ES2280134B1 - Dispositivo de captacion de energia solar aplicable a cubiertas de teja, y procedimiento de montaje del mismo. - Google Patents

Dispositivo de captacion de energia solar aplicable a cubiertas de teja, y procedimiento de montaje del mismo. Download PDF

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Abstract

Dispositivo de captación de energía solar aplicable a cubiertas de teja, y procedimiento de montaje del mismo. El dispositivo parte de la realización sobre las tejas (14) de amplias lumbreras (15) en las que encajan sendos cuerpos irregulares (1-13), de vidrio transparente, ahumado o tintado herméticamente cerrados y al vacío, que establecen continuidad superficial a través de su cara superior con el resto de la teja (14) y en cuyo interior se establecen reflectores cilindro-parabólicos (2-3) que reenvían la radiación solar hacia un embudo de concentración formado por las laminillas (4) que define un canal semicilíndrico (5) y de adaptación del tubo (6) termo-portador, el cual descansa sobre una cuna de apoyo (7) que a su vez es presionada contra dicho tubo (6) por efecto de un elevador de fuelle (16), quedando además la cuna de apoyo (7) y cuerpos irregulares (1) fijados mediante elementos de anclaje (8-10). Se consigue así un fácil procedimiento para el montaje de los cuerpos captadores por simple enchufamiento a presión, consiguiendo un contacto íntimo con el tubo termo-portador que queda oculto y protegido bajo las tejas.

Description

Dispositivo de captación de energía solar aplicable a cubiertas de teja, y procedimiento de montaje del mismo.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo de captación de energía solar, que realiza una mutación beneficiosa de las tejas en un tejado existente o por realizar que componen una cubierta, ya sean curvas o mixtas, de manera que dichas tejas, además de cumplir su función clásica como elementos de cobertura frente a los efectos de la intemperie, en especial frente al agua de lluvia, actúen como captadores de energía solar para el calentamiento de un fluido de transmisión térmica.
El objeto de la invención es conseguir una instalación de alto rendimiento energético, que no altera la configuración estética del tejado en el que se integra, tanto en lo que se refiere a los medios de captación propiamente dichos como especialmente a los medios de transmisión de la energía.
La invención concierne también al procedimiento de montaje especialmente apropiado de los diferentes elementos que participan en la instalación de este sistema de transferencia de calor por debajo de las tejas protegiendo totalmente éste último.
La invención se sitúa pues en el ámbito de la industria dedicada a la fabricación de dispositivos y equipos para captación de energía solar a nivel domestico o similar y, en consecuencia, asociado a la industria de fabricación de tejas mecánicas o artesanales.
Antecedentes de la invención
Como es sabido en la actualidad y para la captación de energía solar a nivel domestico, se utilizan paneles solares colocados generalmente sobre tejados inclinados. Estos paneles incorporan un marco metálico a través del que se fijan a la cubierta, habitualmente de forma sobreelevada, con tubos de circulación de fluido visibles y al aire, a veces incorporando incluso el depósito cilíndrico de agua caliente, por lo que es necesario perforar las tejas y el resto de la cubierta para poder conectar las citadas conducciones con el circuito interior.
Esto trae consigo un daño muy considerable para la estética del conjunto arquitectónico sobre el que se montan los paneles solares térmicos, en especial cuando, como sucede frecuentemente, la superficie y el color del panel y sus accesorios visibles nada tienen que ver en absoluto con las características del tejado existente, en especial cuando se trata de un tejado a base de tejas curvas o mixtas, tan frecuentes precisamente en zonas donde la radiación solar es abundante como también las situadas bajo la latitud norte 50º.
A este problema de estética hay que añadir además los problemas de corrosión que se producen en los elementos al aire libre de este tipo de paneles cuando las instalaciones se sitúan cerca de un ambiente marino.
Descripción de la invención
La invención resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, y para ello convierte un tejado tradicional compuesto por tejas curvas o mixtas convencionales en una superficie de semejante configuración y estética, pero que incorpora un dispositivo compuesto por varios módulos de captación de energía solar.
