WO2010076350A1 - Colector de energía solar térmica - Google Patents

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WO2010076350A1
WO2010076350A1 PCT/ES2009/000557 ES2009000557W WO2010076350A1 WO 2010076350 A1 WO2010076350 A1 WO 2010076350A1 ES 2009000557 W ES2009000557 W ES 2009000557W WO 2010076350 A1 WO2010076350 A1 WO 2010076350A1
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collecting
tubes
collector
heating fluid
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PCT/ES2009/000557
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José María MARTÍNEZ-VAL PEÑALOSA
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Universidad Politécnica de Madrid
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Definitions

  • the invention falls within the field of thermal solar energy, particularly that which uses concentration of the original radiation, reflected by orientable mirrors, and incident on collectors that absorb part of said radiation to reach high temperature in the useful good, which It usually materializes in a heating fluid that transports the absorbed solar heat to a thermodynamic cycle. Within this field, it fits into the collectors themselves, where there is a flat or curved surface that absorbs the radiation, and that constitutes the outer surface of a body inside which the aforementioned heating fluid circulates.
  • the invention refers to the configuration and constitution of these collectors, to maximize the solar energy collection performance, while providing them with an intrinsic robustness, which allows them to withstand the thermomechanical effects produced by the great variations of temperatures and other thermodynamic magnitudes, when they go from being at room temperature to being irradiated by concentrated solar energy, and vice versa.
  • the US patent 4,136,674 can be cited in which the outer surface of the central tower where the radiation reflected by the mirrors is received, is constituted by a bundle of tubes that cover it almost completely.
  • the European patent application EP 0 106 688 A2 is found, aimed at improving the performance of the tube collectors when the purpose for which they are destined is to produce steam, so that an appropriate distribution of the thermal load between the tubes is sought destined to the kettle, where the phase change occurs, and those of the superheater, where the temperature of the dry steam is raised and separated from the liquid phase, which is recirculated.
  • the maximum bending moment depends on the square of the length of the beam, this length will be considerably limited by the effect of the difference between the external pressure (Ia local atmosphere) and the interior, practically null, although in the constructive reality a vacuum of one thousandth of atmosphere is considered sufficient.
  • the coefficient of linear expansion of a conventional steel is in the order of 10 millionths by 0 C, it is that the length increases are of the order of 0.5%, which is very appreciable and has to be take into account in the design of the radiation absorbing surface, and in the matrix or body on which it is supported, within which the heating fluid must pass, to extract the heat and bring it to the thermodynamic focus of interest.
  • these will be smaller in the glass cover than in the absorbent surface and its supporting body.
  • the invention consists in arranging the radiation absorbing surface, and its matrix or support body, inside which the heating fluid passes, inside a large hermetic drawer or receptacle having a wall constituted by a cover transparent that is crossed by the radiation to be absorbed; and the rest of the walls will be composed of materials that will include structures of mechanical rigidity, as well as thermal insulators; proposing an arrangement of the essential thermal component in such a way that it allows to easily assimilate its dilations without altering the tightness of the receptacle or drawer, which will be, in a first option of the invention, under vacuum conditions.
  • the arrangement of the components minimizes thermal losses due to conduction and convection outwards; and the chemical aggression to the outer layer of the absorbent surface of the Ia is also minimized radiation, thanks to the internal vacuum and the absence of oxygen.
  • the invention contemplates the insufflation of an inert gas, such as nitrogen, inside the receptacle, with an active system for maintaining the pressure before any temperature change in the filling gas; It can also be placed a double transparent cover of small thickness, but with very small mechanical stresses and low heat losses by convection. In. In any case, the expansions of the elements of the essential thermal component will be fully compensated, without creating tensions that can rapidly damage any element.
  • the external (local atmospheric) and interior pressures of the drawer or receptacle will be equalized, so that the glass cover will be subjected to equal pressures on both sides, without suffering from both mechanical tensions that are difficult or impossible to bear with a glass or similar transparent material, in which it would be difficult to guarantee the resistance with a pressure difference of an atmosphere (1 bar, or 100,000 Pa) if the surface dimensions of the roof are large .
  • the present invention solves the problems existing in the state of the art by means of a solar thermal energy collector formed by a plurality of collector ducts, which absorb the solar energy incident therein, within which a heating fluid that collects the energy circulates solar absorbed by the collecting ducts.
  • the collecting ducts are vertical and have an inlet end and an outlet end.
  • the collector also presents means for delivering the heating fluid to the collecting ducts, which are connected to the inlet ends of said collecting ducts, and means for collecting the heating fluid from the collecting ducts, which are connected to the outlet ends. of the collecting ducts.
  • both the collecting ducts, as well as at least part of the means of delivery of the heating fluid to the collecting ducts, and at least part of the collecting means of the heating fluid of the collecting ducts, are arranged inside a airtight drawer 100, whose structure is formed by a resistant metal inner plate, a resistant metal outer plate, and between the inner and outer plates, an intermediate volume filled with thermal insulating material.
  • the drawer is formed by an upper wall, a lower wall, side walls, and a rear wall in which at least part of the heat flow delivery means and at least part of the heat flow collection means in housings are housed sealants coated by joints of thermal and elastic insulating materials that absorb deformations of the delivery means and means of collecting the heat flow substantially of 0.1%.
  • a front wall that has a surface opening for the passage of solar radiation to the collecting ducts. The opening is closed by a transparent cover embedded in the front wall by means of a pressure seal.
  • the collecting ducts can be a plurality of rectangular straight section channels that form a continuous panel with a flat front surface, or they can be a plurality of collecting tubes that form a vertical beam, or with an inclination of substantially 10 ° sexagesimal, toward in front of.
  • the means for delivering the heating fluid to the collecting ducts are formed by first connecting tubes that have a 90 ° elbow, and that are connected at one of its ends to the inlet ends of the collecting ducts, and at its other end to at least one horizontal cylindrical inlet tank embedded in the rear wall in an airtight housing.
  • the housing is covered by a first thermal and elastic insulating joint that covers it in all its volume, and that absorbs deformations of the inlet tank of substantially 0.1%, and the inlet tank is connected in an area diametrically opposite to Ia of the first connecting tubes to a plurality of inlet tubes of the heating fluid to the collector.
  • the means for collecting the heating fluid from the collecting ducts have second connecting pipes that have an elbow at 90 °, and which are connected at one of its ends to the outlet ends of the collecting ducts, and at its other end to at least one horizontal cylindrical outlet tank embedded in the rear wall in an airtight housing.
  • the housing is covered by a second thermal and elastic insulating gasket that covers it in all its volume, and that absorbs deformations of the outlet tank of substantially 0.1%, and the outlet tank is connected in an area diametrically opposite to Ia of the second connection tubes to the outlet pipes of the collector heating fluid.
  • the collector has a temperature homogenization tank that interposes between the collecting ducts, at half height of these, and divides the collecting ducts into two sections.
  • the collector may have a metal screen for radiation absorption, of high conductivity, which is fixed to the front part of the collection tube bundle.
  • This metallic radiation absorption screen is covered with a layer of high absorptivity and low emissivity to the radiation, which can be painted or adhered.
  • the outer surface of the walls of the drawer is coated with a coating of high reflectivity to the radiation, which can also be painted or adhered
  • the inner surface of the walls of the drawer is coated with a coating of high reflectivity to the radiation , which can also be paint or adhesive.
  • the collection tube bundle is divided into several sub-beams, and there is a support piece between each two consecutive sub-beams, parallel to said sub-beams.
  • These support pieces rest on their rear edge in the rear wall of the airtight drawer, and the transparent cover rests on the front edge of the support pieces.
  • the means for delivering heat fluid to the collector tubes have an inlet tank for each of the sub-beams, and the means for collecting heat fluid from the collector tubes have an outlet tank for each of You make them.
  • These support pieces are transparent and are made of the same material as the cover transparent, or alternatively with the same material as the inner plate of the structure of the hermetic drawer and with its same coating of high reflectivity index.
  • the outlet pipes of the collector beyond the rear wall, have an outlet bend at 90 ° to direct the outlet pipes vertically, and the means for collecting the heating fluid from the collecting ducts additionally they have a mixing and homogenization tank of temperatures and pressure that connects to the end of the outlet pipes.
  • the means for delivering the heating fluid to the collection tube bundle have a distributor head to which the heating fluid arrives through a supply duct that passes through the rear wall of the hermetic drawer by means of a blank in the rear wall. , in which there is a fourth spherical joint.
  • the means for collecting the heat fluid from the beam have a collecting funnel connected at its major end to the outlet end of the collecting tubes and at its minor end to an outlet conduit that passes through the rear wall of the drawer through a burner. in the rear wall, in which a third spherical joint is arranged.
  • this embodiment may have a high conductivity metal screen that is fixed to the front part of the tube bundle, which is coated with a layer of high absorptivity and low emissivity to radiation, also painted or adhered.
  • the collector tubes can be inclined with respect to the vertical an angle of approximately 10 °, and additionally there may be a temperature homogenization tank that interposes in the collector tubes, at half height of these, and which divides these into two longitudinal sections in height.
  • the sub-beam division of the collecting tubes can be applied to the configuration of the distributor head and the collecting funnel, and therefore there will be a distributor head and a collecting funnel for each of the existing sub-beams.
  • the transparent cover that closes the surface opening of the front wall is divided into a plurality of transparent vaults that are each arranged covering each of the sub-beams of the collecting tubes
  • the hermetic drawer can have in its lower wall a gas suction channel inside the drawer, which channel is connected to a suction compressor for the realization of the vacuum inside said hermetic drawer, having in the channel a valve of closing.
  • the interior of the sealed drawer can be filled with an inert gas, such as nitrogen or carbon dioxide.
  • an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide.
  • the pressure inside the airtight drawer is kept substantially equal to the atmospheric pressure by means of a pressure regulation circuit formed by a gas extraction tube with a first shut-off valve and a first gas flow regulating valve that is It activates mechanically or electromechanically due to the difference in pressure between the inside of the hermetic and atmospheric drawer.
  • the circuit also has a first gas tank that stores the inert gas extracted from the airtight drawer when it is necessary for the regulation of the pressure, and which is at a pressure lower than the atmospheric one.
  • This first gas tank is connected to a compressor that takes the gas from the first gas tank and injects it into a second gas tank, which is at a pressure higher than the atmospheric one, and injects inert gas into the airtight drawer when necessary for pressure regulation.
  • Both the first gas tank and the second are reinforced to withstand lower and higher pressures than atmospheric.
  • the collector object of the present invention has an additional transparent cover that is fixed parallel to the original transparent cover, embedded in the front wall of the hermetic drawer by means of an additional pressure seal. Between the two decks there is an intermediate gap that is less thick than the transparent decks and that is connected to the outside by means of holes in the lower part of the front wall of the drawer, said holes having filters with a sieve smaller than one millimeter .
  • the collector can have first fins welded obliquely inside the front wall of the sealed drawer, arranged above the transparent cover, which form an acute angle with the front wall and that are oriented towards the bottom wall of the drawer.
  • it can have second fins welded obliquely inside the front wall of the drawer, and which are below the transparent cover, forming an acute angle with the front wall and oriented towards the lower wall of said drawer.
  • third fins which are obliquely welded along the interior of the rear wall of the drawer, and that form an acute angle with the rear wall, being oriented towards the upper wall of the drawer, and having said third fins a length such that in its expansion at nominal operating temperature of the collector, its free end is at a distance from the rear surface of the collecting ducts that is between half a millimeter and a millimeter. All these fins obstruct the convective movement of the gas inside the drawer, being made of insulating material and coated with a coating of high radiation reflectivity, selected between paint and adhesive,
  • Figure 1 represents a vertical section cut of a particular embodiment of the collector object of the present invention in which the collecting ducts are collecting tubes.
  • Figure 2 shows a horizontal cross-section at the height of the outlet tank of the heating fluid of the collector of Figure 1.
  • Figure 3 represents a schematic front view of the collector of the figures
  • Figure 4 represents a front view of an alternative embodiment of the invention that includes an intermediate temperature homogenization tank.
  • Figure 5 is a horizontal cross-section at the height of the outlet tank of the heating fluid of a particular embodiment of the previous manifold that includes a metallic radiation absorption screen.
  • Figure 6 represents a vertical section cut of a particular embodiment of the collector object of the present invention in which the collecting ducts are straight section channels forming a panel.
  • Figure 7 represents a particular embodiment of the invention in which the collection tube bundle is divided into several sub-beams divided by support pieces on which the transparent cover rests.
  • Figure 8 shows a vertical cross-section of a detail of the housing of the outlet tank of the heating fluid in the rear wall of the sealed drawer.
  • Figure 9 shows a horizontal cross-section of an alternative arrangement of the collector in which the upper part of the collecting tubes is connected to a collecting funnel.
  • Figure 10 is similar to the previous one and represents a variant of the previous embodiment in which a metal radiation absorption screen is added.
  • Figure 11 is a vertical section of the embodiment of the collector of Figures 9 and
  • Figure 12 shows a front view of the embodiment of the manifold of Figures 9, 10 and 11.
  • Figure 13 is analogous to the previous one, but in it the intermediate redistribution tank has been removed.
  • Figure 14 shows an embodiment similar to that of Figure 7, in which the transparent cover is replaced by a vault for each of the sub-bundles of collecting tubes.
  • Figure 15 represents a particular embodiment of the hermetic spherical joints arranged in the rear wall of the drawer.
  • Figure 16 shows an alternative embodiment of said hermetic spherical joints of the rear wall of the drawer.
  • Figure 17 is a view of an embodiment similar to that of Figure 7, but in this case using the collecting funnels.
  • Figure 18 represents a particular embodiment of the invention in which an inert gas is used inside the airtight drawer and a pressure regulation circuit.
  • Figure 19 shows a pressure regulation circuit assembly analogous to that of Figure 18, in this case applied to the manifold of Figures 1 to 3.
  • Figure 20 shows a collector similar to that of the previous figure, in which an additional transparent cover is arranged.
  • Figure 21 schematically represents an assembly of several collectors object of the present invention before a field of heliostats for obtaining thermal energy.
  • Figure 22 shows a collector object of the invention with assembly elements for assembly according to an arrangement such as that shown in Figure 21.
  • Figure 23 represents in detail the assembly wedge represented in the previous figure.
  • Figure 24 shows the arrangement of angled plates to stiffen the joints of the walls of the hermetic drawer of the present invention.
  • Figure 25 shows the shape of the plates of the previous figure.
  • Outlet tank of the outlet means of the heating fluid 20 Second joint lining the outlet tank
  • Figure 1 represents a vertical section cut of the general configuration of the proposed invention, in which the incident radiation in the collector, 1, which can be direct from the sun, is appreciated, although in general it will come from several mirrors that concentrate it on the collector, to achieve higher temperatures, as the intensity received is higher, in power per unit area, that is, watts per square meter.
  • the radiation will pass through mostly the transparent cover 2, which is embedded, through a joint 3 in the front wall 4 of the drawer 100 of the collector.
  • This drawer 100 is airtight, being closed by the aforementioned front part, composed of that wall in question plus the cover 2, as well as the upper, 5, and lower walls, 6, plus the lateral ones, without special functions what to review, plus the posterior one, 7, which is not continuous but has perforations where the inlet, 15, and outlet, 19, tanks of the heating fluid settle; although the assembly is sealed thanks to the seating joints of the inlet, 16, and outlet tank, 20.
  • the internal vacuum of the drawer 100 which is effected through the tube 9 connected to the compressor or pump can be maintained.
  • the heating fluid reaches the collector through the tubes 13, whose passage can be closed, for hydraulic isolation of that circuit, thanks to the valves 14, the fluid reaching the tank 15, from which it continues through the tubes 17, which They have an elbow shape, which allows them to assimilate the dilations easily, with a slight deformation of their angle of curvature.
  • Said tubes 17 carry the fluid to the body or matrix 11, whose outer surface 12 is that which receives most of the solar radiation 1, being absorbed in it by its optical properties of high absorptivity, its emissivity being very low. This causes a high fraction of the energy of that radiation to pass into the heating fluid, which rises inside the body or matrix 11, whose internal structure will be described later.
  • the fluid After passing through said body, with the consequent heating, the fluid leaves the manifold through the elbow tubes 18, connected to the outlet tank 19, which is embedded in the rear wall, 7, having a joint 20, which It wraps around it and fits it into said wall 7.
  • the inlet and outlet tubes have some movement clearance, so that when dilate the body 11, the elbows of the tubes 17 and 18 will tend to go down and up respectively, which will cause the tank 15 to rotate slightly in the levógiro direction, and the 19 in the dextrógiro sense. Inducing similar turns in their respective outer pipes, the 13 for the tank 15, and the 21 for the tank 19. It is spoken in plural, since there can be several inlet and outlet tubes, in parallel, as will be shown in subsequent drawings .
  • the tubes 13 have valves 14, and the outlet ones, 21, the valves 22. In this way, in case of having to repair the manifold, by having this leakage in its interior elements can be carried out without problems the disassembly of the collector, in maneuver opposite to the assembly, which will also be described as part of this invention.
  • the external tubes are thermally insulated, as indicated with components 24 and 23 respectively.
  • These insulators are of conventional material, such as fiberglass. It should be noted that the material of the components can also be conventional of the thermal industry, adjusting its choice according to the desired temperatures, the higher the higher the concentration factor of sunlight. In general, for the essential thermal component, high thermal conductivity material will be sought in general, and in this sense copper and aluminum will be preferred to steel, but other factors will also count, such as chemical compatibility and the absence of corrosion before the fluid heater.
  • a sandwich structure is used, also common in the thermal industry, with two stiffness surfaces for the inner and outer parts, typically metallic, and a thermal insulator between them.
  • the stiffness surfaces are intended to provide mechanical strength to the assembly.
  • it In addition to the possible differences in pressure between the inside and outside of the drawer 100, it must bear its own weight, since the assembly, including the collector, will remain attached to the upper part of the drawer 100, as will be specified in a subsequent figure , to be able to conveniently receive the light reflected by a field of heliostats, which will be the most interesting application.
  • the external metal surface of the drawer 100 especially important, because it will have to practice the welding welds that leave the inside of the drawer 100 tight, and also allow the entry and exit tanks to be coupled, with their corresponding joints.
  • the entire interior surface of the drawer 100 will be painted, or with an adhesive layer, of material that mostly reflects solar radiation.
  • the outer surface will be painted, particularly the front one 4, since if there is an error of focus of the radiation, and give on the surface of the drawer 100, which does not have adequate cooling, the drawer 100 could suffer mechanical damage, and even melt in part, of not having high reflectivity.
  • Figure 2 shows a horizontal cross-section of one of the arrangements that the invention can adopt.
  • the cut is made at the level of one of the penetration tanks of the drawer 100, which can be both the input, 15, and the output, 19. For reasons of precision, this figure represents this last, next to the joint 20, and the outlet tubes 21, of which a parallel beam is represented, such as that of the tubes 18, which in number can be as high as the application requires.
  • the matrix or body that supports the passage of the heating fluid through the collector is materialized in this case in a parallel tube bundle, 25. It is important to note that this beam of parallel tubes forms the matrix of channeling of the passage of the heating fluid through the collector, in one of the basic alternatives of that matrix, although not the only one, as will be seen in other figures.
  • the exterior of these tubes must be painted of the high absorptive material in sunlight, which was designated as surface 12 in the previous figure, although instead of painting it may be an adhesive.
  • the tubes 25 are practically tangent to each other, at the working temperature, to form in a practical way a screen to the incident radiation, while the tubes 18, which carry elbows to assimilate the longitudinal dilations, are Thinner, not tangent to each other, to allow for better insertion into tank 19, although the alternative of picking them up - in a single conduit, as will be seen in another figure, would also be possible.
  • the linear expansion coefficient of the tube material will be used, and the temperature increase that is sought to be obtained, according to the thermal balance of the specific application being projected.
  • Figure 3 represents a front view of the collector, in which the front wall 4 is seen, which frames the opening of the transparent cover, 2, which shows the tube bundle, 25, where the radiation is absorbed.
  • the inlet tank 15 In the lower part is the inlet tank 15, with its joint 16 and the tubes 17 that connect it to the beam 25.
  • the tubes 18, the outlet tank 19 and the joint 20 In the upper part are the tubes 18, the outlet tank 19 and the joint 20.
