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WO2019112409A1 - Tanque de almacenamiento de agua de alta presión para calentadores solares - Google Patents

Tanque de almacenamiento de agua de alta presión para calentadores solares Download PDF

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WO2019112409A1
WO2019112409A1 PCT/MX2017/000143 MX2017000143W WO2019112409A1 WO 2019112409 A1 WO2019112409 A1 WO 2019112409A1 MX 2017000143 W MX2017000143 W MX 2017000143W WO 2019112409 A1 WO2019112409 A1 WO 2019112409A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tank
water
solar
solar heater
nipple
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/MX2017/000143
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jorge Adrián MARTÍNEZ SILVA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to PCT/MX2017/000143 priority Critical patent/WO2019112409A1/es
Publication of WO2019112409A1 publication Critical patent/WO2019112409A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/90—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • F24S60/30—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors storing heat in liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/50—Preventing overheating or overpressure
    • F24S40/58—Preventing overpressure in working fluid circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the present invention belongs to the field of solar water heaters, more specifically to the development of tank or hot water tanks that support high pressure for the preservation of the temperature of the hot water obtained in the solar heater itself.
  • Solar water heaters for human consumption have been known for more than a century, constituting one of the best solutions for heating a liquid in an economical and friendly way with the environment. Consequently, there is a large number of solar heaters in the state of the art which are inefficient in the way of conserving the heat stored in the liquid when the ambient temperature drops.
  • Solar water heaters typically consist of two main structural elements; the solar collector that is responsible for capturing the sun's energy and transferring it to the water; The second element is the tank or storage tank for hot water for later distribution.
  • Said second element, also called hot water tank consists of an internal tank normally made of metal or some polymeric material, which is thermally insulated, and an outer casing.
  • Thermostats are often also the reservoir for the cold water that will be heated, so that the hot water moves to the top of the tank, due to the density gradient created by temperature differences.
  • the solar water heaters described in the state of the Technicians have as one of their main problems the efficiency in the preservation of hot water for long periods of time, 12 or more hours, as well as resisting high pressure coming from the hydraulic network. Said problem has been solved through various mechanisms, which range from using black-painted hot water tanks, coating the tank with black plastic films or polyurethane insulating layers or developing more complex coatings, as well as the use of pressure relief valves such as described in the following publications.
  • a solar heater where it is possible to heat liquids (such as water), with solar energy, at 40 ° C or more and maintain it at 40 ° C for 20 hours or more, using the concept of storage and heater in the same appliance, the which consists of a plastic tank covered with transparent plastic caps also containing a fluid by spitting with a black metal plate capturing solar radiation, a system of preheating to avoid a thermal short circuit, all thermally insulated.
  • liquids such as water
  • the application MX / a / 2014/012207, SOLAR HEATER WITH LOW THERMAL LOSSES AND METHODS OF INSTALLATION THEREOF provides a solar heater constituted by a base and an outer cover, the base houses an electrical resistance, a cold liquid inlet pipe and a hot liquid outlet tube.
  • the cover houses inside a cylindrical solar absorber formed by an absorption surface that has inside one or more spacers that allow a liquid chamber to exist between the inside of the absorption surface and the outside of a thermo-tank .
  • the application MX / a / 2014/005645 SOLAR WATER HEATER SUPPORTING HIGH WORKING PRESSURES WITH DOUBLE INDIRECT HEATING CIRCUIT AND ELECTRICAL AUXILIARY REINFORCEMENT OF HIGH ENERGY EFFICIENCY, refers to a solar water heater that supports high working pressures with double indirect heating circuit and high energy efficiency auxiliary electric reinforcement with a thermally isolated metal tank with thermal insulation of pre-molded hemispheres of low density polystyrene. Designed to work in hydraulic networks at gauge pressure up to 11 kg / cm2, it has an auxiliary electric heating device that limits the maximum temperature range of the water to be consumed to not exceed 600 ° C, taking into account the levels of insolation.
  • CN203628819 discloses pressure-supporting solar water heating systems, comprising a water storage unit, a solar heat collection unit, a cold water pipe, a hot water pipe and a controller, where the water storage unit comprises a water reservoir and a heating element disposed in the water reservoir supporting pressure.
  • a solar water heating system that supports pressure comprising a water storage unit which comprises a pressure support water tank, a solar heat collection unit, a cold water pipe, a hot water pipe and a controller.
  • US4240405 patent provides a solar water heater including a pressure accumulator and a steam release drum;
  • US4237862 discloses a closed pressurized solar heating system in which a solar collector is automatically drained of heat transport fluid independently of the valve actuation or valve position.
  • the solar heaters of the state of the art pretend to solve preferably to solve the problem of preservation of the temperature of the water or high pressure management from the hydraulic or internal network, consequently it is necessary to have solar radiation collection systems that solve both problems at the same time.
  • the present invention is directed to provide a water storage tank for solar heaters with a thermal coating, which also support high pressures of the hydraulic network, as well as the process of manufacturing said hot water tank.
  • FIG. 1 This is a bottom view of the tank where T indicates the outer tank.
  • the view shows the 3 perforations (a, b, c) that both tanks carry in the lower part.
  • FIG. 2 The illustration shows a section of the tank in which we can see the interior, in which "2" indicates the internal tank, "8” indicates the space between both tanks that is covered by the insulating compound (polyurethane foam) .
