ES1062399U - Placa solar termica con apoyo termodinamico para la captacion de calor y la produccion de frio. - Google Patents
Placa solar termica con apoyo termodinamico para la captacion de calor y la produccion de frio.Info
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Abstract
1. Placa solar térmica con apoyo termodinámico para la captación de calor y la producción de frío, caracterizada por capturar la energía térmica solar directa por medio de un captador solar térmico (2), compuesto por un serpentín por el que circula una mezcla agua-glicol con una entrada (6) y una salida (7) para la continuación del circuito, y al mismo tiempo capturar la temperatura ambiental por medio de una placa termodinámica (1) acoplada al captador solar a través de unos separadores (5), o por medio de un panel de poliuretano u otros aislantes adecuados para el aislamiento térmico entre ambas, con una entrada (3) y una salida (4) para el líquido refrigerante, consiguiendo la combinación de ambos circuitos complementarse para una optimización del panel captador de energía solar.
Description
Placa solar térmica con apoyo termodinámico para
la captación de calor y la producción de frío.
La presente invención tiene como fin patentar una
placa captadora de energía solar en su vertiente térmica, con
apoyo, en ausencia de sol, de otro sistema de gran eficiencia
energética como es el termodinámico, teniendo como finalidad la
presente invención el aprovechar la energía directa solar en
combinación con el aprovechamiento de la energía contenida en el
ambiente en forma de temperatura, e igualmente en días calurosos
producir frío haciendo funcionar la parte termodinámica de la placa
como condensador, y la térmica para producción de agua
caliente.
Esta invención se encuadra dentro del campo de
las energías alternativas en general, teniendo su aplicación dentro
de la fabricación de productos para el aprovechamiento de la
energía solar y la contenida en el ambiente en forma de
temperatura.
Son sobradamente conocidos, en el estado actual
de la técnica, los sistemas de captación solar térmica de baja
temperatura desde los que parte la presente invención. Éstos poseen
como apoyo para las noches u horas bajas o de ausencia de sol, como
pueden ser los días muy nublados y fríos de invierno, una
resistencia eléctrica de las empleadas para calentar agua sanitaria,
de potencia variable según la capacidad y consumo de la
instalación, y que tienen como característica principal un gran
consumo de energía eléctrica que desvirtúa en gran parte el
concepto ecológico de este tipo de captadores solares llamados
térmicos, al hacer un uso excesivo de una energía convencional, como
es la eléctrica, influyendo negativamente en el principio ecológico
del sistema de captación solar térmico como tal. Igualmente ocurre
con los otros sistemas de apoyo utilizados normalmente, como el
gas-oil y otros derivados del petróleo,
contaminantes y cada vez mas caros debidos al agotamiento progresivo
de las reservas de combustibles fósiles.
Concretamente el presente invento propone
utilizar una placa de medidas variables según la aplicación y
potencia a emplear, de las llamadas de captación térmica, y que
puede ser de captador plano, serpentín o construida en base a tubos
de vacío (todas ellas conocidas en el estado actual de la técnica y
utilizadas comúnmente en las actuales instalaciones de captación de
energía solar térmica de baja temperatura), a la que se le ha
adicionado en su parte trasera otra placa o panel que puede ser del
mismo tamaño y forma u otro diferente según conveniencia,
funcionando este segundo panel según el principio termodinámico
(Joule) de captación de calorías por medio de la evaporación de un
líquido de bajo punto de ebullición en el circuito interior de la
misma captando de esta forma las calorías del aire, el agua de
lluvia, el viento y el reflejo solar, y conduciendo estas calorías,
por medio de un circuito compresor de los utilizados en
refrigeración y calefacción de estancias y agua, al intercambiador
térmico situado en el interior del sistema, para su posterior
aprovechamiento en el calentamiento de agua sanitaria, suelos
radiantes, piscinas o para cualquier otra aplicación en la que haga
falta calentar agua, aire o cualquier otro material, funcionando
este conjunto como apoyo del sistema de calefacción, en lugar de la
resistencia eléctrica convencional o el quemador de gas butano o
gas-oil de los captadores térmicos conocidos en el
estado actual de la técnica, consiguiéndose un consumo de
electricidad a igual rendimiento, de 5 a 10 veces menor y
aumentando de esta forma el rendimiento del sistema en las mismas
proporciones en ausencia de sol.
