Captador solar de calentamiento de aire con subsistema para generación de ACS.

Se define un tipo de captador solar de calentamiento de aire con subsistema para generación de ACS,

de forma que conectando dicho captador a un sistema de ventilación o, en el caso más general, a un sistema convencional de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), permite un flujo de aire cálido que aporta calor a cualquier tipo de edificio, consiguiéndose un importante ahorro energético.

Se propone una geometría interna para el captador solar, con el objetivo de obtener un flujo de aire en el interior del mismo que ofrezca unas condiciones de trabajo de alta eficiencia.

Asimismo se propone un subsistema de generación de agua caliente sanitaria que, mediante un intercambiador aire-agua, aprovecha el flujo de aire cálido procedente de un captador solar de calentamiento de aire para calentar el agua contenida en un depósito acumulador. El mismo utiliza tres compuertas de ventilación que permiten tres modos de operación: suministro de aire cálido procedente del captador solar, producción de agua caliente sanitaria o ambas cosas a la vez. En función de las condiciones de utilización se activará un determinado modo de operación, lo que permite aprovechar el recurso solar de forma eficiente.

Captador solar de calentamiento de aire con subsistema para generación de acs

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un tipo de captador solar térmico plano de calentamiento de aire con una característica particular de diseño que le confiere un elevado grado de rendimiento, así como a un subsistema de generación de agua caliente sanitaria que se integra con el captador solar que se describe o con cualquier otro de calentamiento de aire.

En la presente invención se describe dicho captador solar y se realiza especial hincapié en la descripción de dicha característica de mejora exclusiva, con la que se consiguen rendimientos más elevados con respecto a otros tipos de captadores solares térmicos de calentamiento de aire.

Con la presente invención se da un importante impulso al desarrollo de la tecnología solar térmica de calentamiento de aire, cuyo objetivo es contribuir al desarrollo sostenible de la sociedad, reduciendo el consumo de energía convencional y las emisiones contaminantes gracias al aprovechamiento eficiente del recurso solar.

Hasta la actualidad, la energía solar térmica se ha centrado, casi en exclusiva, en aportar agua caliente sanitaria (ACS) en edificios, siendo muy minoritaria la contribución de la energía solar para calefacción por los bajos rendimientos obtenidos y por la compleja infraestructura necesaria. En cambio, las necesidades generales de calefacción son mucho más importantes que las de agua caliente sanitaria, por lo que sería muy interesante poder contar con sistemas de energía solar que cubran esta demanda de manera eficiente y práctica. La presente invención se concibe como una herramienta que cubra satisfactoriamente dicha necesidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El mismo autor de la presente invención cuenta con la publicación n° ES2407537, en la que se describe un captador solar térmico de calentamiento de aire análogo al expuesto en la presente invención, pero sin algunas de las características que sí se incluyen en este caso, ni descripción alguna del subsistema para producción de ACS.

Se recogen a continuación algunas patentes de invención relacionadas. Ninguna de ellas recoge las reivindicaciones clave de la presente invención:

1. FR2454061 (ARMINES) - Capteur Thermique Dénergie Solaire

2. US4019494 (SAFDARI YAHYA) - Solar Air Heater Assembly

3. US4137898 (KOIZUMI HISAO) - Air Type Solar Heating System

4. US4169459 (EHRLICH BRENT) - Solar Converter

5. US4297990 (ALLISBAUGH JOHN) - Solar Collector

6. ES1000536 (IGLESIAS CASTELLARNAU) - Nuevo dispositivo de calefacción solar por aire caliente.

7. ES0281027 (CATALA FULLANA) - Colector solar plano para calentamiento de aire.

8. FR1709370 (CAHUZAC) - Colector solar térmico, a aire.

9. ES2378705 (BOTSARIS) - Panel solar térmico para calentamiento de aire.

10. DK1448937 (CHRISTENSEN) - Panel colector solar para calentar aire de ventilación.

11. ES0276396 (YAGÜE) - Colector solar plano para calentamiento de aire.

12. ES 1068955 (MOBERG) - Sistema de energía solar.

13. ES8106364 (QUIROZ) - Captor solar.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Se propone un sistema de energía solar con captadores solares térmicos planos de calentamiento de aire, que suministra un flujo de aire cálido a través de un sistema de ventilación de forma simple y directa con una mínima infraestructura. De forma general, uno o varios de los captadores solares que se proponen se podrían integrar en cualquier sistema convencional de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Dicho sistema también puede proporcionar agua caliente sanitaria gracias a un intercambiador de calor.