  • the insulating compound polyurethane foam
  • Figure 3 a side view of the tank where it shows the first end, in which we can see the first end of the tank where is the nipple that is connected to the cold water pipe that supplies the tank.7 pressure valve
  • Figure 4 View front of the tank, observe the 5 connections of the tank (four nipples and one valve), starting with the first end “3" the first nipple that supplies the cold water to the tank.
  • "4" second nipple of the tank which supplies the cold water to the solar heater
  • "5" third nipple which transports the hot water from the solar heater, to the tank.
  • "6” fourth nipple which is connected to the pipe that distributes the hot water.
  • 7 pressure valve which is connected directly to the insert placed in that location of the tank.
  • Figure 5 Top view of the internal tank that illustrates the position of the pressure valve (7).
  • FIG 6 Top view of the internal tank, in which the location of the insert (7) that serves to connect the pressure valve is shown.
  • Figure 7 Side view of the inner tank, in the lower part the perforation (8) in which the first insert of the tank is placed can be seen.
  • FIG 8 Front view illustrating the shape of the tank and the reliefs (9) in which the hexagonal inserts are placed (d, e, f,)
  • Figure 9 Illustration of the internal tank which shows the lower part of the tank and they appreciate the three holes in which the hexagonal inserts (g, h, i, j) are placed for the different connections of the tank.
  • Figure 10 Isometric view of the tank, in which the shape of the inner tank can be appreciated.
  • Figure 11 Bottom view of the external tank, in which the 3 holes in the lower part corresponding to the location of the internal tank inserts (d, e, f or g, h, i, j) can be observed, as well as allows observing the placement of the inserts that are fixed to the base (k, I, m, n).
  • Figure 12 Top view of the tank illustrating the location of the hole (7 ') in which the pressure valve is placed.
  • FIG. 13 Front view of the tank that allows us to see the cylindrical shape of it.
  • FIG. 14 Front view of the tank lid.
  • Figure 16 Side view of the tank in which the location of the perforation (10) of the first end of the tank is observed.
  • FIG 17 Illustration of a brass insert with internal thread that serves as a connection to the tank in which the stainless steel nipples are assembled.
  • Figure 18 Drawing of stainless steel nipple with external thread on both ends which serve to make the connection of the tank to a hydraulic network.
  • Figure 19 is a diagram of the operation of the flat solar water heater system and water container: 1 container or water tank; 2 the cold water goes through the heater pipe; 3 the cold water is concentrated in the lower part of the tubes; 4 in the upper part of the tubes is the hot water; 5 the hot water is stored in the tank at the top; and 6 hot water outlet.
  • Figure 20 shows the interior of the flat heater: 1 Input connection; 2 Absorbent plate protection cover that prevents heat loss; 3 output connection; 4 absorber plate: usually a black absorbent chrome coating to maximize the efficiency of heat collection; 5 Insulation: on the bottom and sides of the collector to reduce heat loss; 6 flow tubes; 7 Collector housing made of aluminum alloy or galvanized alembic - fixed and protects the absorber plate.
  • Figure 21 shows a section of the flat collector: 1 glass; 2 absorber; 3 Isolation; 4 black sheet; 5 Lifting tube; 6 Head tube; 7 aluminum rails.
  • Figure 22 illustrates the shape of the heater head (11)
  • Figure 23 shows the plurality of tubes that perceive solar radiation.
  • Figure 24 shows the head (12) on which the water is heated, and shows the connection (13) between the entrance of the copper rods of the heater.
  • Figure 25 shows in detail the interior of the heat exchanger or head (14) in the upper part of the tube heater.
  • the present invention relates to a solar water heater or collector comprising a hot water tank or container or container of water of high pressure.
  • the actual heater can be of the flat type or panel composed of a metallic structure, figure 2, in the form of a box which has in the lower part a layer of thermal insulation, followed by a metal sheet painted with a layer of metallic paint (aluminum with sulfur) to absorb the greatest amount of heat, on top of this sheet is dyed a copper pipe containing water, said The pipe is heated and conducts the heat to the water.
  • the collector has an inlet and a water outlet. The inlet and outlet are connected to the thermostat, the water inlet goes from the lower part of the tank to the inlet of the head, and the outlet is connected to the upper part of the thermostat, figures 3 and 4.
  • the solar heater is made of tubes, which consists of a copper conduit where the water is heated in the pipe by means of copper rods that are in contact with the pipe through which the water constantly passes. These copper rods contain a cooling liquid, these rods are inside a vacuum tube, which filters the solar radiation and transmits the heat to the copper rod, similar to a series of electrical resistances which are heated up to 180 ° C in a tube and heat the water that passes through the tube.
  • Figures 6 to 9 show the head and details the connection of the rods to the tube containing the head, said head is composed as follows: there is a tube in the middle of the metal cover that is seen, the space between the tube and the cover is filled with thermal insulation, except for the space where the copper rods that heat it are connected.
  • the head has an inlet and a water outlet. The entrance and exit are connected to the thermostat, the water inlet goes from the lower part of the tank to the inlet of the head, and the outlet is connected to the upper part of the thermostat.
  • the heating tube is a double-walled tube from which the air is extracted from between both walls and is vacuum sealed, the outer wall of the tube filters the sun's radiation and the inner layer is painted with a metallic paint which absorbs the heat of solar radiation.