Igualmente y mediante la inversión del circuito
termodinámico conformado con la placa objeto de esta invención,
podemos producir frío para la climatización de estancias, en base a
utilizar la parte termodinámica de nuestra placa como condensador
en lugar de cómo evaporador, aprovechándonos de que está protegida
del sol directo por medio de la parte térmica de la placa,
consiguiendo de esta forma un rendimiento superior a las actuales
instalaciones de aire acondicionado con "bomba de calor", por
la ausencia de motores para la aireación y disipación de
temperatura del condensador al aire, con el consiguiente ahorro
energético, produciéndose esta disipación efectuada por convección
natural y radiación al ambiente exterior, debido a la gran
superficie de exposición al aire de que disponemos con nuestra
placa.
Tanto los principios térmicos como termodinámico
que tomamos de base son sobradamente conocidos en el estado actual
de la técnica, si bien, la combinación de ambos principios en un
solo elemento no se han utilizado con anterioridad al menos con
conocimiento del inventor, y sobre esta base parte la presente
invención.
A parte del diseño, tamaño o material, la placa
frío calor que proponemos estará constituida por unos elementos
básicos como son: En primer lugar, tenemos un panel de aluminio,
cobre u otro material, que posee en su interior o adosado al mismo
un circuito o serpentín, por el que circula el líquido encargado del
transporte de calorías, preferentemente lacado o anodizado en color
negro selectivo de baja emisividad por su cara expuesta al sol, y
que tiene como propiedad fundamental una gran capacidad para
absorber el calor solar. Por este circuito circula un fluido de los
que se utilizan normalmente en calefacción y refrigeración, para
transporte térmico, que debe de tener principalmente entre sus
propiedades un bajo coeficiente de dilatación, poca volatilidad,
bajo punto de congelación y baja toxicidad e inflamabilidad, como
pueden ser las mezclas de agua con glicol,
agua-glicerina, aceites sintéticos y sales fundidas,
o cualquier otra nueva mezcla que apareciese con el mismo fin.
Otra alternativa posible sería utilizar los llamados tubos de
vacío, bien conocidos en el sector de la energía solar térmica,
encargándose en cualquier caso de transportar las calorías captadas
directamente del sol. Las calorías se acumulan en el intercambiador
de calor colocado preferentemente en el interior de la instalación,
para el posterior almacenaje o aprovechamiento inmediato en forma
de calefacción, agua sanitaria o climatización de piscinas. A la
placa solar térmica se le ha sujetado en su parte trasera por medio
de unos separadores un segundo panel hecho de aluminio, cobre,
acero u otro material al que se le ha conformado en su interior o
adosado al mismo un circuito de forma y tamaño calculado por el que
circulará un líquido refrigerante (134A, 407A, etc.), que al
expandirse y entrar en ebullición convirtiéndose en gas enfriará la
placa termodinámica así formada a una temperatura comprendida entre
los -5° y -17°, muy inferior a la normal de ambiente, capturando
todas las calorías de su entorno físico, y que al compartir soporte
con el panel térmico, ahorra tanto el coste del soporte de
sujeción, como el espacio para instalarlo.
Conseguimos así una placa para la captación solar
y ambiental térmica de alta ganancia, encargada de apoyar al primer
panel en horas de baja o nula radiación solar, en base al principio
termodinámico por el que funcionan los aparatos de aire
acondicionado y bombas de calor, con lo que unida la eficiencia
media de un panel solar térmico de baja temperatura, que está
próximo al 70% de rendimiento por aprovechamiento solar directo o
difuso, al del sistema termodinámico de apoyo, que produce de 5 a
10 veces más potencia calorífica que la eléctrica que consume,
disponemos de un sistema con una eficiencia energética superior al
90%, no conseguida hasta ahora por ningún otro medio, con la
consiguiente ayuda al medio ambiente en base a la captación y
aprovechamiento de energía alternativa limpia procedente del sol, y
la consiguiente disminución de gases contaminantes al sustituir las
fuentes de energías convencionales, por energía de procedencia
solar y ambiental.