Así, el dispositivo comprende los siguientes elementos básicos:
-un cuerpo irregular de cuatro caras cilindro parabólicas dispuesto para acoplarse a las tejas receptoras vaciado de aire en su espacio interior.
-Un medio de reenvío y de concentración de la radiación solar.
- Un cambiador de calor adaptado a la longitud inferior del dispositivo captador de energía.
- Un tubo canalizador del fluido termoportador que permite su instalación sin piezas de conexión por debajo de las tejas.
- Una cuna de apoyo que facilita el anclaje hermético del cambiador del calor al tubo termoportador consiguiendo un óptimo aprovechamiento térmico.
Adicionalmente y según el tipo de tejado que se pretenda adaptar, contendrá alternativamente uno de los siguientes elementos:
-conjunto reflector cilindro parabólico en posición inferior y un reflector cilindro parabólico en posición superior que reenvía la radiación en un embudo de concentración.
- o un conjunto de reflector cilindro parabólico en posición inferior y un concentrador absorbente en forma de aleta ondulada, junto con el cilindro parabólico en posición superior.
Para ello cada teja está afectada por una lumbrera o ventana en su sector curvo en la que se acopla un dispositivo captador propiamente dicho, consistente en un cuerpo que establece continuidad superficial superior con la cara externa de la teja y que ocupa el seno de la misma. En el interior de dicho cuerpo transparente están situadas sobre su pared de fondo inferior dos parábolas reflectoras en posiciones simétricas. En oposición a éstas y en disposición centrada sobre la línea focal también incluye un reflector cilíndrico parabólico de reenvío de radiación sobre unas laminillas cilindro-parabólicas de concentración en conexión con el cambiador de calor que acoge herméticamente el tubo termo-portador que se sitúa por debajo de todas las tejas de una ali-
neación.
Bajo dicho tubo se posiciona una cuna de apoyo de la misma longitud que el cuerpo de cada dispositivo, a fin de posicionar y fijar herméticamente dicho tubo. Esta cuna posicionada sobre el elevador de fuelle permite en primer lugar enclavar el cuerpo transparente por medio de pinzas de muelle asociadas a dicho cuerpo y que se encastran en los alvéolos laterales de la cuna y que en segunda función ventajosa, aseguran el sellado hermético y calorífico del tubo termo-portador al cambiador de calor.
El elevador de muelle provisto de sus ranuras de posicionamiento o el medio (herramienta especial) de alineación y liberación de la hoja de muelle, en su variante permiten por una presión manual vertical descendiente ejercida sobre el cuerpo irregular transparente conectar éste a la cuna de apoyo enclavando herméticamente el tubo termo portador. Este procedimiento de instalación ofrece igualmente la ventaja mayor de conseguir un conjunto solidario entre los tres elementos compuestos por la teja, el cuerpo irregular transparente y el tubo termo-portador, pudiendo de este modo soportar adecuadamente las dilataciones térmicas del tejado en su conjunto.
El cuerpo irregular transparente está provisto de una conexión para un sensor térmico que transmite las temperaturas recogidas al autómata que controla generalmente el cambiador de calor y el sistema de distribución de agua caliente.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra un detalle en sección transversal del cuerpo o módulo de captación de energía solar destinado a integrarse en una teja, que participa en el dispositivo de la invención.
La figura 2.- Muestra, también según una representación esquemática en sección trasversal, una pareja de tejas mixtas, convenientemente ínter acopladas, a una de las cuales aparece enfrentado el correspondiente cuerpo o módulo de captación solar, mientras que sobre la otra aparece dicho módulo debidamente montado.
La figura 3.- Muestra un detalle en alzado lateral y en sección longitudinal del conjunto ensamblado representado en la figura 1.
La figura 4.- Muestra una vista en alzado lateral y en sección longitudinal de un conjunto similar al de la figura 2, en el que dos tejas aparecen debidamente interacopladas en el sentido longitudinal, una con el cuerpo o módulo captador propiamente dicho debidamente acoplado a la misma, y la otra con dicho módulo en situación de enfrentamiento.