  • the outer surface of the front wall must also be painted with a material with high reflectivity of the radiation, or have an adhesive layer of these properties before the radiation of wavelengths characteristic of Ia sunlight.
  • Figure 4 represents an alternative to the arrangement shown in Figure 3, since it has included an intermediate tank 26 for mixing the flow rates of the heating fluid, to balance temperatures in the various tubes of the beam 25. This is recommended if you have taking into account that it is not easy to guarantee the uniformity of the intensity of the radiation received by the different tubes of the beam, also depending on the height, since the heliostats will have collimation uncertainties when pointing towards the collector to receive its reflected light. In general, the side tubes will receive less radiation intensity, and even their value will be almost nil, since it will be attempted to prevent the radiation from hitting the front wall of the drawer 100, since it would be lost.
  • the intermediate tank 26 is introduced, the fluid flow is redistributed, which unifies the temperatures of the tubes, and avoids excessively hot spots.
  • Figure 5 is similar to Ia 2, but in it an optional, but important, constructive element is added, which is the front screen 27, which will be the one that receives the radiation, and to which the tubes of the beam 25 are welded.
  • the screen 27 has the same function as the surface 12, shown in Figure 1, since it must have a high absorptivity to sunlight, and very low emissivity. Here it is identified with its own numbering because it is materialized in a specific way, appropriate to the proposed tube bundle configuration for the fluid passing matrix.
  • the screen 27 has the function of absorbing the radiation and transmitting it to the tubes with a certain redistribution of the thermal load received, for which it has to have high heat conductivity.
  • these supports they will be effective to transmit the mechanical stresses to the rear wall, 7, of the drawer 100, which will have a metallic part in its structure, as already said, to provide it with the necessary stiffness.
  • the pieces 30 of transparent material they can be used of metallic material such as that of the inner wall of the drawer 100, coated with paint or with a layer highly bonded to the radiation, layer 8.
  • the previous beam concept can be applied to the two directions of the surface of the transparent cover, but in view of the vertical arrangement of the tubes 25, or of the panel 28, they can only be placed vertically, as shown in the Figure 7, which corresponds to a horizontal cross section.
  • the idea corresponds to dividing the tube bundle 25, or the original panel 28 into separate, parallel sections, which are encased in the corresponding part of the drawer 100, separated from each other by rectangles 30, made either of glass, or of metallic material reflective
  • Each of the tube sub-beams, or piece of panel has an outward connection through the back of the panel, as shown in Figures 1 and 2.
  • FIG 8 shows precisely a vertical cross-section of the tank housing 19 in the rear wall 7.
  • the tank 18 reaches the tank, of which the elbowed part in this figure is not represented, which is centered on the outer part of the drawer 100. It is noted, however, that the tank must be covered by a gasket of material such as graphite or silicon carbide, which withstand the temperatures of the heating fluid well, have structural rigidity and some elasticity to compression. From the tank 19 the tubes 21, which are provided with a shut-off valve, 22, go outwards, in case the fluid passage is to be interrupted.
  • the tubes 21 In order to assimilate the dilations and contractions of the start and stop, and variations in Ia temperature of the fluid, the tubes 21 must also have an elbow-shaped part, 31, which also sends the fluid upwards, since in general this outlet will have to be connected with the inlet of the next collector, which will be at the upper level.
  • a tank such as that represented by the component 32.
  • Figure 9 shows an alternative arrangement for the channeling, towards the outlet of the drawer 100, of the heating fluid that has risen through the solar radiation absorbing tubes. In this case, in the upper part of the tubes.
  • a bent tube 18 is not welded to each one, but the upper part of the tubes is welded to a common collector, arranged horizontally, as will be seen in a later figure. .
  • This collector is funnel-shaped, and carries the flow of the fluid to an outlet duct, 34, which crosses the wall through a spherical joint or bearing, 35, of material similar to the joint 20 presented above (although they could use materials cheaper than graphite, such as pressed cork itself, especially for applications of not very high temperature, although its deterioration will be very fast, and may even be a risk of fire, something very remote with pressed graphite or carbide of silicon).
  • the conduit 34 is thermally insulated outside, by component 36, which can be glass wool or other high temperature insulator.
  • Figure 10 is a variant of Ia 9, in which a radiation absorption screen, 27, has been joined in solidarity in front of the tube bundle 27, in order to improve the redistribution of the thermal load that falls on the collector , which will not always be uniform.
  • Figure 11 represents the vertical section of the assembly announced in Figures 9 and 10.
  • the funnel-collector 33 that collects the ascending fluid can be seen in the upper part, and channels it to the outlet duct 34, which has a valve closure, 37.
  • the heating fluid has risen to the top of component 38.
  • the matrix may be of a bundle of tubes such as those of component 25, or a flat surface panel such as component 28, but always with a somewhat oblique arrangement to the heads of the beginning and end of the fluid path, represented by the collector 33, the redistributor 39 and the distributor 41, all of them generically called heads.
  • the heating fluid enters through the conduit 42, which can be closed by means of the valve 44, if that circuit is to be closed hydraulically, and is insulated by the thermal insulator 45.
  • the conduit 42 sits on the rear wall 7, thanks to the joint 43.
  • the fluid rises vertically from component 40, which can be a bundle of tubes such as 25, but with somewhat oblique assembly to favor the assimilation of dilations and contractions; or a flat outer surface panel such as 28, likewise oblique.
  • component 40 can be a bundle of tubes such as 25, but with somewhat oblique assembly to favor the assimilation of dilations and contractions; or a flat outer surface panel such as 28, likewise oblique.
  • the upper part of 40 connects with the tank 39 in a hermetic manner, usually with welding, where the flow rate is redistributed, the temperature being uniformized. From the tank 39, the flow continues to rise, in this case through the upper fluid passage matrix, 38, until it reaches the funnel-collector 33, which will send the heating fluid out of the drawer 100, through the conduit 34 , already presented in the previous figures.
  • Figure 12 shows a front view of the assembly of Figures 9, 10 and 11, framed in the front facade 4, painted or with a bonded layer of very high radiation reflectivity.
  • both the lower part of the fluid passing matrix, 40, and the upper one, 38 are represented by a bundle of tubes, but could also be configured as a panel as component 28.
  • the tank is seen redistributor 39, and in the upper part the funnel-collector 33 and the dashed mark (straight section) of the duct 34.
  • Figure 13 is analogous to the previous one, but in it the intermediate redistributor tank has been removed, for simplicity, and
  • the tube matrix, 38 in this case goes from the bottom up without interruption, from the distributor 41 to the funnel-collector 33.
  • This cover has been represented in this case as a set of semicircles, which correspond to the straight sections of semi-cylinders or vaults whose generatrices run parallel to the tubes, since this vault is the geometric figure that has the best performance to withstand the thrust of the external pressure, when inside there is empty or A very small pressure.
  • the arrangement of tube sub-beams 25, presented in Figure 7, has been used for this purpose, since the reduction of the span to be covered by each longitudinal glass vault, which thus can describe the pieces 46 of Figure 14, provides more robustness at this disposal.
  • Figure 15 details the type of joint used to hermetically cross the rear wall 7 of the drawer 100 of the collector, according to the assemblies of Figures 9, 10 and 11, particularizing, in the numbering, for the upper duct.
  • the wall 7 can be seen therein, in which a spherical flock is made to accommodate the joint 35, which is a sphere. in which a cylindrical cavity has been practiced, having as its axis one of its diameters. In said recess the conduit tube 34 must be accommodated.
  • Figure 16 the configuration of Figure 16 is proposed, in which the original sphere 35 is divided into two halves, before or after having performed the cylindrical cavity to accommodate the tube 34, which in this case It can be embraced by the two semi-spherical parts, 47 and 48, more simply than by passing the tube through the cavity. In this case there is also the pressure that is produced from outside to inside the drawer 100, due to the difference in pressures.
  • Figure 17 shows a solution to give greater resistance to the transparent cover 2, similar to that proposed in Figure 7, but in this case for the assembly presented in Figures 9, 10 and 11.
  • This assembly has the advantage that it disturbs less the wall 7, which has to be drilled, for the passage of the fluid tubes, in a smaller proportion, in this figure 17 the elements 30, optionally made of the same material as the transparent cover, or of a metal plate of high reflectance, arranged in parallel to the bundles of tubes or panels of the fluid passage matrix.
  • the elements 30 are supported by edge in the rear wall 7, and on the other side in the cover 2, thus receiving part of the pressure exerted on the transparent cover (another part is supported by the fence 3 of the cover, in its fit the front wall 4).
  • Figure 18 shows a system of pipes, valves, tanks and compressor whose operation allows maintaining the pressure inside the drawer 100, at the required value, which will typically be that of the atmosphere surrounding.
  • a small gas extraction pipe, 49 is available for this purpose, the flow of which can be prevented by closing the valve 50.
  • This valve will usually be open, and the flow passage control Io will carry out an additional valve, 51, It works by pressure difference, and with unidirectional pitch.
  • conventional mechanical or electro-mechanical valves can be used, the first ones being tailored according to the force of a spring that closes the passage of gas from the drawer 100 out of it.
  • This valve can be similar to the spring and ball valves that close the passage of gas from butane bottles and the like.
  • the spring yields, and gas is passing from inside the drawer 100 to the tank 52.
  • the electronic measurement of the pressure is carried out of the internal gas, thanks to an electric pressure-signal transducer, and if it exceeds the preset level, the electric control of the valve orders its opening, until the pressure signal drops until it stabilizes with the outside.
  • the pipe 55 is provided, in which there is a valve that acts as a pressure differential, 56, similar to the 51 but with another steering system, and a hydraulic shut-off valve 57. Specifically, the valve 56 has in order to blow gas into the drawer 100 when its pressure is lower than atmospheric.
  • the alternative proposed in this invention is not based on using absorbent tubes encapsulated in glass sheaths, integral with each other by the strap welded to both parts, but, longitudinal glass vaults, embedded in the front wall of the drawer 100 and, where appropriate, on its back wall, or even on pieces of edge 30, but not welded or in solidarity with the pipes radiation absorbers At the top and bottom ends, the vaults would be embedded, through their corresponding type 3 joints, in the upper and lower walls of the drawer 100. This is particularly useful with the arrangement of tube sub-beams 25, presented in ia Figure 7, since the reduction of the span to be covered by each longitudinal glass vault, provides more robustness to this arrangement.
  • the pressure maintenance system can serve many manifolds in parallel at the same time, although each one can have a different evolution due to internal temperatures, which will be taken into account in the regulation valves of gas extraction and insufflation.
  • the volumes of the tanks will have to be in line with the gas volumes of the drawers to be controlled, and also the power of the compressor.
  • the volume of the low pressure tank 52 must be equal to the sum of volumes inside the drawers to which it is connected by tubes type 49, parallel to each other, with valves type 51 in each tube, reinforcing the housing of the tank 52 to withstand pressure differences equal to atmospheric pressure; and the high pressure tank 54 of similar volume, although reinforced in its housing to withstand internal pressures at least five times the atmospheric pressure.
  • Figure 19 shows an analogous assembly of pressure regulation, applied in this case to the configuration of the manifold given in Figure 1.
  • the system which serves to avoid inadmissible mechanical tensions in the transparent cover, due to pressure differences, fits apply it to any assembly of those described herein, and to any other that uses or needs a transparent cover, even if only so that the oxygen in the air does not attack the paint or coating of high absorptivity of the die matrix of the heating fluid.
  • the problem of excessive convection losses through the glass can be reduced by leaving little space in the drawer 100, so that the internal inert gas does not have a large volume to evolve.
  • box 100 has to have sufficient space to accommodate the angled tubes 17 and 18 in assemblies such as those in Figure 1, or heads such as 33 and 41 in the assemblies such as those in Figure 11.
  • the horizontal length of the tubes 17 and 18 it is important to absorb the dilations and contractions of the body or heating matrix of the fluid, 11. It is also true that in the movements of absorption of these variations, the arrangement made of tanks embedded in the rear wall, designated with 15 and 19, helps. in Figure 1.
  • FIG. 20 shows the two proposals of this invention designed to efficiently reduce thermal losses by convection through the transparent cover (which cannot be insulate as the rest of the walls of the drawer 100).
  • the coefficient of internal convection film is reduced, incorporating elements that impair the development of convective comments within drawer 100.
  • the film coefficient on the side of the outside air must be reduced, for which the invention consists of having a double glass, but not with the internal vacuum that is usually placed in cases of small glass surface, but with a mechanism such that there is always the same pressure inside it as the surrounding atmospheric one, which in turn is what will be inside the drawer 100, which will eliminate the mechanical tensions caused by pressure differences., Take into account that a glass of 10 m2 that had a pressure of 1 atmosphere on one side, and empty on the other, would be holding a load of 100 tons.
  • Said strike, 64 is on the outer part of the deck 2 that closes the drawer 100 frontally, and in turn is confined on the outside by a second deck 65, of analogous, if not identical, characteristics as Ia 2.
  • the deck 65 is embedded in the front wall 4 by means of the fence provided by the seal 66, similar to the seal 3.
  • the pressure inside the strike 64 remains the same as the surrounding atmosphere because it is connected to the surrounding air through a small hole, or set of holes, 67, which pierce the lower part of the front wall., Through these holes the pressure is compensated, because in the event that it increases in strike 64, the air molecules would tend to exit through the holes, and on the contrary in the cases of cooling. Of course, a small loss of pressure would occur along the holes, so that the pressures would take time to balance, but the pressure decompensation would be very small, of a few tens of Paséales, which would represent very small mechanical stresses. on both decks, 2 and 65.
  • Figure 21 shows a diagram of the constructive arrangement that these collectors can acquire, to meet their useful purpose.
  • a field of heliostats 70 must be provided.
  • the direct solar radiation 71 is represented, and the one that affects the collectors, 1, which can be 100 times, or more, the intensity of the original 71, according to the concentration.
  • Each collector as a whole, 72, would be hung, as will be seen in a later figure, of the branches 73 of the structure 74, which as a whole supports the installation of solar collectors or collectors.
  • This structure can be metallic or concrete armed, and will consist essentially of pillars and beams, among which there will be some of a special nature, the aforementioned branches, 73, from which the collectors hang.
  • these would have associated the pressure compensation system, 75, which in the figure, for reasons of clarity, has only been represented together with the collector below, but that could serve all, in each case with their corresponding valves, type 50, 51, 56 and 57.
  • the heating fluid would arrive at the installation, coming from the energy conversion block or from the useful application, through the pipe 76, and would receive the drive of the pump 77 to overcome the loss of gauge height of the entire circuit to be traveled, until coming out of the pipe 78, with a temperature much higher than the inlet.
  • tanks, 79 to homogenize the temperature of the parallel branches of fluid that there might be, and to absorb variations in speed and density induced by transients.
  • both the tanks 79, as well as the pipes 76 and 78, and the pressure compensation system 75 have to be thermally insulated, to avoid losses, which is not part of the invention
  • the elements 80 which are the pieces from which the collectors hang, which are jointly and severally attached to the structure, but can freely expand as a whole, must be highlighted.
  • the pieces 80 are assembled to the lugs 81 represented in Figure 22, and of which there are two, one on each side of the upper part of the drawer 100 of the collector, welded or screwed to the upper outer wall.
  • the assembly can be done by welding, but in Figure 22 the lugs 81 with holes 82 have been shown, which could be the simplest way of anchoring, by means of through screws and nuts.
  • Figure 22 is also useful for explaining the assembly method of the manifold assembly. For this, it should be taken into account that this has to be constituted from individual pieces such as those marked with their corresponding numbering in the preceding explanations, part of which can be previously welded or combined, and this is the case of the circuitry of the heating fluid , from the inlet pipe 13 to the outlet pipe 21, if this internal arrangement of the matrix 11 has been chosen, or alternatively from the conduit 42 to 34. Apart from that, the parts of the drawer 100 that will now be identified are prepared, as well as the gaskets for embedding the tanks 15 and 19 in the wall 7, and the gasket 3 to fit the cover 2.
  • the walls of the drawer 100 which correspond to a sandwich structure, with the thermal insulation of filling, and the metal walls on both sides, are prepared in four parts, numbered 83, 84, 85 and 86.
  • the first corresponds to the fourth upper, and sits on the joint 20 of the tank 19, at which level it reaches. On the front it borders with the upper part of the fence seal 3. On the sides it is simply cut, in bevel or other way that favors the welding with the next room 84. And on the top it limits with the recess made to fit
  • the corresponding joint either Ia 20 in a type of assembly of Figure 1, or Ia 35, of Figure 1. At that level the piece of circuit embedded in the wall 7, well the tank 19, or the tank conduit 34, depending on the type of assembly.
  • the symmetrical maneuver is made with the lower room, 86, encasing the cover 2 in the fence joint 3; and arranging the seal 16, or the spherical seal 43 (according to the chosen assembly), on the top of that piece 86, in its rear part, to then seat the tank 15 well, or its alternative, which is the conduit 42.
  • the drawer 100 it is only possible to close the drawer 100 by the sides and the back of the two intermediate rooms, which also have a small flange in the front part, to fit the corresponding part of the fence-seal 3. The most important thing is Close the back part, which has to fit the drawer 100 tightly, with the circuit elements that cross that wall.
  • the two intermediate rooms 84 and 85 have to strongly tighten these penetrations, with their respective joints, which is achieved as shown in Figure 22, by coupling two parts with an intermediate wedge, 87, being the highest set of the necessary, so that the wedge forces the intermediate rooms of the wall, 84 and 85, to tighten the elements embedded in said wall. So that the wedge is not expelled out, it is welded along its entire length, which is also necessary to finish stiffening and tightness the system.
  • the welding cords are schematized by the elements 88.
  • the upper surfaces, 91, rear 92, and side 93, represented in the trihedron of Figure 24, are reinforced at their edges, by pieces 94, 95 and 96.
  • the lugs 81 are welded on the reinforcement plates.
  • the typical form of these plates 97 is represented in FIG. 25 as a right-angle dihedral 98, whose longitudinal ends 99 are beveled, at 45 P , to be able to be assembled with the other two plates of each dihedral, when converging in the thyrrons of the drawer 100.
  • the invention can be carried out from any panel of solar energy absorbing channels or tubes, meaning that it has good mechanical resistance and good thermal conductivity, and that it can be painted, or coated with an adhesive , so that its surface has very high absorptivity to solar radiation, and has very low thermal emissivity.
  • a beam of these tubes is assembled in parallel and vertically, to constitute the matrix or main body of passage of the heating fluid, which will be heated when ascending through the tubes of the beam, 25, where the solar radiation 1 will influence, in general concentrated by means of the reflection of a field of heliostats 70 conveniently oriented to satisfy said reflection (as shown in Figure 21).
  • Each of the tubes of the bundle 25 will be joined by its lower part, in solidarity, in general by welding, to a tube, 17, of somewhat smaller diameter, and with a 90 ° elbow that makes its other end horizontal, and it is joined, also in solidarity, with a tank 15, from which on the other side, diametrically opposed to the connection of the tubes 17, tubes, 13, forming the arrival beam of the heating fluid to the collector in question; said tank 15 having a cylindrical body, and seated horizontally, with semi-spherical ends at its two ends, and said tank 15 being embedded in a physical stiffness wall, which we will call back wall 7, and in which it is embedded by the intermediation of a gasket 16 that covers it in all its volume, the gasket being of solid thermal insulating material with good elastic compression properties with admissible deformations of the order of 0.1%, and melting point much higher than the working temperature of the heating fluid .
  • each tube of the bundle 25 At the upper end of each tube of the bundle 25, other tubes, 18, of somewhat smaller diameter, are joined in solidarity with a 90 ° elbow that makes its other end horizontal, and is joined, also in solidarity, with a tank 19, from which, on the other side, diametrically opposed to the connection of the tubes 18, tubes come out, 21, forming the output beam of the heating fluid from the collector in question; said tank 19 of cylindrical body, and seated horizontally, with semi-spherical ends at its two ends, and said tank 19 being embedded in a physical stiffness wall, which is the rear wall 7, and in which it is embedded by intermediation of a gasket 20 that covers it in all its volume, the gasket being of solid thermal insulating material with good elastic compression properties with admissible deformations of the order of 0.1%, and melting point much higher than the working temperature of the fluid heater.
