(74) Mandatário: (54) Epígrafe: COLECTOR SOLAR PARA AQUECIMENTO DE FLUÍDO TÉRMICO COM DUPLO CIRCUITO INTEGRADO

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1 (11) Número de Publicação: PT A (51) Classificação Internacional: F24J 2/12 ( ) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (45) Data e BPI da concessão: / (73) Titular(es): UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIVERSIDADE DO ALGARVE, CAMPUS DE GAMBELAS, PAVILHÃO A FARO (72) Inventor(es): EUSÉBIO ZEFERINO ENCARNAÇÃO DA CONCEIÇÃO (74) Mandatário: PT PT (54) Epígrafe: COLECTOR SOLAR PARA AQUECIMENTO DE FLUÍDO TÉRMICO COM DUPLO CIRCUITO INTEGRADO (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO TRATA DE UM COLECTOR SOLAR, CONSTRUÍDO ATRAVÉS DE DOIS CIRCUITOS INTEGRADOS, UTILIZADO NO AQUECIMENTO DE FLUIDO TÉRMICO. O COLECTOR É CONSTITUÍDO POR CONJUNTOS DE DOIS PERFIS PARABÓLICOS ESPELHADOS E DE DOIS CIRCUITOS INTEGRADOS. O CIRCUITO PRINCIPAL (1) SUJEITO À RADIAÇÃO SOLAR DIRECTA E À RADIAÇÃO SOLAR REFLECTIDA NOS PERFIS PARABÓLICOS, ONDE É EFECTUADO O AQUECIMENTO PRINCIPAL DO FLUIDO, É LOCALIZADO NO FOCO DOS DOIS PERFIS PARABÓLICOS ESPELHADOS, (3) E (4). NO ESPAÇO ENTRE ESTE CIRCUITO PRINCIPAL (1) E A JUNÇÃO DOS DOIS PERFIS PARABÓLICOS, (3) E (4), PARA CAPTAR OS RAIOS SOLARES REFLECTIVOS NOS PERFIS PARABÓLICOS ESPELHADOS QUE NÃO INCIDEM NO CIRCUITO PRINCIPAL, É COLOCADO UM SEGUNDO CIRCUITO UTILIZADO NO PRÉ-AQUECIMENTO DO FLUIDO TÉRMICO. O FLUIDO TÉRMICO, QUE PASSA NOS DOIS CIRCUITOS INTEGRADOS, ENTRA EM PRIMEIRO LUGAR NO CIRCUITO DE PRÉ-AQUECIMENTO (2) E EM SEGUNDO LUGAR NO CIRCUITO DE AQUECIMENTO PRINCIPAL (1).

2 RESUMO "Colector solar para aquecimento de fluido térmico com duplo circuito integrado" A presente invenção trata de um colector solar, construído através de dois circuitos integrados, utilizado no aquecimento de fluido térmico. O colector é constituído por conjuntos de dois perfis parabólicos espelhados e de dois circuitos integrados. O circuito principal (1) sujeito a radiação solar directa e a radiação solar reflectida nos perfis parabólicos, onde é efectuado o aquecimento principal do fluido, é localizado no foco dos dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4). No espaço entre este circuito principal (1) e a junção dos dois perfis parabólicos, (3) e (4), para captar os raios solares reflectivos nos perfis parabólicos espelhados que não incidem no circuito principal, é colocado um segundo circuito utilizado no pré-aquecimento do fluido térmico (2). O fluido térmico, que passa nos dois circuitos integrados, entra em primeiro lugar no circuito de pré-aquecimento (2) e em segundo lugar no circuito de aquecimento principal (1). Faro, 16 de Março de 2009

3 "Colector solar para aquecimento de fluido térmico com duplo circuito integrado" 1.1 Domínio Técnico da Invenção (Epígrafe da Invenção) A presente invenção trata de um colector solar, construído através de dois circuitos integrados, utilizado no aquecimento de fluido térmico. O colector é constituído por conjuntos de dois perfis parabólicos espelhados e de tubos de um circuito de pré-aquecimento e de um circuito de aquecimento principal. O circuito principal de aquecimento (I), sujeito à radiação solar directa e a radiação solar reflectida nos perfis parabólicos, onde é efectuado o aquecimento principal do fluido, é localizado no foco dos dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4). No espaço disponível entre o circuito principal e a junção dos dois perfis parabólicos, (3) e (4), para captarem os raios solares reflectivos nos perfis parabólicos espelhados que não incidem no circuito principal, é colocado um segundo circuito utilizado no préaquecimento do fluido térmico (2). Os dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4), colocados lado a lado, são instalados de forma que os focos coincidam, para permitir a máxima captação da radiação solar disponível desde o nascer-do-sol até ao pôr-do-sol. O fluido térmico, que passa nos dois circuitos integrados, entra em primeiro lugar no circuito de pré-aquecimento (2) e em segundo lugar no circuito de aquecimento principal (1).