Las figuras 5, 6 y 7.- Muestran representaciones similares a las de las figuras 1, 2 y 3, pero en las que el dispositivo de captación de energía solar aparece montado sobre tejas curvas, en lugar de sobre tejas mixtas con la cuna de apoyo adaptada a este tipo de tejas y sus medios especiales de fijación.
La figura 8.- Muestra una representación esquemática en planta y en sección de la herramienta especial o del medio que es parte integrante del procedimiento de fijación del cuerpo irregular transparente a la cuna de apoyo.
La figura 9.- Muestra un detalle esquemático en planta de varias tejas colocadas con referencia a la figura dos.
La figura 10.- Muestra, finalmente, una representación similar a la de la figura 9 pero con tejas como las mostradas en la figura 6.
Realización preferente de la invención
A la vista de las figuras reseñadas y en especial de la figura 1, puede observarse como el dispositivo de la invención parte de la utilización de un cuerpo irregular y cerrado (1), preferentemente de vidrio, o al menos con su cara superior y externa transparente, ahumado o tintado en el que participan cuatro caras cilindro-parabólicas y en el que especialmente la cara superior presenta la misma curvatura que la teja a la que se destina, como se verá más adelante. Este cuerpo cerrado (1), en el que se ha practicado el vacío, incorpora inferiormente dos reflectores cilindro-parabólicos (2) y, posicionado en la línea focal y en situación superior un receptor cilindro-parabólico (3) de reenvío de la radiación sobre laminillas embudo cilindro-parabólicas (4) de concentración, siendo las radiaciones canalizadas sobre un cambiador de calor de forma semi-cilíndrica (5) recubierto de un absorbente selectivo y en el cual una laminilla de fijación en el lado interior del tubo irregular proporciona la toma de contacto (9) para una sonda clásica de control de temperatura.
Ancladas en ambas partes de los laterales de las caras inferiores del cuerpo irregular (1) se sitúan unas pinzas de muelle (8) que están posicionadas para graparse o fijarse por presión en alvéolos previstos al efecto en una cuna de apoyo (7) de manera fácil y sencilla.
Esta cuna de apoyo (7) sirve para posicionar y fijar herméticamente un tubo termo-portador (6) contra un hueco semicilíndrico existente en el cambiador de calor (5), contando a tal efecto la cuna de apoyo (7) con una cavidad (11) también semicilíndrica, que completa la que acaba de citarse, para abrazar con íntima unión al tubo termo-portador (6). La cuna de apoyo (7) está además dotada en sus bordes laterales de alvéolos (10) para las pinzas de muelle (8) asociadas al cuerpo (1), y de ranuras longitudinales en su base (12) para adaptación de un elevador de fuelle (16) destinado a situarse bajo las tejas (14) y que tiende a que el tubo termo-portador (6) quede perfectamente encajado de su cavidad (11).
En las figuras 2 a 4 el cuerpo irregular al vacío, con sus diferentes accesorios, ha sido referenciado con (13) y está destinado a acoplarse a cada teja (14) en una lumbrera (15) operativamente practicada en la misma, como se observa especialmente en la figura 2. La cuna de apoyo referenciada en la figura 2 con (7A) esta alineada y posicionada por el elevador de fuelle ahora referenciado con (16), el cual apoya sobre el forjado de cubierta (17), o la estructura de cubierta de que se trate, retrayéndose dicho elevador de fuelle hacia la posición (16B), habiendo previamente realizado un óptimo posicionamiento del tubo termo-portador (6). En la figura 2 se ha referenciado con (20) el conjunto constituido por el cuerpo irregular (13) encajado en la teja (14) y la cuna de apoyo (7) con el tubo (6), formando un grupo o conjunto sellado herméticamente que ha sido referenciado con (18).
Cuando se trata de una teja mixta, como en el caso de las figuras 1 a 4 y 9, y en función de la anchura de la misma, su parte plana y lateral puede ser aprovechada para la implantación de una pluralidad de células fotovoltaicas (19).
