BRPI0611137A2 - coletor solar que tem um armazenador de calor integrado - Google Patents

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Abstract

A presente invenção se relaciona a um coletor solar que tem um coletor de armazenamento integrado (ICS), o qual se encontra entre um espelho evolvente e uma placa de tampa transparente, um tanque de armazenamento para o armazenamento da água e no qual o tanque de armazenamento é fornecido com uma aleta absorvedora de luz. Na extremidade inferior próxima da circunferência do tanque de armazenamento o (ICS) de acordo com a invenção é fornecido com um sistema de aleta que compreende uma aleta absorvedora de luz que tem um comprimento na direção longitudinal do tanque de armazenamento de pelo menos de 10 cm, e o sistema dealeta é projetado de modo que a extremidade inferior do (ICS) esteja protegida em uma grande extensão, em conseqúência disto às perdas por radiação e por convecção do ar são restritas. Desse modo, o sistema de aleta tem dupla função.

Description

COLETOR SOLAR QUE TEM UM ARMAZENADOR DE CALORINTEGRADO
A presente invenção se relaciona a um coletor solarque tem um armazenador de calor integrado, no qual o ditocoletor solar compreende uma carcaça que possui uma placainferior e uma placa de tampa transparente, onde na carcaçaentre um espelho evolvente e a placa de tampa transparente,um tanque de armazenamento para o armazenamento da água éfornecido e o tanque de armazenamento é fornecido com umaaleta absorvente de radiação luminosa.
Um coletor solar deste tipo, também indicado como ICS(coletor de armazenamento integrado), é conhecido na arte,por exemplo, do pedido de patente EP 0743495. Um coletorsolar deste tipo compreende uma carcaça que tem uma formaalongada na qual um tanque de armazenamento alongado élocalizado. Este tanque de armazenamento é planejado paraabsorver o calor solar. Para aumentar o rendimento, umespelho evolvente é posicionado frontalmente com a placa detampa transparente é arranjado sob o tanque dearmazenamento, permitindo que o tanque de armazenamentocolete e absorva também a radiação da luz do fundo. Oscoletores conhecidos também uma aleta que se estende sobreo comprimento do tanque de armazenamento nos revestimentoslaterais do espelho e de ambas as extremidades paraaumentar o rendimento. Com um coletor solar deste tipo, aágua no tanque de armazenamento pode ser aquecida e podeentão ser usada para várias finalidades, normalmente parafinalidades domésticas. Particularmente, pode ser usadapara encher banheiras, para tomar banho, lavar pratos eassim por diante. Na prática, as aletas nas extremidadesmais afastadas do tanque de armazenamento ICS de acordo como pedido de patente EP 0743495 tem um comprimento de 6 cm.
A altura da aleta se estende longitudinalmente sobre otanque de armazenamento e se faceia com o espelho evolventepor 5 cm. A finalidade das aletas era aumentar o rendimentotérmico. Na prática, entretanto, as medidassurpreendentemente mostraram que as aletas conduzem asperdas de calor.
Um tanque de armazenamento ICS tem que poder suportaraltas pressões que podem ocorrer devido às variáveispressões da fonte de água. Conseqüentemente, um tanque dearmazenamento deste tipo tem preferivelmente uma forma maismenos alongada. Entretanto, tendo em vista que a área queabsorve luz do ICS, que é formada pela área de projeção dotanque e do espelho evolvente, aumenta linearmente com odiâmetro do tanque de armazenamento enquanto o volume dotanque de armazenamento aumenta em área com o diâmetro, naprática um tanque de armazenamento altamente alongado éusado.
Desta forma, o objetivo da presente invenção éaumentar o rendimento térmico de um coletor solar que temum coletor de armazenamento integrado (ICS). Um objetoadicional é fornecer um ICS em que a relação Rdi entre odiâmetro e o comprimento possa ser maior do que aquela deum ICS de acordo com o modelo da arte anterior, contudotendo um rendimento térmico similar.