  • the interior of the heating tube contains a copper rod containing glycol (pe 193 ° C), this coolant maintains the heat of the rod for longer, inside the hot water tank exchanges heat with the water contained therein, the copper rods heat the water contained in the thermo-tank as.
  • the hot water is kept in the upper part of the thermo tank due to the density difference due to the temperature.
  • the heater has an inlet and a water outlet.
  • the inlet and outlet are connected to the tank, the water inlet goes from the bottom of the tank to the inlet of the heater and the outlet is connected to the top of the tank.
  • the water storage tank is fed by a pressurized hydraulic network, it stores the hot water by the continuous heating produced by the solar collector, but it does not receive the solar radiation, however, it avoids the heat loss of the water.
  • the temperature that can be reached with the glycol-containing tube heater inside the heater allows the water in the hot water tank to reach between 60 ° C and 90 ° C, and withstands pressures of up to 6kg / cm 2 (84 psi). It also provides hot water to the pressurized hydraulic network.
  • the tank or water container comprises: an internal tank; Polyurethane foam; an external tank; a plurality of Nipples for connection of STAINLESS STEEL NPT; a plurality of hexagonal screws for base; a plurality of NPT rope brass inserts and a plurality of fine rope Brass inserts; a pressure releasing valve;
  • the inner and outer tanks are manufactured by rotomokJeo with a resin selected from the group of polymers comprising polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, nylon and polycarbonate, in all the densities of each of these materials that are useful for manufacturing by rotomolding.
  • the resin must have an impact resistance according to its properties 45 Ib / ft 2 being at low temperature -40 ° C according to the procedure of the ARM I (Association of Roto Moldeadores International), with such a thickness and applying the process necessary for the internal and external tank to retain the cylindrical shape without suffering deformations, in addition the internal tank withstands hot water up to a temperature of 90 ° C and pressures of up to 4.5 kg / cm 2 .
  • the inner tank is manufactured in one piece by the rotomolding process, has a thickness of approximately 10mm +/- 5mm.
  • the hexagonal brass inserts of different sizes are integrated into the plastic tank during its manufacture by rotomolding.
  • the internal tank has 5 matching inserts with 5 perforations in the outer tank; in the hexagonal inserts of the inner tank are mechanical joints by means of a thread, in the inserts are placed threaded nipples which pass through the insulation layer and the external tank, these are installation connections that are in different placements, in the first instance, one side of the tank has the first connection, in the lower part there are 3 more connections that we can number from 2 to 4 starting from the end where the first connection is.
  • the fifth connection itself is in the upper part of the tank.
  • the internal tank has a perforation located on one side of the tank, in said perforation a first hexagonal insert is placed where a first nipple is also placed; in said first nipple it is connected to the pipe that supplies the cold water to the tank.
  • a second perforation is at a distance from a first end, in said perforation a second hexagonal insert is placed where a second nipple is also placed; in said nipple a hose is connected which supplies water from the tank to the heater.
  • a third perforation is located at a distance from a first end, in said perforation a third hexagonal insert is placed where a third nipple is also placed; in said nipple a hose is connected, which serves for the solar heater to supply the hot water to the tank.
  • a fourth perforation at a distance from a first end in said perforation a fourth hexagonal insert is placed where a fourth nipple is also placed; in this nipple the pipe that distributes the hot water is connected; and in the upper part has a fifth perforation at a distance from a first end, in said perforation a fifth hexagonal insert having an internal thread is placed; in said insert connects a valve that regulates the pressure and temperature inside the tank.
  • the outer tank is composed of a body and a cover, which are welded to form the outer tank; said body and cover are manufactured in the same rotomolding process, have a thickness of approximately 4mm +/- 0.5mm; said lid is welded to the tank body in a uniform manner and without visible defects.
  • the polyurethane foam insulation consists of a mixture of polyol and isocyanate with a high density and better thermal insulation; said foam is between both tanks and has a thickness of approximately 50mm +/- 10mm.
  • the manufacturing process of the water tank includes the steps of placing the inserts in a cylindrical mold in the corresponding location and pouring resin selected from the group of polymers that are useful for manufacturing by rotomolding (polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, nylon and polycarbonate, in all the densities of each of these materials) for the manufacture of a first hollow interior tank of cylindrical shape. Once the resin is solidified, the tank is demolded, air is injected inside and all the holes are sealed under pressure to check that the tank does not leak.
  • resin selected from the group of polymers that are useful for manufacturing by rotomolding (polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, nylon and polycarbonate, in all the densities of each of these materials) for the manufacture of a first hollow interior tank of cylindrical shape.
  • the inserts are placed in a mold in the corresponding location and the selected resin is poured from the group of polymers that are useful for the manufacture by rotomolding (polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, nylon and polycarbonate, in all the densities of each one of them). these materials) for the manufacture of a second hollow outer tank of cylindrical shape.
  • the second outer tank is demolded and an end is cut to obtain the body of the external tank and the lid, the burrs are eliminated and the cut is outlined.
  • the outer tank lid is then placed and the mixture is allowed to cure, then the lid is welded to the outer tank body with a solder of the same material.