  • the heating fluid and is the basis of the invention, because thanks to the proposed arrangement, the expansions and contractions experienced by the materials by varying the temperature, are easily assimilable, without causing tensions or inadmissible damage to these structural elements.
  • the beam of tubes 25 solar radiation absorbers (figures 3 to 5), and their associated beams of angled lower tubes, 17, and upper, 18, are located within a hermetic box 100 (figures 1, 20 or 22, among others ) with walls composed of a resistant internal plate, 61, generally metallic, an external plate of similar material, 63, which together stiffen the. system, and an intermediate layer or volume, 62, filled with thermal insulating material; distinguishing himself in it.
  • drawer 100 two singular walls, which are the front, 4, in which there is an opening for the radiation to pass, and that opening being occupied by a transparent cover 2, embedded in the front wall 4, by Intermediation of a joint 3 that occupies the entire perimeter fence of the opening; and the other singular wall being the rear one, 7, in which the inlet, 15, and outlet tanks, 19, of the heating fluid are embedded, the hermetic housing of the tanks in the wall 7 being made possible by joints, 16 and 20 respectively, such that said tanks may rotate slightly within their respective joints, when the dilations or. contractions make the lengths of all the tubes in the circuit vary, and also modify the angle of the elbows of the tubes 17 and 18.
  • a temperature homogenization tank 26 can be interposed between the flow rates of the various tubes (Figure 4). This is useful for balancing the thermal load carried by each tube, which can be very different from each other, because the uniform approach of the radiation on the tube bundle cannot be ensured. It is possible the alternative, with respect to the assembly already described, to put a metallic screen, 27, (figure 5) in the front part of the tube bundle 25, the material of the screen being of high conductivity, and being painted or coated with a substance adhered to be highly absorptive to radiation and low emissivity, and the screen being joined in solidarity with the beam tubes, preferably by welding. To avoid that an appreciable thermal load is deposited in the walls of the drawer 100, which are not refrigerated and therefore could reach very high temperature, its outer surface must be painted or coated with a layer of high radiation reflectivity.
  • the surface of the inner walls of the drawer 100 must be painted or coated with a layer of high radiation reflectivity.
  • a run panel in an alternative assembly to the tube bundle 25, as a matrix or main body for the channeling of the heating fluid, can be arranged of channels, 28, (figure 6) each channel 29 being of rectangular straight section, and the panel having a flat front surface, the panel material being of good mechanical resistance and good thermal conductivity, and its surface being painted with a layer that it has very low thermal emissivity and very high absorptivity to solar radiation, said layer being able to be adhered by contact glue.
  • the tube bundle 25 can be divided into sub-beams (figures 7 and 17), to accommodate between two consecutive sub-beams, parallel to them, and therefore vertically, rectangular pieces 30, of the same material as the cover 2, and therefore of high transparency, although alternatively pieces 30 of the same material can be used as that of the inner layer of the wall of the drawer 100, with the same highly reflective coating, such that the cover 2 rests on the edge of said pieces 30, which in turn also support the rear wall 7, in this case, there being, for each sub-beam, a specific set of thermo-hydraulic circuit, formed by the fluid arrival tubes 13 heating, the tank 15 to which they arrive, the angled tubes 17 arranged in parallel beam, which leave said tank, and reach below the vertical tubes, also in a beam, 25, which absorb the solar radiation, and connect from there upper end to angled tubes 1 8, which they will give in the tank 19, from which the outlet tubes 21 emerge (figures 1 and 8).
  • the bundle of tubes 25 attached to the heads can be coated in their front part by a metal screen integral with said tubes ( Figure 10), preferably by welding , the material of the screen being high conductivity, and being painted or coated with an adhered substance that is highly absorptive to radiation and low emissivity.
  • the tubes 25 attached to the lower, 41, and upper, 33 heads, can be mounted (figure 11) with a certain angle of inclination, of about 10 °, and in addition a tank 39 that will be a medium height of the beam can be interposed common pressure point, with redistribution of flow rates and temperature standardization.
  • the tube bundles 25, in the arrangement in which lower, 41, and upper, 33 heads are used, can be grouped into parallel tube sub-bundles ( Figure 17), each with its corresponding heads, and their respective ducts inlet, 42, and outlet, 34, the tube sub-beams being separated by means of walls 30 made of the same material as the transparent cover, 2, although pieces 30 of the same material can be used alternately as that of the inner layer of The wall of the drawer 100, with the same highly reflective coating, supported by edge on this cover 2 and on the rear wall, 7.
  • the transparent cover covering the opening of the drawer 100 so that between the radiation, it can be curved instead of flat (figure 14) as is part 2, in this case the concavity of the coverage curve 46 facing the inside of the drawer 100, and it being advisable to use the sub-beam arrangements of tubes 25 or sub-panels 28, such that the glass covers of each sub-beam are like longitudinal glass vaults, along the vertical direction of the collector, being embedded in the walls of the drawer 100, both front and rear, topping at its top and bottom ends by the inserts in the upper and lower walls.
  • This transparent roof morphology in vaults can be used both in the case of using tanks embedded in the rear wall, type 15 and 19, as conduits, 42 and 34, embedded in spherical joints in said wall.
  • the inside of the drawer 100 can be filled exclusively with an inert gas, such as nitrogen or carbon dioxide, whose pressure is it maintains equal to the surrounding atmospheric pressure thanks to a device formed by a gas extraction tube 49, and the passage of the gas can be closed by a shut-off valve 50 that in normal operation will be open, having in the same tube a valve of gas passage regulation, 51, with operation mechanically or electromechanically ordered by the difference in pressures between the inside of the drawer 100 and the atmospheric one, the valve opening when the first becomes greater than the latter, in which case the gas is collected in a tank 52 that will be below said atmospheric pressure, which is achieved (figure 18) by the action of a compressor 5 3 that takes gas from said tank 52 and injects it into a tank 54 that is at a pressure above atmospheric; from which gas can be injected back into the drawer 100 through a tube 55, in which there is a gas flow regulating valve, 56, which opens when
  • the walls of the drawer 100 which correspond to a sandwich structure, with the thermal insulation of filling, and metal plates on both sides, are prepared in four parts, numbered 83, 84, 85 and 86, (figure 22) being the first Ia of the upper room, and sits on the gasket 20 of the tank 19, or alternatively, according to the circuit assembly used, sits on the gasket 35 of the tube 34, while at the front it limits with the upper part of the fence seal 3; the sides of the walls of the drawer 100 being simply cut, in bevel or other way that favors the welding with the following room 84, which in its upper part limits with the recess made to fit the corresponding joint, well the 20 in a type of assembly, well Ia 35; while the symmetrical maneuver is made through the lower part with the lower room, 86, encasing the cover 2 in the fence joint 3; and arranging the seal 16, or alternatively the spherical seal 43 (according to the chosen assembly), on the upper edge of that piece 86, in its rear part, to then
  • the wedge 87 is constituted (figure 23) similar to the wall of the drawer 100, with an outer metal part, filled with insulating material, and covers all the width of the rear wall, having extensions 89 that are welded to the side walls of the drawer 100.
  • the edges of the drawer 100 (figures 24 and 25), at the confluence of its various exterior walls, are reinforced with digesters of metal plate type 94, 95 or 96, in conjunction with a right angle, 98, along each edge, the ends of each plate being cut in a 45 ° bevel, so that they fit well in the three-wall confluence tryrons such as 91, 92 and 93.
  • the spherical joints, 35 and 43 (figures 15 to 18), which are embedded in the rear wall of the drawer, in the corresponding openings for the passage of the conduits 34 and 42, exit and arrival of the heating fluid respectively, are constructed from a sphere of solid insulating material with good compression properties elastic with admissible deformations of the order of 0.1%, and melting point much higher than the working temperature of the heating fluid, and in said sphere a cylindrical drill is made, whose axis coincides with a diameter of the sphere, the radius being from l hole equal to the outer radius of the corresponding conduit that must pass through it.
  • the spherical type joints, 35 and 43, which are embedded in the rear wall of the drawer, in the corresponding openings for the passage of the ducts 34 and 42, can be constructed from two half spheres 47 and 48, ( Figure 16 ) of the material indicated in the previous paragraph, to be mounted around the corresponding duct, securing each other thanks to the pressure exerted by the assembly of the wall 7, thanks to the pressure exerted by the wedge 87, mounted as explained.
  • a second transparent cover, 65 parallel to the 2, of similar or exactly the same material can be placed, with a narrow gap in the middle, 64, of a thickness less than the thickness of the covers (figure 20), connected to the outside air by means of holes 67 made in the lower part of the front wall 4, in which the second cover 65 is embedded in a fence-seal 66, similar to the fence-seal 3, the mouths being of the holes 67 covered by filters 68 and 69 type mosquito net, with a sieve smaller than one millimeter.
  • tabs or fins welded or fixed obliquely to their inner, front and rear walls, with the weld bead horizontally, such as the tabs can be arranged such that they form an acute angle facing below with the front wall, both in the upper part of the drawer 100, forming the tabs 58, and below the opening of the transparent cover, forming the tabs 60; and the tabs 59 forming an acute angle facing upwards at their entrenchment with the inner rear wall of the drawer 100; and the material of the tabs being the same as the inner layer of the walls of the drawer, including an inner part of thermal insulation, and with the same type of highly reflective coating, and giving the tabs such length that, in their expansion to Nominal operating temperature of the collector, its free end is at a distance from the rear surface of the collecting ducts 11 or 28 that is between half a millimeter and a millimeter.
  • Each collector as a whole, 72, with its drawer 100 and the internal circuit of the heating fluid, can be located in a structure 74 in height, tower type of metal structure or reinforced concrete (figure 21), connected some collectors to others in series or in parallel, as appropriate to the application, hanging the collectors by the top of the drawer 100, from parts 80 of the structure 74, which can be welded or screwed to them.

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Abstract

Colector de energía solar térmica, en el que un panel absorbedor de radiación solar, por dentro del cual circula el fluido calorífero, se sitúa dentro de un cajón paralelepipédico, con una apertura con cubierta transparente en su parte frontal, que puede duplicarse dejando un huelgo atmosférico en medio, contando la pared posterior del cajón con un sistema de juntas y tanques encastrados en la propia pared de modo que se asimilan las dilataciones y contracciones de los tubos verticales del panel y de sus conexiones horizontales mediante cambios suaves de curvatura de codos de tubería y de minúsculos giros de los tanques, añadiendo un sistema de llenado del cajón con un gas inerte, cuya presión puede escogerse entre una milésima de atmósfera y una atmósfera, disponiéndose para ello de un circuito exterior de gas, con tanques de baja y alta presión, y compresor intermedio.

Description

COLECTOR DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La invención se encuadra en el campo de Ia energía solar térmica, particularmente Ia que utiliza concentración de Ia radiación originaria, reflejada por unos espejos orientables, e incidente sobre unos colectores que absorben parte de dicha radiación para alcanzar alta temperatura en el bien útil, que generalmente se materializa en un fluido calorífero que transporta el calor solar absorbido hasta un ciclo termodinámico. Dentro de este campo se encuadra en los colectores propiamente dichos, donde existe una superficie plana o curva que absorbe Ia radiación, y que constituye Ia superficie exterior de un cuerpo por dentro del cual circula el fluido calorífero antedicho. La invención hace referencia a Ia configuración y constitución de estos colectores, para maximizar el rendimiento de captación de Ia energía solar, al tiempo que se les dota de una robustez intrínseca , que les permite soportar los efectos termomecánicos producidos por las grandes variaciones de temperaturas y otras magnitudes termodinámicas, cuando pasan de estar a temperatura ambiente a estar irradiados por Ia energía solar concentrada, y viceversa.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es conocido en Ia actualidad el uso de un campo de espejos orientables, o helióstatos, que concentran Ia radiación solar en un receptáculo que ocupa Ia parte superior de una torre, erigida al sur de dicho campo. De ese mismo tipo de configuración hay precedentes, tanto a nivel constructivo experimental, como de patentes, entre las que puede citarse, por su antigüedad, Ia patente US 4,117.682, que presenta un campo de helióstatos sectorialmente dividido, con una torre con receptor central en cada sector del campo. Alternativamente se pueden tener disposiciones en torre, pero usando toda una fachada de Ia construcción, no sólo un receptáculo superior, tal como puede verse en Ia patente DE 102 48 064 A1. Previamente a esa patente, se puede citar Ia patente US 4,136,674 en Ia cual Ia superficie exterior de Ia torre central donde se recibe Ia radiación reflejada por los espejos, está constituida de un haz de tubos que Ia recubren en su práctica totalidad. Análogamente se encuentra Ia solicitud de patente europea EP 0 106 688 A2, destinada a mejorar las prestaciones de los colectores de tubos cuando el fin al que se destinan es producir vapor, por Io que se busca una distribución apropiada de Ia carga térmica entre los tubos destinados al hervidor, donde se produce el cambio de fase, y los del sobrecalentador, donde se eleva Ia temperatura del vapor seco ya separado de Ia fase líquida, que se recircula. En estas dos patentes se evidencian dos problemas especialmente graves de esta disposición o configuración de paneles o colectores: al estar los tubos desnudos, Ia convección natural del aire circundante extrae mucho calor de Ia superficie irradiada, disminuyendo por ende el calor efectivamente captado, esto es, transferido al fluido calorífero, con Io cual el rendimiento del colector resulta bajo o muy bajo; y además, el oxígeno del aire puede oxidar rápidamente Ia superficie exterior del tubo caliente, que deberá estar pintada de una sustancia de alta absortividad solar y baja emisividad, propiedades que se degradan cuando el oxígeno reacciona químicamente con dicha capa de pintura especial.
La respuesta estándar a estos problemas es encerrar Ia superficie colectora de radiación en un receptáculo o cajón donde se haya hecho un vacío apreciable, y su cierre, en Ia parte por donde incide Ia radiación, será una cubierta transparente, generalmente de vidrio, precisamente para dejar pasar Ia radiación al interior del cajón. Esta disposición es incluso seguida en colectores de baja y media temperatura, operando con radiación directa (no reflejada con concentración), aunque en este caso las temperaturas alcanzadas sean mucho menores. En todo caso, mediante esta disposición se consigue minimizar el nivel de pérdidas térmicas por convección, al no existir corrientes de convección dentro del receptáculo del colector a vacío, y también se evita Ia agresión química del oxígeno contra Ia capa exterior de Ia superficie absorbente de radiación. Esta solución tiene, no obstante, un problema, y es que el vidrio de Ia cubierta transparente ha de trabajar con una diferencia de presiones entre sus caras de aproximadamente una atmósfera, es decir unos 100.000 paséales. Esta diferencia de presiones es muy alta para un material de muy bajo límite elástico, como es el vidrio (y aún sería peor para algunos plásticos transparentes, pues además habrían de soportar temperaturas muy superiores a las de ambiente, aunque no tan altas como las de Ia superficie absorbente de radiación). Ello significa que las dimensiones de Ia cubierta de vidrio (o de Ia cubierta en general), estarán muy limitadas por las tensiones mecánicas internas inducidas por Ia mencionada diferencia de presiones. Como en una viga cargada uniformemente (que en nuestro caso corresponde a una diferencia de presiones uniforme) el momento flector máximo depende del cuadrado de Ia longitud de Ia viga, esta longitud quedará considerablemente limitada por el efecto de Ia diferencia entre Ia presión exterior (Ia atmosférica local) y Ia interior, prácticamente nula, aunque en Ia realidad constructiva se considere suficiente un vacío de una milésima de atmósfera. Cabe hacer Ia cubierta de vidrio de espesor muy grande, para aumentar el momento de inercia transversal, y por ende disminuir Ia tensión interna necesaria para equilibrar el momento flector inducido, pero esa posibilidad presenta a su vez otro inconveniente, pues no hay ningún vidrio absolutamente transparente, y cuanto mayor sea su espesor, mayor es Ia cantidad de radiación absorbida en su seno, Io que provoca mayores temperaturas interiores, y mayor gradiente de ésta, pues sólo se refrigera por Ia cara externa, Io que hace que aparezcan tensiones mecánicas inducidas por diferencias térmicas, que pueden ser incluso superiores a las producidas por Ia diferencia de presiones exterior e interior. Junto a los problemas señalados, hay que apuntar otro igualmente importante, y es el de las dilataciones producidas al pasar los elementos del colector desde Ia temperatura ambiente a Ia de trabajo, Io cual puede suponer un salto de 500 0C o igualmente Kelvin en el sistema Sl. Si se tiene en cuenta que el coeficiente de dilatación lineal de un acero convencional está en el orden de 10 millonésimas por 0C resulta que los aumentos de las longitudes son del orden del 0,5 %, Io cual es muy apreciable y se ha de tener en cuenta en el diseño de Ia superficie absorbente de Ia radiación, y en Ia matriz o cuerpo en que se sustenta, por dentro de Ia cual ha de pasar el fluido calorífero, para extraer el calor y llevarlo al foco termodinámico de interés. Al tratar el tema de las dilataciones, también se ha de señalar que éstas serán menores en Ia cubierta de vidrio que en Ia superficie absorbente y su cuerpo sustentador. De hecho, incluso las otras paredes del receptáculo del colector, distintas a Ia cubierta transparente, también habrán de estar a temperaturas bastante menores que las partes absorbentes de radiación, pues de Io contrario gran parte de Ia energía fugaría por esas paredes, por conducción y convección. El cuadro anteriormente descrito, configura el conjunto de problemas a resolver, mediante una invención que emplee los mecanismos físicos naturales, con los artificiales que se requiera, para poder absorber una fracción importante de Ia energía térmica de Ia radiación solar, cuando ésta se concentra merced a Ia convergencia, sobre un colector, de Ia radiación reflejada por un conjunto de espejos cuya superficie total de reflexión sea muy superior a Ia superficie absorbente de radiación, contenida dentro del receptáculo del colector. Era por tanto deseable un sistema que consiguiera Ia absorción de energía solar térmica por parte de un fluido calorífero evitando los inconvenientes existentes en los anteriores sistemas del estado de Ia técnica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención consiste en disponer Ia superficie absorbente de radiación, y su matriz o cuerpo soporte, por dentro de Ia cual pasa el fluido calorífero, en el interior de un gran cajón hermético o receptáculo que tenga una pared constituida por una cubierta transparente que es atravesada por Ia radiación a absorber; y el resto de Ia paredes estarán compuestas de materiales que incluirán estructuras de rigidez mecánica, así como aislantes térmicos; proponiéndose una disposición del componente térmico esencial de tal manera que permite asimilar fácilmente sus dilataciones sin alterar Ia estanqueidad del receptáculo o cajón, que estará, en una primera opción de Ia invención, en condiciones de vacío. La disposición de los componentes hace que se minimicen las pérdidas térmicas por conducción y convección hacia el exterior; y se minimice así mismo Ia agresión química a Ia capa exterior de Ia superficie absorbente de Ia radiación, gracias al vacío interior y a Ia ausencia de oxígeno. Como alternativa al vacío, Ia invención contempla Ia insuflación de un gas inerte, como el nitrógeno, en el interior del receptáculo, con un sistema activo de mantenimiento de Ia presión ante cualquier cambio de temperatura en el gas de llenado; pudiendo además colocarse una doble cubierta transparente de pequeño grosor, pero con muy pequeñas solicitaciones mecánicas y con bajas pérdidas de calor por convección. En. todo caso, las dilataciones de los elementos del componente térmico esencial quedarán totalmente compensadas, sin crear tensiones que puedan dañar aceleradamente ningún elemento. Adicionalmente, en el caso de Ia opción más elaborada de Ia invención, las presiones exterior (atmosférica local) e interior del cajón o receptáculo, quedarán igualadas, de modo que Ia cubierta de vidrio estará sometida a presiones iguales en ambas caras, sin sufrir por tanto tensiones mecánicas difíciles o imposibles de soportar por un vidrio o material transparente similar, en el cual sería difícil de garantizar Ia resistencia con una diferencia de presiones de una atmósfera (1 bar, o 100.000 Pa) si las dimensiones superficiales de Ia cubierta son grandes.
