ES1070100U - Extruded metal absorber for solar collector (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Absorbedor de metal extruído para colector solar.Extruded metal collector absorber solar.
La presente invención se refiere a un absorbedor para colector solar térmico, cuya evidente finalidad es absorber la radiación solar y realizar un intercambio térmico con un fluido calo-portador que discurra por su interior, pudiendo utilizarse el fluido para la obtención de agua caliente sanitaria o para cualquier otro uso en otros tipos de intercambios o transformaciones energéticas.The present invention relates to an absorber for thermal solar collector, whose obvious purpose is to absorb the solar radiation and perform a thermal exchange with a fluid calo-bearer that runs through its interior, the fluid can be used to obtain hot water sanitary or for any other use in other types of exchanges or energy transformations
El objeto de la invención es conseguir un absorbedor con un alto rendimiento energético, en base a una sencilla estructura y con un contacto optimizado entre superficie expuesta a la radiación y los conductos por los que discurre el fluido.The object of the invention is to achieve a absorber with high energy efficiency, based on a simple structure and with optimized surface contact exposed to radiation and the conduits through which the fluid.
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Como es sabido, los absorbedores utilizados en colectores solares térmicos pueden resolverse, generalmente, de dos maneras diferentes, de forma que en el primer caso el elemento absorbedor se basa en una unión mediante soldadura o simple contacto de una plancha metálica plana con una serie de tubos de cobre soldados a modo de parrilla.As is known, the absorbers used in thermal solar collectors can generally be solved by two different ways, so that in the first case the element absorber is based on a joint by welding or simple contact of a flat metal plate with a series of tubes Copper soldiers as a grill.
Este primer tipo de elementos absorbedores presenta el inconveniente de que la superficie en contacto entre placa absorbedora y conductos es muy reducida, lo que dificulta en gran medida el intercambio térmico y por tanto la eficiencia.This first type of absorber elements It has the disadvantage that the surface in contact between absorber plate and ducts is very small, which makes it difficult to greatly the thermal exchange and therefore the efficiency.
Teniendo además en cuenta que normalmente se utiliza cobre y que éste es un metal de alta densidad, ello repercute negativamente en el peso y, por supuesto, en un alto precio.Also taking into account that normally uses copper and that this is a high density metal, it negatively affects weight and, of course, a high price.
Un segundo tipo de elemento absorbedor es aquél que se basa en la unión de dos planchas, al menos una de las cuales es corrugada, de forma que los espacios que quedan entre dichas planchas sirven de conducto, siendo la plancha superior la que está expuesta a la irradiación.A second type of absorber element is that which is based on the union of two plates, at least one of which it is corrugated, so that the spaces that remain between these plates serve as a conduit, the upper plate being the one exposed to irradiation.
La unión entre ambas planchas puede realizarse mediante soldadura, lo que resulta una solución costosa en tiempo y difícil de aplicar sobre planchas de escaso grosor, pudiéndose fijar igualmente mediante adhesivado, aunque este sistema presenta poca resistencia a la tensión derivada de la presión proyectada del fluido, empeorando la conductividad térmica del conjunto y encareciendo el proceso.The union between both plates can be made by welding, resulting in an expensive solution in time and difficult to apply on thin plates, being able to also fix by adhesive, although this system has poor tensile strength derived from the projected pressure of the fluid, worsening the thermal conductivity of the whole and making the process more expensive.
Además, la operación previa de embutición de, al menos, una de las planchas, también viene a complicar el proceso.In addition, the previous drawing operation of, at less, one of the plates, also comes to complicate the process.
Existen documentos correspondientes a Patentes de Invención que tratan de optimizar el contacto entre la superficie expuesta a la radiación y el fluido calo-portador y, por lo tanto, el intercambio térmico, mediante la utilización de múltiples perfiles extruídos que integran conductos y aletas sobre las que incide la radiación, unidos a dos conductos colectores por los que entra y sale el fluido.There are documents corresponding to Patents of Invention that try to optimize the contact between the surface exposed to radiation and fluid heat carrier and, therefore, the exchange thermal, through the use of multiple extruded profiles that integrate ducts and fins on which the radiation affects, joined to two collecting ducts through which the fluid.
