Dispositivo solar modular con lecho adsorbente incorporado destinado a la producción indistinta de agua caliente y de agua fría,

con elementos activos de producción de calor y de frío en conformación modular variable según demanda. El dispositivo está formado por un elemento de captación solar y un elemento condensador-evaporador. El elemento de captación incorpora un doble entramado, formado por una parrilla de conductos para agua y por un haz de tubos que contienen un lecho poroso adsorbente. La circulación de agua a través del primer entramado proporciona agua caliente por su parte, el segundo haz constituye el generador de un sistema de refrigeración por adsorción. El elemento condensador-evaporador se encuentra activo sólo en verano, permitiendo durante el día la condensación en su interior de los vapores del fluido refrigerante y durante la noche la evaporación del refrigerante enfriando el agua que circula por su interior

Dispositivo solar modular con lecho adsorbente incorporado destinado a la producción indistinta de agua caliente y de agua fría.

Sector

La presente invención se encuadra en el sector de los sistemas combinados de calentamiento y refrigeración que funcionan alternativamente o simultáneamente (F25B 29/00), y desde el punto de vista de su modo de funcionamiento, dentro del campo de los colectores de calor solar con el fluido energético circulando a través del colector teniendo una parte evaporador y condensador (F24J 2/32).

La invención tiene su principal -pero no exclusiva- aplicación en el campo de las instalaciones solares destinadas a suministrar indistintamente agua caliente sanitaria, agua caliente para calefacción y agua fría para climatización.

Estado de la técnica

Los sistemas solares térmicos destinados a la producción de agua caliente sanitaria son en la actualidad populares y su tecnología se encuentra firmemente consolidada. No ocurre lo mismo con los sistemas destinados a la calefacción en el ámbito residencial; el motivo principal es que si se dimensiona una instalación solar de modo que satisfaga una parte significativa de la demanda invernal de calefacción, esa misma instalación genera unos excedentes estivales de calor que frecuentemente son difíciles de gestionar y pueden ocasionar una disminución de la vida útil de la instalación.

Una forma obvia de aprovechar los excedentes consiste en destinarlos a cubrir las demandas estivales de climatización (aire acondicionado o similar). Existen varias tecnologías disponibles para climatización con aporte solar térmico, entre las que destacan las de absorción, adsorción, enfriamiento desecativo, etc. En particular, las tecnologías de adsorción tienen la ventaja de que pueden utilizar refrigerantes tan baratos y seguros como el agua, y requieren bajas temperaturas, por lo que se adaptan bien a captadores solares planos como los convencionales. Sin embargo, ofrecen eficiencias modestas y utilizan maquinaria relativamente cara y voluminosa, comercializada por pocos fabricantes y que no se adapta bien al sector residencial de ámbito doméstico.

Descripción de la invención

La presente memoria describe un dispositivo solar destinado a la producción indistinta de agua caliente (sanitaria, para calefacción, etc.) y agua fría, por ejemplo para climatización.

El dispositivo consta de dos elementos básicos: un elemento de captación de radiación solar y un elemento condensador - evaporador. El primer elemento absorbe radiación solar y la transforma en calor, y se encuentra activo tanto en el régimen de producción de agua caliente como en el de producción de agua fría. El elemento condensador - evaporador sólo se encuentra activo en el régimen de producción de frío.

El elemento de captación de radiación solar se representa en la figura 1 y en la porción izquierda de la figura 2, e incorpora un doble entramado. El primero de ellos es una parrilla de conductos por los que circula el agua destinada a absorber calor (1), tal como es común en los captadores solares ordinarios, con dos conductos colectores transversales (2) en las partes superior e inferior. Ambos colectores van provistos en sus extremos de racores (3) que permiten la conexión de captadores vecinos entre sí, así como con el circuito hidráulico externo.

El segundo entramado es el generador de adsorción y consta de un haz de tubos paralelos (4), intercalados entre los conductos de agua y de mayor diámetro que ellos. Cada tubo alberga en su interior un lecho adsorbente, es decir, un material poroso y granulado, capaz de adsorber un fluido refrigerante. El material adsorbente a emplear no se reivindica, y puede ser carbón activado, zeolitas, gel de sílice, etc. El fluido refrigerante puede ser metanol o amoniaco en caso de que el lecho adsorbente sea de carbón activado, o agua si es de zeolitas o gel de sílice.

En el eje de cada tubo se dispone un conducto perforado tipo rejilla (5), encargado de retener en su exterior al material adsorbente, pero que al mismo tiempo permita un drenaje eficiente del fluido refrigerante. Todos los conductos de drenaje se conectan entre sí en un colector general de refrigerante (6), situado en la parte superior del elemento captador, que conduce al condensador - evaporador. Entre éste y el colector de refrigerante se dispone una válvula (7).

Los tubos del generador y los conductos para agua deben estar unidos entre sí por medio de cordones de soldadura (8) o por medio de cualquier otro procedimiento que permita un buen contacto térmico entre ellos. La superficie del doble entramado expuesta a la luz deberá estar recubierta de un revestimiento negro, preferentemente selectivo, que absorba eficientemente la radiación solar. Las zonas no expuestas a la luz habrán de estar aisladas térmicamente (9), como es usual en los colectores solares convencionales. Igual que en ellos, una cubierta de vidrio (10) limitará las pérdidas térmicas en la cara expuesta a la luz, y creará un efecto invernadero en torno al doble entramado. Finalmente, una carcasa metálica (11) dotará de rigidez al conjunto y lo protegerá de la intemperie.