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de Ia técnica mediante ün colector de energía solar térmica formado por una pluralidad de conductos colectores, que absorben Ia energía solar incidente en éstos, por dentro de los cuales circula un fluido calorífero que recoge Ia energía solar absorbida por los conductos colectores. Los conductos colectores son verticales y tienen un extremo de entrada y uno de salida. El colector también presenta medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, los cuales se conectan a los extremos de entrada de dichos conductos colectores, y medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, los cuales se conectan a los extremos de salida de los conductos colectores. En el colector, tanto los conductos colectores, como al menos parte de los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, y al menos parte de los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, se disponen en el interior de un cajón hermético 100, cuya estructura está formada por una placa interior metálica resistente, una placa exterior metálica resistente, y entre las placas interior y exterior, un volumen intermedio relleno de material aislante térmico.
El cajón está formado por una pared superior, una pared inferior, paredes laterales, y una pared trasera en Ia que se encastran al menos parte de los medios de entrega del flujo calorífero y al menos parte de los medios de recogida del flujo calorífero en alojamientos herméticos recubiertos por juntas de materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones de los medios de entrega y medios de recogida del flujo calorífero sustancialmente del 0,1 %. Además existe una pared frontal que tiene una abertura superficial para el paso de Ia radiación solar a los conductos colectores. La abertura está cerrada mediante una cubierta transparente encastrada en Ia pared frontal por intermediación de una junta de cierre a presión. Los conductos colectores pueden ser una pluralidad de canales de sección recta rectangular que forman un panel continuo con una superficie frontal plana, o bien pueden ser una pluralidad de tubos colectores que forman un haz vertical, o con una inclinación de sustancialmente 10° sexagesimales, hacia delante. Según una realización particular de Ia invención, los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores están formados por unos primeros tubos de conexión que tienen un codo a 90°, y que se conectan por uno de sus extremos a los extremos de entrada de los conductos colectores, y por su otro extremo a al menos un tanque de entrada cilindrico horizontal encastrado en Ia pared trasera en un alojamiento hermético. El alojamiento está recubierto por una primera junta aislante térmica y elástica que Io recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de entrada de sustancialmente el 0,1%, y el tanque de entrada se conecta en una zona diametralmente opuesta a Ia de los primeros tubos de conexión a una pluralidad de tubos de entrada del fluido calorífero al colector. Según esta realización, los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores tienen unos segundos tubos de conexión que tienen un codo a 90°, y que se conectan por uno de sus extremos a los extremos de salida de los conductos colectores, y por su otro extremo a al menos un tanque de salida cilindrico horizontal encastrado en Ia pared trasera en un alojamiento hermético. El alojamiento está recubierto por una segunda junta aislante térmica y elástica que Io recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de salida de sustancialmente el 0,1 %, y el tanque de salida se conecta en una zona diametralmente opuesta a Ia de los segundos tubos de conexión a unos tubos de salida del fluido calorífero del colector. Para evitar que haya fluido procedente de diferentes tubos con diferente temperatura, de forma preferente el colector tiene un tanque de homogeneización de temperatura que se interpone entre los conductos colectores, a media altura de éstos, y divide a los conductos colectores en dos tramos.
El colector puede tener una pantalla metálica para Ia absorción de radiación, de alta conductividad, que se fija a Ia parte frontal del haz de tubos colectores. Esta pantalla metálica de absorción de radiación está recubierta con una capa de alta absortividad y baja emisividad a Ia radiación, que puede estar pintada o adherida.
Además, Ia superficie exterior de las paredes del cajón está recubierta con un recubrimiento de alta reflectividad a Ia radiación, que también puede estar pintado o adherido, y Ia superficie interior de las paredes del cajón está recubierta con un recubrimiento de alta reflectividad a Ia radiación, que también puede ser pintura o adhesivo.
Según una realización particular de Ia invención, el haz de tubos colectores se divide en varios sub-haces, y hay una pieza de apoyo entre cada dos sub- haces consecutivos, paralelamente a dichos sub-haces. Estas piezas de apoyo apoyan por su borde trasero en Ia pared trasera del cajón hermético, y Ia cubierta transparente apoya en el borde frontal de las piezas de apoyo. Según esta configuración, los medios de entrega de fluido calorífero a los tubos colectores tienen un tanque de entrada por cada uno de los sub-haces, y los medios de recogida de fluido calorífero de los tubos colectores tienen un tanque de salida por cada uno de los sub-haces. Estas piezas de apoyo son transparentes y están realizadas en el mismo material que Ia cubierta transparente, o alternativamente con el mismo material que Ia placa interior de Ia estructura del cajón hermético y con su mismo recubrimiento de alto índice de reflectividad.
Según una realización particular de Ia invención, los tubos de salida del colector, más allá de Ia pared trasera, tienen un codo de salida a 90° para dirigir los tubos de salida verticalmente, y los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores adicionalmente tienen un tanque de mezcla y homogeneización de temperaturas y presión que se conecta al extremo final de los tubos de salida. Según otra realización concreta, los medios de entrega del fluido calorífero al haz de tubos colectores tienen un cabezal distribuidor al que llega el fluido calorífero a través de un conducto de aportación que atraviesa Ia pared trasera del cajón hermético alavés de una fogonadura en Ia pared trasera, en Ia que hay una cuarta junta esférica. Además, los medios de recogida del fluido calorífero del haz tienen un embudo recolector conectado por su extremo mayor al extremo de salida de los tubos colectores y por su extremo menor a un conducto de salida que atraviesa Ia pared trasera del cajón a través de una fogonadura en Ia pared trasera, en Ia que se dispone una tercera junta esférica. Adicionalmente, está realización puede presentar una pantalla metálica de alta conductividad que está fijada a Ia parte frontal del haz de tubos, Ia cual se recubre con una capa de alta absortividad y baja emisividad a Ia radiación, también pintada o adherida.
Los tubos del colector pueden estar inclinados con respecto a Ia vertical un ángulo de aproximadamente 10°, y adicionalmente puede existir un tanque de homogeneización de temperatura que se interpone en los tubos colectores, a media altura de éstos, y que divide a éstos en dos tramos longitudinales en altura.
Particularmente, Ia división en sub-haces de los tubos colectores se puede aplicar a Ia configuración del cabezal distribuidor y del embudo recolector, y por tanto habrá un cabezal distribuidor y un embudo recolector por cada uno de los sub-haces existentes. Según una realización alternativa para Ia configuración de los sub-haces, Ia cubierta transparente que cierra Ia abertura superficial de Ia pared frontal se divide en una pluralidad de bóvedas transparentes que se dispone cada una de ellas cubriendo cada uno de los sub-haces de los tubos colectores. Además, el cajón hermético puede tener en su pared inferior un canal de succión del gas del interior del cajón, el cual canal se conecta a un compresor succionador para Ia realización del vacío en el interior de dicho cajón hermético, habiendo en el canal una válvula de cierre. Según una realización alternativa de Ia invención, el interior del cajón hermético se puede rellenar con un gas inerte, como nitrógeno o anhídrido carbónico. Así, Ia presión del interior del cajón hermético se mantiene substancialmente igual a Ia presión atmosférica mediante un circuito de regulación de presión formado por un tubo de extracción de gas con una primera válvula de cierre y una primera válvula de regulación de paso del gas que se activa mecánica o electromecánicamente por Ia diferencia de presiones existente entre el interior del cajón hermético y Ia atmosférica. El circuito también tiene un primer depósito de gas que almacena el gas inerte extraído del cajón hermético cuando es necesario para Ia regulación de Ia presión, y que está a presión menor que Ia atmosférica. Este primer depósito de gas está conectado a un compresor que toma el gas del primer depósito de gas y Io inyecta en un segundo depósito de gas, el cual está a presión mayor que Ia atmosférica, e inyecta gas inerte en el cajón hermético cuando es necesario para Ia regulación de la presión. Tanto el primer depósito de gas como el segundo están reforzados para soportar presiones menores y mayores que Ia atmosférica. Preferentemente, el colector objeto de Ia presente invención tiene una cubierta transparente adicional que se fija en paralelo a Ia cubierta transparente original, encastrada en Ia pared frontal del cajón hermético mediante una junta de cierre a presión adicional. Entre ambas cubiertas existe un huelgo intermedio que tiene menor espesor que las cubiertas transparentes y que está conectado con el exterior por medio de orificios en Ia parte inferior de Ia pared frontal del cajón, teniendo dichos orificios unos filtros con tamiz de paso menor de un milímetro. Además, el colector puede presentar unas primeras aletas soldadas oblicuamente en el interior de Ia pared frontal del cajón hermético, dispuestas por encima de Ia cubierta transparente, que forman un ángulo agudo con Ia pared frontal y que están orientadas hacia Ia pared inferior del cajón. Además, puede presentar unas segundas aletas soldadas oblicuamente en el interior de Ia pared frontal del cajón, y que están debajo de Ia cubierta transparente, formando un ángulo agudo con Ia pared frontal y orientadas hacia Ia pared inferior de dicho cajón. Por último, puede tener unas terceras aletas, que están soldadas oblicuamente a Io largo del interior de Ia pared trasera del cajón, y que forman un ángulo agudo con Ia pared trasera, estando orientadas hacia Ia pared superior del cajón, y teniendo dichas terceras aletas una longitud tal que en su dilatación a temperatura de funcionamiento nominal del colector, su extremo libre queda a una distancia de Ia superficie trasera de los conductos colectores que esté entre medio milímetro y un milímetro. Todas estas aletas entorpecen el movimiento convectivo del gas en el interior del cajón, estando hechas de material aislante y recubiertas con un recubrimiento de alta reflectividad a Ia radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo,
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación, para facilitar Ia comprensión de Ia invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de Ia invención que hace referencia a una serie de figuras.
La figura 1 representa un corte en sección vertical de una realización particular del colector objeto de Ia presente invención en Ia que los conductos colectores son tubos colectores.
La figura 2 presenta un corte transversal horizontal a Ia altura del tanque de salida del fluido calorífero del colector de Ia figura 1.
La figura 3 representa una vista frontal esquemática del colector de las figuras
1 y 2. La figura 4 representa una vista frontal, de una realización alternativa de Ia invención que incluye un tanque intermedio de homogeneización de Ia temperatura. La figura 5 es un corte transversal horizontal a Ia altura del tanque de salida del fluido calorífero de una realización particular del colector anterior que incluye una pantalla metálica de absorción de radiación.
La figura 6 representa un corte en sección vertical de una realización particular del colector objeto de Ia presente invención en Ia que los conductos colectores son canales de sección recta que forman un panel.
La figura 7 representa una realización particular de Ia invención en Ia que el haz de tubos colectores se dividen en varios sub-haces divididos por piezas de apoyo en los que apoya Ia cubierta transparente. La figura 8 se representa un corte transversal vertical de un detalle del alojamiento del tanque de salida del fluido calorífero en Ia pared trasera del cajón hermético.
La figura 9 muestra un corte transversal horizontal de una disposición alternativa del colector en el que Ia parte superior de los tubos colectores se conecta a un embudo recolector.
La figura 10 es similar a Ia anterior y representa una variante de Ia realización anterior en Ia que se añade una pantalla metálica de absorción de radiación.
La figura 11 es un corte vertical de Ia realización del colector de las figuras 9 y
TO. La figura 12 muestra una vista frontal de Ia realización del colector de las figuras 9, 10 y 11.
La figura 13 es análoga a Ia anterior, pero en ella se ha eliminado el tanque redistribuidor intermedio.
La figura 14 muestra una realización similar a Ia de Ia figura 7, en Ia que Ia cubierta transparente es sustituida por una bóveda para cada uno de los sub- haces de tubos colectores.
La figura 15 representa una realización particular de las juntas esféricas herméticas dispuestas en Ia pared posterior del cajón.
La figura 16 muestra una realización alternativa de dichas juntas esféricas herméticas de Ia pared posterior del cajón.
La figura 17 es una vista de una realización similar a Ia de Ia figura 7, pero en este caso utilizando los embudos colectores. La figura 18 representa una realización particular de Ia invención en Ia que se utiliza un gas inerte en el interior del cajón hermético y un circuito de regulación de presión.
La figura 19 muestra un montaje de circuito de regulación de presión análogo al de Ia figura 18, en este caso aplicado al colector de las figuras 1 a 3.
La figura 20 muestra colector similar al de Ia figura anterior, en el que se dispone una cubierta transparente adicional.
La figura 21 representa esquemáticamente un montaje de varios colectores objeto de Ia presente invención ante un campo de helióstatos para Ia obtención de energía térmica.
La figura 22 muestra un colector objeto de Ia invención con elementos de ensamblaje para su montaje de acuerdo con una disposición como Ia representada en Ia figura 21.
La figura 23 representa con detalle Ia cuña de ensamblaje representada en Ia figura anterior.
La figura 24 muestra Ia disposición de pletinas en ángulo para dar rigidez a las uniones de las paredes del cajón hermético de Ia presente invención.
La figura 25 muestra Ia forma de las pletinas de Ia figura anterior.
En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son: 1. Radiación solar incidente en el colector
2. Cubierta transparente del cajón hermético
3. Junta de cierre a presión de Ia cubierta transparente de Ia pared frontal del cajón hermético
4. Pared frontal del cajón hermético 5. Pared superior del cajón hermético
6. Pared inferior del cajón hermético
7. Pared trasera del cajón hermético
8. Recubrimiento de Ia superficie interior y exterior de las paredes del cajón hermético 9. Canal de succión del cajón hermético
10. Válvula de cierre del canal de succión del cajón hermético
11. Tubos colectores 12. Superficie exterior de los tubos colectores
13. Tubos de entrada del fluido calorífero al colector
14. Válvula de cierre de los tubos de entrada del fluido calorífero al colector
15. Tanque de entrada de los medios de entrega del fluido calorífero 16. Primera junta que recubre al tanque de entrada
17. Primeros tubos de conexión de los medios de entrega del fluido calorífero
18. Segundos tubos de conexión de los medios de salida del fluido calorífero
19. Tanque de salida de los medios de salida del fluido calorífero 20. Segunda junta que recubre el tanque de salida
21. Tubos de salida del fluido calorífero del colector.
22. Válvula de cierre de los tubos de salida del fluido calorífero del colector
23. Aislamiento térmico de los tubos de salida del fluido calorífero del colector 24. Aislamiento térmico de los tubos de entrada del fluido calorífero al colector
25. Haz de tubos colectores
25'. Sub-haces en que queda divido el haz de tubos de colectores
26. Tanque de homogeneización de temperatura 27. Pantalla metálica de absorción de Ia radiación
28. Panel continuo de canales con superficie frontal plana
29. Canales de sección recta
30. Pieza de apoyo de Ia cubierta transparente
31. Codo de salida 32. Tanque de mezcla y homogeneización de temperaturas y presión
33. Embudo recolector
34. Conducto de salida de fluido calorífero
35. Tercera junta que embebe al conducto de salida en Ia pared posterior
36. Aislamiento térmico del conducto de salida del fluido calorífero 37. Válvula de cierre del conducto de salida del fluido calorífero
38. Conducto colector oblicuo al embudo colector, al tanque intermedio redistribuidor y al cabezal distribuidor 39. Tanque intermedio redistribuidor del flujo de fluido.
40. Sección inferior del conducto colector oblicuo al embudo colector, al tanque intermedio y al cabezal distribuidor
41. Cabezal distribuidor de fluido calorífero 42. Conducto de aportación del fluido calorífero
43. Cuarta junta que embebe al conducto de salida en Ia pared posterior
44. Válvula de cierre del conducto αe aportación del fluido calorífero
45. Aislamiento térmico del conducto de aportación del fluido calorífero
46. Bóvedas de Ia cubierta transparente 47. Primera parte semiesférica de las juntas esféricas
48. Segunda parte semiesférica de las juntas esféricas
49. Tubo de extracción de gas del circuito de regulación de presión
50. Primera válvula de cierre del circuito de regulación de presión
51. Primera válvula de regulación de paso de gas del circuito de regulación de presión
52. Primer depósito de gas del circuito de regulación de presión
53. Compresor del circuito de regulación de presión
54. Segundo depósito de gas del circuito de regulación de presión
55. Tubo de descarga de gas al circuito de regulación'de presión 56. Segunda válvula de regulación de paso de gas del circuito de regulación de presión
57. Segunda válvula de cierre del circuito de regulación de presión
58. Primeras aletas en Ia pared frontal del cajón hermético del colector
59. Terceras aletas en Ia pared trasera del cajón hermético del colector 60. Segundas aletas en Ia pared frontal del cajón hermético del colector
61. Placa interior del cajón hermético
62. Volumen intermedio del cajón hermético
63. Placa exterior del cajón hermético
64. Huelgo intermedio entre cubiertas transparentes 65. Cubierta transparente adicional
66. Junta de cierre a presión adicional de Ia cubierta transparente de Ia pared frontal del cajón hermético 67. Orificios de Ia parte inferior de Ia pared frontal del cajón hermético
68. Primer filtro de los orificios
69. Segundo filtro de los orificios
70. Helióstatos de reflexión de Ia luz solar original directa 71. Luz solar directa.
72. Conjunto colector
73. Vigas estructurales de las que penden los colectores
74. Estructura constructiva de Ia que forman parte las vigas estructurales y que conforma Ia disposición de los colectores 75. Sistema de compensación de Ia presión interior del gas de llenado de los cajones
76. Tubería de aportación del fluido calorífero desde el fin útil
77. Bomba de impulsión del fluido calorífero
78. Tubería de salida del fluido calorífero hacia el fin útil 79. Tanques de uniformización de temperatura del fluido calorífero y de amortiguación de transitorios
80. Piezas solidarias a las vigas estructurales, de las que penden los colectores
81. Orejetas del colector para el anclaje de éste 82. Orificios en las orejetas para tornillos pasantes
83. Cuarto superior de Ia pared del cajón
84. Cuarto medio superior de Ia pared del cajón
85. Cuarto medio inferior de Ia pared del cajón
86. Cuarto inferior de Ia pared del cajón 87. Cuña de ensamblaje del cajón
88. Cordones de soldadura de Ia cuña de ensamblaje al cajón
89. Pared lateral de Ia cuña de ensamblaje
90. Bordes de Ia cuña para su soldadura a las paredes laterales del cajón
91. Superficie superior del cajón hermético 92. Superficie posterior del cajón hermético
93. Superficie lateral del cajón hermético
94. Pletina en ángulo de Ia unión superior-lateral del cajón hermético 95. Pletina en ángulo de Ia unión superior-posterior del cajón- hermético
96. Pletina en ángulo de Ia unión posterior-lateral del cajón hermético
97. Pletina en diedro
98. Ángulo recto del diedro 99. Biseles en los extremos de Ia pletina 100. Cajón hermético
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN
La figura 1 representa un corte en sección vertical de Ia configuración general de Ia invención propuesta, en Ia que se aprecia Ia radiación incidente en el colector, 1, que puede ser directa desde el sol, aunque en general provendrá de varios espejos que Ia concentran sobre el colector, para conseguir temperaturas más altas, al ser mayor Ia intensidad recibida, en potencia por unidad de superficie, es decir, vatios por metro cuadrado. La radiación atravesará mayoritariamente Ia cubierta transparente 2, que está embebida, a través de una junta 3 en Ia pared frontal 4 del cajón 100 del colector. Este cajón 100 es hermético, al estar cerrado por Ia mencionada parte frontal, compuesta por esa pared en cuestión más Ia cubierta 2, así como por las paredes superior, 5, e inferior, 6, más las laterales, sin funciones especiales qué reseñar, más Ia posterior, 7, que no es continua sino que tiene perforaciones donde se asientan los tanques de entrada , 15, y salida, 19, del fluido calorífero; aunque el conjunto queda estanco merced a las juntas de asentamiento del tanque de entrada, 16, y de salida, 20. Así puede mantenerse el vacío interior del cajón 100, que se efectúa a través del tubo 9 de conexión con el compresor o bomba de vacío que succionaría el gas interior, y existiendo también una válvula de cierre, 10, del tubo 9, para mantener el vacío practicado, que en primera aproximación puede ser del orden de una milésima de atmósfera, aunque este valor se alterará después para unos montajes alternativos, más complejos, de Ia invención. El fluido calorífero llega al colector por los tubos 13, cuyo paso puede ser cerrado, para aislamiento hidráulico de ese circuito, merced a las válvulas 14, llegando el fluido al tanque 15, desde el cual prosigue por los tubos 17, que tienen forma de codo, Io que les permite asimilar las dilataciones con facilidad, con una deformación leve de su ángulo de curvatura. Dichos tubos 17 llevan el fluido hasta el cuerpo o matriz 11 , cuya superficie exterior 12 es Ia que recibe Ia mayor parte de Ia radiación solar 1 , siendo absorbida en ella por sus propiedades ópticas de alta absortividad, siendo su emisividad muy baja. Ello hace que una fracción alta de Ia energía de esa radiación pase al fluido calorífero, que asciende por el interior del cuerpo o matriz 11 , cuya estructura interna será descrita posteriormente. Tras su paso por dicho cuerpo, con el calentamiento consiguiente, el fluido sale del colector a través de los tubos en codo 18, conectados al tanque de salida 19, que está embebido en Ia pared posterior, 7, disponiéndose de una junta 20, que Io envuelve y Io encastra en dicha pared 7. Habida cuenta Ia forma cilindrica de los citados tanques 15 y 19, que posteriormente se describirán con mayor detalle, los tubos de entrada y de salida tienen cierta holgura de movimiento, de tal manera que cuando se dilate el cuerpo 11 , los codos de los tubos 17 y 18 tenderán a bajar y a subir respectivamente, Io que hará que el tanque 15 gire levemente en sentido levógiro, y el 19 en sentido dextrógiro. Induciendo giros similares en sus tuberías exteriores respectivas, las 13 para el tanque 15, y las 21 para el tanque 19. Se habla en plural, pues pueden ser varios los tubos ele entrada y salida, en paralelo, tal como se evidenciará en dibujos posteriores.
