COLECTOR SOLAR CON DISIPADOR TERMICO La presente invención se refiere a un colector solar térmico con disipador térmico, de los del tipo que comprenden al menos un tubo superior y un tubo inferior para el fluido caloportador; un absorbedor constituido por múltiples tubos verticales paralelos, que conectan dicho tubo inferior con dicho tubo superior; y un dispositivo disipador de calor, dotado de un intercambiador de calor y conectado a dicho tubo superior mediante al menos una válvula termostática de derivación hacia dicho dispositivo disipador de calor para evitar sobrecalentamientos. El colector solar térmico con disipador térmico de la presente invención garantiza una protección contra el sobrecalentamiento del fluido térmico en el disipador, una buena integración funcional con el resto de la instalación y minimiza cualquier riesgo de conexionado incorrecto en el momento de la instalación y de daño físico a usuarios e instaladores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos los colectores solares térmicos, que comprenden al menos un conducto para fluido caloportador, un circuito de disipación de calor conectado al conducto para fluido caloportador mediante una válvula de derivación, de tres o de cuatro vías, hacia el circuito de disipación de calor, según el preámbulo de la reivindicación independiente .

Mediante esta disposición, es posible evitar sobrecalentamientos causados por una excesiva irradiación en el colector o bien por una falta de sincronización entre la demanda de calor y la producción, muy especialmente en los meses calientes, evitando al mismo tiempo la presencia de bombas de circulación de calor y todo tipo de dispositivos eléctricos.

En los documentos US4473063, EP1666811, ES2272174 y WO09/063117 se describen sendos colectores solares térmicos de este tipo.

Aún siendo funcionalmente correctos, los colectores descritos en los anteriores documentos no son del todo óptimos pues presentan algunos de los siguientes inconvenientes:

- En nrimer luaar cuando el disinador ocuna una nosición sunerior nue nuede suponer sombras para los colectores que eventualmente se podrían colocar detrás. Esto resulta en una necesidad de más superficie de colocación o bien en la proyección de sombras sobre los colectores posteriores. Además, esta la disposición elevada hace especialmente visibles a estos circuitos de disipación con el impacto visual negativo resultante.

- En segundo lugar, la conexión de estos disipadores al conducto de captación de calor puede no resultar evidente para el instalador, el cual o bien lo acaba colocando incorrectamente o bien le supone un tiempo de instalación mayor, con los costes que ello implica. Además, la estética final del conjunto es especialmente aparatosa porqué a todos los sistemas que habitualmente conllevan los colectores solares térmicos se añade ahora el circuito de disipación.

- En tercer lugar, la necesidad de realizar la conexión con el colector implica la presencia de elementos añadidos en las conexiones externas del colector, con lo cual cada vez que se prevé intercalar un circuito de disipación de calor, se debe prever una distancia entre colectores adyacentes distinta, con los problemas de planificación y el impacto estético que ello conlleva.

- En cuarto lugar, cuando la válvula termostática se instala exteriormente al colector, siempre está más fría que el fluido del propio colector y su reacción tardía suele no evitar el sobrecalentamiento del sistema.

La finalidad de la presente invención es proporcionar una solución simultánea a los mencionados inconvenientes del estado de la técnica.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN A tal finalidad, el objeto de la presente invención es un colector solar térmico con disipador térmico del tipo indicado al inicio, de nuevo concepto y funcionalidad, que en su esencia se caracteriza porque el tubo superior para fluido caloportador, el dispositivo disipador de calor y la válvula termostática de derivación, están inscritos en un mismo marco, estando dicho tubo horizontal superior y dicho dispositivo disipador de calor dispuestos adyacentes.

Esta estructura resuelve los tres primeros mencionados inconvenientes de la técnica, puesto que:

- al quedar integrados los elementos citados en el mismo marco, se puede prever en el diseño de la instalación como será el conjunto final. La longitud del panel se podrá hacer mayor para alojar el nuevo circuito, o bien se podrá mantener con la longitud estándar, aunque disminuyendo la superficie de captación. En este caso, las ventajas de la invención, como se verá, compensan con exceso la reducción de generación absoluta de calor.

- el conexionado se realiza en fábrica en condiciones controladas, por lo que ya no se deja a la casualidad de la instalación la calidad del montaje final. En especial, el instalador debe seguir realizando las conexiones que siempre había realizado, anulando la posibilidad de equivocarse al montar el circuito de disipación.