  • the water container tank of the present invention offers the advantages of achieving a shorter heat recovery time of the water coming from the solar heater, less loss of heat in the tank, greater durability up to 30 years, more hygienic materials since the tank does not Adhere impurities

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Abstract

La presente invención se refiere a un calentador o colector solar de agua donde el tanque de almacenamiento de agua, almacena el agua caliente por calentamiento continuo, no recibe la radiación solar y evita la perdida de calor del agua.

Description

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA DE ALTA PRESIÓN
PARA CALENTADORES SOLARES
CAMPO TÉCNICO
La presente invención pertenece al campo de los calentadores solares de agua, más específicamente al desarrollo de tanque o termotanques que soportan alta presión para la preservación de la temperatura del agua caliente obtenida en el calentador solar propiamente dicho.
ANTECEDENTES:
Los calentadores solares de agua para consumo humano son conocidos desde hace más de un siglo, constituyendo una de las mejores soluciones para calentar un líquido de manera económica y amigable con el medio ambiente. En consecuencia, existe una gran cantidad de calentadores solares en el estado de la técnica los cuales son ineficientes en la forma de conservar el calor almacenado en el liquido cuando la temperatura ambiente baja. Los calentadores solares de agua constan típicamente de dos elementos estructurales principales; el colector solar que se encarga de capturar la energía del sol y transferirla al agua; el segundo elemento es el depósito o tanque de almacenamiento del agua caliente para su posterior distribución. Dicho segundo elemento, también llamado termotanque, consiste de un tanque interno normalmente de metal o algún material poliméríco, el cual está aislado térmicamente, y una carcasa exterior.
Los termotanques frecuentemente también son el reservorío para el agua fría que se calentará, de tal modo que el agua caliente se traslada hacia la parte superior del tanque, debido al gradiente de densidad creado por las diferencias de temperatura. Los calentadores solares que trabajan una la red hidráulica presurizada.
En consecuencia, los calentadores solares de agua descritos en el estado de la técnica tienen como uno de sus principales problemas la eficiencia en la preservación del agua caliente durante largos periodos de tiempo, 12 o más horas, así como el resistir alta presión proveniente de la red hidráulica. Dicho problema se ha pretendido resolver a través de diversos mecanismos, los cuales van desde utilizar termotanques pintados de negro, recubrir el tanque con películas plásticas negras o capas aislantes de poliuretano o desarrollar recubrimientos más complejos, así como la utilización de válvulas aliviadoras de presión tal como se describe en las siguientes publicaciones. La patente MX228503, CALENTADOR-TANQUE-TERMO-SOLAR. Describe un calentador solar donde se logra calentar líquidos (como agua), con energía solar, a 40°C o mas y mantenerla a 40°C durante 20 horas o más tiempo, empleando el concepto de almacén y calentador en un mismo artefacto, el cual consta de un tanque de plástico cubierto con tapas transparentes de plástico también conteniendo un fluido por dentar con una placa metálica negra captadora de radiación solar, un sistema de precalentado para evitar un corto circuito térmico, todo aislado térmicamente.
La solicitud MX/a/2014/012207, CALENTADOR SOLAR CON BAJAS PERDIDAS TERMICAS Y METODOS DE INSTALACION DEL MISMO, proporciona un calentador solar constituido por una base y una cubierta exterior, la base aloja una resistencia eléctrica, un tubo de entrada de líquido frío y un tubo de salida de líquido caliente. La cubierta aloja en su interior a un absorbedor solar cilindrico formado por una superficie de absorción que tiene en su interior uno o más distanciadores que permiten que exista una cámara de líquido entre el interior de la superficie de absorción y el exterior de un termo-tanque.
En la patente MX151700 MEJORAS EN CALENTADOR SOLAR, se hace referencia a mejoras en calentador solar del tipo que comprende un colector plano de energía solar, a base de un marco aislado térmicamente, una cubierta superior transparente y una placa colectora de laminas paralelas, un recipiente o tanque de almacenamiento aislado térmicamente; dos conductores de fluido que colectan el colector con el tanque; una válvula unidireccional insertada en uno de los conductos y un espejo colocado sobre la arista superior del colector.
Respecto a calentadores solares enfocados a resolver el problema de alta presión la solicitud MX/a/2014/005645: CALENTADOR SOLAR DE AGUA QUE SOPORTA ALTAS PRESIONES DE TRABAJO CON DOBLE CIRCUITO DE CALENTAMIENTO INDIRECTO Y REFUERZO AUXILIAR ELECTRICO DE ALTA EFICIENCIA ENERGETICA, se refiere a un calentador solar de agua que soporta altas presiones de trabajo con doble circuito de calentamiento indirecto y refuerzo auxiliar eléctrico de alta eficiencia energética con un deposito metálico termo asilado con aislante térmico de hemisferios pre moldeados de poliestireno de baja densidad. Diseñado para trabajar en redes hidráulicas a presión manométrica hasta 11 kg/cm2, cuenta con un dispositivo eléctrico de calentamiento auxiliar que limita el alcance máximo de temperatura del agua a consumir para no sobrepasar los 600°C tomando en cuenta los niveles de insolación.