Conseqüentemente, o coletor solar de acordo com ainvenção é dotado de um tanque de armazenamento que possuiuma extremidade inferior e uma extremidade superior, aextremidade inferior próxima da circunferência do tanque dearmazenamento é fornecida com um sistema de aleta equipadopara transferência do calor no tanque de armazenamento,onde o sistema de aleta compreende uma aleta absorvedora deluz que tem um componente longitudinal na direçãolongitudinal do tanque de armazenamento de pelo menos 10cm, e o sistema de aleta é projetado de modo que quando osistema de aleta é projetado de um ponto na extremidadeinferior do tanque de armazenamento localizado na linhacentral através do tanque de armazenamento em uma unidadeesférica virtual localizada na parte externa do sistema dealeta que tem esse ponto como um centro, a área projetada(quando protegida pelo sistema de aleta) cobre pelo menos25% da área da unidade esférica virtual.
Assim, se consegue que a radiação emitida pelaextremidade inferior do tanque de armazenamento ou aradiação emitida pelo sistema de aleta, opcionalmente após(opcionalmente difusão) adicionalmente uma reflexão contrao interior do sistema de aleta, tem uma possibilidade maiorde ser refletido contra a extremidade inferior do tanque dearmazenamento pelo sistema de aleta. A radiação de caloremitida pode também ser re-absorvida pelo sistema de aleta,que contribuirá também para redução de perdas da energia decalor do ICS. A área da aleta, que é maior porque seucomprimento é maior na direção longitudinal do tanque dearmazenamento, mas opcionalmente também maior por causa dapossibilidade de usar um tanque de armazenamento com umraio maior, fornece uma absorção maior da energia da luz,visto que o sistema de aleta funciona também quando umprotetor de radiação impede que a radiação de calor escapedo ICS. A expressão "25% da área de uma unidade esféricavirtual" indica que quando as linhas forem desenhadas emtodas as direções do ponto na extremidade inferior dotanque de armazenamento, cujo ponto posicionado na linhacentral através do tanque de armazenamento, 25% daquelaslinhas cruzariam o sistema de aleta. O sistema de aleta é,por exemplo, na forma cilíndrica. Estritamente falando, otermo "evolvente" indica uma curva matematicamenteprecisamente definida, mas dentro do escopo da presenteinvenção inclui qualquer forma que jogar a luz no tanque dearmazenamento e preferivelmente em uma forma côncava, maispreferivelmente uma forma que concentre a luz. Uma formamatematicamente evolvente é mais preferida.
O comprimento da aleta absorvedora de luz na direçãolongitudinal do tanque de armazenamento é preferivelmentepelo menos 15 cm, e mais preferivelmente pelo menos 20 cm.
Isto torna possível absorver mais luz e ampliar arelação Rdi entre o diâmetro e o comprimento do tanque dearmazenamento de 0,15 (prática da EP 0743495) sobre 0,20,mais preferivelmente 0,25 ou maior. Uma vantagem indiretadisso é um tanque de armazenamento mais forte (mais capazde suportar altas pressões) e, se desejado, este pode serprojetado para pesar menos é ser igualmente forte, nestecaso uma economia de custo é obtida.
De acordo com uma modalidade importante o sistema dealeta é projetado para se prolongar do tanque dearmazenamento.
Deste modo uma proteção mais eficaz da extremidadeinferior do tanque de armazenamento é obtida o que limitaas perdas de calor. As perdas devido à convecção (do ar)serão também limitadas. Por último, é preferido que osistema de aleta compreenda uma aleta que é posicionadaacima da linha central do tanque e que se estendapreferivelmente do lado superior do tanque e da extremidadeinferior deste abaixo da linha central. Deste modo, o araquecido sobe pela extremidade inferior do tanque éinterrompido e a condução do calor é atrapalhada. Umamodalidade preferida é aquela em que a aleta do sistema dealeta no lado da placa de tampa transparente forma umângulo com a linha central que é mais obtuso do que aqueledo lado do espelho evolvente.