El dispositivo mostrado en una sección longitudinal, tal como el que se representa en la figura 3, indica las formas geométricas cilindro-parabólicas de los laterales del tubo irregular completo (13A), fijado herméticamente a la cuna de apoyo (18A) por las pinzas de muelle (8), quedando el tubo termo-portador (6) encajado longitudinalmente y herméticamente contra el cambiador de calor (5) en la cavidad definida por este último. El elevador de alineación y posicionamiento está mostrado tanto en posición teórica de bloqueo como en posición de liberación, la primera referenciada con (16A) y la segunda con (16B) en la figura 3.
En la figura 4 aparece una forma de ejecución del procedimiento, según el cual, y el orden cronológico, una teja curva y esquematizada, referenciada globalmente por (15B), incorpora una lumbrera o ventana apropiada para encajar en ella el cuerpo irregular completo (13B), y está posicionada sobre la línea simbolizando la pendiente teórica de una chapa base de tejado o un forjado de techo (21). El elevador (16A) está colocado a un nivel adecuado y queda bloqueado para asegurar que las pinzas de muelle (8) se acoplen mediante presión hacia la cuna de apoyo (7A) abrazando los alvéolos (10) de la misma. El cuerpo irregular completo (13B) situado encima de la lumbrera prevista para este menester (15B) es introducido en su alojamiento, de manera que una presión manual ejercida sobre dicho cuerpo irregular (13B), según la flecha correspondiente de la figura (4) lo amarra herméticamente a la cuna de apoyo abrazando al tubo termo-portador. El elevador previamente dispuesto en posición de reposo (16B) es desplazado debajo de la siguiente teja en línea longitudinal para permitir otra instalación según la necesidad. En la figura 4 la referencia (22) muestra el conjunto anteriormente terminado habiéndose desplazado el elevador de fuelle (16B). Operando en bucle, el tubo termo-portador (6B) se coloca debajo de la teja (14) y, sin piezas de empalme en toda la longitud necesaria de la instalación para dar servicio a un determinado número de dispositivos en línea, cruza nuevamente por debajo del tejado (ver referencia 6C), con el fin de conectarse a un colector que alimenta al sistema doméstico térmico, no representado en las figuras.
En la variante de realización del dispositivo mostrada en la figura 5, el cuerpo irregular (23) está realizado bajo una forma de arco cilindro-parabólico más tensado, para poder encajarse en otro modelo de teja curva, la mostrada en la figura 6. En esta variante de realización y teniendo en cuenta el espacio interno reducido, los componentes están adaptados para llegar a la misma finalidad. De acuerdo con el invento se colocan internamente y en posición inferior dos reflectores cilindro-parabólicos (24) y, posicionada sobre la línea focal en situación superior a una aleta ondulada (25) de forma cilindro-parabólica, recubierta de un absorbente selectivo. La aleta está soldada a un tubo concentrador conteniendo un termo-portador (26). El tubo de aletas absorbente (25-26) está acoplado con enlaces (27) de conexión de transferencia de calor, soldado sobre un cambiador de calor de forma semicilíndrica (28) por el cual una patilla de fijación en el lateral del cuerpo irregular (23) ofrece la toma de contacto (30) para la sonda de control térmico. En ambos laterales de la parte inferior del cuerpo irregular (23) están fijadas una pluralidad de pinzas de muelle (31), debidamente posicionadas para enclavarse en los alvéolos, previstos al efecto en la cuna de apoyo (32). La cuna de apoyo posiciona y fija herméticamente el tubo termo-portador (29) en el hueco semicilíndrico (28) del cambiador de calor. La cuna de apoyo (32) está preferentemente realizada con el mismo material y configuración similar a la cuna de apoyo (7), con alvéolos similares para las pinzas de muelle y una cavidad para enclavar el tubo termo-portador. En una variante, la cuna de apoyo (32) está provista de una cavidad (34) para alojar la lámina de muelle (35) girada sobre el eje (33) en una posición de reposo (35A), habiendo sido relegada en su cavidad (34) por el elemento de posicionamiento (36).