Para aislar hidráulicamente el tramo del circuito del fluido calorífero, que corresponde al colector, los tubos 13 tienen unas válvulas 14, y los de salida, 21 , las válvulas 22. De esta manera, en caso de tener que reparar el colector, por tener éste fugas en sus elementos interiores se puede realizar sin problemas el desmontaje del colector, en maniobra opuesta al montaje, que también se describirá como parte de esta invención.
Habida cuenta de Ia alta temperatura del fluido calorífero, y del interés de minimizar las pérdidas de calor, los tubos externos, tanto 13 como 21 , van aislados térmicamente, como se señala con los componentes 24 y 23 respectivamente. Estos aislantes son de material convencional, como Ia fibra de vidrio. Cabe señalar que el material de los componentes puede ser así mismo convencional de Ia industria térmica, ajustando su elección en función de las temperaturas buscadas, tanto más altas cuanto mayor sea el factor de concentración de Ia luz solar. Se buscará en general, para el componente térmico esencial principalmente, material de alta conductividad térmica, y en tal sentido el cobre y el aluminio serán preferidos al acero, pero también contarán otros factores, como Ia compatibilidad química y Ia ausencia de corrosión ante el fluido calorífero. Para las paredes del cajón 100 se usa una estructura tipo sandwich, también común en Ia industria térmica, con dos superficies de rigidez para las partes interior y exterior, típicamente metálicas, y un aislante térmico entre ambas. Las superficies de rigidez tienen por objeto dotar de resistencia mecánica al conjunto. Además de las posibles diferencias de presión entre el interior y el exterior del cajón 100, éste deberá aguantar su propio peso, pues el conjunto, incluido el colector, quedará pendido de Ia parte superior del cajón 100, tal como se especificará en una figura posterior, para poder recibir convenientemente Ia luz reflejada por un campo de helióstatos, que será Ia aplicación más interesante. La superficie metálica externa del cajón 100 especialmente importante, pues en ella habrá que practicar las soldaduras de montaje que dejen estanco el interior del cajón 100, y además permitan acoplar los tanques de entrada y salida, con sus juntas correspondientes. Por otro lado, toda Ia superficie interior del cajón 100, tal como ya se ha explicado, irá pintada, o con una capa adhesiva, de material que mayoritariamente refleje Ia radiación solar. De igual manera irá pintada Ia superficie exterior, particularmente Ia frontal 4, pues de producirse un error de enfoque de Ia radiación, y dar sobre Ia superficie del cajón 100, que no tiene Ia refrigeración adecuada, el cajón 100 podría sufrir daños mecánicos, e incluso fundirse en parte, de no tener alta reflectividad. La figura 2 presenta un corte transversal horizontal de una de las disposiciones que puede adoptar Ia invención. El corte está hecho a nivel de uno de los tanques de penetración del cajón 100, que puede ser tanto el de entrada, 15, como el de salida, 19. Por motivos de precisión, en Ia figura se representa este último, junto a Ia junta 20, y los tubos de salida 21 , de los cuales se representa un haz paralelo, como el de los tubos 18, que en número puede ser tan alto como Ia aplicación Io requiera.
Es muy importante señalar que Ia matriz o cuerpo que soporta el paso del fluido calorífero por el colector, señalado con el número 11 en Ia figura 1 , se materializa en esta caso en un haz de tubos paralelos, 25. Es importante señalar que este haz de tubos paralelos conforma Ia matriz de canalización del paso del fluido calorífero por el colector, en una de las alternativas básicas de esa matriz, aunque no Ia única, como se verá en otras figuras. Cabe por último añadir que el exterior de estos tubos debe estar pintado del material de alta absortividad a Ia luz solar, que se designó como superficie 12 en Ia figura anterior, aunque en vez de pintura puede tratarse de un adhesivo. Como se ve en Ia figura, los tubos 25 son prácticamente tangente entre sí, a Ia temperatura de trabajo, para formar de modo práctico una pantalla a Ia radiación incidente, mientras que los tubos 18, que llevan codos para asimilar las dilataciones longitudinales, son más delgados, no tangentes entre sí, para permitir su mejor inserción en el tanque 19, aunque también sería posible Ia alternativa de recogerlos- en un solo conducto, como se verá en otra figura. Para dimensionar el radio de los tubos 25, se partirá del coeficiente de dilatación lineal del material del tubo, y del aumento de temperatura que se busca obtener, según el balance térmico de Ia aplicación concreta que se proyecta. Si se denomina "A" a dicho coeficiente, y "T" al aumento de temperatura, el radio en frío de los tubos 25, denominado "F", se obtendrá a partir del radio en caliente, "L", que será igual a Ia anchura de Ia cubierta transparente 2, dividida por el número de tubos. La relación en cuestión es Ia siguiente:
F= L/(1+A*T)
La figura 3 representa una vista frontal del colector, en Ia que se aprecia Ia pared frontal 4, que enmarca Ia abertura de Ia cubierta transparente, 2, que deja ver el haz de tubos, 25, donde se absorbe Ia radiación. En Ia parte inferior está el tanque de entrada 15, con su junta 16 y los tubos 17 que Io conectan con el haz 25. Análogamente en Ia parte de arriba están los tubos 18, el tanque de salida 19 y Ia junta 20. Conviene señalar que, al igual que Ia superficie interior del cajón 100, y como ya se ha anunciado, Ia superficie exterior de Ia pared frontal también debe ser pintada con un material con alta reflectividad de Ia radiación, o tener una capa adhesiva de esas propiedades ante Ia radiación de longitudes de onda propias de Ia luz solar. La figura 4 representa una alternativa a Ia disposición mostrada en Ia figura 3, pues en ella se ha incluido un tanque intermedio 26 de mezcla de caudales del fluido calorífero, para equilibrar temperaturas en los diversos tubos del haz 25. Esto es recomendable si se tiene en cuenta que no es fácil garantizar Ia uniformidad de Ia intensidad de Ia radiación recibida por las diferentes tubos del haz, dependiendo también de Ia altura, pues los helióstatos tendrán incertidumbres de colimación al apuntar hacia el colector que ha de recibir su luz reflejada. En general, los tubos laterales recibirán menos intensidad de radiación, e incluso su valor será casi nulo, pues se intentará evitar que Ia radiación incida sobre Ia pared frontal de cajón 100, dado que se perdería. Al introducir el tanque intermedio 26, el flujo del fluido se redistribuye, Io cual uniformiza las temperaturas de los tubos, y evita puntos excesivamente calientes.
La figura 5 es similar a Ia 2, pero en ella se añade un elemento constructivo opcional, pero importante, que es Ia pantalla frontal 27, que será Ia que reciba Ia radiación, y a Ia cual van soldados los tubos del haz 25. Conceptualmente, Ia pantalla 27 tiene Ia misma función que Ia superficie 12, expuesta en Ia figura 1 , pues ha de tener una alta absortividad a Ia luz solar, y muy baja emisividad. Aquí se Ie identifica con una numeración propia porque se materializa de una manera específica, apropiada a Ia configuración de haz de tubos propuesta para Ia matriz de paso del fluido. La pantalla 27 tiene Ia función de absorber Ia radiación y transmitirla a los tubos con cierta redistribución de Ia carga térmica recibida, para Io cual ha de tener alta conductividad de calor. Aunque esto aporta una ventaja de cara a las prestaciones térmicas del haz de tubos, comporta el inconveniente de que puede inducir tensiones mecánicas causadas por diferencias de dilatación en los tubos, si éstos no se calientan por igual. Así pues, utilizar o no esta alternativa estará en función de cómo se consideren ambos aspectos, de redistribución térmica y de tensiones. En general podrá optarse por poner pantalla si ésta es de un material con alta conductividad, pues entonces se uniformizará mucho Ia distribución de calor a Io largo y ancho de toda ella, y los tubos adquirirán temperaturas muy parecidas, Io cual hará que sus dilataciones también Io sean, y los problemas mecánicos serán despreciables.
Hay que anotar que, para que Ia transmisión de calor de Ia pantalla a los tubos sea buena, Ia soldadura o método de unión ha de ser eficaz, en el sentido de no tener discontinuidades, pues éstas presentarían inaceptables resistencias a Ia transmisión del calor. De ahí que como alternativa más propicia se presente Ia de Ia figura 6, en Ia cual el haz de tubos 25 se ha sustituido por un panel 28, formado por un conjunto de canales adyacentes de tipo rectangular en sus secciones rectas de paso del fluido, que permiten adherir o pintar mejor una capa en su superficie exterior como Ia indicada con el número 12, ya presentada en Ia figura 1. De esta manera, Ia redistribución de calor desde Ia superficie de absorción 12 a los canales del fluido calorífero es mucho más eficaz. Cada canal 29 del panel 28, estaría unido a un tubo 17 de entrada desde el tanque 15, y a un tubo superior de salida, 18, que va a dar, hidráulicamente, al tanque 19. Subsiste sin embargo el problema ya mencionado de que en el interior del cajón 100 del colector existe vacío, y por tanto una presión casi nula, y en el exterior habrá Ia presión atmosférica ambiental, del orden de los 100.000 Pa, Io que hará que Ia cubierta transparente esté sometida a unos esfuerzos mecánicos muy altos, difícilmente soportables por un vidrio. De ahí que en Ia figura 7 se presente una alternativa para evitar Ia rotura del vidrio o material transparente de Ia cobertura por un exceso de carga y deformación. Es sabido que el máximo momento flector de una viga uniformemente cargada depende del cuadrado de Ia longitud de Ia viga, de modo que el modo habitual para reducir ese valor del momento, que a su vez genera las tensiones internas en Ia viga, es reducir Ia longitud de ésta poniendo apoyos intermedios. Estos se representan en Ia figura 7 mediante los elementos 30, que en una primera opción pueden ser así mismo de vidrio transparente, para que Ia radiación les atraviese. Como el vidrio trabaja razonablemente a compresión, estos apoyos serán efectivos para transmitir los esfuerzos mecánicos a Ia pared posterior, 7, del cajón 100, que tendrá una parte metálica en su estructura, como ya se ha dicho, para dotarla de Ia rigidez necesaria. Alternativamente a las piezas 30 de material transparente, se pueden utilizar de material metálico como el de Ia pared interna del cajón 100, recubiertos de pintura o con una capa adherida altamente reflectante a Ia radiación, capa 8.
El concepto anterior de viga puede aplicarse a las dos direcciones de Ia superficie de Ia cubierta transparente, pero habida cuenta de Ia disposición vertical de los tubos 25, o del panel 28, sólo cabe ponerlos en sentido asimismo vertical, tal como se muestra en Ia figura 7, que corresponde a un corte transversal horizontal. La idea corresponde a dividir el haz de tubos 25, o el panel 28 original en secciones separadas, paralelas, que van encajonadas en Ia parte correspondiente del cajón 100, separadas entre sí por los rectángulos 30, hechos bien de vidrio, bien de material metálico reflectante. Cada uno de los sub-haces de tubos, o trozo de panel, tiene una conexión hacia el exterior por Ia parte posterior del panel, como se muestra en las figuras 1 y 2. En Ia figura 7, similar a Ia 2, se ve como para cada sub-haz de tubos de dispone del tanque embebido en Ia pared posterior, al cual conectan los tubos, tanto por el interior del cajón 100 como por el exterior. En Ia figura 7, al igual que en Ia 2, sólo se han representado los tanques superiores, de salida, 19, representando también las juntas 20, que los embeben, uno a uno, herméticamente en Ia pared, 7.
En Ia figura 8 se representa precisamente un corte transversal vertical del alojamiento del tanque 19 en Ia pared posterior 7. Al tanque llegan los tubos 18, de los cuales no se representa Ia parte acodada en esta figura, que se centra en Ia parte exterior del cajón 100. Se anota no obstante que el tanque ha de estar recubierto por una junta de material tal como el grafito o el carburo de silicio, que soportan bien las temperaturas del fluido calorífero, tienen rigidez estructural y cierta elasticidad a Ia compresión. Del tanque 19 salen hacia el exterior los tubos 21 , que van provistos de una válvula de cierre, 22, por si se ha de interrumpir el paso del fluido. Con objeto de asimilar las dilataciones y contracciones propias de los arranques y paradas, y variaciones en Ia temperatura del fluido, los tubos 21 han de tener también una parte en forma de codo, 31 , que además envía al fluido hacia arriba, pues en general habrá que conectar esta salida con Ia entrada del colector siguiente, que estará a nivel superior. Con objeto de uniformizar las temperaturas del fluido calorífero que emerge del cajón 100 a través de los tubos 21 , es pertinente disponer de un tanque como el representado por el componente 32. Así se prepararía adecuadamente Ia entrada del fluido en el siguiente colector. La figura 9 muestra una disposición alternativa para Ia canalización, hacia Ia salida del cajón 100, del fluido calorífero que ha ascendido por los tubos absorbentes de Ia radiación solar. En este caso en Ia parte superior de los tubos.25 no se suelda, a cada uno, un tubo acodado 18, sino que Ia parte superior de los tubos se suelda a un recolector común, dispuesto horizontalmente, como se verá en una figura posterior. Este recolector tiene forma de embudo, y lleva el flujo del fluido hacia un conducto de salida, 34, que atraviesa Ia pared a través de una junta o cojinete de tipo esférico, 35, de material similar a Ia junta 20 antes presentada (aunque podrían utilizarse materiales más económicos que el grafito, como es el propio corcho prensado, sobre todo para aplicaciones de temperatura no muy alta, aunque su deterioro será muy rápido, e incluso puede tener riesgo de incendio, cosa remotísima con el grafito prensado o con el carburo de silicio). El conducto 34 está aislado térmicamente en su exterior, mediante el componente 36, que puede ser lana de vidrio u otro aislante de alta temperatura.
La figura 10 es una variante de Ia 9, en Ia que al haz de tubos 25 se Ie ha unido solidariamente por delante una pantalla de absorción de Ia radiación, 27, con objeto de mejorar Ia redistribución de Ia carga térmica que incida sobre el colector, que no siempre será uniforme.
La figura 11 representa el corte vertical del montaje anunciado en las figuras 9 y 10. En ella se aprecia en Ia parte superior el recolector-embudo 33 que recoge el fluido ascendiente, y Io canaliza hacia el conducto de salida 34, que tiene una válvula de cierre, 37. Pero así mismo se puede ver que el fluido calorífero ha ascendido hacia Io alto del componente 38. Este corresponde a una matriz o cuerpo por donde pasa el fluido calorífero, diseñada en este caso para encajar en Ia modalidad presentada en esta figura, Ia cual se caracteriza porque los tubos tienen una pendiente oblicua a los recolectores o distribuidores de fluido inferior y superior, con objeto de asimilar mejor las dilataciones y contracciones. La matriz puede ser de un haz de tubos como los del componente 25, o un panel de superficie plana como el componente 28, pero siempre con disposición algo oblicua a los cabezales de principio y fin de recorrido del fluido, representados por el recolector 33, el redistribuidor 39 y el distribuidor 41 , todos ellos denominados genéricamente cabezales. En este montaje el fluido calorífero entra por el conducto 42, que se puede cerrar mediante Ia válvula 44, si se quiere cerrar hidráulicamente ese circuito, y está aislado por el aislante térmico 45. El conducto 42 se asienta en Ia pared posterior 7, merced a Ia junta 43. El fluido asciende verticalmente del componente 40, que puede ser un haz de tubos como 25, pero con montaje algo oblicuo para favorecer Ia asimilación de dilataciones y contracciones; o un panel de superficie exterior plana como el 28, así mismo oblicuo. En todo caso, Ia parte superior de 40 entronca con el tanque 39 de manera hermética, por Io general con soldadura, donde el caudal se redistribuye, uniformizándose Ia temperatura. A partir del tanque 39 el flujo sigue ascendiendo, en este caso a través de Ia matriz superior de paso del fluido, 38, hasta llegar al recolector- embudo 33, que enviará el fluido calorífero hacia el exterior del cajón 100, por el conducto 34, ya presentado en las figuras anteriores. En Ia figura 12 se presenta una vista frontal del montaje de las figuras 9, 10 y 11 , enmarcada en Ia fachada frontal 4, pintada o con una capa adherida de muy alta reflectividad a Ia radiación. En este caso tanto Ia parte inferior de Ia matriz de paso del fluido, 40, como Ia superior, 38, están representadas por un haz de tubos, pero podrían también configurarse como un panel como el componente 28. A altura intermedia se ve el tanque redistribuidor 39, y en Ia parte superior el recolector-embudo 33 y Ia marca a trazos (sección recta) del conducto 34. La figura 13 es análoga a Ia anterior, pero en ella se ha eliminado el tanque redistribuidor intermedio, por simplicidad, y Ia matriz de tubos, 38, va en este caso de abajo arriba sin interrupción, desde el distribuidor 41 hasta el recolector-embudo 33. Hay que recordar, como se evidencia en Ia figura 11 , que los tubos, o el panel, que conformen Ia matriz, han de tener cierta oblicuidad respecto de los cabezales correspondientes de arriba y abajo, para asimilar bien las dilataciones y contracciones. La figura 14, que es análoga a Ia 7, aborda Ia resolución de un problema ya mencionado: las fuertes tensiones mecánicas que va a soportar Ia cubierta transparente por Ia diferencia de presiones entre sus dos caras. Para relajar estas tensiones, se pueden emplear cubiertas curvas con concavidad hacia el interior del cajón 100, que trabajan mejor a compresión, y eso se manifiesta en esa figura, con Ia cubierta 46. Esta cubierta se ha representado en este caso como un conjunto de semicircunferencias, que corresponden a las secciones rectas de semi-cilindros o bovedillas cuyas generatrices corren paralelas a los tubos, por ser esta Ia bovedilla Ia figura geométrica que mejores prestaciones tiene para soportar el empuje de Ia presión externa, cuando en el interior hay vacío o una presión muy pequeña. Se ha empleado a tal efecto Ia disposición de sub-haces de tubos 25, presentada en Ia figura 7, pues Ia reducción del vano a cubrir por cada bovedilla longitudinal de vidrio, que así pueden describirse las piezas 46 de Ia figura 14, proporciona más robustez a esta disposición. En Ia figura.15 se detalla el tipo de junta empleada para atravesar de manera hermética Ia pared posterior 7 del cajón 100 del colector, según los montajes de las figuras 9, 10 y 11 , particularizado, en Ia numeración, para el conducto superior. Se aprecia en ella Ia pared 7, en Ia que se efectúa un rebañado esférico para alojar Ia junta 35, que es una esfera . en Ia que se ha practicado una oquedad cilindrica, teniendo como eje uno de sus diámetros. En dicha oquedad se ha de alojar el tubo del conducto 34.
