ES2292364B1 - Captador solar de doble circuito termico termodinamico para produccion de frio y calor. - Google Patents

Abstract

Captador solar de doble circuito térmico termodinámico para producción de frío y calor.

Consiste en un captador solar (1) capaz de generar agua caliente bajo cualquier circunstancia climatológica, al contener dos circuitos independientes (3 y 4), circulando por uno de ellos (4) una mezcla de agua y anticongelante, que se calentará al recibir la radiación solar y cederá esta energía al agua contenida en un depósito (10) a través de un intercambiador (11), mientras que circulará por el otro circuito (3) un fluido refrigerante capaz de captar la energía ambiental cuando los niveles de radiación solar no sean adecuados, al evaporarse en el panel captador (1) y condensarse posteriormente en el depósito de agua a través de un segundo intercambiador o serpentín (12). Este último ciclo podrá invertirse y generar agua fría para climatización, pasando el panel (1) a actuar como condensador, evaporándose el fluido refrigerante en el depósito y enfriando el agua almacenada, a la vez que se obtendrá agua caliente para otra aplicación, al hacerse circular la mezcla de agua y anticongelante por el circuito correspondiente, favoreciendo igualmente la condensación del refrigerante.

Description

Captador solar de doble circuito térmico termodinámico para producción de frío y calor.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con las energías alternativas en general, y concretamente con el aprovechamiento tanto de la energía solar como de la contenida en el ambiente en forma de temperatura para generar agua caliente.

Estado anterior de la técnica

Los sistemas de aprovechamiento de energía solar son sobradamente conocidos en el estado actual de la técnica. Mediante los captadores solares se obtiene energía térmica a través de un fluido de trabajo para calentar agua, si bien el funcionamiento de estos equipos se ve limitado a los niveles de radiación solar que tengan lugar en la zona donde se ubiquen, época del año o momento del día. Por este motivo, se hace imprescindible el uso de un apoyo energético, basado, en la mayoría de los casos, en resistencias eléctricas o combustibles fósiles, métodos que nada tienen que ver con la obtención de energía de forma lim-
pia.

Son también conocidos los sistemas de apoyo basados en ciclos termodinámicos, de los que habla el modelo de utilidad U 200600526 del mismo inventor, que logran una elevada potencia térmica de hasta diez veces superior al consumo eléctrico que generan, al disponer el evaporador de un ciclo de compresión en la parte trasera del captador solar.

Sin embargo, hasta el día de hoy el inventor no tiene conocimiento alguno de un captador solar como el que presenta dicha solicitud, que incorpora en un único panel los circuitos térmico y termodinámico, siendo capaz de aprovechar la radiación solar directa y difusa, así como la energía ambiental, proporcionando agua caliente bajo cualquier circunstancia atmosférica, e incluso de noche, presentando como gran ventaja la posibilidad de invertir el ciclo en verano, obteniendo como resultado frío para climatización de viviendas y locales a la vez que agua caliente para climatización de piscinas o cualquier otro tipo de volumen de agua, con un único panel y un consumo energético reducido.

Como resultado final se obtiene un panel solar de amplio aprovechamiento energético y gran versatilidad, destinado a cubrir distintas necesidades con una misma instalación.

Descripción de la invención

Concretamente el presente invento propone utilizar una placa de medidas variables según la aplicación y potencia a emplear, constituida por dos paneles de aluminio, cobre u otro material electro-soldados, en cuyo interior se delimitan dos circuitos totalmente independientes y dispuestos para aprovechar la máxima superficie de panel posible y favorecer la transferencia de energía con el ambiente, o bien dos circuitos metálicos unidos al panel. Por uno de ellos circulará agua, glicol o una mezcla de ellos, y por el otro circuito, un fluido refrigerante, (134-A u otros) ambos pertenecientes a ciclos totalmente distintos. El panel así conformado contará con una pintura o revestimiento en su cara de exposición al sol, que presente como característica principal una alta absorción y baja emisividad de la radiación solar. Dicho panel irá instalado en un perfil de aluminio u otro material que le conferirá resistencia estructural y llevará acoplado un cristal solar simple o doble, e incluso con vacío que deberá proporcionar alta transimisividad a la radiación, originándose en el interior de este conjunto el conocido efecto invernadero y favoreciéndose la eficiencia de aprovechamiento de la energía solar incidente. Para evitar posibles pérdidas térmicas, se recubrirá con una capa continua de aislante tanto la cara posterior del panel, como los laterales.