En la figura 6 se ha ilustrado una sección en situación de acoplamientos sobre una línea teórica de la chapa o base o forjado (39) del tejado, donde el cuerpo irregular al vacío y todos sus elementos aparecen referenciados con (23A) y está posicionado por encima de la lumbrera (38) realizada al efecto en una teja del tipo de las que aparecen en dicha figura en posición invertida y referenciadas con (37). La referencia (40) muestra un conjunto posicionado con la cuna de apoyo (32A) encajada por la presión previamente ejercida sobre la lámina de muelle (35), mientras que la referencia (41) muestra el mismo conjunto colocado en la lumbrera, habiéndose extraído el elemento de posicionamiento (36) y estando girada y enclavada la lámina de muelle (35A) en la cavidad (34), por la acción del elemento de posicionamiento (36) según su desplazamiento longitudinal ejercido por el mismo como el mostrado por la flecha en la figura 8. De esta forma el dispositivo integrado en una teja curva está posicionado a caballo en una configuración típica de colocación de tejas curvas.
En el corte longitudinal de la figura 7 se muestran las figuras geométricas cilíndrico-parabólicas de los laterales del cuerpo irregular completo (ahora 23B), fijado herméticamente a la cuna de apoyo (ahora 32B). El tubo termo-portador (29) está enclavado hermética y longitudinalmente en la cavidad (28) del intercambiador de calor. Las láminas del muelle (35A) están giradas sobre el eje (33) en posición de reposo en la cavidad (34) reservada al efecto. La toma de contacto (30) queda accesible para conectar la sonda de control térmico a un autómata de control (no representado) mediante un cable de enlace costeando el tubo (29).
La puesta en funcionamiento utiliza un medio o herramienta especial de posicionamiento (36), de carácter mecánico, como el mostrado en la figura 8 mediante una vista esquemática en planta y en sección con corte parcial. En orden cronológico y secuencial de puesta en funcionamiento del procedimiento, utilizando esta herramienta especial (ahora 36B y 36C) un medio mecánico de posicionamiento adaptado a la lámina de muelle (35) y a la cuna de apoyo (32A), el medio de alineación (36B) está colocado debajo de la cuna de apoyo (32A) y posicionado bajo la lumbrera de la teja, estando la lámina de muelle en su posición (35) retenida por el espárrago de bloqueo (42), lo que permite un acoplamiento del dispositivo sin visibilidad asegurando una conexión sencilla del sistema. El corte longitudinal de ésta figura 8 muestra el modo (36C) y el espárrago (42A) sobre la misma sección. Debido a la acción de liberación mostrada por la flecha, la lámina de muelle (35A) gira en torno al eje (33) para colocarse en su cavidad (34) y ponerse en situación de reposo. El espárrago (42) queda libre y el medio de posicionamiento (36) se retira para ejecutar una nueva instalación. En caso de que sea necesario, el dispositivo (13-23A) se extrae de la lumbrera de la teja por una simple tracción mediante la utilización de una ventosa aplicada sobre el domo del dispositivo, siendo las pinzas de muelle (8) y (31) de una flexibilidad inferior a la lámina de muelle (35).
De acuerdo con la estructuración descrita cualquier experto en la materia puede adaptar el medio de posicionamiento para la puesta en obra de la invención en función del tipo de superficie de apoyo de la cubierta, y según la teja existente, o instalar el modelo de dispositivo que se utilizara para esta realización. Además, hay que entender que el invento no se limita al modo de realización descrito y que muchas adaptaciones ventajosas pueden ser añadidas a estos últimos sin salirse del marco del presente invento.
Por ejemplo, se puede adaptar a la configuración y la forma geométrica del dispositivo e invertir los elementos internos y externos ilustrados a los que se conectan, para realizar un dispositivo que incorpore una combinación de dos o más tejas soporte o fijar en serie dos o más tejas soporte adoptando la forma y la longitud del dispositivo del invento, sin salirse del marco del mismo.