- el impacto visual consecuente de añadir un componente, en este caso el cir- cuito de disipación, queda anulado.

- cuando la válvula termostática se integra dentro del marco o caja no existe distancia entre la válvula y la fuente de calor del colector, por lo que el conjunto es de la máxima fiabilidad. Concretamente, en los disipadores del estado de la técnica mencionados, la válvula esta fuera del marco, y por lo tanto necesariamente a una cierta distancia del propio conducto de captación de calor, que es el que está más caliente. Esta distancia implica un tramo de tubería que implica gradientes de temperatura, de modo que la válvula no capta la temperatura del fluido más caliente sino una temperatura menor y variable según las condiciones de trabajo, la longitud de dicho tramo, la presencia o no de aislamiento, etc, que suelen implicar la colocación de un tubo de recirculación o "chivato". Por lo tanto, este inconveniente se elimina, no siendo necesaria la presencia de dicho "chivato".

Para resolver el cuarto inconveniente, preferiblemente:

- la válvula termostática y el intercambiador de calor están conectados mediante un sifón, en particular un sifón invertido, y existe un tubo de retorno que conecta dicho tubo superior con dicho tubo inferior;

- el colector puede comprender un manguito aislante para interrumpir la transferencia de calor por conducción entre el intercambiador de calor y el tubo superior;

- la válvula termostática es de cuatro vías y está tarada para abrir el paso del fluido caloportador hacia el intercambiador de calor cuando la temperatura del fluido caloportador alcanza un valor mínimo predeterminado, estando una de las vías conectada al extremo superior de un tubo vertical; y

- entre la salida del dispositivo disipador de calor y el tubo superior, el colector solar térmico comprende un sifón térmico.

De este modo, gracias al tarado de la válvula y la presencia de los sifones, du- rante el funcionamiento normal del colector, se evitan todas las pérdidas de energía debidas a la transferencia térmica por convección desde la válvula termostática al intercambiador de calor. Además, la presencia del tubo de retorno impide el fenómenos de la estratificación térmica.

El colector solar térmico puede comprender también un purgador de aire en el punto más elevado del dispositivo disipador de calor.

En un modo de realización, el dispositivo disipador de calor y la válvula termostática de derivación están alojados en un cajeado, separado del resto del colector solar por medio de una pared divisoria. Dicho cajeado puede tener unos orificios de ventilación.

Del marco sobresalen las conexiones de entrada y salida del fluido caloporta- dor destinadas a ser conectadas a colectores adyacentes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación se hará la descripción detallada de las formas de realización preferidas del colector solar térmico de la presente invención, para cuya mejor comprensión se acompaña de unos dibujos, dados meramente a título de ejemplo no limitativo, en los cuales: la Fig. 1 es un alzado frontal de una primera realización de un colector solar térmico con disipador térmico según la invención;

la Fig. 2 es un alzado parcial de la realización del colector solar térmico;

la Fig. 3 es una vista en perspectiva desde arriba de un colector solar térmico según la invención;

la Fig. 4 es una vista parcial aumentada, indicada mediante un círculo en la Fig. 3, del colector solar térmico según la invención;

la Fig. 5 es una vista en alzado lateral de una realización de un colector solar térmico con disipador térmico según la invención;

la Fig. 6 es una vista en alzado desde atrás de una realización de un colector solar térmico con disipador térmico según la invención;

la Fig. 7 es un alzado frontal de una segunda realización, alternativa a la de la Fig. 1 , de un colector solar térmico con disipador térmico según la invención;

la Fig. 8 es una vista en perspectiva desde arriba de un conjunto de colectores solares térmicos según la invención, para una región climática con fuerte radiación solar;

la Fig. 9 es una vista en perspectiva desde arriba de un conjunto de colectores solares térmicos según la invención, para una región climática con radiación solar media; y

la Fig. 10 es una vista en perspectiva desde arriba de un conjunto de colectores solares térmicos según la invención, para una región climática con débil radiación solar.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

En los dibujos adjuntos se muestran dos realizaciones preferidas del colector solar térmico de la presente invención, el cual se designa con el número de referencia 1.