De esta forma, en presencia de niveles adecuados de radiación solar, una bomba recirculará el agua o glicol en un circuito cerrado que irá desde el panel, donde captará calorías, hasta el depósito donde se almacene el agua a calentar, cediéndolas a través de un serpentín. En circunstancias de baja o nula irradiancia, cesará la circulación de agua y se pondrá en funcionamiento el ciclo de compresión termodinámico, donde el fluido refrigerante circulará a través del panel a su temperatura de ebullición, tomando la energía ambiental al cambiar de estado líquido a gaseoso, independientemente de las condiciones externas, cediendo esta temperatura a medida que condensa y se convierte de nuevo en líquido el gas refrigerante, en un segundo intercambiador situado en el depósito de agua. El movimiento de este fluido a través del circuito se llevará a cabo gracias a un grupo termodinámico, equipo que contiene el compresor, la válvula de expansión, el sistema de control y demás elementos auxiliares.

Este modo de funcionamiento para generar agua caliente puede ser utilizado principalmente en invierno, ya que en verano es posible la inversión del ciclo termodinámico, y circularían los dos fluidos de trabajo simultáneamente por la placa, así, el fluido refrigerante evaporaría en el interior de la vivienda o edificio, sirviendo de climatizador al proporcionar agua fría para fancoils o suelo refrescante. La condensación del gas tendría lugar pues, en el panel exterior y se vería favorecida al circular al mismo tiempo agua fría por el otro circuito situado en el panel. Como consecuencia, esta agua se calentaría y se podría aprovechar para uso doméstico o en piscinas.

Esta inversión del ciclo se vería además favorecida si la capa de aislante que lleva la placa en su parte trasera fuese sustituida por una capa de aislante en forma de persiana, formada por vanas pestañas que pudiesen permanecer cerradas cuando el equipo funcione como condensador, abriéndose cuando actúe como evaporador para generar agua caliente, puesto que en esta situación se necesitará disponer de mayor superficie de intercambio de calor.

La estética final del captador solar plano termodinámico aquí presentado, puede ser tan variada como diseños se quieran hacer del mismo manteniendo siempre los requisitos técnicos indispensables para su funcionamiento.

Descripción de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las peculiaridades del captador solar de doble circuito térmico termodinámico que proponemos, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, las siguientes figuras:

Figura 1, en la que se han representado los elementos que componen el captador solar de doble circuito térmico termodinámico.

Figura 2, en la que se representa la instalación completa con el captador y el ciclo de compresión termodinámico para generar agua caliente.

Figura 3, en la que se representa la instalación cuando sufre una inversión del ciclo para refrigeración.

Descripción de la realización preferida

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 los elementos que constituyen el captador solar de doble circuito térmico termodinámico que son, en primer lugar, el panel de aluminio (2) constituido por dos placas electro-soldadas en cuyo interior aparecen delimitados dos circuitos, uno para circulación de refrigerante (3) y otro para circulación de agua (4), contando con unas boquillas (8) para entrada y salida de ambos fluidos. Sobre este panel irá dispuesta una cubierta transparente de vidrio solar (7), originando un espacio en el interior para favorecer el efecto invernadero así como disminuir las pérdidas térmicas. El conjunto se recubre tanto por su cara posterior como por los laterales con espuma de poliuretano como aislante térmico (6), y finalmente se acopla en un perfil metálico (5), capaz de soportar las condiciones externas.