En las publicaciones CN304240467, CN203628819 describen sistemas de calentamiento de agua solar que soporta presión, que comprenden una unidad de almacenamiento de agua, una unidad de recolección de calor solar, una tubería de agua fría, una tubería de agua caliente y un controlador, donde la unidad de almacenamiento de agua comprende un depósito de agua y un elemento de calentamiento dispuesto en el depósito de agua que soporta presión. En CN 103822295 se describe un sistema de calentamiento de agua solar que soporta presión que comprende una unidad de almacenamiento de agua la cual comprende un depósito de agua de soporte de presión, una unidad de recogida de calor solar, una tubería de agua fría, una tubería de agua caliente y un controlador. La patente US4240405 proporciona un calentador de agua solar incluyendo un acumulador de presión y un tambor de liberación de vapor; la US4237862 divulga un sistema de calefacción solar presurizado cerrado en donde un colector solar es drenado automáticamente de fluido de transporte de calor independientemente del accionamiento de la válvula o posición de la válvula.
Los calentadores solares del estado de la técnica pretenden resolver preferentemente solucionar el problema de preservación de la temperatura del agua o el manejo de alta presión proveniente de la red hidráulica o interna, consecuentemente es necesario contar con sistemas de captación de radiación solar que resuelvan ambos problemas a la vez. La presente invención está dirigida proporcionar un tanque de almacenamiento de agua para calentadores solares con un recubrimiento térmico, que además soportan altas presiones de la red hidráulica, así como el proceso de fabricación de dicho termotanque. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 Se trata de una vista inferior del tanque en donde T indica el tanque exterior. En la vista se muestran las 3 perforaciones (a, b,c) que llevan ambos tanques en la parte inferior.
Figura 2 La ilustración nos muestra un corte del tanque en la que podemos apreciar el interior, en la cual "2" indica el tanque interno, "8" indica el espacio entre ambos tanques que es cubierto por el compuesto aislante (espuma de poliuretano).
Figura 3 una vista lateral del tanque en donde muestra el primer extremo, en la cual podemos apreciar el primer extremo del tanque donde se encuentra el niple que se conecta a la tubería de agua fría que abastece al tanque.7 válvula de presión Figura 4 Vista frontal del tanque, se observan las 5 conexiones del tanque (cuatro niples y una válvula), empezando por el primer extremo "3" el primer niple que abastece el agua fría al tanque. "4" segundo niple del tanque, el cual surte el agua fría al calentador solar, "5" tercer niple, el cual transporta el agua caliente del calentador solar, al tanque. "6" cuarto niple, el cual se conecta a la tubería que distribuye el agua caliente. 7 válvula de presión el cual se conecta directamente al inserto colocado en esa ubicación del tanque.
Figura 5 Vista superior del tanque interno que ilustra la posición de la válvula de presión (7).
Figura 6 Vista superior del tanque interno, en la cual se muestra la ubicación del inserto (7) que sirve para conectar la válvula de presión. Figura 7 Vista lateral del tanque interior, en la parte inferior se aprecia la perforación (8) en la que se coloca el primer inserto del tanque.
Figura 8 Vista frontal que ilustra la forma del tanque y se aprecian los relieves (9) en los que se colocan los insertos hexagonales (d,e,f,) Figura 9 Ilustración del tanque interno la cual muestra la parte inferior del tanque y se aprecian los tres orificios en los que se colocan los insertos hexagonales (g, h, i, j) para las distintas conexiones del tanque.
Figura 10 Vista isométrica del tanque, en la cual se puede apreciar la forma del tanque interior. Figura 11 Vista inferior del tanque exterior, en la cual se observan los 3 orificios en la parte inferior correspondientes a la ubicación de los insertos del tanque interno (d, e, f ó g, h, i, j), así como también nos permite observar la colocación de los insertos que se fijan a la base (k, I, m, n).
Figura 12 Vista superior del tanque que ilustra la ubicación del orificio (7') en el cual se coloca la válvula de presión.
Figura 13 Vista frontal del tanque que nos permita ver la forma cilindrica del mismo.
Figura 14 Vista Frontal de la tapa del tanque.
Figura 15 Vista lateral de la tapa que nos permite ver el tamaño de la tapa
Figura 16 Vista lateral del tanque en la cual se observa la ubicación de la perforación ( 10 ) del primer extremo del tanque.
Figura 17 Ilustración de un inserto de latón con rosca interna que sirve como conexión del tanque en la cual ensamblan los niples de acero inoxidable.
Figura 18 Dibujo del niple de acero inoxidable con rosca externa en ambos extremos los cuales sirven para hacer la conexión del tanque a una red hidráulica. La figura 19 es un diagrama del funcionamiento del sistema calentador solar plano y contenedor de agua: 1 contenedor o termotanque de agua; 2 el agua fría pasa por la tubería del calentador; 3 en la parte inferior de los tubos se concentra el agua fría; 4 en la parte superior de los tubos está el agua caliente; 5 el agua caliente se almacena en el tanque en la parte superior; y 6 salida de agua caliente.
La figura 20 muestra el interior del calentador plano: 1 Conexión de entrada; 2 Cubierta de protección de la placa absorbente que evita la pérdida de calor; 3 conexión de salida; 4 placa absorbedora: generalmente un recubrimiento negro absorbente de cromo para maximizar la eficiencia de recolección de calor; 5 Aislamiento: en la parte inferior y los lados del colector para reducir la pérdida de calor; 6 tubos de flujo; 7 Carcasa del colector hecha de aleación de aluminio o alambique galvanizado - fija y protege la placa del absorbedor.