Finalmente, tenemos una placa o panel solar
térmico, unido a una placa de funcionamiento termodinámico,
ahorrando de esta forma tanto el coste de este soporte, como el
espacio para instalarlo, y disponiendo así de un sistema de
captación solar térmico de alta ganancia, unido a un sistema
termodinámico que podremos utilizar para refuerzo del anterior
conjunto en horas de baja o nula radiación solar, pudiendo además
funcionar ambos equipos de forma independiente, con las ventajas
obvias que eso conlleva en caso de avería de uno de los dos o
situaciones de frío extremo, y por último, podremos utilizarlo
además para la producción de frío, en base a la descripción
anterior, para acondicionamiento de aire, y simultáneamente, con el
otro panel, calor, para agua sanitaria o piscinas.
La estética final de la placa solar
frío-calor aquí presentada, puede ser tan variada
como diseños se quieran hacer de la misma manteniendo siempre los
requisitos técnicos indispensables para su funcionamiento.
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las
peculiaridades del captador solar térmico que proponemos, se
acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante
de la misma, las siguientes figuras:
Figura 1, en la que se ha representado el panel
solar térmico (2) y el panel termodinámico (1) antes de ser
acoplados.
Figura 2, en la que se representa el conjunto
térmico ensamblado, compuesto por los paneles anteriormente
descritos y los separadores que dan lugar al aislamiento de
ambos.
La descripción detallada de la realización
preferida del procedimiento de la presente invención y de los
elementos que lo componen, se realiza a la vista de ambas figuras.
La figura 1 muestra la placa frío-calor (1) con una
entrada (3) y una salida (4) del circuito por donde circulará el
gas refrigerante y que hará las veces de evaporador, para captación
de calor, o de condensador si se trata de enfriar estancias, siendo
la placa (2) la encargada de la captación de calorías procedentes
del sol que son transportadas al intercambiador de calor del
sistema haciendo circular por su interior agua con glicol u otro
producto adecuado para calefacción. Por tanto, el conjunto térmico
estará conformado por el tubo o boquilla de entrada (6) por donde
entra el fluido térmico (glicol u otros) que, al circular por el
circuito de la placa (2), empujado por una bomba de recirculación,
captará las calorías atrapadas por la misma del sol, sacándolas a
través del tubo o boquilla de salida (7), transportándose estas
calorías al termo o intercambiador de calor dispuesto para este
efecto, funcionando el conjunto ensamblado a través de los
separadores (5), según se aprecia en la figura 2, donde ambas
placas quedan unidas formando el elemento objeto de ésta
patente.
La preferencia de funcionamiento establecida para
producir sólo calor será para el captador solar térmico, quedando
la parte termodinámica supeditada en su funcionamiento a la bajada
de temperatura de la placa térmica que en esta realización
preferida la hacemos funcionar de forma preferente por razones
obvias de ergonomía energética, si bien las podemos hacer funcionar
simultáneamente para producción de frío invirtiendo el circuito en
la placa termodinámica, y producción de calor captando calorías
para agua sanitaria o piscinas con la placa térmica.
Claims (2)
1. Placa solar térmica con apoyo termodinámico
para la captación de calor y la producción de frío,
caracterizada por capturar la energía térmica solar directa
por medio de un captador solar térmico (2), compuesto por un
serpentín por el que circula una mezcla agua-glicol
con una entrada (6) y una salida (7) para la continuación del
circuito, y al mismo tiempo capturar la temperatura ambiental por
medio de una placa termodinámica (1) acoplada al captador solar a
través de unos separadores (5), o por medio de un panel de
poliuretano u otros aislantes adecuados para el aislamiento térmico
entre ambas, con una entrada (3) y una salida (4) para el líquido
refrigerante, consiguiendo la combinación de ambos circuitos
complementarse para una optimización del panel captador de energía
solar.
2. Placa solar térmica con apoyo termodinámico
para la captación de calor y la producción de frío, igual a la
reivindicación 1, caracterizada por poder invertirse el
circuito del conjunto termodinámico, utilizándose en éste caso la
parte térmica-solar como protección ante el sol de
la parte termodinámica de la placa aumentando así la eficiencia del
sistema de producción de frío basados en
condensación-evaporación, haciendo funcionar
simultáneamente la placa solar térmica, tanto para la producción de
calor para calentar agua como para la producción de frío en el
acondicionamiento de aire.
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