Finalmente, la figura 9 ilustra, según una vista en planta, un ejemplo (44) de superposición tradicional de tejas curvas mixtas en las cuales están incorporados el dispositivo (45) y la colocación en la parte plana de las tejas de células fotovoltaicas (46), mientras que la referencia (43) esquematiza el acoplamiento lateral entre una teja normal y una teja modificada. En la figura 10 se ha referenciado con (47) la superposición de cuatro tejas curvas en las que está incorporado el segundo dispositivo (48) es decir la segunda realización práctica de invención, que corresponde a la configuración geométrica de este tipo de tejas, donde la referencia (49) representa una teja en situación de canalón.

Claims (5)

1. Dispositivo de captación de energía solar aplicable a cubiertas de teja existentes o por realizar, caracterizado porque a partir de una amplia lumbrera (15) practicada en las tejas, tanto si se trata de tejas mixtas, curvas-planas (14), como si se trata de tejas curvas (37), se materializa en un cuerpo irregular hueco (1-23), herméticamente cerrado, de vidrio transparente, tintado o ahumado y al vacío, formal y dimensionalmente adecuado para acoplarse ajustadamente a la lumbrera (15) de la teja, estableciendo continuidad superficial entre su cara superior y la de ésta última, incluyendo en la parte inferior de dicho cuerpo hueco (1-23) dos reflectores cilindro-parabólicos (2-24), en la parte superior un reflector cilindro-parabólico (3) situado sobre la línea focal, entre los dos reflectores cilindro-parabólicos (2-24) un elemento embudo para recibir rayos solares compuesto por dos laminillas opuestas cilindro-parabólicas (4) que aseguran el parámetro de concentración, y bajo dicho embudo un cambiador de calor de forma semi-cilíndrica (5-28) recubierto de un absorbente selectivo, que asegura el encajamiento hermético del tubo termo-portador (6-29), habiéndose previsto que el cuerpo (1) incorpore en su base unas pinzas de muelle (8-31) para su fijación a una cuna de apoyo (7-32) que se coloca sobre un elevador de alineación adaptado (16) destinado a ejercer la presión necesaria para ensamblar herméticamente el conjunto (18), así como una toma de contacto para una sonda térmica (9-30).
2. Dispositivo de captación de energía solar acoplable a cubiertas de teja, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora además una aleta ondulada (25), de configuración cilindro-parabólica, recubierta de un absorbente selectivo, fijada por soldadura a un tubo concentrador (26) que incorpora una materia termo-portadora, así como enlaces de conexión (27) acoplados al citado tubo concentrador (26) y que aseguran la transferencia de la energía térmica hacia el cambiador de calor (28).
3. Dispositivo de captación de energía solar acoplable a cubiertas de teja, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque la cuna de apoyo (7) está realizada en una materia sólida y adecuada para asegurar el aislamiento térmico del tubo termo-portador (6-29), e incluye lateralmente alvéolos (10) para recibir las pinzas de muelle (8-31) y una cavidad (11) para encajar el tubo termo-portador (6-29), así como ranuras inferiores longitudinales (12) para posicionarse con el elevador de fuelle (16).
4. Dispositivo de captación de energía solar acoplable a cubiertas de teja, según reivindicaciones 1ª, 2ª y 3ª, caracterizado porque incorpora una cuna de apoyo (32) provista de láminas de muelle (35), que gira en tomo a un eje (33) para colocarse en posición de reposo en una cavidad (34) de dicha cuna de apoyo (32).
5. Procedimiento para el montaje del dispositivo de las reivindicaciones anteriores (1, 2, 3 y 4), caracterizado porque sobre el forjado (17-39) o cualquier otra superficie soporte de la cubierta, tras la colocación alineada de las tejas (14-37), se introduce debajo de éstas y en correspondencia con la lumbrera o ventana (15) el medio o herramienta especial (36) o el elevador de fuelle (16) posicionando y alineando así el tubo termo-portador (6-29) y las cunas de apoyo (7-32), asegurando de este modo la resistencia a la presión manual ejercida sobre el domo del dispositivo de captación (1-23) realizándose así el bloqueo de las pinzas de muelle (18-31) en los alvéolos (10) de la cuna de apoyo (7-32) y configurando de ese modo los conjuntos íntimamente acoplados (18-41) después de haber retraído y retirado los medios especiales
(16-36).
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