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

destinado a instalaciones de refrigeración, constituido por seis subsistemas interdependientes configurados por: módulo de máquinas de frío solar por adsorción en paralelo, generador fotovoltaico, 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 autónomo 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 mediante energías renovables convierte a este sistema en un instrumento de apoyo a la sostenibilidad energética.

Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, 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 e independiente energéticamente de la red eléctrica. 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. En primer lugar trabajan a bajas temperaturas por lo que sus generadores se pueden alimentar térmicamente con energía solar mediante sistemas relativamente simples. Por otra parte cabe la posibilidad de diseñarlas de manera que sus partes móviles -necesarias para el funcionamiento eficiente de las mismas -sean alimentadas eléctricamente sin conectarlas a la red, es decir, que sean energéticamente autosuficientes. En estas condiciones la producción de frío es independiente del consumo eléctrico en la red con lo que se evita la sobrecarga de la misma en los períodos de canícula por el consumo de los aparatos de aire acondicionado habituales. Además, 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. Otro de los problemas consiste en proporcionar un suministro continuo de la energía eléctrica necesaria para alimentar los elementos auxiliares de la instalación de manera que ésta funcione con el rendimiento requerido. El tercer 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]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2001, 5.

[4]. Desarrollo de una máquina solar de producción de hielo por adsorción. [Leite A.P.F., Daguenet, M]. Performance of a solid-adsorption ice maker with solar energy regeneration. Energy conversion and management, uk, 2000,

41.

[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, automático y autosuficiente energéticamente, destinado a instalaciones de refrigeración.

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

(I) . Subsistema generador de frío solar constituido por un conjunto modular de máquinas de adsorción iguales.

(II) . Subsistema aislado de generación de energía eléctrica, eólico o fotovoltaico, que alimenta todo el equipamiento eléctrico del sistema generador de frío solar.

(III) . Subsistema hidráulico con elementos de bombeo para los procesos de condensación y evaporación así como de intercambiadores de calor y válvulas.

(IV) . Subsistema de almacenamiento de agua (o estanque) para el proceso de condensación.

(V) . Subsistema de almacenamiento (o depósito) de frío con intercambiador.

(VI) . Subsistema de regulación y control automatizados representado por el autómata programable.

Por simplicidad se representan únicamente dos de las posibles máquinas del subsistema generador de frío solar (I) . En la misma idea de simplificación en adelante mencionaremos al subsistema aislado de generación de energía eléctrica (II) que puede ser eólico o fotovoltaico, como subsistema de generación fotovoltaica. Cabe remarcar que la planta propuesta se puede alimentar tanto con un tipo de generación como con el otro o simultáneamente con los dos.

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 este esquema el generador eléctrico es, como se ha dicho, fotovoltaico. 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 adsorcióndesorción 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 figuras1y2, consisten en un captador solar-generador (19) y un condensador-evaporador (20) . 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 (18) . 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 de generación fotovoltaica (II) consta de un generador fotovoltaico (15) , un regulador-inversor (16) y un acumulador de baterías (17) . Durante el período de insolación, la energía eléctrica producida por el generador fotovoltaico se emplea para el consumo eléctrico del sistema y para la carga del acumulador de baterías.

El subsistema hidráulico (III) es el conjunto de tuberías de fluidos, bombas hidráulicas, intercambiadores de calor (2) , (3)... [Seguir leyendo]

1. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, 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 aislado, fotovoltaico o eólico, de generación de energía eléctrica, 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, automático y autosuficiente energéticamente, destinado a instalaciones de refrigeración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por ser energéticamente independiente de la red eléctrica al ser alimentado por un generador eléctrico aislado, eólico o fotovoltaico.

3. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, destinado a instalaciones de refrigeración, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el subsistema generador estará constituido por el elemento de transformación (módulo fotovoltaico o turbina eólica) , un acondicionador de potencia que consta de un convertidor-inversor de corriente continua-corriente alterna con regulación de carga y de una batería de acumuladores para proporcionar corriente eléctrica a las bombas de impulsión de los fluidos, a una válvula accionada de tres vías, a los motores de los mecanismos de refrescamiento de los generadores de las máquinas de frío y a un autómata programable.

4. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, 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.

5. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, destinado a instalaciones de refrigeración, según las reivindicaciones 1 y 4; caracterizado por su funcionamiento automático mediante un módulo de regulación y control acoplable a otros mediante una red Ethernet.

6. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, 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.

7. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, 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.

8. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, 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.

9. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, destinado a instalaciones de refrigeración, según las reivindicaciones 1, 6, 7 y 8, 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.

10. Sistema generador de frío solar por adsorción, modular, automático y autosuficiente energéticamente, destinado a instalaciones de refrigeración, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2y7, 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.