El sistema se sirve de al menos un captador solar plano de baja temperatura, figura 10, donde se produce el calentamiento del aire que contiene cuando hay suficiente cantidad de radiación solar. El aire calentado se impulsa hacia el interior de un edificio mediante un sistema de ventilación para transferir la energía térmica que contiene a la estructura del edificio, que actúa como un acumulador de calor, o a un sistema de almacenamiento térmico construido al efecto. El aire actúa en todo momento como fluido caloportador, y es el que extrae el calor generado en los captadores solares.

El captador solar térmico plano se compone de los siguientes elementos:

Vidrio templado que permite una alta transmisión de luz hacia el interior del captador. Constituye la cubierta frontal del captador solar.

Absorbedor que permite transformar la luz solar incidente en energía térmica. Se utiliza un absorbedor con una superficie selectiva que presenta un elevado coeficiente de absorción a y un coeficiente de emisividad £ muy bajo.

Capa de aislante que envuelve el habitáculo donde se aloja el absorbedor.

Carcasa que soporta todos los elementos anteriores y que garantiza la estanqueidad del captador.

En las figuras 1 y 4 se representan todos los elementos descritos, así como el flujo de aire que se establece en su interior. Dichos elementos permiten que el captador solar propuesto se comporte de forma análoga a cualquier captador solar térmico de calentamiento de aire o de líquido: el vidrio permite el paso de luz hacia el absorbedor, que genera la energía térmica aprovechable por el fluido caloportador y evita que el aire escape por convección, además de provocar el efecto invernadero limitando las pérdidas por radiación; el aislante se encarga de limitar las pérdidas de calor por conducción por la parte posterior del captador solar. Con ello se consigue minimizar las pérdidas energéticas hacia el exterior, de forma que una parte importante de la energía generada por el sol es transferida hacia donde es necesitada.

Como se aprecia en las figuras 1 y 4, se define un espacio de aire comprendido entre la superficie interior del vidrio y la superficie interior de la capa de aislante, que incluye al absorbedor. El aire circularía tanto por la superficie superior como por la superficie inferior del absorbedor, lo que permite un área mayor de transferencia de calor entre el absorbedor y el flujo de aire. La posición del absorbedor en el interior del colector, es decir, la distancia entre vidrio y absorbedor, y entre este y la superficie interior de la capa de aislante, no está fijada a priori en la presente invención, pudiendo variar en función de la aplicación; de forma análoga

ocurre con el resto de dimensiones del captador solar. A continuación, el espacio comprendido entre la superficie interior del vidrio y el absorbedor se denominará cámara superior, mientras que el espacio comprendido entre el absorbedor y la superficie interior de la capa de aislante se denominará cámara inferior.

La particularidad de la presente invención radica en la configuración geométrica de la estructura que se introduce en el espacio de aire interior del captador, lo que define un flujo determinado de aire con respecto a dicho espacio y con respecto al absorbedor. Dicha configuración geométrica incluye los siguientes elementos:

1. Una pluralidad de aletas inferiores que se unen con la superficie inferior del absorbedor, que ocuparían el espacio definido por la cámara inferior. En la figura 4 se indica, en un corte transversal del captador solar, la disposición de las aletas, así como el flujo de aire que atraviesa el captador solar, tanto por la cámara superior como por la cámara inferior. Las aletas podrán tener diferentes dimensiones, tanto de altura como de separación entre ellas, en función de la aplicación. Esta configuración permitirá una mejor transferencia de calor entre el absorbedor y el flujo de aire que circula por debajo de él en la cámara inferior.

2. Para permitir la entrada del flujo de aire hacia el captador solar y su salida desde el captador solar, se definen sendas cámaras de distribución de aire, que consisten en un espacio cerrado e independiente del resto del espacio interior del captador solar, y que se ubican dentro de la cámara inferior y en ambos extremos del captador solar, donde se definen los puntos de entrada o salida del flujo de aire entre el captador solar y el exterior. En la figura 2 se muestra un corte longitudinal del captador solar en el que se aprecian ambas cámaras de distribución, así como el detalle de los flujos de aire. Para que se pueda apreciar mejor, en la figura 5 se muestra un corte transversal del captador solar en la posición de la cámara de distribución que permite la entrada o admisión del flujo de aire hacia el interior del captador solar, también denominada cámara de admisión; a su vez, dicho flujo de aire se introduce en la cámara de admisión a través de una abertura...

1. Captador solar plano, caracterizado por contener un espacio interior lleno de aire, limitado en la parte superior por una cubierta de vidrio (1), u otro material transparente, y en la parte inferior y lateral por una superficie sólida (5) impermeable al aire que es sostenida mediante una carcasa (3), que contiene una capa de aislante térmico (4), y que da consistencia a todo el conjunto y garantiza la estanqueidad del captador solar (32).