En tal sentido pueden citarse los documentos EP 00004126, GB 1429216 y GB 2156063, en los que se describe un absorbedor cuyos perfiles se unen a los tubos colectores mediante piezas tubulares intermedias de conexión.In this regard, EP documents can be cited 00004126, GB 1429216 and GB 2156063, in which a absorber whose profiles are attached to the collecting tubes by intermediate tubular connecting parts.
En los documentos DE 4438396, GB 2385910 y WO 2006135942, se describe un absorbedor en el que los perfiles se unen a los tubos colectores mediante una unión mecánica, utilizando tornillos.In documents DE 4438396, GB 2385910 and WO 2006135942, an absorber is described in which the profiles are joined to the collecting tubes by means of a mechanical connection, using screws
En ambos casos, es decir en los documentos anteriormente referidos, la adición de elementos para la unión de piezas encarece el producto final, complicando su montaje y dando lugar a pérdidas térmicas, dificultando la obtención de una perfecta estanqueidad del sistema y requiriendo en ocasiones la utilización de juntas.In both cases, that is in the documents referred to above, the addition of elements for the union of pieces make the final product more expensive, complicating its assembly and giving place to thermal losses, making it difficult to obtain a perfect tightness of the system and sometimes requiring the use of joints.
En un intento de solucionar parte de los problemas anteriormente referidos, es decir para obtener el contacto entre los bordes de las aletas integradas en los perfiles, y conseguir por tanto una continuidad térmica en el absorbedor, los documentos US 4111188, GB 2156063 y GB 2385910, utilizan una unión por machihembrado o clipado, que no da lugar a un contacto perfecto entre los perfiles, y por lo tanto no se consigue una continuidad térmica en el absorbedor.In an attempt to solve part of the problems referred to above, that is to obtain the contact between the edges of the fins integrated in the profiles, and therefore achieve thermal continuity in the absorber, the US 4111188, GB 2156063 and GB 2385910, use a union by tongue and groove or clipping, which does not lead to perfect contact between the profiles, and therefore no continuity is achieved thermal in the absorber.
Además, la operación de montaje en estos casos es laboriosa y difícilmente automatizable.In addition, the assembly operation in these cases It is laborious and hard to automate.
Asimismo puede citarse el documento WO 02/103272A1, en donde se describe un absorbedor formado por una sección extruída metálica, preferentemente aluminio, que unida a una contigua de la misma geometría, forman un conducto u orificio, de manera que en la cara contraria a dicho orificio se forma una superficie plana por la que se recibe la radiación solar. En este caso, para asegurar la estanqueidad del orificio formado se contempla la inserción de tubos de cobre que aseguran la fijación de los elementos extruídos, expandiendo radialmente el cobre.WO document may also be cited 02 / 103272A1, which describes an absorber formed by a metal extruded section, preferably aluminum, which attached to a contiguous one of the same geometry, form a conduit or hole, so that on the face opposite to said hole a flat surface through which solar radiation is received. In this case, to ensure the tightness of the hole formed is contemplates the insertion of copper tubes that ensure the fixation of the extruded elements, radially expanding the copper.
Pues bien, la necesidad de incluir un nuevo
material (cobre) hace que se pierda eficiencia debido a la pérdida
de calor por el contacto entre el aluminio y el cobre, lo que
supone un considerable aumento de peso del absorbe-
dor.Well, the need to include a new material (copper) causes efficiency to be lost due to heat loss due to the contact between aluminum and copper, which means a considerable increase in absorber weight.
dor.
Finalmente, en el documento ES 2134720A1, se describe una solución para un colector solar completo a base de elementos extruídos, preferentemente de aluminio, donde la superficie absorbente se materializa en una o más aletas rectangulares previstas en uno de los bordes longitudinales de una profunda acanaladura que permite el acople del borde opuesto de la aleta adyacente, de manera que este acoplamiento macho-hembra entre aletas, establece una superficie absorbente continua, en la que la zona media contiene una acanaladura de perfil semicircular donde se fija el tubo conductor del fluido calo-portador, sirviendo el elemento extruído de acople para un tubo auxiliar por donde circula el fluido calo-portador.Finally, in document ES 2134720A1, it describes a solution for a complete solar collector based on extruded elements, preferably aluminum, where the absorbent surface materializes in one or more fins rectangles provided on one of the longitudinal edges of a deep groove that allows the opposite edge of the adjacent fin, so that this coupling male-female between fins, establishes a surface continuous absorbent, in which the middle zone contains a semicircular profile groove where the conductive tube is fixed of the heat-carrying fluid, serving the element Extruded coupling for an auxiliary tube through which the heat carrier fluid.
