INSTALACION DE APROVECHAMIENTO DE ENERGIA SOLAR.

Se describe una instalación que permite aprovechar de manera óptima el calor ambiental,

para el calentamiento de agua sanitaria, calefacción u otros fines. La instalación comprende un conjunto de paneles captadores que está unidos en conexión de fluido con un bloque termodinámico, entre los que circula un fluido caloportador a baja temperatura, tal como freón R-134A o R-407C. El fluido experimenta un calentamiento a su paso por los paneles captadores, que provoca su gasificación, después de lo cual accede al bloque termodinámico donde es comprimido y sometido a una elevación considerable de la presión y la temperatura, previamente a su suministro a un intercambiador de calor donde cede calor al agua que circula por el circuito externo de uso de agua caliente

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200701939.

Solicitante: CAPSOLAR CST, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: BUENAVIDA PACHECO,JOSE.

Fecha de Solicitud: 10 de Julio de 2007.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 19 de Mayo de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24D17/00D
  • F25B27/00B2

Clasificación PCT:

  • F24D17/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24D SISTEMAS DE CALEFACCION DOMESTICA O PARA OTROS LUGARES, p. ej. SISTEMAS DE CALEFACCION CENTRAL; SISTEMAS PARA SUMINISTRAR AGUA CALIENTE DE USO DOMESTICO; SUS ELEMENTOS O PARTES CONSTITUTIVAS (prevención de la corrosión C23F; suministro de agua en general E03; utilización del vapor o de los condensados provinientes, bien de la extracción o bien del escape de las plantas motrices a vapor para fines de calentamiento F01K 17/02; purgadores de agua de condensación F16T; estufas u hornillas para uso doméstico F24B, F24C; calentadores de agua o de aire que tienen medios para producir vapor F24H; sistemas combinados de calefacción y refrigeración F25B; aparatos o elementos cambiadores de calor F28; eliminación de incrustaciones F28G; elementos o disposiciones de calefacción eléctrica H05B). › Sistemas de suministro de agua caliente para uso doméstico (combinado con sistemas de calefacción doméstica o de otros lugares F24D 1/00 - F24D 15/00).
  • F24D17/02 F24D […] › F24D 17/00 Sistemas de suministro de agua caliente para uso doméstico (combinado con sistemas de calefacción doméstica o de otros lugares F24D 1/00 - F24D 15/00). › utilizando bombas de calor.
  • F24J2/04 F24 […] › F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › Colectores de calor solar con el fluido energético circulando a través del colector.
  • F25B27/00 F […] › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan fuentes de energía particulares (F25B 30/06 tiene prioridad).
INSTALACION DE APROVECHAMIENTO DE ENERGIA SOLAR.

Fragmento de la descripción:

Instalación de aprovechamiento de energía solar.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una instalación de aprovechamiento de energía solar, que aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica.

Más en particular, la invención propone el desarrollo y uso de una instalación especialmente diseñada para un óptimo aprovechamiento de la energía del ambiente tanto de noche como de día, incluso a niveles de bajas temperaturas y con independencia de las inclemencias climatológicas externas (lluvia, viento, o incluso nieve en su caso), con el fin de calentar agua susceptible de ser utilizada con finalidades tales como calefacción, calentamiento de agua sanitaria, o incluso acondicionamiento térmico de piscinas. A los efectos señalados, la invención utiliza paneles captadores, evaporadores, por los que discurre un fluido caloportador que en este caso es un fluido de bajo punto de evaporación, tal como freón R-134A o R-407C, cuya transferencia del calor portado por dicho fluido, tras ser sometido a un incremento sustancial de la presión y consiguiente elevación de la temperatura, se realiza en el interior de un bloque termodinámico incluido en la instalación, para calentamiento del agua contenida en el circuito de utiliza-ción.

El equipo de aplicación de la invención se encuentra comprendido obviamente dentro del sector industrial dedicado al diseño, fabricación y montaje de elementos y equipos para aprovechamiento de energía solar en general, y en especial para aprovechamiento de la energía solar en el calentamiento de agua, muy especialmente agua para calefacción, calentamiento de piscinas o cualquier otro proceso que necesite utilizar agua a 55ºC.

