ES2264316A1 - Condensador de energia solar con lente liquida modulada. - Google Patents
Condensador de energia solar con lente liquida modulada.Info
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Abstract
Condensador de energía solar con lente líquida modulada que consiste en un condensador que opera a baja temperatura con 12 kw. de potencia térmica, destinado a la producción de agua caliente sanitaria, calefacción y similares, basado en el principio de concentración de la energía solar directa, con la incorporación de lentes líquidas moduladas situadas en el interior de un recinto completamente hermético y aislado del exterior, provisto de un dispositivo de seguimiento horizontal capacitado para captar los rayos del Sol con absoluta precisión.
Description
Condensador de energía solar con lente líquida
modulada.
La presente memoria descriptiva se refiere a
una solicitud de una Patente de Invención correspondiente a un
condensador de energía solar con lente líquida modulada, cuya
finalidad estriba en configurarse como un condensador de energía
solar que opera a baja temperatura, con 12 kw de potencia térmica
instalada y que se destina a la producción de agua caliente
sanitaria, calefacción, desalación, climatización, refrigeración y
a otras prestaciones que demanden un aporte térmico con
temperaturas de hasta 150°C.
La invención se basa en el principio de
concentración de la energía solar directa mediante el empleo de la
denominada lente líquida modulada y su aprovechamiento térmico en
un absorbente.
La lente líquida modulada se diseña con una
geometría óptica, adecuada en cada caso, al tipo de foco que se
precise obtener: puntual o lineal.
El tamaño de las lentes está en función de la
potencia requerida y la temperatura en el foco viene dada por la
forma y el grado de concentración lumínica del mismo.
La estructura modulada de la lente solar
permite construir colectores de gran tamaño, con mínimo espesor y
poco peso.
El conjunto de lentes líquidas y absorbente va
dispuesto en el interior de un recinto completamente hermético y
aislado del exterior, y este equipo de producción energética cuenta
con un dispositivo de seguimiento horizontal que permite captar los
rayos del sol con absoluta precisión.
Esta invención tiene su aplicación dentro de la
industria dedicada a la fabricación de aparatos, dispositivos y
elementos auxiliares para la condensación y obtención así como para
el aprovechamiento de energía solar.
En la actualidad, los sistemas de captación
utilizados para el aprovechamiento térmico de la energía solar se
establecen como colectores planos y colectores concentradores.
Respecto a los colectores planos debe indicarse
que el aprovechamiento térmico de la radiación solar, en parámetros
de baja temperatura, se realiza generalmente mediante el empleo de
las conocidas placas solares, cuyo funcionamiento se basa en el
llamado "efecto invernadero", tratándose de colectores planos
que de forma estática están orientados al sur.
Las placas solares se utilizan, principalmente,
para el calentamiento de agua y en calefacción de viviendas y su
rendimiento es bastante bajo, no superando por término medio el 10%
de la radiación solar recibida, lo que exige disponer de grandes
superficies colectoras para el calentamiento de un cierto volumen
de agua.
Se considera necesario, y como cálculo medio,
una superficie que oscila entre 1,50 a 2,00 metros cuadrados de
área de captación por persona y día.
Para calefacción se precisa de un área
colectora equivalente al 50% de la superficie a calefaccionar.
Como consecuencia de su escaso rendimiento y
por la reducida temperatura de trabajo, las placas solares no se
pueden emplear en procesos termodinámicos (potencia activa),
quedando relegado su empleo, casi con exclusividad, para el
calentamiento de agua.
Estas mismas razones dificultan la utilización
de intercambiadores de calor, empleándose generalmente el sistema
de circulación directa del agua con el agravante de producirse la
calcificación de los circuitos.
Con relación a los colectores concentradores
debe indicarse que para incrementar el rendimiento del ciclo
termodinámico de los colectores solares, se hace necesario elevar
la temperatura de la fuente caliente hasta el nivel térmico
necesario para cada uso, lo cual solo se consigue concentrando la
radiación solar por medio de un sistema óptico dotado de
seguimiento.
Los sistemas ópticos utilizados para conseguir
la concentración de los rayos solares son los espejos (reflexión) y
las lentes (refracción).
En la actualidad, se vienen utilizando los
concentradores de espejos y el uso de estos concentradores viene
condicionado por toda una serie de inconvenientes de orden
práctico.
Estos concentradores son elementos de coste
elevado y sustancialmente delicados, de difícil mantenimiento, a
los que afecta negativamente la suciedad ambiental que se acumula
por efecto de su permanencia a la intemperie.
Las lentes de transmisión de gran tamaño,
incluidas las de Fresnel, no se emplean como concentradores solares
debido a su elevado peso y altísimo coste.
