Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático,

destinado a instalaciones de refrigeración, constituido por cinco subsistemas interdependientes configurados por: módulo de máquinas de frío solar por adsorción en paralelo, elemento de almacenamiento de agua para la condensación del refrigerante, elemento de almacenamiento de fluido frío, módulo del subsistema hidráulico y módulo de regulación y control acoplable a otros mediante una red Ethernet y monitorizable a través de Internet. Este sistema produce frío, de manera automatizada gobernable por Internet, en ciclos diarios, con atención y mantenimiento mínimos. Su carácter modular le permite hacer frente a diversas situaciones de la demanda de frío. La alimentación solar de los generadores convierte a este sistema en un instrumento de apoyo a la sostenibilidad energética.

Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración.

Sector

La presente invención se encuadra en el sector técnico de las máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración por adsorción, de marcha discontinua (F25B 17/00); con intercambio de calor y/o almacenamiento de refrigerante frío caracterizadas por la utilización de una fuente de energía de potencial débil (F25B 30/06).

La invención tiene su principal aplicación en el suministro de un fluido térmico frío destinado a instalaciones de refrigeración, con empleo en climatización de espacios y/o conservación de bienes.

Estado de la técnica

Existen diversas vías para la generación de frío solar en distinto grado de desarrollo industrial. Entre ellas cabe citar las técnicas de adsorción y las de absorción. Los abundantes estudios sobre el fenómeno de la adsorción/desorción de un vapor (refrigerante) por un sólido poroso (adsorbente) han dado lugar a diferentes prototipos de refrigeradores solares basados en este fenómeno, por ejemplo: [1], [2], [3], [4], [5] (ver Bibliografía al final). Sin embargo, ni las patentes ni los artículos consultados contemplan la posibilidad de establecer una central de frío solar por adsorción, modular, de funcionamiento automático. Este hecho deja sin posibilidades de refrigeración eficiente a grandes extensiones de nuestro planeta carentes de red de distribución eléctrica.

Las máquinas de refrigeración basadas en la adsorción física de un fluido refrigerante sobre un lecho adsorbente ofrecen importantes ventajas, como la relativa sencillez en su manufactura. Además, estas máquinas trabajan a bajas temperaturas por lo que sus generadores se pueden alimentar térmicamente con energía solar mediante sistemas relativamente simples. Con ello se disminuye el consumo de combustibles no renovables y, en consecuencia, la contaminación ambiental inherente a este consumo. La implantación de sistemas de producción de frío limpios y renovables como el que se propone en esta invención constituiría una contribución a la sostenibilidad en el suministro energético.

Sin embargo, las máquinas de refrigeración solar por adsorción presentan ciertos problemas técnicos. Entre ellos cabe citar la atención diaria que exige el comportamiento eficiente de estas instalaciones. Un segundo problema que consideramos es la flexibilidad de las instalaciones para acomodarse a las necesidades de la demanda.

Bibliografía

[1]. Sistema de generación continua de frío por adsorción por medio de dos tanques y calentamiento convencional. [Merigoux Jacques, Meunier Francis]. Patente internacional WO 81/00904. "Refrigeration Process and Device". 1981.

[2]. Tesis doctoral que desarrolla una máquina de frío solar por adsorción de metanol en carbón activo para producir hielo. [Evando Ferreira Passos]. "Etude des couples charbon activ/methanol et de leer application a la refrigerationsolaire". These Nº 624. Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 1986.

[3]. Revisión de trabajos sobre tecnologías para la producción de frío solar por adsorción. [A.O. Dieng, R.Z. Wang], Literature review on solar adsorption technologies for ice-making and air conditioning proces and recent developments in solar tecnology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2001, 5.

[4]. Desarrollo y experimentación de una máquina de frío solar por adsorción. [Lemmini F, Errougati A]. Building and experimentation of a solar powered adsorption refrigerator. Ren. Energy, 2005, 30.

[5]. Máquina solar de hielo sin válvulas. [M. Li, C.J. Sun, R.Z. Wang, W.D. Cai], Development of no valve solar ice maker. Applied Termal Engineering, 2004, 24.

Explicación de la invención

La presente invención describe un sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración.

La instalación consta de cinco subsistemas principales, representados en la figura 1 como elementos independientes señalados en el dibujo en notación numérica romana, siguiendo la lista expuesta a continuación:

Por simplicidad se representan únicamente dos de las posibles máquinas del subsistema generador de frío solar (I).