Para efectuar el montaje de manera más simple, se propone Ia configuración de Ia figura 16, en Ia cual Ia esfera 35 original se divide en dos mitades, antes o después de haber practicado la oquedad cilindrica para alojar el tubo 34, que en este caso se puede abrazar por las dos partes sem ¡esféricas, 47 y 48, de manera más simple que haciendo pasar el tubo por Ia oquedad. En este caso se cuenta además con Ia presión que se produce de afuera a adentro del cajón 100, por Ia diferencia de presiones.
La figura 17 recoge una solución para dar mayor resistencia a Ia cubierta transparente 2, similar a Ia planteada en Ia figura 7, pero en este caso para el montaje presentado en las figuras 9, 10 y 11. Este montaje tiene Ia ventaja de que perturba menos Ia pared 7, que se ha de agujerear, para el paso de los tubos del fluido, en menor proporción, En esta figura 17 se aprecian los elementos 30, hechos opcionalmente del mismo material que Ia cubierta transparente, o de una placa metálica de alta reflectancia, dispuestos en paralelo a los haces de tubos o paneles de Ia matriz de paso de fluido. Los elementos 30 están apoyados de canto en Ia pared posterior 7, y por el otro lado en Ia cubierta 2, recibiendo por tanto parte de Ia presión ejercida sobre Ia cubierta transparente (otra parte es soportada por el cerco 3 de Ia cubierta, en su encastre a Ia pared frontal 4). Aún con Ia ayuda de los soportes intermedios 30, el problema de Ia resistencia estructural de Ia cubierta de vidrio es complicado, sobre todo si se desea usar una superficie muy extensa. Ante ello cabe pensar en mantener en el interior del 100 cierto valor de presión, que eventualmente podría ser igual al de Ia presión atmosférica circundante, Io cual llegaría a anular las solicitaciones mecánicas de Ia cubierta, y por tanto se garantizaría Ia durabilidad de ésta. Pero ello significa mantener una gas en el interior, Io cual comporta dos graves problemas; el ataque químico a Ia pintura o capa adhesiva de alta absortividad que debe cubrir Ia superficie exterior de los tubos o paneles absorbedores de Ia radiación solar, y el aumento de las pérdidas térmicas por convección, pues el gas interior desarrollaría corrientes de convección que calentarían el vidrio, Io cual a su vez suscita otro problema: el paso de un apreciable flujo de calor a través del vidrio provocaría una mayor temperatura en su cara interna que en Ia externa, y esa diferencia de temperaturas daría lugar a tensiones mecánicas de origen térmico, que también podrían romper el cristal. Respecto de evitar el ataque químico, Ia solución es usar en el interior del cajón 100 un gas inerte, como nitrógeno o dióxido de carbono, pero no aire ni ningún otro compuesto con un agente oxidante. Pero a esto se añade un problema nada pequeño, que mecánicamente puede ser mayor incluso que el problema original de Ia presión atmosférica: y es el hecho de que Ia presión del gas en el interior del cajón 100 no será constante, sino que dependerá de Ia temperatura que tenga, que será Ia ambiente cuando no haya sol, pero será mucho más alta cuando el panel reciba Ia radiación solar concentrada. En temperatura absoluta, estamos hablando de pasar de menos de 300 K a más de 900 K para muchas aplicaciones, e incluso más. Ello significaría que Ia presión se multiplicaría por 3, de modo que si en frío estaba a una atmósfera de presión, en caliente estará a 3. Lo cual provocaría enorme tensiones mecánicas internas en el vidrio, que difícilmente soportaría.
La solución a este problema se presenta en Ia figura 18, en Ia que se aprecia un sistema de tuberías, válvulas, tanques y compresor cuyo funcionamiento permite mantener Ia presión dentro del cajón 100, en el valor requerido, que típicamente será el de Ia atmósfera circundante. Se dispone a tal efecto de una pequeña tubería de extracción de gas, 49, cuyo flujo puede impedirse por cierre de Ia válvula 50. Esta válvula por Io común estará abierta, y el control de paso de flujo Io efectuará una válvula adicional, 51 , que funciona por diferencia de presión, y con paso unidireccional. Para ello pueden usarse válvulas convencionales mecánicas o electro-mecánicas, taradas las primeras según Ia fuerza de un muelle que cierra el paso de gas desde el cajón 100 hacia fuera de él. Esta válvula puede ser similar a las válvulas de muelle y bola que cierran el paso de gas desde las botellas de butano y similares. Si Ia presión en el cajón 100 iguala o supera ligeramente Ia presión atmosférica circundante, el muelle cede, y va pasando gas desde el interior del cajón 100 hacia el tanque 52. En el caso electro-mecánico, se efectúa Ia medida electrónica de Ia presión del gas interno, gracias a un transductor presión-señal eléctrica, y si ésta supera el nivel prefijado, el mando eléctrico de Ia válvula ordena su apertura, hasta que Ia señal de presión baja hasta estabilizarse con Ia del exterior. El gas así fugado, por uno u otro procedimiento de apertura de Ia válvula 51 , llega a un depósito o tanque 52, que denominaremos de baja presión, pues ha de estar siempre por debajo de Ia presión exterior atmosférica. Con objeto de que esto sea siempre posible, hay que disponer de un compresor, 53, que toma el gas en exceso del tanque 52, cuando Ia presión de éste sube por encima de su nivel nominal, y se acerca a Ia atmosférica más de Io permitido en el diseño, y Io pasa al tanque de alta presión, 54. Desde éste, puede volver el gas al interior del cajón 100, cuando éste se va enfriando, y por ende disminuyendo su presión. Para ello se cuenta con Ia tubería 55, en Ia cual hay una válvula que actúa por diferencial de presión, 56, similar a Ia 51 pero con otro sistema de gobierno, y una válvula de cierre hidráulico 57. En concreto, Ia válvula 56 tiene por objeto insuflar gas dentro del cajón 100 cuando su presión es más baja que Ia atmosférica. Su control puede hacerse por medida electrónica de Ia presión, y actuación electromagnética, que hoy día suele ser Io más fiable, o por válvulas de muelle, con un sistema de regulación similar a los que mantienen Ia presión constante en Ia alimentación de gas a las cocinas de butano, o mantiene Ia presión en las boquillas de respiración en el buceo con botella de aire comprimido. En todo caso, esas válvulas no son parte de Ia invención, pero sí Io es el circuito en su conjunto para mantener Ia presión constante dentro del cajón 100, Io cual anula las tensiones mecánicas en Ia cubierta transparente, causadas por Ia diferencia de presión entre el exterior y el interior. Quedan no obstante las tensiones mecánicas inducidas por diferencia de temperaturas entre las caras de un mismo cuerpo. El origen de estas tensiones es sencillo: Ia parte más caliente intenta dilatarse más que Ia media del cuerpo, mientras que Ia parte fría intenta dilatarse menos. Pero en una placa como Ia cubierta transparente, Ia deformación tiene que ser prácticamente Ia misma, pues no puede haber un deslizamiento significativo de unas moléculas respecto de otras; y ello origina tensiones de tracción en Ia parte más fría del cuerpo, con el máximo de tensión de tracción en Ia cara exterior fría, y tensiones de compresión en Ia parte caliente, con el valor máximo en Ia cara caliente. Para un vidrio son especialmente dañinas las tensiones de tracción, sufridas por Ia parte fría. Si llamamos "D" a Ia sem ¡diferencia de temperatura entre ambas caras, "A" al coeficiente de dilatación lineal del material expresado en 1/K, y "E" a su módulo de Young o módulo elástico (admitiendo que no se sobrepasa el campo elástico, pues si se sobrepasa, quebraría con seguridad Ia cubierta) Ia tensión máxima "R", en valor absoluto, adquiere el valor R= E*A*D
En general, no se podrá admitir que el cociente R/E sea mayor que 0.001 , e incluso se puede poner como límite el valor de 0.0001, para tener margen de seguridad, Io cual significa que el producto A*D está limitado a ese cociente. Según los vidrios, el coeficiente de dilatación estará entre 10-6 y 10-5 K-1, por Io cual las semidiferencias de temperaturas admitidas entre las caras deberán estar limitadas a 100 K en el caso de vidrios con escasa dilatación, y 10 K para vidrios de mayor dilatación. A su vez estas diferencias tienen repercusión en el máximo flujo de calor que se puede admitir a través de Ia cubierta, que seguirá Ia ley de Fourier, que podemos expresar en función de Ia semidiferencia "D" de temperaturas entre ambas caras, del espesor del vidrio "V" y de su conductividad "C". El flujo de calor "Q", en vatios por metro cuadrado de superficie de vidrio, máximo admisible, que produciría dicha semidiferencia "D", sería Q= 2*D*C/V
Para una cubierta con 0,01 metros de espesor, y una conductividad de 1 W/(m.K) una semidiferencia representativa, de 25K, daría un flujo máximo admisible de 5.000 W/m2. Ese flujo condiciona a su vez Ia máxima diferencia de temperaturas que puede haber entre el gas del interior del cajón 100 y el aire exterior, pues se han de cumplir Ia ley de Fourier y Ia ley de Newton de Ia convección, para el sistema térmico en su conjunto, formado por tres capas sucesivas de material: Ia capa de convección del aire exterior; el vidrio; y Ia capa de convección del aire interior. Tanto ésta, como Ia primera, estarán caracterizadas por sus coeficientes de película respectivos. Como valores indicativos podemos tomar 20 W/(m2.K) para el aire exterior, y 5 W/(m2.K) para el gas interior. Si llamamos "M" a Ia máxima diferencia de temperaturas que podemos aceptar entre el gas interior y el aire exterior, con los datos anteriormente dichos, tendríamos que el valor de M habría de cumplir Q= (1/20 + V/C + .1/5)-1*M
De donde, con los datos anteriormente supuestos para C y V, se tiene
M= 0,26*Q = 1.300 K Por Io común la diferencia en condiciones- de trabajo será Ia mitad del valor anterior, o menos, Io cual significa que hay mucho margen para que las tensiones mecánicas causadas por diferencias térmicas en Ia cubierta de vidrio queden dentro del régimen elástico, y por tanto no generen defectos permanentes o puedan romper Ia cubierta. De modo que el montaje propuesto en Ia figura 18 es absolutamente procedente, desde el punto de vista constructivo, si bien desde el punto de vista térmico tendrá más pérdidas que los paneles de vacío; pues en éstos Ia convección estará prácticamente inhibida. En contra de los paneles de vacío está que Ia diferencia de presiones puede romper el vidrio, a no ser que éste se haga muy pequeño en superficie, Io cual impone condiciones muy drásticas para el enfoque de Ia radiación concentrada, pues los espejos no deberían ser tan pequeños, dado que en tal caso saldría muy caro el conjunto de helióstatos, soportes y seguidores solares incluidos. Una alternativa ya comercial es usar vainas cilindricas de vidrio para cada tubo, haciendo el vacío dentro de cada vaina. El problema es que el dispositivo resulta caro, pues se han de soldar los extremos de Ia vaina de vidrio a un fleje que a su vez se suelda al tubo, para preservar el vacío. El fleje intermedio hace falta para absorber Ia dilatación diferencial entre el vidrio y el tubo. Junto a este problema técnico, económico y de mantenimiento, existe otro en cuanto al rendimiento de captación, pues los tubos absorbentes no pueden estar casi tangentes entre sí, sino que se ha de dejar espacio para que quepan las vainas y su vacío, Io cual hace que una parte de Ia radiación enfocada hacia el colector, no incida sobre la superficie absorbente, Io que hace que el rendimiento neto, sobre Ia luz originalmente captada por el campo de helióstatos, resulte perjudicado, y menor de lo que sería si Ia superficie de absorción hubiera ocupado toda Ia apertura de Ia cubierta transparente. La alternativa propuesta en esta invención no se basa en emplear tubos absorbedores encapsulados en vainas de vidrio, solidarios entre sí por el fleje soldado a ambas partes, sino, bovedillas longitudinales de vidrio, encastradas en Ia pared frontal del cajón 100 y, cuando corresponde, en su pared trasera, o incluso sobre piezas de canto 30, pero no soldadas ni solidarias con los tubos absorbedores de radiación. Por los extremos de arriba y abajo, las bovedillas irían encastradas, a través de sus juntas correspondientes tipo 3, en las paredes superior e inferior del cajón 100. Esto es particularmente útil con Ia disposición de sub-haces de tubos 25, presentada en ia figura 7, pues Ia reducción del vano a cubrir por cada bovedilla longitudinal de vidrio, proporciona más robustez a esta disposición.
Una cuestión elemental a aclarar es que el sistema de mantenimiento de Ia presión puede servir al mismo tiempo a muchos colectores en paralelo, aunque cada uno pueda tener una evolución diferente por las temperaturas interiores, Io cual se tendrá en cuenta en las válvulas de regulación de extracción e insuflación de gas. Lógicamente, los volúmenes de los tanques tendrán que estar en consonancia con los volúmenes de gas de los cajones a controlar, e igualmente Ia potencia del compresor. Concretamente, el volumen del tanque 52 de baja presión debe ser igual a Ia suma de volúmenes del interior de los cajones a los cuales está conectado por tubos tipo 49, eη paralelo entre ellos, con válvulas tipo 51 en cada tubo, reforzando Ia carcasa del tanque 52 para soportar diferencias de presión igual a Ia presión atmosférica; y siendo el tanque 54 de alta presión de volumen similar, aunque reforzado en su carcasa para soportar presiones interiores cinco veces como mínimo Ia presión atmosférica.
La figura 19 muestra un montaje análogo de regulación de Ia presión, aplicado en esta caso a Ia configuración del colector dada en Ia figura 1. Obviamente el sistema, que sirve para evitar tensiones mecánicas inadmisibles en Ia cubierta transparente, por diferencias de presión, cabe aplicarlo a cualquier montaje de los aquí descritos, y a cualquier otro que use o necesite una cubierta transparente, aunque sólo sea para que el oxígeno del aire no ataque a Ia pintura o recubrimiento de alta absortividad de Ia matriz de paso del fluido calorífero. Queda, no obstante, el problema de unas pérdidas excesivas por convección a través del cristal. Éstas se pueden reducir a base de dejar poco espacio en el cajón 100, para que el gas inerte interior no disponga de un volumen amplio para poder evolucionar. Esto tiene sus limitaciones, pues el cajón 100 ha de tener espacio suficiente para poder alojar los tubos acodados 17 y 18 en montajes como los de Ia figura 1, o cabezales como los 33 y 41 en los montajes como los de Ia figura 11. Téngase en cuenta que Ia longitud horizontal de los tubos 17 y 18 es importante para absorber las dilataciones y contracciones del cuerpo o matriz de calentamiento del fluido, 11. También es cierto que en los movimientos de absorción de esas variaciones, ayuda Ia disposición efectuada de tanques embebidos en Ia pared posterior, designados con 15 y 19 en Ia figura 1. Más aun, el pequeño giro de esos tanques dentro de sus juntas, se transmite a los tubos correspondientes exteriores, 13 y 21 respectivamente, Io que permite acomodar mejor, a su vez, las deformaciones de estos últimos, pues también se dilatan al calentarse, y se contraen al enfriarse, dándose los movimientos deformativos de forma acompasada, Io que facilita Ia compensación de dilataciones y contracciones, pero impide que el cajón 100 pueda hacerse tan estrecho como se quiera, por Io dicho de los tubos 17 y 18. En Ia figura 20 se muestran las dos propuestas de esta invención ideadas para reducir eficientemente las pérdidas térmicas por convección a través de Ia cubierta transparente (que no se puede aislar como se aisla el resto de las paredes del cajón 100). Por un lado se reduce el coeficiente de película de convección interna, incorporando unos elementos que perjudican el desarrollo de comentes convectivas dentro del cajón 100. Éstas se desarrollarán por ascender el gas que se calienta en Ia parte frontal del cajón 100, donde está Ia superficie de absorción, que será Ia parte más caliente, y tenderá a bajar por Ia parte trasera del cajón 100, que será Ia más fría. Para ello se colocan una especie de aletas o lengüetas que entorpecen esos movimientos, y que corresponden a los elementos 58, 59 y 60. Estas aletas pueden estar hechas del mismo material que Ia pared interna 61 , y al igual que ésta, deben ir pintadas o recubiertas con Ia capa 8, que debe poseer gran reflectividad a Ia radiación. Las aletas deben llevar Ia inclinación descrita en Ia figura, que es de aproximadamente unos 45° respecto de Ia pared a Ia que van unidas, para oponerse más eficientemente al movimiento convectivo del gas de llenado. Por otro lado se ha de reducir el coeficiente de película por el lado del aire exterior, para Io cual Ia invención consiste en disponer de un doble cristal, pero no con el vacío interior que se suele colocar en los casos de pequeña superficie de vidrio, sino con un mecanismo tal que en su interior siempre exista Ia misma presión que Ia atmosférica circundante, que a su vez es Ia que habrá en el interior del cajón 100, Io cual eliminará las tensiones mecánicas causadas por diferencias de presión., Téngase en cuenta que un vidrio de 10 m2 que tuviera una presión de 1 atmósfera en una cara, y vacío en Ia otra, estaría aguantando una carga de 100 toneladas. De ahí Ia importancia de que las dos cubiertas propuestas para reducir las pérdidas de convección por el exterior, estén separadas por un pequeño huelgo de aire siempre a presión atmosférica, pero sin convección interna, para Io cual ha de ser un huelgo muy delgado, aunque en Ia figura 20 parezca muy grueso, pues Ia claridad deseable en el dibujo, impide que esté a escala. Dicho huelgo, 64, está en Ia parte exterior de Ia cubierta 2 que cierra frontalmente el cajón 100, y a su vez queda confinado por el exterior mediante una segunda cubierta 65, de características análogas, por no decir idénticas, que Ia 2. La cubierta 65 va encastrada en Ia pared frontal 4 mediante el cerco que proporciona Ia junta 66, similar a Ia junta 3. La presión en el interior del huelgo 64 se mantiene igual a Ia atmosférica circundante porque está comunicado con el aire circundante a través de un pequeño orificio, o conjunto de orificios, 67, que horadan Ia parte inferior de Ia pared frontal., A través de esos orificios se compensa Ia presión, pues en caso de que aumentara ésta en el huelgo 64, las moléculas de aire tenderían a salir por los orificios, y al contrario en los casos de enfriamiento. Por descontado que a Io largo de los orificios se produciría una pequeña pérdida de presión, por Io cual las presiones tardarían un tiempo en equilibrase, pero Ia descompensación de presiones seria muy pequeña, de unas decenas de Paséales, Io cual representaría muy pequeñas solicitaciones mecánicas en ambas cubiertas, 2 y 65.
Un tema importante a prever es que las cubiertas no deberían ensuciarse por los lados del huelgo, Io que significa que por los orificios se debe evitar que entre polvo, ni insectos. Para ello se han de acondicionar unos filtros tipo tela de mosquitero, como los indicados esquemáticamente en los elementos 68 y 69, en los extremos de los orificios,
En Ia figura 21 se presenta un esquema de Ia disposición constructiva que pueden adquirir estos colectores, para satisfacer su fin útil. Para ello se debe contar con un campo de helióstatos 70. Aunque en Ia figura se dibuja que hay un espejo orientado a cada colector, en principio serían una o varias filas de éstos, las que harían incidir su luz reflejada sobre un colector, de tal modo que Ia superficie de los espejos incidiendo sobre un colector, podría ser 100 veces, y más, Ia superficie absorbente del colector. En Ia figura se representa Ia radiación solar directa 71 , y Ia que incide sobre los colectores, 1 , que puede ser 100 veces, o más, Ia intensidad de Ia original 71, según Ia concentración. Cada colector en su conjunto, 72, iría colgado, según se verá en una figura posterior, de las ramas 73 de Ia estructura 74, que en su conjunto soporta la instalación de captadores o colectores solares., Esta estructura puede ser metálica o de hormigón armado, y constará esencialmente de pilares y vigas, entre las cuales habrá unas de carácter especial, las antes mencionadas ramas, 73, de las que penden los colectores. Según el montaje que se escogiera, éstos llevarían asociado el sistema de compensación de Ia presión, 75, que en Ia figura, por motivos de claridad, sólo se ha representado unido al colector de más abajo, pero que podría atender a todos, en cada caso con sus válvulas correspondientes, tipo 50, 51 , 56 y 57.