Vantajosamente, o projeto do espelho evolvente podeser relativamente simples sem conduzir à perda da perda daluz e conseqüente do rendimento. Nesta modalidade também épossível que no lado do espelho evolvente na parte menor dosistema de aleta corre paralelamente à linha central dotanque de armazenamento.
Uma modalidade muito interessante é definida pelofato de que o sistema de aleta inclui uma tubulação quetransporta calor que conecta a aleta absorvedora de luz aotanque de armazenamento.
De acordo com uma modalidade muito favorável esta éuma tubulação que tem duas extremidades em que ambas seabrem no tanque de armazenamento enquanto a tubulaçãoestiver em contato transferindo calor com a aletaabsorvedora de luz. A primeira extremidade da tubulação éposicionada mais baixo do que a segunda extremidade. Porcausa disto, quando a aleta absorvedora de luz aquece aágua na tubulação, um fluxo é gerado na tubulação por meiodo qual a água de uma parte mais inferior do tanque dearmazenamento é aquecida na tubulação e termina no tanquede armazenamento através da segunda extremidade datubulação. Graças a esta modalidade eficiente a relação Rdientre o diâmetro e o comprimento do tanque de armazenamentopode ser aumentada significativamente, por exemplo, de 0,15(prática da EP0743495) a 0,30 ou maior, por exemplo, 0,35ou mais alta preferivelmente 0,50 ou mais alta. A ausênciada radiação solar interromperá este fluxo, limitando asperdas de calor. Qualquer as perdas de calor também sãolimitadas pelo sistema de aleta de acordo com a invençãoquando o tubo que transporta calor, por exemplo, atubulação, posicionada dentro do sistema de aleta.
De acordo com uma modalidade alternativa o tubo quetransporta calor é um tubo de calor.
Usar este calor do tubo de calor também pode sertransportado do sistema de aleta ao tanque de armazenamentoeficientemente, tendo as mesmas vantagens com respeito àmodalidade que tem uma tubulação, como discutida antes.
De acordo com uma modalidade preferida pelo menos30%, e mais preferivelmente pelo menos 35% da área virtualde uma unidade esférica tendo o ponto como seu centro, écoberto pelo sistema de aleta.
Assim, a perda da energia através da extremidadeinferior do tanque de armazenamento pode ser impedida deuma maneira melhor.
A presente invenção agora elucidada com referênciaaos desenhos, nos quais:
A figura 1 representa uma vista superior de umcoletor solar de acordo com a invenção;
A figura 2 representa uma seção transversal atravésdo coletor solar da figura 1 ao longo da linha II-II;
A figura 3 representa uma seção transversal atravésdo coletor solar da figura 1 ao longo da linha III-III;
A figura 4 representa uma vista esquemática de umtanque de armazenamento do coletor solar de acordo com afigura fornecido com um sistema de aleta;
As figuras de 5 a 7 representam as seçõestransversais de acordo com a figura 3 das variações dasmodalidades do coletor solar de acordo com a invenção.
A figura 1 mostra uma vista superior de um coletorsolar 1 de acordo com a invenção. O coletor solar 1compreende uma carcaça 2 que compreende uma placa de tampatransparente 3, que é apropriadamente fabricado de plásticoPerspex®, e uma placa inferior 4 (fig. 2 e 3) . Dentro dacarcaça 2, um tanque de armazenamento 5 é localizado.
Durante a operação, este tanque de armazenamento 5 éaquecido diretamente pela radiação solar e para absorvereficientemente isto, é fornecido com uma camada absorvente(não mostrada), que é conhecida aqui. A camada absorventeé, por exemplo, um revestimento seletivo espectral queradia pouco calor. Um revestimento deste tipo é conhecidoda patente DE4433863. Para aumentar o rendimento térmico, ocoletor solar 1 compreende também um espelho 6,preferivelmente um espelho evolvente 6. Este concentra aluz e a reflete no tanque de armazenamento 5, incluindo nofundo deste.