4 1.2 Sumário da Invenção A presente invenção trata de um colector solar, construído através de dois circuitos integrados, utilizado no aquecimento de fluido térmico. O circuito principal (I), onde é efectuado o aquecimento principal do fluido, sujeito a radiação solar directa e a radiação solar reflectida nos perfis parabólicos, é localizado no foco dos dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4). Os dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4), são colocados de forma que os focos coincidam, para captarem a máxima radiação solar disponível desde o nascer-do-sol até ao pôr-do-sol. No espaço entre o circuito principal (1) e a junção dos dois perfis parabólicos, (3) e (4), de forma a captar os raios solares reflectivos nos perfis parabólicos espelhados que não incidem no circuito principal, é colocado um segundo circuito utilizado no pré-aquecimento do fluido térmico (2). O fluido térmico, que passa nos dois circuitos integrados, entra em primeiro lugar no circuito de pré-aquecimento (2) e em segundo lugar no circuito de aquecimento principal (1) Este colector solar é constituído a partir de uma caixa isolada do ambiente exterior nas paredes laterais e na base (5) e coberta através de vidro simples transparente na parte superior (6). No interior do colector são colocados conjuntos de dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4), e de tubos de dois circuitos integrados, (1) e (2).

5 1.3 Estado da Técnica Anterior Um colector solar, também denominado por painel solar, é utilizado na conversão da radiação solar em energia térmica. Os colectores solares disponíveis para aquecimento de fluidos térmicos, mais utilizados no mercado, são os colectores planos, colectores parabólicos e colectores de tubos de vácuo. O colector plano é o mais comum e destina-se a produção de fluidos térmicos a temperaturas mais baixas. Este tipo de colector solar é construído por uma cobertura transparente, uma placa absorvedora e uma caixa isolada do ambiente exterior para evitar as perdas de calor por convecção/condução para o meio envolvente. A cobertura é constituída através de um vidro transparente incolor ou selectivo. Na placa absorvedora, pintada de preto de forma a absorver a maior parte da radiação solar incidente, está conectada uma serpentina onde circula o fluido térmico. No interior da caixa do colector é mantida uma atmosfera a uma temperatura muito elevada de forma a reduzir as perdas de energia por convecção da placa absorvedora. Os colectores parabólicos, normalmente designados por CPC, combinam as propriedades dos colectores planos, a capacidade de produzirem fluidos térmicos a temperaturas mais elevadas e apresentam rendimentos térmicos mais elevados do que os colectores planos. Este tipo de colector solar é também construído por uma cobertura transparente, uma superfície absorvedora, uma superfície reflectora e uma caixa isolado do ambiente exterior para evitar as perdas de calor por convecção/condução para o meio envolvente. A cobertura neste tipo de colector é constituída através de um vidro transparente incolor ou selectivo. A superfície absorvedora, constituída por uma grelha de alhetas em forma

6 de acento circunflexo e conectada a uma serpentina onde circula o fluido térmico, está colocada em cima da superfície reflectora. A captação solar realiza-se nas duas faces das alhetas, aumentado assim a temperatura do fluido térmico. No interior da caixa do colector, como foi verificado nos colectores planos, é mantida também uma atmosfera a uma temperatura muito elevada de forma a reduzir as perdas de energia por convecção da superfície absorvedora. Os colectores de tubo de vácuo são constituídos geralmente através de tubos metálicos absorvedores colocados no interior de tubos de vidro transparente. Entre os tubos de vidro e os tubos metálicos é criado vácuo. Como a atmosfera de vácuo no interior dos tubos de vidro elimina as perdas de calor por convenção/condução, este tipo de colector solar aumenta significativamente a temperatura do fluido térmico em relação aos colectores planos e aos colectores parabólicos. 1.4 Descrição da Invenção e das Figuras A presente invenção trata de um colector solar utilizado no aquecimento de fluido térmico, construído através de dois circuitos integrados (ver (1) e (2) na figura 1) e vários conjuntos de dois perfis parabólicos espelhados (ver (3) e (4) na figura 1). 0s dois perfis parabólicos espelhados são colocados de forma que os focos coincidam, para captar toda a radiação solar disponível desde o nascer-do-sol até ao pôr-do-sol (ver (3) e (4) na figura 2). O circuito principal (1) sujeito à radiação solar directa e a radiação solar reflectida nos perfis parabólicos, onde é

7 efectuado o aquecimento principal do fluido, é localizado no foco dos dois perfis parabólicos espelhados (ver (3) e (4) na figura 2). No espaço entre este circuito principal (1) e a junção dos dois perfis parabólicos, (3) e (4), para - captar os raios solares reflectivos nos perfis parabólicos espelhados que não incidem no circuito principal, é colocado um segundo circuito utilizado no pré-aquecimento do fluido térmico (ver (2) na figura 2). O fluido térmico, que passa nos dois circuitos integrados, entra em primeiro lugar no circuito de pré-aquecimento (2) e em segundo lugar no circuito de aquecimento principal (1) Um esquema dos diferentes circuitos integrados e dos vários conjuntos de perfis parabólicos espelhados pode ser observado na figura 3. Este colector solar é construído a partir de uma caixa isolada do ambiente exterior nas paredes laterais e na base (5) e coberta através de vidro simples transparente na parte superior (6). No interior do colector são colocados conjuntos de dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4), e de tubos de dois circuitos integrados, (1) e (2). 1.5 Descrição Pormenorizada da Invenção A presente invenção trata de um colector solar, construído através de dois circuitos integrados, (1) e (2), utilizado no aquecimento de fluido térmico. Este colector solar para aquecimento de fluido térmico é construído a partir de uma caixa isolada do ambiente