En general, el colector solar térmico 1 de la invención comprende un tubo superior 5 y un tubo inferior 13 para fluido caloportador, que conectan una pluralidad de tubos verticales paralelos 12, que pueden ser de cualquier tipo conocido, incluidos tubos de vacío, y que constituyen el absorbedor 18 usual en este tipo de dispositivos. El colector solar térmico 1 comprende un dispositivo disipador de calor 2 dotado de un intercambiador de calor 3, conectado a dicho tubo superior 5 mediante al menos una válvula termostática 15 de derivación, hacia dicho dispositivo disipador de calor 2, de modo que es posible, cuando el fluido caloportador alcanza una temperatura umbral, evitar sobrecalentamientos, por evacuación de calor mediante dicho dispositivo disipador de calor 2.

Según la invención, el citado tubo superior 5 para fluido caloportador, el dispositivo disipador de calor 2 y la válvula termostática 15 de derivación, están inscritos en un mismo marco 14, estando dicho tubo horizontal superior 5 y dicho dispositivo disipador de calor 2 dispuestos adyacentes. Preferentemente, el marco 14 aloja también el absorbedor 8 con todos sus tubos verticales paralelos 2, tal como es de ver parti- cularmente en las Figs. 1 y 7.

El colector solar térmico 1 comprende un tubo de retorno 4, que conecta dicho tubo superior 5 con dicho tubo inferior 13.

En la Fig. 1 se muestra una primera forma de realización del colector solar térmico 1 de la invención, en el que el marco 14 se muestra mediante líneas disconti- nuas. En este caso, opcionalmente, puede haber un sifón (no mostrado en la Fig. 1), instalado en entre el tubo de retorno 4 y el tubo inferior 13

En la Fig. 1 puede apreciarse que la válvula termostática 15 y el intercambiador de calor 3 están conectados por medio de un sifón invertido 8, provisto a mayor altura que la entrada al intercambiador de calor 3.

La válvula termostática 15 es preferiblemente una válvula de cuatro vías y está térmicamente aislada en su parte superior para evitar las pequeñas pérdidas de calor que se producen en condiciones normales de funcionamiento. Una de estas vías está conectada al extremo superior de uno de los tubos verticales paralelos 12 del colector solar térmico 1 , estando otras dos vías conectadas al tubo superior 5 y la última al intercambiador de calor 3 a través del sifón invertido 8.

Gracias a esta constitución y características técnicas, cuando el fluido calopor- tador alcanza una temperatura en el interior del colector solar térmico 1 superior a un valor mínimo determinado, por ejemplo 90°, un elemento sensor (no mostrado) de la válvula termostática 15 detecta esta temperatura de un modo muy fiable, puesto que tres de los puertos de la válvula termostática 15 están conectados al tubo superior 5 y al extremo superior de uno de los tubos verticales paralelos 12 del colector solar térmico 1 , que es donde se alcanza la temperatura más elevada en el conjunto del colector solar térmico 1. De esta manera, la válvula termostática 15 abre la vía supe- rior y permite el flujo del fluido caloportador hacia el intercambiador de calor 3, a través del sifón invertido 8.

Una vez que el fluido caloportador ha atravesado el tntercambiador de calor 3, disminuyendo su temperatura, fluye hacia el tubo inferior 13, y remontará por los tubos verticales paralelos 12 del colector solar térmico 1 hasta alcanzar de nuevo el tubo superior 5, desde donde continúa hacia la válvula termostática 15 y al intercambiador de calor 3, y así sucesivamente.

De este modo se establece un equilibrio inestable del sistema, toda vez que la parte del fluido caloportador más fría, y por lo tanto más densa, se encuentra en el intercambiador de calor 3, en tanto que la parte más caliente y menos densa, se en- cuentra en el interior del resto de tubos 5, 12, 13 que determinan el absorbedor 18 del colector solar térmico 1.

Este dispositivo disipador de calor 2 está preferiblemente alojado en un cajeado 10, removible o no, separado del resto del colector solar térmico 1 por medio de una pared divisoria 11, que forma parte integrante del marco 14. Este cajeado 10 puede tener unos orificios de ventilación 17, practicados en dos de sus caras (Figs. 3, 4, y 6). En las Figs. 3 y 4 se han omitido ciertos elementos para mejorar la inteligibilidad, y para representar parte del marco 14 y el cajeado 10 se han utilizado líneas discontinuas.