La figura 21 muestra una sección del colector plano: 1 vidrio; 2 absorbedor; 3 Aislamiento; 4 lamina negra; 5 Tubo elevador; 6 Tubo de cabezal; 7 rieles de aluminio.
Figura 22 ilustra la forma del cabezal de calentador (11) Figura 23 muestra la pluralidad de tubos que perciben la radiación solar.
La figura 24 muestra el cabezal (12) en el cual se calienta el agua, y muestra la conexión (13) entre de entrada de las varillas de cobre del calentador.
La figura 25 muestra a detalle el interior del intercambiador de calor o cabezal (14) en la parte superior del calentador de tubo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un calentador o colector solar de agua que comprende un termotanque o contenedor o recipiente de agua de arta presión. El calentador propiamente dicho, puede ser del tipo plano o panel compuesto por una estructura metálica, figura 2, en forma de caja la cual tiene en la parte inferior una capa de aislante térmico, seguido de una lámina metálica pintada con una capa de pintura metálica (aluminio con Azufre) para absorber la mayor cantidad de calor, encima de esta lamina se teñe una tubería de cobre que contiene agua, dicha tubería se calienta y conduce el calor al agua. En la parte superior y también sirve como tapa esta un cristal el cual filtra la radiación del sol. El colector cuenta con una entrada y una salida de agua. La entrada y la salida van conectados al termo tanque la entrada de agua va de la parte baja del tanque a la entrada del cabezal, y la salida va conectada a la parte superior del termo tanque, figuras 3 y 4.
En una segunda modalidad el calentador solar es de tubos, el cual consiste de un conducto de cobre donde el agua se calienta en la tubería por medio de varillas de cobre que están en contacto con la tubería por la que pasa el agua constantemente. Dichas varillas de cobre contienen un líquido refrigerante, estas varillas se encuentran dentro de un tubo al vació, el cual filtra la radiación solar y transmite el calor a la varilla de cobre, semejante a una serie de resistencias eléctricas las cuales se calientan hasta 180 °C en un tubo y calienta el agua que pasa por el tubo. En las figuras 6 a 9 se muestra el cabezal y se detalla la conexión de las varillas al tubo que contiene el cabezal, dicho cabezal está compuesto de la siguiente manera: se encuentra un tubo en el medio de la cubierta de metal que se aprecia, el espacio entre el tubo y la cubierta se encuentra relleno de aislante térmico, a excepción del espacio en donde se conectan las varillas de cobre que lo calientan. El cabezal tiene una entrada y una salida de agua. La entrada y la salida van conectados al termo tanque la entrada de agua va de la parte baja del tanque a la entrada del cabezal, y la salida va conectada a la parte superior del termo tanque.
El tubo de calentamiento es un tubo de doble pared del cual se extrae el aire de entre ambas paredes y es sellado al vacío, la pared exterior del tubo filtra la radiación del sol y la capa interna está pintada con una pintura metálica la cual absorbe el calor de la radiación solar. El interior del tubo calentador contiene una varilla de cobre que contiene glicol (p.e. 193°C), dicho líquido refrigerante mantiene el calor de la varilla por más tiempo, En el interior del termotanque se realiza el intercambio de calor con el agua ahí contenida, las varillas de cobre calientan el agua contenida en el termo tanque como. El agua caliente se mantiene en la parte superior del termo tanque debido a la diferencia de densidades debido a la temperatura. Una vez homogenizada la temperatura del agua en el tanque, ésta se mantiene por la continuación del ciclo: agua de baja temperatura y mayor densidad va al fondo del tanque y de ahi al calentador solar, una vez que alcanza una temperatura determinada regresa al tanque de almacenamiento. En ambos casos, el calentador cuenta con una entrada y una salida de agua. La entrada y la salida van conectados al termo tanque, la entrada de agua va de la parte baja del tanque a la entrada del calentador y la salida va conectada a la parte superior del termo tanque. El tanque de almacenamiento de agua es alimentado por una red hidráulica presurizada, almacena el agua caliente por el continuo calentamiento producido por el colector solar, pero no recibe la radiación solar, no obstante, evita la perdida de calor del agua. La temperatura que se puede alcanzar con el calentador de tubos conteniendo glicol en el interior del calentador permite que el agua en el termotanque llegue a entre 60°C y 90°C, y resiste presiones de hasta 6kg/cm2 (84 psi). De igual manera proporciona agua caliente a la red hidráulica presurizada.
El tanque o contenedor de agua comprende: un tanque interno; espuma de poliuretano; un tanque externo; una pluralidad de Niples para conexión de NPT DE ACERO INOX; una pluralidad de tomillos hexagonales para base; una pluralidad de insertos de latón cuerda NPT y una pluralidad de insertos de Latón cuerda fina; una válvula liberadora de presión;
Los tanques interior y exterior se fabrican por rotomokJeo con una resina seleccionada del grupo de polímeros que comprende polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales que son útiles para la fabricación por rotomoldeo. La resina debe tener una resistencia al impacto de acuerdo a sus propiedades 45 Ib/ft2 estando a baja temperatura -40° C de acuerdo al procedimiento de la ARM I (Asociación de Roto Moldeadores Internacional), con un grosor tal y aplicando el proceso necesario para que el tanque interno y extemo conservan la forma cilindrica sin sufrir deformaciones, además el tanque interno resiste agua caliente hasta una temperatura de 90°C y presiones de hasta 4.5 kg/cm2. y de tal manera los tanques interno y extemo conservan la forma cilindrica sin sufrir deformaciones; además el tanque interno resiste agua caliente hasta una temperatura de 90 °C. El tanque interior está fabricado en una sola pieza por el proceso de rotomoldeo, tiene un espesor aproximadamente de 10mm +/- 5mm.