Pues bien, en este caso, igual que en el anteriormente referido, existe una pérdida de eficiencia y un aumento de peso del absorbedor.Well, in this case, just like in the referred to above, there is a loss of efficiency and a weight gain of the absorber.
Tratando de obviar esta problemática, el propio
solicitante es titular del modelo de utilidad U200800251, en el que
se describe un absorbedor de metal extruído para colector solar,
destinado a la captación de la radiación solar para el posterior
intercambio térmico con un fluido calo-portador que
discurre por el interior del mismo, constituido mediante elementos
extruídos de aluminio o aleación de aluminio, en el que cada
elemento extruído conforma un conducto para la circulación del
fluido calo-portador, cuyo perfil se deriva hacia
ambos laterales en sendas aletas que conjuntamente con el contorno
del conducto establecido en el perfil extruído se fijan por
soldadura a dos tubos extremos y transversales como elementos
colectores; con la particularidad de que entre los bordes libres de
las aletas laterales de los perfiles extruídos contiguos se sueldan
pletinas determinando una continuidad superficial en el conjunto
del absor-
bedor.Trying to obviate this problem, the applicant himself is the holder of the utility model U200800251, which describes an extruded metal absorber for solar collector, intended to capture solar radiation for subsequent thermal exchange with a heat-carrying fluid which runs through the interior, constituted by extruded elements of aluminum or aluminum alloy, in which each extruded element forms a conduit for the circulation of the heat-carrying fluid, whose profile is derived towards both sides in two fins that together with the contour of the conduit established in the extruded profile is fixed by welding to two end and transverse tubes as collecting elements; with the particularity that between the free edges of the lateral fins of the adjacent extruded profiles plates are welded determining a surface continuity in the whole of the absorber
bedor.
Si bien mediante esta solución se resuelve la problemática anteriormente expuesta, la citada configuración hace que el proceso de fabricación del dispositivo sea complicado, al participar un elevado número de pletinas que es preciso soldar a las citadas aletas.Although this solution resolves the problematic previously exposed, the mentioned configuration makes that the manufacturing process of the device is complicated, by participate a large number of plates that must be welded to the aforementioned fins.
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El absorbedor que se preconiza resuelve de manera plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en base a una solución sencilla pero de gran eficacia.The absorber that is recommended resolves fully satisfactory way the problem above exposed, based on a simple but great solution effectiveness.
Así pues, partiendo de la estructuración anteriormente descrita, del modelo de utilidad U200800251, en el que participan un determinado número de perfiles extruídos de metal, cada uno de los cuales forma un conducto central por el que circula el fluido calo-portador, estando además el perfil o conducto central dotado de dos aletas laterales, es decir una a cada lado, y disponiéndose los perfiles extruídos comentados paralelamente entre sí y espaciados, en tanto que su entrada y salida se unen a unos colectores preferentemente circulares entre los cuales quedan los perfiles extruídos en disposición transversal a esos colectores circulares, efectuándose la unión de unos y otros elementos mediante soldadura, con ausencia de juntas, sin adhesivos ni elementos mecánicos, por lo que no se requieren elementos adicionales de fijación y estanqueidad como se necesitan en otros sistemas, la invención centra sus características en el hecho de que por el lado expuesto a la radiación solar se sitúa una plancha que cubre toda o la mayor parte de la superficie expuesta y queda apoyada sobre los perfiles extruídos, en sustitución de las pletinas intermedias. Esta plancha se suelda a los extremos de las aletas de los perfiles.So, starting from the structuring previously described, of utility model U200800251, in the involved a certain number of extruded profiles of metal, each of which forms a central duct through which the heat-carrying fluid circulates, with the profile or central duct equipped with two lateral fins, that is one on each side, and arranging the extruded profiles commented in parallel with each other and spaced apart, while its entrance and outlet join preferably circular collectors between which are the extruded profiles in transverse arrangement to those circular collectors, making the union of each other elements by welding, without joints, without adhesives no mechanical elements, so no elements are required additional fixing and sealing as needed in others systems, the invention focuses its characteristics on the fact that on the side exposed to solar radiation a plate is placed which covers all or most of the exposed surface and remains supported on extruded profiles, replacing the intermediate plates. This iron is welded to the ends of the Profile fins.