Para realizar la eliminación de aire y otros gases del dispositivo disipador 2 se ha provisto un purgador 9, que puede ser manual o automático, instalado en el punto más elevado del dispositivo disipador de calor 2.

En la Fig. 7 se muestra una segunda realización de la invención, en la que el tubo de retorno 4 está conectado al tubo superior 5.

A diferencia de en la primera realización, en esta segunda realización, el fluido caloportador, una vez atraviesa el intercambiador de calor 3, en donde su temperatura desciende de manera importante, regresa al tubo superior 5. El tubo de retorno 4 comprende una porción 6, provista por debajo del tubo superior 5, al cual se conecta por medio de un sifón 21 , y de un manguito aislante 7. Así, en condiciones de funcio- namiento normal, se interrumpe la transferencia de calor convección entre el tubo superior 5 y el intercambiador de calor 3, respectivamente por convección y conducción.

A fin de facilitar el circuito del fluido caloportador a través de la válvula ter- mostática 15, el intercambiador de calor 3, el tubo superior 5, el resto del absorbedor 18, y de nuevo hacia la válvula termostática 15, se puede proveer al colector solar térmico 1 de una cierta inclinación lateral con respecto a la horizontal, en dirección hacia la válvula termostática 15, preferiblemente de por lo menos un grado.

La Fig. 5 muestra un alzado lateral del colector solar térmico 1 en la que puede apreciarse una máxima y óptima integración visual del dispositivo disipador de calor 2 en el conjunto del colector solar térmico 1.

Adicionalmente, debido a disponer el intercambiador de calor 3 en el interior del cajeado 10, las delgadas capas de aluminio de dicho intercambiador de calor 3 obtienen una protección frente a las malas condiciones atmosféricas, tales como granizo, nieve, etc. Otra ventaja de dicho alojamiento 10 consiste en que los usuarios e instaladores quedan protegidos contra quemaduras y otras posibles heridas.

En la Fig. 2 puede verse una porción opaca 16 de la superficie de vidrio del colector solar térmico 1 , que coincide con la posición de la válvula termostática 15, ayudando a impedir el calentamiento de la válvula termostática 15 por la acción de los rayos solares. Tal porción opaca 16 puede consistir, por ejemplo, en un adhesivo, un tratamiento químico realizado a la superficie de vidrio o cualquier otro medio equivalente. Gracias a estas características, se simplifica el montaje, permitiendo la manipulación segura por parte del instalador de la válvula termostática 15, exenta de riesgo de quemaduras.

Como apreciará un experto en la técnica, a consecuencia del especial diseño del colector solar térmico 1 de la invención, el transporte, la manipulación, la instalación y el mantenimiento quedan notablemente simplificados, con las consiguientes ventajas desde el punto de vista económico. Además, el instalador podrá optar, dependiendo de las necesidades, entre instalar un único colector solar térmico 1 o co- néctar varias unidades entre sí formando una batería, o campo, de colectores de un modo en sí conocido. Si se monta una batería de colectores, dependientemente de la región climática (según sea la radiación solar fuerte o débil) y la potencia térmica del propio dispositivo disipador 2, los colectores solares térmicos 1 de la invención pueden combinarse con los dispositivos disipadores 2 según una amplia gama de posibi- lidades. Si la instalación de energía solar está en una región climática de pobre radiación solar, los colectores 1 de la invención serán capaces de controlar la disipación de calor por si solos sin necesidad de los disipadores 2. De este modo, la instalación de energía solar puede simplificarse notablemente, con las consiguientes ventajas de tipo económico.

En las Figs. 8, 9 y 10 se muestran sendas vistas en perspectiva desde arriba de conjuntos de colectores solares térmicos 1 según la invención, para una región climática con radiación solar fuerte, media y débil, respectivamente.

Por último, en los dibujos puede verse que del marco 14 sobresalen conexiones de entrada y salida 14a, 14b del fluido caloportador destinadas a ser conectadas a colectores solares térmicos 1 adyacentes.

Los detalles, formas, tamaños y materiales y otros elementos accesorios de los colectores solares térmicos 1 de la invención pueden ser substituidos con respecto a los aquí ilustrados, por otros técnicamente equivalentes sin salirse del ámbito de protección de la presente invención, definido en las reivindicaciones que siguen.