Los insertos hexagonales de latón de distintas medidas se integran al tanque plástico durante su fabricación por rotomoldeo.
El tanque interno cuenta con 5 insertos integrados coincidentes con 5 perforaciones en el tanque exterior; en los insertos hexagonales del tanque interior son uniones mecánicas por medio de rosca, en los insertos tiene colocados niples roscados los cuales atraviesan la capa de aislante y el tanque extemo, estos son conexiones de instalación que se encuentran en distintas colocaciones, en primera instancia, a un costado del tanque tiene la primeara conexión, en la parte inferior se encuentran 3 conexiones más que las podemos numerar del 2 al 4 empezando por el extremo en el cual se encuentra la primera conexión. La quinta conexión propiamente dicha se encuentra en la parte superior del tanque.
Además, en un primer extremo el tanque interno tiene una perforación ubicado en un costado del tanque, en dicha perforación se coloca un primer inserto hexagonal donde también se coloca un primer niple; en dicho primer niple se conecta con la tubería que surte el agua fría al tanque. Una segunda perforación se encuentra a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un segundo inserto hexagonal donde también se coloca un segundo niple; en dicho niple se conecta una manguera la cual surte agua del termo tanque al calentador. Una tercera perforación se encuentra a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un tercer inserto hexagonal donde también se coloca un tercer niple; en dicho niple se conecta una manguera, la cual sirve para que el calentador solar surta el agua caliente al tanque. En la parte inferior tiene una cuarta perforación a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un cuarto inserto hexagonal donde también se coloca un cuarto niple; en dicho niple se conecta la tubería que distribuye el agua caliente; y en la parte superior tiene una quinta perforación a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un quinto inserto hexagonal que tienen una rosca interior; en dicho inserto se conecta una válvula que regula la presión y la temperatura dentro del tanque.
El tanque exterior está compuesto por un cuerpo y una tapa, las cuales están soldadas para conformar el tanque exterior; dichos cuerpo y tapa son fabricados en el mismo proceso de rotomoldeo, tienen un espesor de aproximadamente 4mm +/- 0.5mm; dicha tapa esta soldada al cuerpo del tanque de manera uniforme y sin defectos visibles. El aislante de espuma de poliuretano consiste de una mezcla de poliol e isocíanato con una alta densidad y mejor aislado térmico; dicha espuma se encuentra entre ambos tanques y tiene un espesor de aproximadamente 50mm +/- 10mm.
El proceso de fabricación del tanque contenedor de agua comprende las etapas de colocar en un molde cilindrico los insertos en la ubicación correspondiente y verter resina seleccionada del grupo de polímeros que son útiles para la fabricación por rotomoldeo (polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales)para la fabricación de un primer tanque interior hueco de forma cilindrica. Una vez que se solidifica la resina se desmolda el tanque, se inyecta aire en el interior y con todos los orificios sellados a presión para comprobar que el tanque no presente fugas.
Se colocan en un molde los insertos en la ubicación correspondiente y se vierte la resina seleccionada del grupo de polímeros que son útiles para la fabricación por rotomoldeo (polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales) para la fabricación de un segundo tanque exterior hueco de forma cilindrica.
Una vez solidificada la resina se desmolda el segundo tanque exterior y se corta un extremo para obtener el cuerpo del tanque extemo y la tapa, se eliminan las rebabas y se perfila el corte.
Se coloca el primer tanque interior adentro del segundo tanque exterior, sujetar al tanque extemo los niples ensamblados en los insertos del tanque interno y atravesar los orificios del tanque extemo coincidentes del tanque externo para mantener los tanques volumétricamente centrados. Se coloca los cubre polvos en cada uno de los niples, apretar los niples y se rellena el espacio entre los tanques con la mezcla de poliol e isocianato líquida el espacio entre ambos tanques.
Después se coloca la tapa del tanque externo y se deja que cure la mezcla, posteriormente se suelda la tapa al cuerpo del tanque exterior con una soldadura del mismo material. El tanque contenedor de agua de la presente invención ofrece las ventajas de lograr un menor tiempo de recuperación de calor del agua proveniente del calentador solar, menor perdida de calor en el tanque, mayor durabilidad hasta de 30 años, materiales más higiénicos pues al tanque no se le adhieren impurezas

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un calentador solar de agua caracterizado porque comprende un termotanque o contenedor o recipiente de agua de alta presión y un calentador solar, en donde el calentador solar es seleccionado de un calentador tipo panel o plano y un calentador de tubos al vacio; y el termotanque de agua de alta presión comprende un primer tanque interior, un aislante térmico, un segundo tanque exterior y accesorios para unirse al calentador solar.
2. El calentador solar según la reivindicación 1, en donde el calentador es una estructura metálica en forma de una caja que en la parte superior tiene una tapa con un cristal, dicho cristal filtra la radiación solar; la parte interior se encuentra pintada con una pintura metálica la cual absorbe el calor de la radiación esta se encarga de calentar una tubería de cobre que se encuentra entre ambas capas esta tubería contiene agua y empieza a calentar el agua que almacena.