El fluido calorífero llegaría a Ia instalación, procedente del bloque de conversión de energía o de Ia aplicación útil, por Ia tubería 76, y recibiría Ia impulsión de Ia bomba 77 para superar la pérdida de altura manométrica del todo el circuito que ha de recorrer, hasta salir por Ia tubería 78, con una temperatura mucho mayor que Ia de entrada. En ese recorrido habría tanques, 79, para homogeneizar Ia temperatura de los ramales paralelos de fluido que pudiera haber, y para absorber variaciones de velocidad y densidad inducidas por transitorios. Aunque en Ia figura no esté representado, tanto los tanques 79, como las tuberías 76 y 78, y el sistema 75 de compensación de Ia presión, han de ir aislados térmicamente, para evitar pérdidas, Io cual no forma parte de Ia invención
En Ia figura se deben destacar los elementos 80, que son las piezas de las que penden los colectores, que quedan solidariamente unidos a Ia estructura, pero pueden dilatar libremente en su conjunto. Las piezas 80 se ensamblan a las orejetas 81 representadas en Ia figura 22, y de las cuales hay dos, una a cada lado de Ia parte superior del cajón 100 del colector, soldadas o atornilladas a Ia pared exterior superior. El ensamblaje puede hacerse por soldadura, pero en Ia figura 22 se han representado las orejetas 81 con taladros 82, que podrían ser Ia manera más simple de anclaje, mediante tornillos pasantes y tuercas.
La figura 22 es útil también para explicar el método de ensamblaje del conjunto colector. Para ello téngase en cuenta que éste se ha de constituir a partir de piezas individuales como las marcadas con su numeración correspondiente en las explicaciones precedentes, parte de las cuales se puede soldar o conjuntar previamente, y éste es el caso de Ia circuitería del fluido calorífero, desde Ia tubería de entrada 13 hasta Ia de salida 21 , si se ha optado por esta disposición interior de Ia matriz 11 , o alternativamente desde el conducto 42 al 34. Aparte se preparan las partes del cajón 100 que ahora se identificarán, así como las juntas para embeber los tanques 15 y 19 en Ia pared 7, y Ia junta- cerco 3 para encastrar Ia cubierta 2.
Las paredes del cajón 100, que corresponden a una estructura bocadillo, con el aislante térmico de relleno, y las paredes metálicas en una y otra cara, se preparan en cuatro partes, numeradas 83, 84, 85 y 86. La primera corresponde al cuarto superior, y se asienta sobre Ia junta 20 del tanque 19, a cuyo nivel llega. Por Ia parte de delante limita con Ia parte superior de Ia junta cerco 3. Por los laterales está simplemente cortado, en bisel u otro modo que favorezca Ia soldadura con el siguiente cuarto 84. Y por Ia parte superior limita con el rebajo practicado para encastrar Ia junta correspondiente, bien Ia 20 en un tipo de montaje de Ia figura 1, bien Ia 35, de Ia figura 1. En ese nivel se ha de asentar el trozo de circuito embebido en Ia pared 7, bien el tanque 19, bien el conducto 34, según el tipo de montaje. Por Ia parte inferior se hace Ia maniobra simétrica con el cuarto inferior, 86, encastrando Ia cubierta 2 en Ia junta cerco 3; y disponiendo Ia junta 16, o Ia junta esférica 43 (según el montaje escogido), en el tope de esa pieza 86, en su parte posterior, para asentar después en Ia junta bien el tanque 15, bien su alternativa, que es el conducto 42. De esta manera sólo queda cerrar el cajón 100 por los laterales y Ia trasera de los dos cuartos intermedios, que también tienen una pequeña pestaña en Ia parte delantera, para encastrar Ia parte correspondiente de Ia junta-cerco 3. Lo más importante es cerrar Ia parte posterior, que ha de encastrar herméticamente el cajón 100, con los elementos del circuito que atraviesan esa pared. Para ello, los dos cuartos intermedios 84 y 85, han de apretar fuertemente esas penetraciones, con sus juntas respectivas, Io cual se consigue tal como se representa en Ia figura 22, mediante el acoplamiento de dos partes con una cuña intermedia, 87, siendo el conjunto más alto de Io necesario, para que Ia cuña obligue a los cuartos intermedios de Ia pared, 84 y 85, a apretar los elementos encastrados en dicha pared. Para que Ia cuña no sea expelida hacia fuera, se suelda a Io largo de toda su longitud, Io cual además es necesario para terminar de dar rigidez y hermeticidad al sistema. En Ia figura se esquematizan los cordones de soldadura por los elementos 88. La forma completa de Ia cuña 87 se ve en Ia figura 23, en Ia cual se aprecia que Ia cuña continua, hasta el cierre de su ángulo, por las paredes laterales del cajón 100 en las cuales también se ha de producir Ia soldadura, a Io largo de los bordes 90, del lateral 89, y su simétrico por el otro lado. Habida cuenta del peso que ha de aguantar el cajón 100, y de las deformaciones, pequeñas pero apreciables, provocadas por las dilataciones y contracciones, es pertinente reforzar las paredes del cajón 100, sobre todo en los ángulos. Para ello se propone Ia disposición de Ia figura 24, en Ia que las aristas entre superficies perpendiculares están revestidas de una pletina en ángulo, de resistencia y espesor mayor que el de Ia propia piel o pared exterior del cajón 100, sobre Ia que deben ir solidarias, preferiblemente soldadas. Así pues, las superficies superior, 91 , posterior 92, y lateral 93, representadas en el triedro de Ia figura 24, se refuerzan en sus aristas, mediante las piezas 94, 95 y 96. De igual modo se hace en las simétricas de los otros triedros del cajón 100. Así mismo es importante, aunque no se ha representado en Ia figura, que las orejetas 81 vayan soldadas sobre las pletinas de refuerzo. La forma típica de estas pletinas 97 se representa en Ia figura 25 como un diedro de ángulo recto 98, cuyos extremos longitudinales 99 están biselados, en 45P, para poder ensamblarse con las otras dos pletinas de cada diedro, al confluir en los triedros del cajón 100.
Así, por tanto, de forma preferente, Ia invención puede realizarse a partir de cualquier panel de canales o tubos absorbedores de energía solar, entendiendo por esto que tenga buena resistencia mecánica y buena conductividad térmica, y que pueda pintarse, o recubrirse con un adhesivo, para que su superficie tenga muy alta absortividad a Ia radiación solar, y tenga muy baja emisividad térmica. En Ia invención, un haz de estos tubos se ensambla en paralelo y verticalmente, para constituir Ia matriz o cuerpo principal de paso del fluido calorífero, que se calentará al ascender por los tubos del haz, 25, donde incidirá Ia radiación solar 1, en general concentrada mediante Ia reflexión de un campo de helióstatos 70 convenientemente orientados para satisfacer dicha reflexión (como se muestra en Ia figura 21). Cada uno de los tubos del haz 25 se unirá por su parte inferior, solidariamente, en general mediante soldadura, a un tubo, 17, de diámetro algo menor, y con un codo en 90° que hace que su otro extremo sea horizontal, y se una, también solidariamente, con un tanque 15, del que por el otro lado, diametralmente opuesto a Ia conexión de los tubos 17, salen tubos, 13, formando el haz de llegada del fluido calorífero al colector en cuestión; siendo dicho tanque 15 de cuerpo cilindrico, y asentado horizontalmente, con remates semiesféricos en sus dos extremos, y estando encastrado el citado tanque 15 en un paramento de rigidez física, que llamaremos pared posterior 7, y en el cual se embebe por intermediación de una junta 16 que Io recubre en todo su volumen, siendo Ia junta de material aislante térmico sólido con buenas propiedades a Ia compresión elástica con deformaciones admisibles del orden de 0,1 %, y punto de fusión muy superior a Ia temperatura de trabajo del fluido calorífero. Por el extremo superior de cada tubo del haz 25, se unen solidariamente otros tubos, 18, de diámetro algo menor, y con un codo en 90° que hace que su otro extremo sea horizontal, y se una, también solidariamente, con un tanque 19, del que por el otro lado, diametralmente opuesto a Ia conexión de los tubos 18, salen tubos, 21 , formando el haz de salida del fluido calorífero desde el colector en cuestión; siendo dicho tanque 19 de cuerpo cilindrico, y asentado horizontalmente, con remates semiesféricos en sus dos extremos, y estando encastrado el citado tanque 19 en un paramento de rigidez física, que es Ia pared posterior 7, y en el cual se embebe por intermediación de una junta 20 que Io recubre en todo su volumen, siendo Ia junta de material aislante térmico sólido con buenas propiedades a Ia compresión elástica con deformaciones admisibles del orden de 0,1 %, y punto de fusión muy superior a Ia temperatura de trabajo del fluido calorífero. El conjunto constituido por los tubos 13 de llegada del fluido calorífero (véase figura 1), el tanque 15 al que llegan, los tubos acodados 17 dispuestos en haz paralelo, que salen del citado tanque, y llegan por abajo a los tubos verticales, asimismo en haz, 25, que absorben Ia radiación solar, y se conectan desde su extremo superior a los tubos acodados 18, que van a dar en el tanque 19, del que emergen los tubos de salida 21 , constituyen el circuito termo-hidráulico seguido por el fluido calorífero, y es Ia base de Ia invención, pues merced a Ia disposición propuesta, las dilataciones y contracciones experimentadas por los materiales al variar Ia temperatura, son fácilmente asimilables, sin causar tensiones ni daños inadmisibles en esos elementos estructurales. El haz de tubos 25 absorbedores de radiación solar (figuras 3 a 5), y sus haces asociados de tubos inferiores acodados, 17, y superiores, 18, se ubican dentro de un cajón hermético 100 (figuras 1 , 20 ó 22, entre otras) con paredes compuestas de una placa interna resistente, 61 , generalmente metálica, una placa extema de material similar, 63, que en conjunto dan rigidez al. sistema, y una capa o volumen intermedio, 62, relleno de material aislante térmico; distinguiéndose en el. cajón 100 dos paredes singulares, que son Ia frontal, 4, en Ia cual hay una abertura para que pase Ia radiación, y estando esa abertura ocupada por una cubierta transparente 2, encastrada en Ia pared frontal 4, por ¡ntermediación de una junta 3 que ocupa todo el cerco perimetral de Ia abertura; y siendo Ia otra pared singular Ia trasera, 7, en Ia que se embeben los tanques de entrada, 15, y de salida, 19, del fluido calorífero, estando posibilitado el alojamiento hermético de los tanques en Ia pared 7 por unas juntas, 16 y 20 respectivamente, de tal manera que los citados tanques pueden girar ligeramente en el seno de sus respectivas juntas, cuando las dilataciones o. contracciones hagan variar las longitudes de todos los tubos del circuito, y modifiquen asimismo el ángulo de los codos de los tubos 17 y 18. En Ia pared del cajón 100, preferiblemente en su parte inferior, 6, existe un orificio, 9, para poder extraer por él el aire interior y dejar vacío el interior del cajón 100, por acción de un compresor succionador, existiendo además una válvula de cierre, 10, de dicho orificio 9.
En el haz de tubos absorbentes verticales, 25, a media altura de los mismos, se puede interponer un tanque 26 de homogeneización de temperatura entre los caudales de los diversos tubos (figura 4). Ello es útil para equilibrar Ia carga térmica que lleva cada tubo, que puede ser muy diferente de unos a otros, por no poder asegurarse el enfoque uniforme de Ia radiación sobre el haz de tubos. Cabe Ia alternativa, respecto del montaje ya descrito, de poner una pantalla metálica, 27, (figura 5) en Ia parte frontal del haz de tubos 25, siendo el material de Ia pantalla de alta conductividad, y estando pintada o recubierta con una sustancia adherida que sea de alta absortividad a Ia radiación y baja emisividad, y estando Ia pantalla unida solidariamente a los tubos del haz, preferiblemente por soldadura. Para evitar que se deposite una apreciable carga térmica en las paredes del cajón 100, que no están refrigeradas y por tanto podrían alcanzar muy alta temperatura, su superficie exterior debe estar pintada o revestida de una capa de alta reflectividad a Ia radiación.
Así mismo, para evitar cargas térmicas indeseables en Ia pared, Ia superficie de las paredes interiores del cajón 100 deben estar pintadas o revestidas de una capa de alta reflectividad a Ia radiación.
En un montaje alternativo al haz de tubos 25, como matriz o cuerpo principal de canalización de paso del fluido calorífero, se puede disponer un panel corrido de canales, 28, (figura 6) siendo cada canal 29 de sección recta rectangular, y teniendo el panel una superficie frontal plana, siendo el material del panel de buena resistencia mecánica y buena conductividad térmica, y estando su superficie pintada con una capa que tenga muy baja emisividad térmica y muy alta absortividad a Ia radiación solar, pudiendo dicha capa estar adherida por cola de contacto.
El haz de tubos 25 se puede fraccionar en sub-haces (figuras 7 y 17), para alojar entre dos sub-haces consecutivos, en paralelo a ellos, y por ende verticalmente, unas piezas 30, rectangulares, del mismo material que Ia cubierta 2, y por tanto de alta transparencia, aunque alternativamente se pueden usar piezas 30 del mismo material que el de Ia capa interior de Ia pared del cajón 100, con el mismo recubrimiento altamente reflectivo, de tal manera que Ia cubierta 2 apoye en el canto de dichas piezas 30, que a su vez apoyan, también de canto, en Ia pared posterior 7, habiendo en este caso, para cada sub-haz, un conjunto específico de circuito termo-hidráulico, formado por los tubos 13 de llegada del fluido calorífero, el tanque 15 al que llegan, los tubos acodados 17 dispuestos en haz paralelo, que salen del citado tanque, y llegan por abajo a los tubos verticales, asimismo en haz, 25, que absorben Ia radiación solar, y se conectan desdé su extremo superior a los tubos acodados 18, que van a dar en el tanque 19, del que emergen los tubos de salida 21 (figuras 1 y 8).
Todas las tuberías exteriores de llegada al cajón 100 del colector, o emergentes de él, han de ir aisladas térmicamente (figuras 1 y 8), y así mismo, en los conductos de salida 21 , existirá un parte acodada, 31 , para enviar dichas tuberías en sentido vertical, y disponiendo en cada haz de tuberías 21 , tras el codo 31 , un tanque 32 de homogeneización de Ia temperatura y como punto de presión común.
Existe un montaje alternativo al haz de tubos.25 y los elementos asociados del circuito del fluido calorífero, en el cual los tubos 25 no van unidos por abajo a los tubos acodados 17, y por arriba a los 18, sino que en el montaje alternativo van unidos los tubos verticales a sendos cabezales (figuras 9 a 11), que son el distribuidor 41 por Ia parte inferior, y el recolector-embudo 33 en Ia parte superior, estando éste conectado al conducto de salida 34, que atraviesa Ia pared posterior 7, a través de una fogonadura en Ia que se ubica una junta de tipo esférico, 35, de material similar al de las juntas 16 y 20, y estando el cabezal inferior o distribuidor unido a un conducto 42 de aportación del fluido calorífero, que atraviesa Ia pared posterior 7, a través de otra fogonadura en Ia que se ubica una junta de tipo esférico, 43, de material similar al de las juntas 16 y 20
Para mejorar Ia redistribución de Ia carga térmica entre todos los tubos del haz absorbente de radiación, el haz de tubos 25 unidos a los cabezales puede ser revestido en su parte frontal por una pantalla metálica solidaria a dichos tubos (figura 10), preferiblemente mediante soldadura, siendo el material de Ia pantalla de alta conductividad, y estando pintada o recubierta con una sustancia adherida que sea de alta absortividad a Ia radiación y baja emisividad. Los tubos 25 unidos a los cabezales inferior, 41 , y superior, 33, pueden ir montados (figura 11) con cierto ángulo de inclinación, de unos 10°, y además se puede interponer a media altura del haz un tanque 39 que será un punto de presión común, con redistribución de caudales y uniformización de temperaturas. Los haces de tubos 25, en Ia disposición en Ia que se utilizan cabezales inferior, 41 , y superior, 33, se pueden agrupar en sub-haces de tubos paralelos (figura 17), cada uno con sus cabezales correspondientes, y sus conductos respectivos de entrada, 42, y de salida, 34, estando separados los sub-haces de tubos mediante paramentos 30 hechos del mismo material que Ia cubierta transparente, 2, aunque alternativamente se pueden usar piezas 30 del mismo material que el de Ia capa interior de Ia pared del cajón 100, con el mismo recubrimiento altamente reflectivo, apoyados de canto sobre esta cubierta 2 y sobre Ia pared posterior, 7. Para mejorar el comportamiento mecánico de Ia cobertura en el caso de hacer vacío dentro del cajón 100, Ia cubierta transparente que cubre Ia abertura del cajón 100, para que entre Ia radiación, puede ser curva en vez de plana (figura 14) como es Ia pieza 2, estando en este caso Ia concavidad de Ia cobertura curva 46 mirando hacia el interior del cajón 100, y siendo aconsejable utilizar las disposiciones de sub-haces de tubos 25 ó de sub-paneles 28, de tal manera que las cubiertas de vidrio de cada sub-haz sean como bovedillas longitudinales de vidrio, a Io largo del sentido vertical del colector, estando encastradas en las paredes del cajón 100, tanto frontal como trasera, rematando en sus extremos de arriba y abajo por los encastres en las paredes superior e inferior. Esta morfología de cubierta transparente en bovedillas puede usarse tanto en el caso de usar tanques encastrados en Ia pared posterior, tipo 15 y 19, como conductos, 42 y 34, embebidos en juntas esféricas en dicha pared.
Como alternativa a mantener el cajón 100 en vacío, o a muy baja presión, Io que ocasionaría altas solicitaciones mecánicas en Ia cubierta transparente del mismo, el interior del cajón 100 puede llenarse exclusivamente de un gas inerte, como nitrógeno o anhídrido carbónico, cuya presión se mantiene igual a Ia presión atmosférica circundante merced a un dispositivo conformado por un tubo 49 de extracción de gas, y se puede cerrar el paso del gas por una válvula de corte 50 que en funcionamiento habitual estará abierta, habiendo en el mismo tubo una válvula de regulación de paso de gas, 51 , con operación ordenada mecánica o electromecánicamente por Ia diferencia de presiones entre Ia del interior del cajón 100 y Ia atmosférica, abriéndose la válvula cuando Ia primera deviene mayor que esta última, en cuyo caso el gas es recogido en un tanque 52 que estará por debajo de dicha presión atmosférica, Io cual se logra (figura 18) mediante Ia acción de un compresor 53 que toma gas de dicho tanque 52 y lo inyecta en un tanque 54 que está a presión por encima de Ia atmosférica; desde el cual se puede inyectar gas de nuevo en el interior del cajón 100 a través de un tubo 55, en el que hay una válvula de regulación de paso del gas, 56, que se abre al medirse un valor de Ia presión interior del cajón 100 por debajo de Ia atmosférica, con operación de Ia válvula 56 ordenada mecánica o electromecánicamente, habiendo además una válvula de cierre 57 para corte total del paso del gas en caso necesario; y siendo el volumen del tanque 52 de baja presión igual a Ia suma de volúmenes del interior de los cajones a los cuales está conectado por tubos tipo 49, en paralelo entre ellos, con válvulas tipo 51 en cada tubo, reforzando Ia carcasa del tanque 52 para soportar diferencias de presión igual a Ia presión atmosférica; y siendo el tanque 54 de alta presión de volumen similar, aunque reforzado en su carcasa para soportar presiones interiores cinco veces como mínimo Ia presión atmosférica.