Por parte del solicitante no se tiene
conocimiento de la existencia en la actualidad de un concentrador
de energía solar que adopte la forma de un prisma con base
rectangular, dotado de un frente de captación de cuatro metros de
largo y tres metros de alto, dispuesto en un plano inclinado a 45°,
estando formada la superficie frontal de captación por un panel de
vidrio transparente dispuesto en cuatro módulos independientes, y
estando formados los laterales y la parte inferior en un material
opaco e incorporando láminas de resina de poliester con textura
lisa y acabado en color neutro.
El condensador de energía solar con lente
líquida modulada que la invención propone se configura en sí mismo
con una forma y proporciones que obedece a criterios de gran
sencillez y funcionalidad, con objeto de conseguir la máxima
eficacia como producto energético evitando el impacto visual y
procurando su integración en cualquier lugar y paisaje.
De forma más concreta, el condensador de
energía solar con lente líquida modulada objeto de la invención se
basa en el principio de concentración del flujo solar mediante
lentes líquidas moduladas, las cuales se construyen con una serie
de recipientes transparentes, dentro de los cuales se aloja un
fluido refractante, generalmente agua destilada.
Estos recipientes o vasos que componen la lente
líquida modulada están diseñados con mínimos espesores, permitiendo
utilizar líquidos de distinto índice de refracción para conseguir
concentraciones de altísima precisión, y el material empleado en la
construcción de las lentes solares es el metacrilato moldeado o
extrusionado.
De esta forma, la lente líquida modulada
posibilita el aprovechamiento de la energía solar en grandes
magnitudes en un solo foco, resolviendo los problemas enumerados de
peso y costo que impedían el uso de las lentes como concentradores
solares.
Así mismo, por sus cualidades ópticas, es
decir, control de la aberración esférica, reducción de la distancia
focal y precisión del foco, se consigue un elevado rendimiento, muy
superior al de los concentradores especulares.
Las lentes líquidas moduladas se pueden
construir de forma esférica o cilíndrica, destinadas las primeras a
los equipos de alta y muy alta temperatura (foco puntual) y las
segundas a los aparatos de media y baja temperatura (foco
lineal).
A diferencia de los concentradores
refractarios, la invención aprovecha la radiación solar dentro de
un recinto estanco, de fácil mantenimiento y cuyos componentes
están protegidos contra la suciedad ambiental.
Los parámetros fundamentales que caracterizan
el funcionamiento de esta invención estriban en los factores de
ganancia y de pérdidas que conforman su rendimiento térmico,
habiéndose considerado los parámetros de durabilidad, facilidad de
montaje y transporte, así como la fiabilidad.
Las lentes líquidas moduladas concentran la
energía radiante en un foco lineal, dentro de las placas térmicas o
absorbentes ubicadas en el interior del aparato, y por dichas
placas térmicas circula un fluido caloportador, aceite térmico
(circuito primario). La circulación de dicho caloportador es de
carácter forzado mediante una bomba controlada por un termostato y
el caloportador transfiere la energía dentro de un acumulador
térmico ubicado en el exterior del aparato, del cual se extrae la
energía almacenada mediante un intercambiador de calor.
La instalación está implementada con un sistema
auxiliar de aporte de energía, para ser utilizado en los casos en
los que se produzca ausencia prolongada de radiación solar.
Concretamente, los elementos que componen el
condensador de energía solar con lente líquida modulada de baja
temperatura son los siguientes:
- Captador. Lentes líquidas moduladas o
solares, estando constituido el captador por doce unidades de
lentes líquidas moduladas posicionadas en cuatro filas, y dichas
lentes líquidas moduladas adoptan la configuración cilíndrica
presentando un tipo de foco lineal, una distancia focal de 100 cm.
con dimensiones de 100 x 100 cm. (construidas en dos piezas),
estando fabricadas en metacrilato de colada de 3 mm. de espesor
moldeado y utilizando como líquido refractante agua destilada.
- Placa térmica o absorbente, constitutiva del
elemento sobre el que se concentra la radiación solar procedente
del captador, concretamente de las lentes líquidas moduladas, y el
equipo cuenta con cuatro placas térmicas lineales conectadas en
serie, estando formados estos absorbentes por conductos metálicos
de alta transmisibilidad térmica, adoptando la forma rectangular y
circulando por los mismos el fluido caloportador (aceite térmico -
circuito primario), alcanzando los 150°C la temperatura de
trabajo.
El circuito es cerrado y va impulsado por una
bomba de recirculación de características adecuadas a la
temperatura y condiciones de trabajo, incorporando un termostato
que controla el funcionamiento de la bomba de recirculación.