Na prática, o coletor solar 1 será posicionado demodo que o tanque de armazenamento 5 esteja em uma posiçãoinclinada. No caso onde o coletor solar 1 é posicionado nosimilar, fornecer-se-á com os sete pés (fig. 3). É tambémpossível posicionar o coletor solar 1 com uma extremidadeem elevação, tal como uma pequena parede. 0 coletor solar 1pode também ser posicionado no telhado inclinado de umacasa.
Ao posicionar o coletor solar 1 de acordo com ainvenção de modo que o tanque de armazenamento 5 está emuma posição inclinada, um rendimento maior também pode serobtido. Não somente por causa de uma melhor absorção daradiação solar (nas áreas fora dos trópicos), mas tambémmais eficientemente usando a formação das camadas de águaquente na superfície da água que está mais menos quente, notanque de armazenamento 5.
Para alimentar o tanque de armazenamento 5 com água epara descarregá-la outra vez, uma tubulação de alimentação15 e uma tubulação de descarga 16 são fornecidas. Queiraobservar que a boca da tubulação de descarga 16 posicionadamais alta do que a boca da tubulação de alimentação 15, emconseqüência à água relativamente quente será drenada pelatubulação de descarga 16 por causa da formação das camadas.
De acordo com a presente invenção, o tanque dearmazenamento 5 é fornecido em uma primeira extremidade 8com um sistema de aleta 9 que compreende uma aletaabsorvedora de luz 17 que é projetada para transferir calorao tanque de armazenamento 5. Devido, o coletor solar 1 naprática ser montado geralmente em uma posição inclinadapara aumentar o rendimento, esta primeira extremidade 8será então a extremidade inferior. A aleta 17 do sistema dealeta 9 tem um comprimento, medido na direção longitudinaldo tanque de armazenamento 5, pelo menos de 10 cm, maspreferivelmente a aleta 17 é mais longa. A aleta 17 dosistema de aleta 9 protege a extremidade inferior do tanquede armazenamento de radiação 5. Assim, as perdas de calorpela radiação da extremidade inferior do tanque dearmazenamento 5 são restritas, visto que o rendimentotérmico é aumentado. Desta maneira a aleta 17 do sistema dealeta 9 tem duas funções em aumentar o rendimento térmicodo coletor solar 1 de acordo com a invenção.
A figura 4 mostra que a linha central através dotanque de armazenamento 5 e a primeira extremidade 8 deste,define um ponto C qual é o centro de uma esfera virtual Bposicionada fora do sistema de aleta 9. Quando o sistema dealeta 9 é projetado na esfera virtual B do ponto definido,pelo menos 25% da área da esfera virtual B é coberta.
Devido, a radiação de calor transmitida pela primeiraextremidade 8 do tanque de armazenamento 5 ser maisprovavelmente transmitida na direção do sistema de aleta 9,há uma possibilidade de que esta radiação será absorvidapelo sistema de aleta 9 e assim transportada de volta parao tanque de armazenamento 5. É também possível que aradiação de calor seja refletida ao tanque de armazenamento5 pela difusão das reflexões (dispersão da luz). Quando osistema de aleta 9 tem uma forma cônica (figs. 5 a 7), étambém possível que a radiação de calor seja refletida devolta para a primeira extremidade 8 do tanque dearmazenamento 5 por meio de não difusão da reflexão.
Fazendo apologia a engenharia mecânica e aos desenhistastécnicos, a linha da vista na extremidade da primeiraextremidade 8 do sistema de aleta 9 foi deixada para forapara tornar claro que os sistemas de aleta 9 como descritosaqui, são abertos nessa extremidade mesmo que, de acordocom a invenção, possam estar fechados, se assim desejado.