La plancha puede llevar un recubrimiento selectivo, aplicado antes o después de la soldadura a los perfiles. De este modo, la superficie expuesta aumenta la absorbancia a la radiación solar manteniendo valores bajos de emisividad térmica.The iron can have a coating selective, applied before or after welding to the profiles. In this way, the exposed surface increases the absorbance to the solar radiation maintaining low emissivity values thermal
La unión entre la plancha y las aletas de los
perfiles extruídos, tiene una sección tal que no reduce la
transmisión de calor del sistema. Además, debido a la geometría
especial, el calor que llega por las aletas se incorpora al fluido
con una menor resistencia en virtud de que no hay unión por ser
parte del mismo perfil extruído, mejorando el contacto con el fluido
calo-portador el factor de forma del sistema,
mejorando con ello la relación perímetro-área, pudiéndose reducir
las pérdidas por radiación al reducirse la temperatura de la
superficie y logrando así una asociación mas efi-
ciente.The union between the plate and the fins of the extruded profiles, has a section such that it does not reduce the heat transfer of the system. In addition, due to the special geometry, the heat that arrives by the fins is incorporated into the fluid with a lower resistance because there is no union because it is part of the same extruded profile, improving the contact with the heat-carrying fluid the factor of form of the system, thereby improving the perimeter-area relationship, being able to reduce radiation losses by reducing the surface temperature and thus achieving a more efficient association
enough
Así pues, la configuración del sistema permite optimizar el número de perfiles extruídos en función de las condiciones concretas de trabajo del absorbedor y su temperatura de uso.Thus, the system configuration allows optimize the number of extruded profiles based on the specific working conditions of the absorber and its temperature of use.
Mientras que en una configuración convencional existe una sola línea de soldadura por cada conducto de fluido caloportador, y además, normalmente esta unión es tangente al conducto, en el sistema que se describe existen dos líneas de soldadura por cada conducto, a lo que se añade una amplia zona de contacto no soldada entre ambas soldaduras. Esta zona, confinada entre las dos soldaduras, el perfil y la plancha absorbedora, puede estar rellena con una pasta de alta conductividad térmica, aplicada previamente a la soldadura.While in a conventional configuration there is only one welding line per fluid line caloportador, and in addition, normally this union is tangent to duct, in the system described there are two lines of welding through each conduit, to which a wide area of non-welded contact between both welds. This area, confined Between the two welds, the profile and the absorber plate, you can be filled with a paste of high thermal conductivity, applied prior to welding.
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Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that then it will be done and in order to help a better understanding of the features of the invention, according to a preferred example of practical realization thereof, is accompanied as an integral part of that description, a set of drawings in where illustrative and not limiting, it has been represented the next:
La figura 1.- Muestra una vista correspondiente a un detalle en sección transversal del absorbedor realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.Figure 1.- Shows a corresponding view to a cross-sectional detail of the absorber made of according to the object of the present invention.
La figura 2.- Muestra una vista parcial en perspectiva del absorbedor, apreciándose el montaje completo de todas las piezas, desde la cara inferior no expuesta a la radiación.Figure 2.- Shows a partial view in absorber perspective, appreciating the complete assembly of all pieces, from the underside not exposed to the radiation.
La figura 3.- Muestra una perspectiva como la figura anterior del absorbedor, en este caso por la cara expuesta a la radiación solar.Figure 3.- Shows a perspective like the previous figure of the absorber, in this case by the face exposed to solar radiation
La figura 4.- Muestra un detalle ampliado de la figura 2.Figure 4.- Shows an enlarged detail of the figure 2.
La figura 5.- Muestra un detalle en sección del absorbedor correspondiente a una variante de realización práctica en la que en la que se ha aplicado una pasta conductora en el espacio definido entre las dos soldaduras, la plancha y el perfil.Figure 5.- Shows a sectional detail of the absorber corresponding to a practical embodiment variant in which in which a conductive paste has been applied in space defined between the two welds, the plate and the profile.
La figura 6.- Muestra vistas en sección correspondientes a distintas variantes de la realización del perfil extruído con diferentes nervados o ranurados en la superficie expuesta a la radiación y diversas formas de conducto, incluyendo hasta conductos múltiples en un mismo perfil.Figure 6.- Shows section views corresponding to different variants of the profile realization extruded with different ribs or grooved on the surface exposed to radiation and various forms of conduit, including up to multiple ducts in the same profile.