Antecedentes y sumario de la invención

Es conocido por todos en general la amplia difusión que en los últimos decenios han experimentado los dispositivos destinados a la utilización de las energías alternativas (o renovables). Las consecuencias de la última crisis del petróleo, junto con los elevados Indices de calentamiento global y el agotamiento paulatino de los recursos naturales, ha puesto de manifiesto la necesidad de producir energías más limpias y renovables, que permitan un uso más racional de los recursos disponibles.

La situación planteada ha conducido al desarrollo de una amplia diversidad de dispositivos relacionados con las energías renovables, especialmente en lo que se refiere a la solar como fuente realmente inagotable de energía. En el caso mencionado de la energía solar, su aprovechamiento ha sido direccionado tanto en lo que se refiere a la transformación de la luz incidente en energía eléctrica directamente con la utilización de paneles fotovoltaicos, como en lo que se refiere al aprovechamiento de la energía solar desde un punto de vista térmico, para su transferencia a un fluido de uso, tal como el agua.

En el caso particular de calentamiento de un fluido a partir de la energía procedente del sol, no se ha logrado todavía, sin embargo, superar un cierto Indice de aprovechamiento, debido principalmente a que los paneles captadores actualmente existentes necesitan que la temperatura exterior supere un cierto valor de umbral para que tal aprovechamiento energético sea realmente posible.

Los dispositivos más habitualmente utilizados en el estado actual de la técnica para acondicionamiento de viviendas, calentamiento de agua o similar, responden esencialmente a dos tipos o categorías: un primer tipo consiste en la utilización de un conjunto compuesto por un número de paneles dotados de placas negras para mejorar la el efecto de calentamiento de las mismas, unidas a un circuito por el que circula un fluido caloportador. Este fluido, impulsado por una bomba o similar, es desplazado a través de un intercambiador de calor donde cede parte del calor adquirido, para ser recirculado de nuevo hacia los mismos paneles captadores. Puesto que los paneles (y el circuito con el fluido) están expuestos a las inclemencias atmosféricas, necesitan un mantenimiento continuo tanto en invierno como en verano, con riesgos añadidos derivados de su fragilidad ante el granizo, o del hecho de que las temperaturas exteriores por debajo de 0ºC puedan llegar a congelar alguno de los fluidos, con la consiguiente rotura de conducciones y demás inconvenientes asociados, mientras que en épocas de mayor temperatura, se corre el riesgo de experimentar un perjudicial sobrecalentamiento. Además, no debe olvidarse el inconveniente asociado a su elevado peso y a la necesidad de medios adecuados de sustentación y soporte.

El segundo tipo de dispositivo habitual, consiste en las conocidas bombas de calor. Como tal, una bomba de calor está constituida por un equipo en el que se puede invertir el funcionamiento para conseguir que produzca frió o calor. Para lograr tal efecto, los equipos incorporan válvulas de 4 vías que permiten invertir, de forma mecánica, las funciones del compresor y del evaporador, haciendo que el fluido caloportador circule en sentido contrario. Con un equipo de esta naturaleza, se genera una cantidad de energía muy superior a la que consume (aproximadamente la energía generada es tres veces la consumida), gracias al aporte gratuito de energía del exterior. Sin embargo, aunque la aceptación de este tipo de equipos ha sido muy amplia y muy rápida, no están por ello exentos de ciertos inconvenientes. Uno muy importante consiste en que a una temperatura por debajo de 6ºC, dejan de producir calor, aunque no dejan de consumir energía, lo que unido a un nivel elevado de ruido y a la necesidad de un mantenimiento continuado (limpieza de filtros) y a la corta vida útil del equipo, hace que no constituya tampoco una solución optimizada para el usuario en cuanto a sus necesidades de acondicionamiento.

Teniendo en cuenta los inconvenientes asociados a las instalaciones del estado actual de la técnica y mencionados brevemente en lo que antecede, y tomando en consideración las ventajas e inconvenientes que distinguen a cada uno de los equipos e instalaciones conocidos, la presente invención se ha propuesto como objetivo principal el hecho de proporcionar una instalación con la que se aporten soluciones eficaces frente a los problemas planteados. Este objetivo ha sido plenamente alcanzado mediante la instalación que va a ser objeto de descripción en lo que sigue, y cuyas características principales están recogidas en la porción caracterizadora de la reivindicación 1 que sigue.