De acordo com a invenção o sistema de aleta 9 podeter um sistema de transferência de calor 10 para aumentar orendimento térmico. De acordo com uma modalidade (fig. 6)que pode ser realizada muito facilmente, esta inclui umatubulação 11 que tem uma primeira extremidade da tubulação12 e uma segunda extremidade da tubulação 13. Nestamodalidade é importante que a segunda extremidade datubulação 13 é posicionada mais alta do que a primeiraextremidade da tubulação 12. Quando a aleta 17 do sistemade aleta 9 é aquecida, a água na tubulação 11 será aquecidae, através da segunda extremidade da tubulação 13,terminará no tanque de armazenamento 5 por convecção. Aágua que está relativamente mais fria é alimentada natubulação 11 através da primeira extremidade da tubulação12. No caso da radiação de calor ser insuficiente nosistema de aleta 9, esta convecção da água através datubulação 11 irá parar e as perdas de calor serão evitadas.
Graças ao sistema de aleta 9, a radiação de calor datubulação 11 não levará necessariamente às perdas de calor.
Em vez de uma tubulação 11 conectada ao tanque dearmazenamento 5 através da qual a água flui do tanque dearmazenamento 5, um tubo de calor 14 (fig. 7) também podeser usado, o qual tem a mesma função e vantagens comodescritas para a tubulação 11.

Claims (7)

1. Coletor solar que tem um armazenador de calorintegrado (5), no qual o dito coletor solar (1) compreendeuma carcaça (2) que compreende uma placa inferior (4) e umaplaca de tampa transparente (3), onde na carcaça (2) entreum espelho evolvente (6) e a placa de tampa transparente (3)um tanque de armazenamento (5) para o armazenamento da águaé fornecido e o tanque de armazenamento (5) é fornecido comuma aleta absorvente da radiação luminosa (17),CARACTERIZADO pelo fato de que o tanque de armazenamento temuma extremidade inferior (8) e uma extremidade superior, aextremidade inferior (8) próxima da circunferência do tanquede armazenamento (5) é fornecida com um sistema de aleta (9)projetado para a transferência do calor no tanque dearmazenamento (5), onde o sistema de aleta compreende umaaleta absorvedora de luz (17) que tem um componentelongitudinal na direção longitudinal do tanque dearmazenamento (5) pelo menos 10 cm, e o sistema de aleta (9)é projetado de modo que quando o sistema de aleta (9) éprojetado de um ponto (C) na extremidade inferior (8) dotanque de armazenamento (5) posicionada na linha centralatravés do tanque de armazenamento (5) em uma unidadeesférica virtual (B) posicionada fora do sistema de aleta(9) que tem esse ponto (C) como um centro, a área projetada,quando protegida pelo sistema de aleta (9), cobre pelo menos25% da área de unidade esférica virtual (B).
2. Coletor solar, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o comprimento da aletaabsorvedora de luz (17) na direção longitudinal do tanque dearmazenamento (5) é de pelo menos 15 cm, e preferivelmentede pelo menos 20 cm.
3. Coletor solar, de acordo com as reivindicações 1ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de aleta (9)é projetado para se prolongar do tanque de armazenamento(5).
4. Coletor solar, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que a aleta (17) do sistema dealeta (9) no lado da placa de tampa transparente (3) está emum ângulo com a linha central que é mais obtuso do queaquele no lado do espelho evolvente (6).
5. Coletor solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedente, CARACTERIZADO pelo fato de que osistema de aleta (9) compreende uma tubulação paratransferência de calor (10) que conecta a aleta absorvedorade luz (17) com o tanque de armazenamento (5).
6. Coletor solar de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que a tubulação paratransferência de calor (10) é um tubo de calor (14).
7. Coletor solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de quepelo menos 30%, e mais pref erivelmente pelo menos 35% daárea virtual de uma unidade esférica (B) tem o ponto (C)como um centro é coberto pelo sistema de aleta (9).
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