8 exterior nas paredes laterais e na base (5) e coberto através de vidro simples transparente na parte superior (6). No seu interior são colocados conjuntos de dois perfis parabólicos espelhados, (3) e (4), e dois circuitos integrados, (1) e (2): Um primeiro circuito, onde é efectuado o pré-aquecimento (2), e um segundo circuito, onde é efectuado o aquecimento principal (1). O circuito de aquecimento principal (1) é colocado no foco das duas parábolas, (3) e (4), enquanto que o circuito de préaquecimento (2) é colocado entre os perfis parabólicos, (3) e (4), e o circuito de aquecimento principal (1). O fluido térmico, nos dois circuitos integrados, passa em primeiro lugar no circuito de pré-aquecimento (2) e em segundo lugar no circuito de aquecimento principal (1). De forma a ser possível concentrar a radiação solar incidente no circuito principal são utilizadas superfícies espelhadas enroladas segundo um perfil parabólico, (3) e (4). No foco destes perfis, segundo a longitudinal do mesmo, é colocado um circuito responsável pelo aquecimento principal do fluido térmico (I), que fica sujeito à radiação solar directa e à radiação solar reflectida nos perfis parabólicos. No espaço existente entre este circuito (1) e os perfis parabólicos, (3) e (4), onde normalmente ocorrem várias perdas de aproveitamento dos raios solares reflectivos, é colocado um segundo circuito longitudinal responsável pelo pré-aquecimento do fluido que passa colector solar (2). Assim sendo, o fluido térmico que entra no colector solar passa, numa primeira fase, através do circuito de préaquecimento (2) e, numa segunda fase, no circuito de aquecimento principal (1) localizado acima do primeiro e colocado no foco das parábolas.

9 De forma a ser possível aproveitar a máxima radiação solar disponível, desde o nascer-do-sol até ao pôr-do-sol, são utilizados dois perfis parabólicos, (3) e (4), colocados de forma que os focos, onde está situado o circuito principal (I), sejam os mesmos. A radiação solar, que passa através do vidro do colector solar (6), incide directamente nos perfis parabólicos espelhados, (3) e (4), e no circuito principal (1) e secundário (2). A maior parte da radiação incidente nos perfis parabólicos espelhados é re-direccionada para o circuito principal (I), colocado no foco das parábolas. No entanto, devido a movimentação do Sol ao longo do dia, parte da radiação solar é re-direccionada para a zona abaixo do circuito principal, que seria perdida. Na presente inovação, de forma a ser aproveitada esta radiação, é introduzido um segundo circuito, colocado abaixo do circuito principal (1) e acima da intersecção dos dois perfis parabólicos espelhados (3) e (4). Faro, 16 de Março de 2009

10 1 Colector solar utilizado no aquecimento de fluido térmico constituído através de vários conjuntos de perfis espelhados, caracterizado por um duplo circuito integrado principal e secundário. Colector solar, acordo com reivindicação caracterizado por um duplo circuito integrado constituído por tubos de um circuito principal colocados acima e tubos de um circuito secundário colocados em baixo. 3 Colector solar, de acordo com a reivindicação n." 1, caracterizado por um duplo circuito integrado constituído por um fluido térmico, que percorre sequencialmente os dois circuitos integrados, passa em primeiro lugar em todos os tubos do circuito de préaquecimento e em segundo lugar em todos os tubos do circuito de aquecimento principal. 4 Colector solar, de acordo com a reivindicação n." 1, caracterizado por um duplo circuito integrado constituído por um circuito principal, onde é efectuado o aquecimento principal do fluido térmico: a) 0s tubos do circuito principal, em cada um dos perfis espelhados, estão localizados na cota máxima onde ocorrem as primeiras reflexões da radiação solar; b) Os tubos do circuito principal estão sujeitos a radiação solar directa e às primeiras reflexões da radiação solar reflectida dos perfis espelhados. 5 Colector solar, de acordo com a reivindicação n." 1, caracterizado por um duplo circuito integrado

11 constituído por um circuito secundário, onde é efectuado o pré-aquecimento do fluido térmico: a) 0s tubos do circuito secundário, em cada um dos perfis espelhados, estão localizados no espaço entre os tubos do circuito principal e a zona inferior dos perfis espelhados; b) 0s tubos do circuito secundário estão sujeitos as primeiras reflexões da radiação solar reflectida nos perfis espelhados, que não incidem dos tubos do circuito principal e que não seriam aproveitados directamente se este circuito secundário não existisse. Faro, 8 de Fevereiro de 2010

12 DESENHOS Figura 1 Figura 2

13 Figura 3