La figura 2 muestra cómo la instalación completa funcionaría para generar agua caliente. En circunstancias meteorológicas de adecuada radiación solar, la bomba (15) recircula agua a través del panel por el circuito correspondiente (4), donde tras calentarse alcanza el primer serpentín (11), cediendo estas calorías al agua. En el momento en que las condiciones de irradiación no sean las suficientes para alcanzar en el depósito (10) la temperatura deseada, la bomba cesaría de recircular agua, entrando en funcionamiento el ciclo termodinámico, donde el fluido refrigerante atravesará el panel (1) por el circuito apropiado (3) y al evaporarse tomará el calor latente del ambiente, cediéndolo en el segundo serpentín (12) del depósito. El grupo termodinámico (9) se encarga de impulsar el fluido a través del circuito, además de controlar la instalación.

Sin embargo en verano tendrá lugar una inversión del ciclo termodinámico, como puede observarse en la figura 3, de tal modo que en el captador solar (1) tendrá lugar la condensación del gas refrigerante, mientras que la evaporación se llevará a cabo en el segundo serpentín del depósito (12), generando agua fría que se utilizará como climatización de la vivienda o local mediante fancoils. Al encontrarse el panel en el exterior sometido generalmente a temperaturas elevadas, deberá favorecerse la condensación mediante la circulación de agua fría por el correspondiente circuito (4), agua que se calentará y aprovechará para generar agua caliente sanitaria o climatizar una piscina por ejemplo. Las válvulas de tres vías (14) harán que el circuito de agua cambie del primer serpentín (11) del depósito hacia las tuberías de la instalación de la piscina (13), encargándose de la inversión del ciclo el controlador del bloque termodinámico (9).

Claims (3)

1. Captador solar de doble circuito térmico termodinámico para producción de frío y calor, caracterizado por ser capaz de generar agua caliente en presencia o ausencia de radiación solar, al estar constituido por un panel de aluminio (2) u otro material, compuesto por dos placas soldadas que delimitan dos circuitos interiores totalmente independientes (3 y 4) con sus correspondientes boquillas (8) de entrada y salida de fluido de trabajo, estando su cara expuesta al sol cubierta con un revestimiento selectivo de alta absorción y baja emisividad, situándose sobre éste un vidrio templado solar (7) así como una capa de aislante (6) tanto por su parte trasera como por los laterales en orden a disminuir las pérdidas térmicas, acoplándose este conjunto en un perfil metálico (5) y resultando un captador solar (1) por el que circulará una mezcla de agua y anticongelante por uno de sus circuitos (4) bajo condiciones favorables de radiación solar, siendo impulsada por una bomba (15) hasta el depósito (10) de acumulación de agua, donde cederá las calorías captadas a través del primer serpentín (11), sucediendo que cuando la irradiancia no sea suficiente para obtener la temperatura deseada en el agua, dejará de funcionar la bomba, poniéndose en marcha el ciclo de compresión, donde el bloque termodinámico (9) hará mover un fluido refrigerante que llegará al panel exterior a su temperatura de ebullición y lo atravesará por su correspondiente circuito (3), tomando el calor latente de evaporación del ambiente, el cual cederá posteriormente en el segundo serpentín (12) del depósito, donde tendrá lugar la condensación del gas refrigerante, obteniéndose por tanto, agua caliente independientemente de las condiciones exteriores.

2. Captador solar de doble circuito térmico termodinámico para producción de frío y calor, igual a la reivindicación 1, caracterizado por poder invertirse el ciclo en verano, funcionando simultáneamente ambos circuitos, aunque actuando el circuito de refrigerante (3) del panel solar como condensador, obteniéndose agua fría en el interior del depósito (10) útil para climatización y circulando agua por el otro circuito (4), encargada de ayudar a disipar las calorías del refrigerante y sirviendo además, al alcanzar cierta temperatura, para calentar agua, cambiando la posición de las válvulas de tres vías (14) para hacer circular el agua a través de las tuberías de la instalación de agua caliente (13).

3. Captador solar de doble circuito térmico termodinámico para producción de frío y calor, igual a las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la capa de aislante (6) tendrá forma de persiana, de modo que se podrá mantener cerrada, aislando el panel cuando éste actúa como condensador, o abrirse cuando el panel ejerce de evaporador y necesita mayor superficie de transferencia de calor, siendo este movimiento regulado por el controlador de la instalación situado en el grupo termodinámico (9).