Descripción/explicación de los subsistemas

La figura 1 ilustra el flujo de fluidos del sistema. Tal y como se ha indicado, se representan sólo dos de las posibles máquinas del subsistema de generación de frío. En la figura 2 se muestra el esquema eléctrico del sistema, excluyendo las conexiones de los elementos de medida. En la figura 3 se presenta el diagrama de bloques del subsistema de regulación y control de la instalación.

Las máquinas solares de frío (I) que constituyen el subsistema generador de frío trabajan por ciclos de adsorción - desorción de un refrigerante por un material poroso adsorbente. En la invención que se presenta hemos tomado como refrigerante el metanol y como adsorbente el carbón activo. En esencia estas máquinas, que se representan en las figuras 1 y 2, consisten en un captador solar - generador (16) y un condensador - evaporador (17). El captador - generador está térmicamente aislado y protegido de la intemperie por una ventana de vidrio transparente. Este elemento contiene el carbón activo y dispone de un mecanismo de refrescamiento por ventilación accionado eléctricamente por un motor (15). El condensador - evaporador, también aislado térmicamente, desempeña alternativamente el papel de condensador y de evaporador. La configuración del sistema es modular de tal forma que las máquinas trabajan en paralelo, pudiendo ser su número y dimensiones cualesquiera. De este modo es posible satisfacer la demanda de climatización en un rango amplio de necesidades. Lo mismo ocurriría con la demanda de refrigeración, dentro del rango de cobertura de la técnica de adsorción de metanol por carbón activo. Finalmente, se garantiza el mismo comportamiento de todas las máquinas del subsistema.

El subsistema hidráulico (II) es el conjunto de tuberías de fluidos, bombas hidráulicas, intercambiadores de calor (2), (3), válvulas y elementos de seguridad. Este subsistema es la vía mediante la cual se llevan a cabo eficientemente los procesos de condensación y evaporación del fluido frigorífico, así como el transporte de frío a su almacenamiento.

El subsistema de almacenamiento de agua o estanque (III) es del tamaño necesario para poder evacuar todo el calor de condensación generado durante el día. Además está situado a la sombra y tiene la profundidad suficiente para que el agua que almacena pueda estar a menor temperatura que la ambiente en los días calurosos.

El subsistema de almacenamiento de frío con intercambiador (IV) es un depósito, térmicamente aislado, del volumen adecuado para que el líquido frío alcance la temperatura requerida por la demanda. Dispone de un intercambiador para independizar el consumo del fluido frío almacenado.

El subsistema de regulación y control automatizados (V) está constituido por un centro de monitorización y control que, a través Internet, permite acceder al programa de control de un autómata programable. A su vez, el citado programa de control envía al centro de monitorización datos sobre el funcionamiento del sistema de generación de frío.

Explicación del modo de operación

Según se ilustra en la figura 1, la absorción de radiación solar por el captador... [Seguir leyendo]

1. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, que consiste en un subsistema constituido por un conjunto modular de máquinas iguales de frío solar por adsorción, un subsistema hidráulico, un subsistema de almacenamiento de agua, un subsistema de almacenamiento de frío y un subsistema automatizado de regulación y control.

2. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, según reivindicación 1, caracterizado por su funcionamiento automático mediante un subsistema de regulación y control consistente en un autómata programable que monitoriza el sistema y gobierna el funcionamiento de sus elementos móviles a través de Internet desde cualquier lugar del planeta.

3. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por su funcionamiento automático mediante un módulo de regulación y control acoplable a otros mediante una red Ethernet.

4. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el subsistema de máquinas de frío solar es modular de manera que cada máquina dispone de entrada y salida de un fluido frigorífero lo que permite su conexión independiente al circuito hidráulico general.

5. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las máquinas de frío solar del sistema están dispuestas en paralelo, lo que permite un mismo comportamiento para todas ellas.

6. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por incorporar un fluido frigorífero en circuito cerrado tanto para los procesos de condensación como para los de evaporación que ocurren en las máquinas.

7. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, según las reivindicaciones 1, 2, 4, 5 y 6, caracterizado porque la circulación del fluido frigorífero a través de los condensadores - evaporadores de las máquinas durante el período de evaporación permite extraer de cada máquina el frío generado en este período y transportarlo, a través del circuito hidráulico general al depósito de frío.

8. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular y automático, destinado a instalaciones de refrigeración, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y 7, caracterizado porque los procesos de condensación y evaporación que ocurren en las máquinas de frío del sistema se realizan por convención forzada desde circuitos externos independientes, que comparten en común el condensador - evaporador de las máquinas, de manera que una válvula de tres vías gobernada por el sistema de regulación y control conecta sucesivamente el circuito de condensación a través de un intercambiador al estanque de agua durante la evaporación y el de evaporación al depósito de frío a través de un segundo intercambiador durante la condensación.