El elemento condensador - evaporador, representado en la figura 2, consiste en una cámara cilíndrica (12) cuya longitud es sensiblemente igual a la anchura del elemento de captación, y cuyo interior está conectado al colector general de refrigerante (6) y, a través de él, al entramado generador de adsorción. Todo este recinto debe estar evacuado de aire atmosférico, y contendrá únicamente refrigerante en forma de vapor (13) y en estado líquido (14), en proporciones variables conforme discurre el ciclo de refrigeración. La válvula (7) permite conectar y desconectar a voluntad el condensador - evaporador del entramado generador, según convenga o no poner el sistema en régimen de producción de frío.

La cámara cilíndrica está surcada por dos conductos (15) para agua; uno de ellos permite la entrada del agua que se desea enfriar y el otro proporciona la salida de agua fría. Entre ambas media un intercambiador tipo serpentín (16); del agua que circule por su interior el refrigerante extrae calor al evaporarse en la cámara cilíndrica, con la subsiguiente producción de frío. La unión entre la cámara cilíndrica y los conductos debe ser tal que no quede comprometida la estanqueidad de aquélla. La conexión entre un elemento condensador - evaporador y los de captadores vecinos se lleva a cabo por medio de otros cuatro racores (17). Todo el conjunto condensador - evaporador debe estar revestido con un aislante térmico.

Finalmente, la disposición geométrica del sistema de captación y del condensador - evaporador debe ser tal que (a) el primero ofrezca una inclinación adecuada a la captación de radiación solar durante todo el año, (b) el conjunto ocupe sensiblemente el mismo espacio sobre el terreno que ocuparía un captador solar convencional destinado sólo a calentamiento, y (c) el condensador - evaporador quede convenientemente sombreado por el sistema de captación, con el fin de limitar la radiación solar que le llega cuando opera como condensador. En este sentido, la disposición mostrada en la porción izquierda de la figura 2 es sólo una de las posibilidades que satisfacen los tres requisitos citados.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 contiene una vista frontal y una sección transversal del elemento de captación.

En la Figura 2 se muestran dos vistas del conjunto completo (captador más condensador - evaporador). A la izquierda se muestra un corte según un plano vertical Norte - Sur (teniendo en cuenta el modo en que de ordinario se orientará el captador), y a la derecha se ofrece una vista posterior (desde el Norte), con un corte practicado sobre el plano de simetría del condensador - evaporador.

En ambas figuras el patrón de tramas es el siguiente: la cuadrícula representa el lecho adsorbente (4); el punteado fino indica refrigerante en estado de vapor (13); los trazos horizontales discontinuos hacen referencia al refrigerante en estado líquido (14) y el rayado diagonal representa un aislamiento térmico (9). Los conductos sin relleno son conductos por los que circula agua (1, 15, 16). Los trazos gruesos de la figura 1 representan el cordón de soldadura (8) que asegura el contacto térmico entre los entramados adsorbente y de calentamiento de agua. Finalmente, las líneas discontinuas en el centro de cada tubo del entramado adsorbente simbolizan la rejilla de drenaje de refrigerante...

1. Dispositivo solar modular con lecho adsorbente incorporado, destinado a la producción indistinta de agua caliente y de agua fría, caracterizado por incluir un elemento de captación y aprovechamiento de la radiación solar y un elemento condensador - evaporador destinado a la producción de frío.

2. Dispositivo solar, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de captación incorpora un doble entramado de tubos paralelos, siendo el primero un entramado hidráulico destinado a la producción de agua caliente, y conteniendo los tubos del segundo un lecho adsorbente, y existiendo un buen contacto térmico entre ambos entramados.

3. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un único elemento, el elemento condensador - evaporador, juega alternativamente el papel de condensador y de evaporador de una máquina intermitente de producción de frío por adsorción, estando el generador ubicado en el elemento de captación.

4. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por ser modular, de modo que es posible satisfacer demandas variadas de calor y de frío por interconexión de unidades idénticas.

5. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado porque la conmutación entre los modos de producción de calor y de producción de frío se lleva a cabo accionando la válvula de paso que une los dos elementos del dispositivo y habilitando/deshabilitando la circulación de agua a través del entramado hidráulico.

6. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el elemento condensador - evaporador posee una cámara cilíndrica horizontal conteniendo sólo fluido refrigerante, surcada por dos conductos longitudinales y paralelos entre sí, que comunican con el exterior y están provistos de racores de conexión en sus extremos, permitiendo uno de ellos la entrada del agua que se desea enfriar y el otro la salida de agua fría.

7. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 3 y 6, caracterizado porque la distancia entre los racores del elemento condensador - evaporador es la misma que la que media entre los racores del elemento de captación, con el fin de facilitar, en el caso de instalaciones que requieran varias unidades, la interconexión de elementos homólogos.

8. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 3 y 6, caracterizado porque el interior de su cámara está surcado por un serpentín, que rodea los conductos longitudinales y conecta el tramo de entrada de uno de ellos con el tramo de salida del otro.

9. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el elemento condensador - evaporador se sitúa bajo el elemento de captación, con el fin de que el conjunto ocupe sobre el terreno el mismo espacio que ocuparía un captador destinado sólo a la producción de calor y con el fin de protegerlo de la radiación solar cuando funciona como condensador.

10. Dispositivo solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3 y 5 caracterizado porque durante la fase nocturna del ciclo de refrigeración, en la que el elemento condensador - evaporador actúa como evaporador, el ritmo de evaporación se acelera haciendo circular agua a través del entramado hidráulico, generándose un aporte nocturno de calor, que es simultáneo a la producción evaporativa de frío.