En esencia, la instalación de captación solar para calentamiento de agua propuesta por la invención, para su aprovechamiento como calefacción, agua caliente sanitaria, o acondicionamiento de piscinas, con un bajo consumo energético, está basada en una optimización en cuanto a rendimiento energético de los distintos equipos que integran la instalación, con un aprovechamiento mejorado de la energía exterior tanto si se trata de radiación solar, como si existen fenómenos meteorológicos de otro tipo. Existe siempre un margen de temperatura que puede ser captada y aprovechada por la instalación. Para ello, se ha previsto que los paneles captadores utilicen Freón R-134A o R-407C como fluido caloportador, el cual circula por el interior de los mismos en estado líquido, a una temperatura comprendida en la gama de -5ºC a -15ºC. Los paneles absorben la diferencia de temperatura existente entre la temperatura ambiental y del fluido, con lo que se provoca una gasificación del freón, que es enviado hasta un bloque termodinámico. En dicho bloque, el compresor incorporado en el mismo aplica una presión determinada al fluido caloportador, con lo que provoca una elevación considerable de la temperatura del fluido hasta un valor comprendido entre 110ºC y 120ºC, que es transmitida al agua del circuito de consumo con la ayuda de un intercambiador de calor.

De acuerdo con las experimentaciones prácticas realizadas, se ha podido comprobar que el consumo eléctrico necesario para el funcionamiento del bloque termodinámico, se ve rápidamente compensado por el rendimiento obtenido, ya que por cada kWh de energía eléctrica consumida, se ha obtenido un rendimiento comprendido entre 5 y 7 kWh, cantidad muy superior a la obtenida con la utilización de las actuales bombas de calor.

Debe hacerse una observación con respecto a lo que se ha definido en lo que antecede como fluido caloportador: el Freón R-134A o R-407C. Aunque determinados tipos de freones han sido considerados como básicamente perjudiciales para el entorno...

 


Reivindicaciones:

1. Instalación de aprovechamiento de energía solar, en particular para aprovechamiento del calor ambiental derivado tanto de la radiación solar incidente como de la cantidad de calor asociada a cualquier otro fenómeno meteorológico (lluvia, granizo, o incluso nieve), de día o de noche, en la que se utiliza una multiplicidad de paneles (10) captadores por los circula un fluido caloportador capacitado para calentarse a su paso a través de los mencionados paneles captadores, siendo el agua caliente generada apropiada para su aprovechamiento a efectos de calefacción, como agua caliente sanitaria, para acondicionamiento de piscinas, o para cualquier otro uso, que se caracteriza porque el citado fluido caloportador circula a través de un circuito compuesto por sendas conducciones (7) extendidas entre el grupo de paneles (10) y un bloque (6) termodinámico, en cuyo interior se realiza el intercambio térmico con el agua de consumo, siendo la temperatura a la que el fluido caloportador accede a los paneles (10) captadores tal que lo mantiene en estado liquido, mientras que a la salida del grupo de paneles (10) el calentamiento experimentado con su paso a través de los mismos provoca la gasificación del citado fluido caloportador, para acceder en estado gasificado hacia el expresado bloque (6) termodinámico.

2. Instalación según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la temperatura a la que el fluido caloportador accede al grupo de paneles (10) está comprendida entre -5ºC y -15ºC, y porque los paneles (10) cumplen adicionalmente la función de evaporadores estáticos para el fluido caloportador que accede a los mismos.

3. Instalación según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el fluido caloportador es Freón R-134A o R-407C.

4. Instalación según las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque el mencionado bloque (6) termodinámico comprende un compresor donde el fluido caloportador gasificado procedente del grupo (10) de paneles captadores es comprimido para ser suministrado a presión y temperatura elevadas hasta un intercambiador (22) donde cede calor al agua del circuito exterior, para calentamiento de la misma.

5. Instalación según la reivindicación 4, que se caracteriza porque la elevación de temperatura del líquido caloportador en el compresor (20) alcanza la gama de 110ºC a 120ºC.


 

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