- Acumulador térmico. Intercambiador de calor,
que debido al alto nivel térmico que genera el condensador de
energía solar con lente líquida modulada debe incorporar el
acumulador térmico en cuestión, y dentro del mismo se transfiere la
energía del circuito primario (aceite térmico) al agua que se ha de
calentar mediante el empleo de un intercambiador de calor,
evitando de esta manera las incrustaciones calcáreas y los
problemas de corrosión.
- Equipo de seguimiento solar y giro que tiene
como misión el hecho de obtener la concentración de la luz solar
con objeto de que sea óptima en todo momento, para lo cual está
dotado de un sistema electrónico de seguimiento horizontal de este
a oeste, que lo mantiene continuamente orientado hacia el Sol.
El mecanismo lo constituye un conjunto de
sensores (fotoresistencias) y una placa electrónica que envía al
motor de giro de corriente continua los impulsos eléctricos
oportunos, en intervalos comprendidos entre 15 y 20 segundos,
tiempo suficiente para que el foco permanezca perfectamente
centrado sobre la placa térmica.
El motor de giro mueve una rueda motriz que se
desplaza sobre una guía circular exterior y adosada al pavimento
donde se instala el equipo, y dicho motor recibe la energía de la
batería con que cuenta el equipo.
- Equipos de medida y control, debiendo
indicarse que el condensador va dotado de un equipo de medida y
control instalado en el soporte-eje de giro, en el
exterior del aparato y que consta de un medidor de la temperatura
del agua producto, mediante termómetro digital, indicador de nivel
de carga de la batería, medidor de la temperatura interior del
aparato mediante termómetro digital, detector de movimiento de
giro y pulsador de emergencia.
Además se dispone de una alarma luminosa y
acústica a instalar en lugar adecuado para detectar las posibles
anomalías que se produzcan durante el funcionamiento del
equipo.
Cuando se trate de hacer funcionar plantas de
producción con varios aparatos, los elementos de control podrán ir
centralizados en una única estación.
- Estructura y aislamiento, señalándose que la
estructura portante se realiza en perfilería de aluminio anodizado
en color natural, constando de tres niveles bien definidos, estando
el primer nivel destinado a soportar el vidrio exterior de
cerramiento, un segundo nivel que soporta las lentes colectoras y
en el tercer nivel se alojan las placas térmicas.
El conjunto así definido gravita sobre un eje
de giro y sobre una guía de rodadura exterior, dentro de la cual se
desliza el aparato ayudado con dos ruedas motrices colocadas en los
extremos laterales del mismo.
El vidrio frontal exterior será templado y
transparente, estando acomodado a la estructura mediante siliconas
de alta resistencia, y el aparato así diseñado queda herméticamente
cerrado y aislado del exterior mediante una carcasa de resina de
poliéster y fibra de vidrio, estando configurado el cerramiento por
una serie de piezas moldeadas e incorporando una capa de
poliestireno expandido de alta densidad, que permite el aislamiento
térmico del equipo, evitando la presencia de aire húmedo en el
interior del aparato que pueda producir condensaciones.
- Recuperador de calor, debiendo señalarse que
la energía disipada que se produce en el absorbente durante el
proceso de transferencia queda aislada dentro del equipo, en forma
de aire caliente a temperatura superior a los 60°C, y para el
aprovechamiento de esa energía residual se instala un recuperador
de calor, que la transfiere al aceite térmico frío en su regreso
del acumulador de calor, y esta operación se realiza en el circuito
primario antes de su entrada en el absorben-
te.
te.
Asimismo, la energía procedente de la radiación
difusa que queda atrapada dentro del aparato por la acción del
"efecto invernadero", también se aprovecha por transferencia
con el mismo recuperador de calor.
El recuperador está formado por un
intercambiador de calor aire-líquido, sobre el que
se proyecta el aire caliente mediante la acción de una turbina
impulsora, realizándose la regulación mediante la intervención de
un termostato.
- Dispositivo de regulación térmica que tiene
como misión la de evitar una eventual congelación de las lentes
líquidas, se instala un dispositivo de regulación térmica de la
temperatura interior del aparato que consta de una resistencia
eléctrica de 12 V. conectada a la batería y/o red eléctrica, y
controlada por un termostato que la acciona en caso de temperaturas
cercanas a la de congelación.
No obstante, lo anteriormente citado, en
lugares donde se prevee que el equipo pueda estar expuesto a
prolongados periodos de muy bajas temperaturas, el fluido
refractante a emplear dentro de las lentes será el alcohol.
