor de 0.8.

4. Dispositivo captador solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende medios absorbedores (5) de radiación solar (4) incidente que aumentan la energía absorbida por el fluido caloportador (3) .

5. Dispositivo captador solar, según la reivindicación 4, caracterizado por que los medios absorbedores (5) de radiación solar (4) comprenden elementos dopantes del fluido caloportador (3) .

6. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que elementos dopantes comprenden una pluralidad de nanopartículas metálicas, carbonosas u óxidos metálicos.

7. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que los medios absorbedores (5) de radiación solar (4) comprenden mallas o aletas configuradas para absorber radiación solar (4) que están al menos parcialmente inmersas en el fluido caloportador (3) .

8. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera superficie (1) es una superficie de vidrio.

9. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera superficie (1) tiene una conductividad térmica inferior a 3W/ (K·m) .

10. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una segunda superficie (2) transparente a la radiación solar (4) y que confina, al menos parcialmente, a dicha primera superficie (1) definiéndose entre ambas primera y segunda superficie una cámara (12) , que puede ser atravesada por la radiación solar (4) incidente.

11. Dispositivo captador solar, según la reivindicación 10, caracterizado por que la segunda superficie (2) comprende un recubrimiento con emisividad inferior a 0.4.

12. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones 10 o 11, caracterizado por que la segunda superficie (2) es una superficie de vidrio.

13. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera superficie (1) es una superficie plana.

14. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera superficie (1) presenta una configuración cilíndrica.

15. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado por que en la cámara (12) se ha realizado el vacío.

16. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la cámara (12) se rellena con un material transparente de baja conductividad térmica.

17. Dispositivo captador solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende medios de concentración de la radiación solar (4) incidente.


 

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