La figura 7.- Muestra, finalmente, una sección de diferentes tamaños y formas del taladro por el que el fluido calo-portador pasa de los conductos del perfil extruído a los tubos colectores.Figure 7.- Shows, finally, a section of different sizes and shapes of the hole through which the fluid calo-carrier passes from the profile ducts extruded to the collecting tubes.
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como la invención que se preconiza parte de la estructuración básica del modelo de utilidad U200800251, en el que participan una pluralidad de perfiles extruídos (1) en donde con carácter monopieza conforman un conducto (1b) por el que discurre el fluido calo-portador y dos aletas laterales (1a), es decir a ambos lados del conducto (1b).In view of the figures outlined, you can be observed as the invention that is recommended part of the basic structuring of utility model U200800251, in which a plurality of extruded profiles (1) participate where with single piece character make up a conduit (1b) through which it runs the heat-carrying fluid and two lateral fins (1a), that is to say on both sides of the duct (1b).
Los perfiles extruídos (1) quedan colocados de forma transversal a una pareja de colectores tubulares (2), colocados paralelamente entre sí y con orificios (6) para la comunicación entre los conductos (1b) de los perfiles extruídos (1) y tales colectores (2).The extruded profiles (1) are placed transverse shape to a pair of tubular collectors (2), placed parallel to each other and with holes (6) for communication between the ducts (1b) of the extruded profiles (1) and such collectors (2).
Pues bien, de acuerdo ya con la invención, las aletas (1a) de los perfiles extruídos (1) están unidas a una plancha expuesta a la radiación (3), fijadas mediante soldadura (5), siendo la plancha (3) de menor espesor que los propios perfiles (1) y pudiendo ser de una aleación diferente, preferentemente de mayor conductividad térmica.Well, according to the invention, the fins (1a) of the extruded profiles (1) are attached to a plate exposed to radiation (3), fixed by welding (5), being the plate (3) of smaller thickness than the profiles (1) and It may be of a different alloy, preferably larger Thermal conductivity.
Asimismo, la unión de los perfiles (1) a los colectores (2) se realiza mediante soldaduras (4), efectuándose la unión a tope, coincidiendo la sección hueca del conducto (1b) recorrida por el fluido calo-portador con los taladros (6) practicados en el colector (2).Likewise, the union of the profiles (1) to the collectors (2) is carried out by welding (4), the butt joint, coinciding with the hollow section of the duct (1b) traveled by the heat-carrying fluid with the drills (6) made in the manifold (2).
De acuerdo con una variante de realización práctica de la invención, la mostrada en la figura 5, en el espacio definido entre las dos soldaduras (5), la plancha (3) y el perfil (1) puede aplicarse una pasta conductora (7), que incrementa el rendimiento del dispositivo.According to an embodiment variant practice of the invention, the one shown in figure 5, in space defined between the two welds (5), the plate (3) and the profile (1) a conductive paste (7) can be applied, which increases the device performance
A igual que en el modelo de utilidad anteriormente descrito, los perfiles extruídos (1) podrán materializarse de muy diversas maneras, como por ejemplo las mostradas en la figura 6, en donde el conducto (1b) establecido en cada uno de ellos presenta una distinta configuración.As in the utility model previously described, the extruded profiles (1) may materialize in many different ways, such as shown in figure 6, wherein the conduit (1b) established in Each of them presents a different configuration.
Igualmente, los conductos los orificios (6) asociados a los conductos (1b) podrán presentar diversas configuraciones y tamaños, que estarán realizados en el respectivo colector (2) para el acople y comunicación entre sí de los conductos (1b) portadores de los perfiles extruídos por los que circula el fluido calo-portador, con los propios tubos que constituyen los colectores (2), tal como muestran los ejemplos de la figura 7.Likewise, the ducts the holes (6) associated to the ducts (1b) may present various configurations and sizes, which will be made in the respective manifold (2) for coupling and communication with each other of the conduits (1b) carrying the extruded profiles by which the heat-carrying fluid circulates, with its own tubes that constitute the collectors (2), as shown by the Examples of figure 7.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model granted | ||
| FD1K | Utility model lapsed |
Effective date: 20200720 |