Las paredes del cajón 100, que corresponden a una estructura bocadillo, con el aislante térmico de relleno, y placas metálicas en ambas caras, se preparan en cuatro partes, numeradas 83, 84, 85 y 86, (figura 22) siendo Ia primera Ia del cuarto superior, y se asienta sobre Ia junta 20 del tanque 19, o alternativamente, según el montaje de circuito usado, se asienta en Ia junta 35 del tubo 34, mientras que por Ia parte delantera limita con Ia parte superior de Ia junta cerco 3; estando los laterales de las paredes del cajón 100 simplemente cortados, en bisel u otro modo que favorezca Ia soldadura con el siguiente cuarto 84, que por su parte superior limita con el rebajo practicado para encastrar Ia junta correspondiente, bien Ia 20 en un tipo de montaje, bien Ia 35; mientras que por Ia parte inferior se hace Ia maniobra simétrica con el cuarto inferior, 86, encastrando Ia cubierta 2 en Ia junta cerco 3; y disponiendo Ia junta 16, o alternativamente Ia junta esférica 43 (según el montaje escogido), en el borde superior de esa pieza 86, en su parte posterior, para encastrar después Ia junta correspondiente, bien Ia 16 del tanque 15, bien su alternativa, que es Ia 43 del conducto 42, cerrando el cajón 100 por los laterales y Ia trasera de los dos cuartos intermedios, que también tienen una pequeña pestaña en Ia parte delantera, para encastrar Ia parte correspondiente de Ia junta-cerco 3; y cerrando Ia parte posterior, que queda hermética al unir los dos cuartos intermedios 84 y 85, mediante el acoplamiento de las dos partes con una cuña intermedia, 87, siendo el conjunto más alto de Io necesario, para que Ia cuña obligue a los cuartos intermedios de Ia pared, 84 y 85, a apretar los elementos encastrados en dicha pared, fijándose Ia cuña mediante soldaduras 88 a Io largo de toda su longitud en Ia pared posterior, así como en las paredes laterales del cajón 100 a Io largo de los bordes 90, de los laterales 89.
La cuña 87 está constituida (figura 23) similarmente a Ia pared del cajón 100, con una parte exterior metálica, rellena de material aislante, y abarca toda Ia anchura de la pared posterior, teniendo unas prolongaciones 89 que se sueldan a las paredes laterales del cajón 100.
Las aristas del cajón 100 (figuras 24 y 25), en Ia confluencia de sus diversas paredes exteriores, se refuerzan con diedros de pletina metálica tipo 94, 95 ó 96, en conjunción de ángulo recto, 98, a Io largo de cada arista, estando los extremos de cada pletina cortados en bisel de 45°, de modo que encajen bien en los triedros de confluencia de tres paredes como las 91 , 92 y 93. Las juntas de tipo esférico, 35 y 43 (figuras 15 a 18), que se encastran en Ia pared posterior del cajón, en las correspondientes fogonaduras para el paso de los conductos 34 y 42, de salida y llegada del fluido calorífero respectivamente, se construyen a partir de una esfera de material aislante sólido con buenas propiedades a Ia compresión elástica con deformaciones admisibles del orden de 0,1 %, y punto de fusión muy superior a Ia temperatura de trabajo del fluido calorífero, y en dicha esfera se practica un taladro cilindrico, cuyo eje coincide con un diámetro de Ia esfera, siendo el radio del taladro igual al radio exterior del conducto correspondiente que ha de pasar a su través. Las juntas de tipo esférico, 35 y 43, que se encastran en Ia pared posterior del cajón, en las correspondientes fogonaduras para el paso de los conductos 34 y 42, se pueden construir a partir de dos medias esferas 47 y 48, (figura 16) del material indicado en el párrafo anterior, para ser montadas alrededor del conducto correspondiente, afianzándose entre sí merced a Ia presión ejercida por el montaje de Ia pared 7, gracias a Ia presión ejercida por Ia cuña 87, montada según se ha explicado. Adicionalmente a Ia cubierta transparente 2 se puede colocar una segunda cubierta transparente, 65, paralela a Ia 2, de material similar o exactamente el mismo, con un estrecho huelgo en medio, 64, de espesor menor que el propio espesor de las cubiertas (figura 20), conectado con el aire exterior mediante unos orificios 67 practicados en Ia parte baja de Ia pared frontal 4, en Ia cual se encastra Ia segunda cubierta 65 en una junta-cerco 66, similar a Ia junta-cerco 3, estando las bocas de los orificios 67 cubiertas por unos filtros 68 y 69 tipo tela de mosquitero, con tamiz de paso menor de un milímetro. En el interior del cajón 100 se pueden disponer unas lengüetas o aletas soldadas o fijadas oblicuamente a sus paredes interiores, delantera y trasera, con el cordón de soldadura en sentido horizontal, como las lengüetas, de tal manera que éstas formen un ángulo agudo mirando hacia abajo con Ia pared delantera, tanto en Ia parte superior del cajón 100, conformando las lengüetas 58, como por debajo de Ia abertura de Ia cubierta transparente, conformando las lengüetas 60; y formando las lengüetas 59 un ángulo agudo mirando hacia arriba en su entroncamiento con Ia pared trasera interna del cajón 100; y siendo el material de las lengüetas el mismo que Ia capa interior de las paredes del cajón, incluyendo una parte interior de aislante térmico, y con el mismo tipo de recubrimiento altamente reflectivo, y dando a las lengüetas tal longitud que, en su dilatación a temperatura de funcionamiento nominal del colector, su extremo libre queda a una distancia de Ia superficie trasera de los conductos colectores 11 ó 28 que esté entre medio milímetro y un milímetro. Cada colector en su conjunto, 72, con su cajón 100 y el circuito interno del fluido calorífero, se puede ubicar en una estructura 74 en altura, tipo torre de estructura metálica o de hormigón armado (figura 21), conectados unos colectores a otros en serie o en paralelo, según convenga a Ia aplicación, colgando los colectores por Ia parte superior del cajón 100, desde unas piezas 80 de Ia estructura 74, que se pueden soldar o atornillar a las. orejetas 81 (figura 22) unidas solidariamente a Ia pared superior del cajón 100, o a las pletinas en diedro que refuerzan sus aristas, 94, pudiendo quedar los colectores con cierta inclinación hacia abajo por Ia cara frontal, de modo que se reciba mejor Ia radiación reflejada desde un campo de helióstatos 70 situados en tierra, y disponiéndose el circuito completo del fluido calorífero desde el lugar donde se aprovecha el fin útil de Ia instalación, desde el cual llega a Ia estructura de colectores por Ia tubería 76, volviendo al fin útil con mucha mayor temperatura por Ia tubería 78, superando Ia pérdida de altura manométrica por el rozamiento del fluido y por Ia ascensión por Ia torre estructural mediante una bomba 77, y teniendo el circuito los tanques 79 útiles para mezclar flujos paralelos de fluido, entre escalonamientos sucesivos de colectores. Una vez descrita de forma clara Ia invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y Ia esencia de Ia invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Colector de energía solar térmica que comprende una pluralidad de conductos colectores, absorbedores de energía solar de radiación solar (1) incidente en dichos conductos colectores, por dentro de los cuales circula un fluido calorífero que recoge Ia energía solar absorbida por los conductos colectores, estando dispuestos dichos conductos colectores en vertical, y comprendiendo el conjunto de los conductos colectores un extremo de entrada y un extremo de salida del fluido calorífero, medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, conectados a los extremos de entrada de dichos conductos colectores, y medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, conectados a los extremos de salida de dichos conductos colectores, estando dicho colector de energía solar térmica caracterizado porque los conductos colectores, al menos parte de los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores y al menos parte de los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores están ubicados en el interior de un cajón hermético (100), cuya estructura comprende una placa interior (61) metálica resistente, recubierta, en Ia cara que da al interior del cajón, por una capa (8) pintada o adherida, de alto índice de reflectividad una placa exterior (63) metálica resistente, y entre las capas interior (61) y exterior (63) un volumen intermedio (62) relleno de material aislante térmico, comprendiendo el cajón hermético (100), además de las paredes laterales, - una pared superior (5), una pared inferior (6), una pared trasera (7) en Ia cual quedan encastrados al menos parte de los medios de entrega del flujo calorífero y al menos parte de los medios de recogida del flujo calorífero en alojamientos herméticos recubiertos por juntas de materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones de dichos medios de entrega y medios de recogida del flujo calorífero del 0,1%, y una pared frontal (4) con una abertura superficial para el paso de Ia radiación solar (1) a los conductos colectores, y dicha abertura superficial cerrada por una cubierta transparente (2) encastrada en Ia pared frontal (4) por intermediación de una junta de cierre a presión (3).
2. Colector de energía solar térmica, según Ia reivindicación 1, caracterizado porque los conductos colectores son una pluralidad de canales verticales (29) de sección recta rectangular que forman un panel (28) continuo de canales (29) con una superficie frontal plana, y porque los medios de entrega del fluido calorífero se conectan a los extremos de entrada de los canales (29), y los medios de recogida del fluido calorífero se conectan a los extremos de salida de los canales (29).
3. Colector de energía solar térmica, según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque los conductos colectores son una pluralidad de tubos colectores (11) que forman un haz (25) vertical y porque los medios de entrega del fluido calorífero se conectan a los extremos de entrada de los tubos colectores (11), y los medios de recogida del fluido calorífero se conectan a los extremos de salida de los tubos colectores (11).
4. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores comprenden una pluralidad de primeros tubos de conexión (17) que comprenden un codo a 90°, y que están conectados por uno de sus extremos a los extremos de entrada de los conductos colectores, y por su otro extremo a al menos un tanque de entrada (15) cilindrico horizontal, con remates semiesféricos en sus dos extremos longitudinales, encastrado en Ia pared trasera (7) en un alojamiento hermético recubierto por una primera junta (16) aislante térmica y elástica que Io recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de entrada (15) del 0,1%, estando conectado dicho tanque de entrada (15) en una zona diametralmente opuesta a Ia de los primeros tubos de conexión (17) a una pluralidad de tubos de entrada (13) del fluido calorífero al colector y porque los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores comprenden - una pluralidad de segundos tubos de conexión (18) que comprenden un codo a 90°, y que están conectados por uno de sus extremos a los extremos de salida de los conductos colectores, y por su otro extremo a al menos un tanque de salida (19) cilindrico horizontal, con remates semiesféricos en sus dos extremos longitudinales, encastrado en Ia pared trasera (7) en un alojamiento hermético recubierto por una segunda junta (20) aislante térmica y elástica que Io recubre en todo su volumen, y que absorbe deformaciones del tanque de salida (19) del 0,1%, estando conectado dicho tanque de salida (19) en una zona diametralmente opuesta a Ia de los segundos tubos de conexión (18) a - una pluralidad de tubos de salida (21) del fluido calorífero del colector.
5. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque - el cajón hermético (100) comprende en su pared inferior (6) un canal de succión (9) para Ia conexión de un compresor succionador para Ia realización del vacío en el interior de dicho cajón hermético (100), y porque en dicho canal de succión (9) hay dispuesta una válvula de cierre (10).
6. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque adicionalmente comprende un tanque de homogeneización de temperatura (26) interpuesto entre los conductos colectores, a media altura de éstos, el cual divide a dichos conductos colectores en dos tramos longitudinales según altura.
7. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque comprende una pantalla metálica (27) de absorción de radiación, de alta conductividad, fijada a Ia parte frontal del haz (25) de tubos colectores (11), y porque dicha pantalla metálica (27) de absorción de radiación está recubierta con una capa de alta absortividad y baja emisividad a Ia radiación, seleccionada entre pintura y adhesivo.
8. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque Ia superficie exterior de las paredes (4,5,6,7) del cajón hermético (100) está recubierta con un recubrimiento (8) de alta reflectividad a Ia radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo.
9. Colector de energía solar térmica, según cualquiera dé las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque Ia superficie interior de las paredes (4,5,6,7) del cajón hermético (100) está recubierta con un recubrimiento (8) de alta reflectividad a Ia radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo.
10. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el haz (25) de tubos colectores (11) se divide en una pluralidad de sub- haces (25'), porque comprende una pieza de apoyo (30) dispuesta entre dos sub- haces (25') consecutivos paralelamente a dichos sub-haces (25'), apoyando dichas piezas de apoyo (30) por su borde trasero en Ia pared trasera (7) del cajón hermético, y apoyando Ia cubierta transparente (2) en el borde frontal de las piezas de apoyo (30), y porque los medios de entrega de fluido calorífero a los tubos colectores (11) comprenden un tanque de entrada (15) por cada uno de los sub-haces (25'), y los medios de recogida de fluido calorífero de los tubos colectores (11) comprenden un tanque de salida (19) por cada uno de los sub-haces (25').
11. Colector de energía solar térmica, según Ia reivindicación anterior, caracterizado porque las piezas de apoyo (30) son transparentes y están realizadas en el mismo material que Ia cubierta transparente (2).
12. Colector de energía solar térmica, según Ia reivindicación 10, caracterizado porque las piezas de apoyo (30) están realizadas con el mismo material que Ia placa interior (61) de Ia estructura del cajón hermético (100), y con el mismo recubrimiento (8) de alto índice de reflectividad.
13. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
" " - " los tubos de salida (21) comprenden un codo de salida (31) a 90° para Ia disposición de dichos tubos de salida (21 ) verticalmente, y porque los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores adicionalmente comprenden un tanque de mezcla y homogeneización de temperaturas y presión (32) conectado al extremo final de los tubos de salida (21) - y porque los medios de entrega del fluido calorífero a los conductos colectores, y los medios de recogida del fluido calorífero de los conductos colectores, están aislados térmicamente.
14. Colector de energía solar térmica, según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque los medios de entrega del fluido calorífero al haz (25) de tubos colectores (11) comprenden un cabezal distribuidor (41), al que llega el fluido calorífero a través de un conducto de aportación (42) que atraviesa Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en Ia que se dispone una cuarta junta (43) esférica. porque los medios de recogida del fluido calorífero del haz (25) de tubos colectores (11) comprenden un embudo recolector (33) conectado por su extremo mayor al extremo de salida de los tubos colectores (11) - y por su extremo menor a un conducto de salida (34) que atraviesa Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en Ia que se dispone una tercera junta (35) esférica.
15. Colector de energía solar térmica, según Ia reivindicación 14, caracterizado porque los tubos colectores (11) están inclinados con respecto a Ia vertical un ángulo de substancialmente 10°.
16. Colector de energía solar térmica, según Ia reivindicación 14, caracterizado porque el haz (25) de tubos colectores (11) se divide en una pluralidad de sub- haces (25'), porque comprende una pieza de apoyo (30) dispuesta entre dos sub- haces (25') consecutivos paralelamente a dichos sub-haces (25'), apoyando dichas piezas de apoyo (30) por su borde trasero en Ia pared trasera del cajón hermético (7), y apoyando Ia cubierta transparente (2) en el borde frontal de las piezas de apoyo (30), porque los medios de entrega de fluido calorífero a los tubos colectores (11) comprenden por cada uno de los sub-haces (25') - un cabezal distribuidor (41), al que llega el fluido calorífero a través de un conducto de aportación (42) que atraviesa Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en Ia que se dispone una cuarta junta (43) esférica, y porque los medios de recogida del fluido calorífero de los tubos colectores (11) comprenden por cada uno de los sub-haces (25') un embudo recolector (33) conectado por su extremo mayor al extremo de salida de los tubos colectores (11) y por su extremo menor a un conducto de salida (34) que atraviesa Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100) a través de una fogonadura realizada en dicha pared trasera (7) en Ia que se dispone una tercera junta (35) esférica.
17. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, y 16, caracterizado porque
Ia cubierta transparente (2) que cierra Ia abertura superficial de Ia pared frontal (4) comprende una pluralidad de bovedillas transparentes (46) dispuestas cada una de ellas cubriendo cada uno de los sub-haces (25') de los tubos colectores (11), de tal manera que las cubiertas de vidrio de cada sub- haz sean las bovedillas longitudinales de vidrio, a Io largo del sentido vertical del colector, estando encastradas en las paredes del cajón, tanto frontal como trasera, rematando en sus extremos de arriba y abajo por los encastres en las paredes superior e inferior; pudiendo usarse esta morfología de cubierta transparente en bovedillas tanto en el caso de emplear tanques de fluido encastrados en Ia pared posterior, (15) y (19), como conductos, (42) y (34), embebidos en juntas esféricas en dicha pared.
18. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque - el interior del cajón hermético (100) se rellena con un gas inerte seleccionado entre nitrógeno y anhídrido carbónico, y porque la presión del interior del cajón hermético (100) se mantiene substancialmente igual a Ia presión atmosférica mediante un circuito de regulación de presión que comprende un tubo de extracción de gas (49) que tiene - una primera válvula de cierre (50) y una primera válvula de regulación de paso (51) del gas activada mecánica o electromecánicamente por Ia diferencia de presiones existente entre el interior del cajón hermético (100) y Ia atmosférica, - un primer depósito de gas (52) que almacena el gas inerte extraído del cajón hermético (100) cuando es necesario para Ia regulación de Ia presión, y que está a presión menor que Ia atmosférica, estando conectado a un compresor (53) que toma ei gas del primer depósito de gas (52) y Io inyecta en - un segundo depósito de gas (54) que está a presión mayor que Ia atmosférica, y que inyecta gas inerte en el cajón hermético (100) cuando es necesario para Ia regulación de Ia presión, a través de un tubo de descarga de gas (55) en el cajón hermético (100), que tiene - una segunda válvula de regulación de paso (56) del gas activada mecánica o electromecánicamente por Ia diferencia de presiones existente entre el interior del cajón hermético (100) y Ia atmosférica, y una segunda válvula de cierre (57) estando el primer depósito de gas (52) reforzado para soportar diferencias de presión igual a Ia presión atmosférica, y el segundo depósito de gas (54) reforzado para soportar presiones al menos cinco veces Ia presión atmosférica.
19. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 16, caracterizado porque
Ia tercera junta (35) y Ia cuarta junta (43) esféricas dispuestas en Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100) se materializan a partir de una esfera realizada en materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones del 0,1% en el conducto de salida (34) y en el conducto de aportación (42), realizándose en dicha esfera un taladro cilindrico - cuyo eje coincide con un diámetro de Ia esfera, y cuyo radio es igual al radio exterior del conducto (34,42).
20. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 16, caracterizado porque - Ia tercera junta (35) y Ia cuarta junta (43) esféricas dispuestas en Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100) se materializan a partir de una primera parte semiesférica (47) y una segunda parte semiesférica (48) complementaria a Ia primera parte semiesférica (47) realizadas en materiales aislantes térmicos y elásticos que absorben deformaciones del 0,1% en el conducto de salida (34) y en el conducto de aportación (42), que se montan alrededor de los conductos (34,43) y quedan fijadas por Ia presión ejercida por Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100).
21. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una cubierta transparente adicional (65) fijada en paralelo a Ia cubierta transparente (2), encastrada en Ia pared frontal (4) del cajón hermético (100) mediante una junta de cierre a presión adicional (66) existiendo entre ambas un huelgo intermedio (64) de menor espesor que las cubiertas transparentes (2,65) conectado con el exterior por medio de una pluralidad de orificios (67) realizados en Ia parte inferior de Ia pared frontal (4) del cajón hermético (100), que comprenden un primer filtro (68) en uno de los extremos de cada uno de los orificios (67) y un segundo filtro (69) en el otro extremo, presentando ambos filtros (68,69) un tamiz de paso menor de un milímetro.
22. Colector de energía solar térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una pluralidad de primeras aletas (58) soldadas oblicuamente en el interior de Ia pared frontal (4) del cajón hermético (100), situadas por encima de
Ia cubierta transparente (2), formando un ángulo agudo con dicha pared frontal
(4) y orientadas hacia Ia pared inferior (6) de dicho cajón hermético (100), una pluralidad de segundas aletas (60) soldadas oblicuamente en el interior de Ia pared frontal (4) del cajón hermético (100), situadas por debajo de Ia cubierta transparente (2), formando un ángulo agudo con dicha pared frontal
(4) y orientadas hacia Ia pared inferior (6) de dicho. cajón hermético (100), y una pluralidad de terceras aletas (59) soldadas oblicuamente a Io largo del interior de Ia pared trasera (7) del cajón hermético (100), formando un ángulo agudo con dicha pared trasera (7) y orientadas hacia Ia pared superior (6) de dicho cajón hermético (100), estando las aletas (58,59,60) hechas de material aislante y recubiertas con un recubrimiento de alta reflectividad a Ia radiación, seleccionado entre pintura y adhesivo, y teniendo dichas terceras aletas (59) una longitud tal que en su dilatación a temperatura de funcionamiento nominal del colector, su extremo libre queda a una distancia de Ia superficie trasera de los conductos colectores que esté entre medio milímetro y un milímetro.
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