2. Captador solar plano según reivindicación 1, caracterizado por contener una superficie absorbedora (2) paralela a la cubierta (1) y a la superficie sólida inferior (5), que recibe los rayos solares a través de la cubierta (1) y que divide el espacio interior del captador solar (32) en dos partes, una superior que se denomina cámara superior (11), que comprende el espacio entre la cubierta (1) y el absorbedor (2), y otra inferior que se denomina cámara inferior (12), que comprende el espacio entre el absorbedor (2) y la superficie sólida inferior (5), presentando cada una un flujo de aire (6, 7) paralelos ambos y con el mismo sentido.

3. Captador solar plano según reivindicación 2, caracterizado porque contiene una cámara de admisión (8), situada en la cámara inferior (12), por donde entra un flujo de aire (13, 15) externo hacia el captador solar (32), que es distribuido por dicha cámara entre las cámaras superior (11) e inferior (12), y porque contiene una cámara de expulsión (9), situada en la cámara inferior (12), por donde se recogen ambos flujos de aire (6, 7) y por donde se expulsa dicho flujo hacia el exterior del captador solar (14, 16), quedando ambas cámaras (8, 9) en extremos opuestos del captador solar para que el flujo de aire cumpla con el requisito de la reivindicación 2.

4. Captador solar plano según reivindicación 3, caracterizado porque cada cámara (8, 9) definida en la reivindicación 3 contiene una pluralidad de orificios (17) en la superficie que limita con la cámara superior (11) y otra pluralidad de orificios (17) en la superficie contenida en la cámara inferior (12), que permiten repartir el flujo de aire tanto por la cámara superior (11) como por la inferior (12).

5. Captador solar plano según reivindicación 4, caracterizado porque las áreas de los orificios (17) practicados en ambas cámaras de distribución (8, 9) presentan un perfil no homogéneo, con la intención de conseguir un flujo de aire (6, 7) uniforme a lo largo de la dirección transversal a la de dicho flujo de aire, tanto en la cámara superior (11) como en la inferior (12), de manera que la velocidad del flujo de aire medida en un punto del interior del captador solar sea aproximadamente la misma independientemente de la coordenada transversal que tenga dicho punto de medición.

6. Captador solar plano según reivindicación 5, caracterizado porque el absorbedor (2) presenta una pluralidad de aletas (10) en su superficie inferior, paralelas al flujo de aire que se establece en la cámara inferior (12), pudiendo extenderse dichas aletas hasta la superficie sólida (5) de la cámara inferior (12).

7. Captador solar plano según reivindicación 5, caracterizado porque a cada uno de los orificios (17) practicados en la superficie de la cámara de admisión (8) contenida en la cámara inferior (12) se le añade un mecanismo enderezador de caudal (18, 19).

8. Captador solar plano según reivindicación 5, caracterizado porque a cada uno de los orificios (17) practicados en la superficie de la cámara de admisión (8) que limita con la cámara superior (11) se le añade un mecanismo enderezador de caudal (18, 19).

9. Captador solar plano según reivindicación 2, caracterizado porque el absorbedor (2) presenta una pluralidad de aletas (10) en su superficie inferior, paralelas al flujo de aire que se establece en la cámara inferior (12), pudiendo extenderse dichas aletas hasta la superficie sólida (5) de la cámara inferior (12).

10. Captador solar plano según reivindicación 6, caracterizado porque a cada uno de los orificios (17) practicados en la superficie de la cámara de admisión (8) que limita con la cámara superior (11) se le añade un mecanismo enderezador de caudal (18, 19).

11. Captador solar plano según reivindicación 5, caracterizado porque a cada uno de 5 los orificios (17) practicados tanto en la superficie de la cámara de admisión (8) contenida en la

cámara inferior (12), como en la superficie de la cámara de admisión (8) que limita con la cámara superior (11), se le añade un mecanismo enderezador de caudal (18, 19).

12. Subsistema de generación de ACS, caracterizado por un conducto de ventilación (22) que recoge el flujo de aire (14) producido por cualquier tipo de captador solar de

10 calentamiento de aire y que se divide en dos ramas (22), conteniendo la primera de ambas ramas una compuerta de ventilación (21) y, tras dicha compuerta, un conducto en forma de T que proporciona, por una de sus salidas, el flujo de aire de salida (30) del subsistema de generación de ACS, y conteniendo la segunda rama, y por este orden, un intercambiador aire- agua (25), un conducto en forma de T y, continuando por una de las salidas de dicho conducto

15 en forma de T, una compuerta de ventilación (34) que conduce al conducto (22) que retorna al captador solar (32), y donde ambas ramas se conectan mediante una tercera rama que contiene una compuerta de ventilación (33), realizándose dicha conexión en la salida que queda libre del conducto en forma de T de la primera rama y en la salida que queda libre del conducto en forma de T de la segunda rama.