3. El calentador solar según la reivindicación 1, en donde el termotanque del calentador solar almacena el agua caliente en continuo calentamiento, no recibe la radiación solar y evita la perdida de calor del agua; además, el termotanque de agua comprende un primer tanque o tanque interior, un segundo tanque o tanque exterior, ambos fabricados de la resina seleccionada del grupo de polímeros que son útiles para la fabricación por rotomoldeo (polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales), y entre ambos tanques se encuentra un aislante térmico de poliuretano.
4. EL calentador solar según la reivindicación 1 , caracterizado porque los tanques interior y exterior se fabrican por rotomoldeo con una resina seleccionada del grupo de polímeros que comprende polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales que son útiles para la fabricación por rotomoldeo; dicha resina resiste al menos un impacto de y de tal manera los tanques interno y extemo conservan la forma cilindrica sin sufrir deformaciones; además el tanque interno resiste agua caliente hasta una temperatura de 90 °C.
5. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque interno cuenta con 5 insertos integrados coincidentes con 5 perforaciones en el tanque exterior; en los insertos hexagonales del tanque interior son uniones mecánicas por medio de rosca, en los insertos tiene colocados niples roscados los cuales atraviesan la capa de aislante y el tanque extemo, estos son conexiones de instalación que se encuentran en distintas colocaciones, en primera instancia, a un costado del tanque tiene la primeara conexión, en la parte inferior se encuentran 3 conexiones más que las podemos numerar del 2 al 4 empezando por el extremo en el cual se encuentra la primera conexión. La quinta conexión propiamente dicha se encuentra en la parte superior del tanque.
6. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque interno en un primer extremo tiene una perforación ubicado en un costado del tanque, en dicha perforación se coloca un primer inserto hexagonal donde también se coloca un primer niple; en dicho primer niple se conecta con la tubería que surte el agua fría al tanque.
7. El calentador solar según la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque interno en la parte inferior tiene una segunda perforación a una distancia de un primer extremo el tanque, en dicha perforación se coloca un segundo inserto hexagonal donde también se coloca un segundo niple; en dicho niple se conecta una manguera, la cual surte el agua fría hacia el calentador solar.
8. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque interno en la parte inferior tiene una tercera perforación a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un tercer inserto hexagonal donde también se coloca un tercer niple; en dicho niple se conecta una manguera, la cual sirve para que el calentador solar surta el agua caliente al tanque.
9. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque interno en la parte inferior tiene una cuarta perforación a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un cuarto inserto hexagonal donde también se coloca un cuarto niple; en dicho niple se conecta la tubería que distribuye el agua caliente.
10. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque interno en la parte superior tiene una quinta perforación a una distancia de un primer extremo, en dicha perforación se coloca un quinto inserto hexagonal que tienen una rosca interior; en dicho inserto se conecta una válvula que regula la presión y la temperatura dentro del tanque.
11. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque interior está fabricado en una sola pieza por el proceso de rotomoldeo, tiene un espesor aproximadamente de 9mm +/- 1 mm.
12. El calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque exterior está compuesto por un cuerpo y una tapa, las cuales están soldadas para conformar el tanque exterior; dichos cuerpo y tapa son fabricados en el mismo proceso de rotomoldeo, tienen un espesor de aproximadamente 4mm +/- 0.5mm; dicha tapa esta soldada al cuerpo del tanque de manera uniforme y sin defectos -visibles.
13. EL calentador solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el aislante de espuma de poliuretano consiste de una mezcla de poliol e isocianato con una alta densidad y mejor aislado térmico; dicha espuma se encuentra entre ambos tanques y tiene un espesor de aproximadamente 50mm +/- 10mm.
14. Un proceso de fabricación del tanque contenedor del tanque comprende las etapas de: a] Colocar en un molde cilindrico los insertos en la ubicación correspondiente y verter resina seleccionada del grupo de polímeros que son útiles para la fabricación por rotomoldeo (polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales) para la fabricación de un primer tanque interior hueco de forma cilindrica. b) Desmoldar el tanque e inyectar aire en el interior y con todos los orificios sellados a presión para comprobar que el tanque no presente fugas. c] Colocar en un molde los insertos en la ubicación correspondiente y verter la resina seleccionada del grupo de polímeros que son útiles para la fabricación por rotomoldeo (polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, nylon y policarbonato, en todas las densidades de cada uno de estos materiales) para la fabricación de un segundo tanque exterior hueco de forma cilindrica. d) Desmoldar el segundo tanque exterior y cortar un extremo para obtener el cuerpo del tanque extemo y la tapa, se eliminan rebabas y se perfila el corte. e) Colocar el primer tanque interior adentro del segundo tanque exterior, sujetar al tanque extemo los niples ensamblados en los insertos del tanque interno y atravesar los orificios del tanque extemo coincidentes del tanque extemo para mantener los tanques volumétricamente centrados. f) Colocar cubre polvos en cada uno de los niples, apretar los niples. g) Rellenar con la mezcla de poliol e isocianato liquida el espacio entre ambos tanques h) Colocar la tapa del tanque extemo y dejar que se cura la mezcla y soldar la tapa al cuerpo del tanque exterior con una soldadura del mismo material.
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