- Instalación eléctrica, la cual será de
corriente continua y estará compuesta por una batería de 12 V. y 50
Amperios de capacidad, que será alimentada por los paneles
fotovoltaicos dispuestos en la parte frontal inferior y/o la red
eléctrica según interese.
La batería está dotada del correspondiente
dispositivo de control de carga máxima y mínima para evitar su
deterioro e irá ubicada en la base del soporte exterior dentro de
su correspondiente habitáculo.
Esta batería suministra la energía al sistema
de seguimiento solar, al motor de giro, a la bomba de recirculación
del circuito primario, al sistema de recuperación de calor, al
equipo de regulación térmica y al cuadro de control y mando.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, una hoja de planos
en la cual con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Corresponde a una vista
esquemática del funcionamiento de la invención correspondiente a un
condensador de energía solar con lente líquida modulada.
A la vista de la figura número 1 y única, puede
observarse como el condensador de energía solar con lente líquida
modulada está constituido a partir de un circuito primario (1), con
material absorbente (2) que presenta una entrada (3) de agua fría,
así como un intercambiador (4) de calor, disponiendo de una salida
(5) de agua caliente, un apoyo térmico (6) auxiliar, un retorno (7)
caloportador, una bomba de impulsión (8), un recuperador (9) de
calor interno, una turbina (10) de impulsión de aire caliente y un
termostato (11).
El condensador de energía solar con lente
líquida modulada de baja temperatura ha sido referenciado de forma
general con (12) y en el interior del mismo se incorporan las
placas térmicas (14), mientras que el acumulador térmico ha sido
referenciado de forma general con (13).
Como se ha dicho anteriormente, las lentes
líquidas moduladas concentran la energía radiante en un foco lineal
dentro de las placas térmicas (14) o absorbentes ubicadas en el
interior, y por dichas placas térmicas circula un fluido
caloportador, aceite térmico (circuito primario).
La circulación de dicho caloportador es de
carácter forzado mediante una bomba controlada por un termostato y
el caloportador transfiere la energía dentro de un acumulador
térmico ubicado en el exterior del aparato, del cual se extrae la
energía almacenada mediante un intercambiador de calor, estando
dotada la instalación de un sistema auxiliar de aporte de energía
para los casos en los que se produzca ausencia prolongada de
radiación solar.
Debe reiterarse que la invención está
configurada a partir de una serie de elementos que constituyen el
equipo en cuestión de baja temperatura, concretamente, está formada
por los siguientes elementos. A saber:
- -
- Captador. Lentes solares,
- -
- Placa térmica o absorbente,
- -
- Acumulador térmico. Intercambiador de calor,
- -
- Equipo de seguimiento solar y giro,
- -
- Equipos de medida y control,
- -
- Estructura y aislamiento,
- -
- Recuperador de calor,
- -
- Dispositivo de regulación térmica,
- -
- Instalación eléctrica.
Claims (10)
1. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, de los configurados como de baja temperatura,
destinado a la producción de agua caliente sanitaria, calefacción,
desalación, climatización, refrigeración y otras prestaciones que
demanden aporte térmico con temperatura de hasta 150°C,
caracterizado por estar constituido a partir de un circuito
primario (1), provisto de material (2) absorbente, entrada de agua
fría (3), intercambiador (4) de calor, salida (5) de agua caliente,
apoyo térmico (6) auxiliar, retorno (7) caloportador, bomba de
impulsión (8), recuperador (9) de calor interno, turbina (10) de
impulsión de aire caliente y un termostato (11), presentando un
cuerpo general del equipo (12) en el interior del cual se sitúan
placas térmicas (14) y un acumulador térmico (13), estando
compuesto por un captador y lentes solares formadas por lentes
líquidas moduladas, una placa térmica absorbente, un acumulador
térmico e intercambiador de calor, un equipo de seguimiento solar
y giro, equipos de medida y control, estructura y aislamiento, un
recuperador de calor, un dispositivo de regulación térmica y una
instalación eléctrica.
2. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado porque el captador está constituido por doce
unidades de lentes líquidas moduladas en cuatro filas, que adoptan
la forma cilíndrica y que disponen de un tipo de foco lineal con
distancia focal de 100 cm., estando construidas en dos piezas en
metacrilato moldeado utilizando como líquido refractante agua
destilada.
3. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado porque la placa térmica o absorbente está
formada por cuatro placas térmicas lineales conectadas en serie,
estando constituidos estos absorbedores por conductos metálicos de
alta transmisibilidad térmica, siendo de forma rectangular y por
cuyo interior circula un fluido caloportador, tal y como puede ser
aceite térmico-circuito primario, alcanzando una
temperatura de trabajo de 150°C, estando el circuito cerrado y
siendo impulsado por una bomba de recirculación e incorporando un
termostato que controla el funcionamiento de la bomba de
recirculación.
4. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado por incorporar un acumulador térmico dentro
del cual se transfiere la energía del circuito primario,
concretamente aceite térmico, al agua que se ha de calentar
mediante la utilización de un intercambiador de calor.
5. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado porque el equipo de seguimiento solar y giro
está dotado de medios electrónicos de seguimiento horizontal de
este a oeste manteniendo continuamente la orientación hacia el Sol,
estando formado por un mecanismo configurado por sensores
(fotoresistencias) y una placa electrónica que envía al motor de
giro, de corriente continua, los impulsos eléctricos oportunos en
intervalos comprendidos entre 15 y 20 segundos, movilizando el
motor de giro una rueda motriz que se desplaza sobre una guía
circular exterior y adosada al pavimento, recibiendo la energía el
motor de la batería.
6. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado por estar dotado de equipos de medida y
control disponiendo de un condensador en el que se incorpora el
equipo de medida y control instalado en el
soporte-eje de giro en el exterior del aparato,
contando con un medidor de la temperatura del agua mediante un
termómetro digital, así como un medidor de la temperatura interior
del aparato mediante un termómetro digital, disponiendo de un
indicador de nivel de carga de la batería, un detector de
movimiento de giro, así como de un pulsador de emergencia,
incorporando una alarma luminosa y acústica, pudiendo estar los
elementos de control centralizados en una única estación.
7. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado por disponer de una estructura portante
configurada en perfilería de aluminio anodizado, provista de tres
niveles para soportar el vidrio exterior de cerramiento, las lentes
colectoras y el alojamiento de las placas térmicas, gravitando
sobre un eje de giro y sobre una guía de rodadura exterior
implementada con dos ruedas motrices situadas en los extremos
laterales, incorporando el vidrio exterior de naturaleza templada y
transparente situado sobre una estructura mediante siliconas de
alta resistencia separado de las lentes colectoras, y disponiendo
de una carcasa de aislamiento de resina de poliester y fibra de
vidrio formado por piezas moldeadas e incorporando el cerramiento
de poliester una capa de poliestireno expandido.
8. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado por disponer de un recuperador de calor
formado por un intercambiador de calor aire-líquido,
receptor de aire caliente mediante una turbina impulsora
regulándose con un termostato.
9. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado porque el dispositivo de regulación térmica
está formado por una resistencia eléctrica de 12 V. conectada a la
batería y/o red eléctrica, controlada por un termostato que puede
incorporar opcionalmente dentro de las lentes alcohol.
10. Condensador de energía solar con lente
líquida modulada, según la primera reivindicación,
caracterizado por disponer de una instalación eléctrica
compuesta por una batería de 12 V. y 50 Amperios, alimentada por
paneles fotovoltaicos dispuestos en la parte frontal inferior y/o
la red eléctrica, que está dotada de un dispositivo de control de
carga máxima y mínima.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200400518A ES2264316B1 (es) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Condensador de energia solar con lente liquida modulada. |
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|---|---|---|---|
| ES200400518A ES2264316B1 (es) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Condensador de energia solar con lente liquida modulada. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2264316A1 true ES2264316A1 (es) | 2006-12-16 |
| ES2264316B1 ES2264316B1 (es) | 2007-11-16 |
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|---|---|---|---|
| ES200400518A Expired - Fee Related ES2264316B1 (es) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Condensador de energia solar con lente liquida modulada. |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2264316B1 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES213450A1 (es) * | 1954-02-02 | 1954-05-01 | Cogloya S A | Sistema electro-mecánico para impulsión en sentido alternativo de un elemento esférico rígido entre dos puntos de un plano sensiblemente horizontal aplicable a juegos de salón |
| ES239938U (es) * | 1978-11-15 | 1979-01-16 | Vidal De Llobatera Pomar Jorge | Colector de energia solar perfeccionado |
| ES259443U (es) * | 1981-07-13 | 1982-01-16 | Industrias Metalurgicas Portal S.A. | Un colector solar plano |
| WO1996015411A1 (es) * | 1994-11-10 | 1996-05-23 | Roberto Santander Cerbell | Nuevo condensador de energia solar |
| US20020121298A1 (en) * | 2001-01-15 | 2002-09-05 | Konold Annemarie Hvistendahl | Combined solar electric power and liquid heat transfer collector panel |
-
2004
- 2004-03-04 ES ES200400518A patent/ES2264316B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2264316B1 (es) | 2007-11-16 |
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