ES2397329B1 - Colector cubico solar de agua caliente sanitaria - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, gracias al cual se consigue, principalmente, un mayor rendimiento de captación de energía solar, en lugares geográficos con condiciones climáticas extremas de frío o de calor.#El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, capta mejor la energía solar, en lugares geográficos de mucho frío y con el sol muy bajo en el horizonte, debido a su diseño, y a su emplazamiento, que es el subsuelo.#El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, soporta un exceso de energía solar, en lugares geográficos de mucho calor y el sol muy vertical, desde el horizonte, o en instalaciones donde deba detenerse la producción de agua caliente sanitaria, debido a su diseño, y a su emplazamiento, que es el subsuelo.

Description

COLECTOR CÚBICO SOLAR DE AGUA CALIENTE SANITARIA
La presente invención se refiere a un colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, gracias al cual se consigue principalmente, un mayor rendimiento de captación de energía solar, en lugares geográficos con condiciones climáticas extremas de frío o de calor, con un menor mantenimiento de la instalación debido a una mayor protección del frío y las heladas nocturnas al estar toda la instalación en el subsuelo y un menor impacto visual exterior del edificio. También soporta un exceso de energía solar, en lugares geográficos de mucho calor y el sol muy vertical desde el horizonte, evitando que la instalación reviente por superar temperaturas de ebullición del agua caliente sanitaria, o en instalaciones donde deba detenerse la producción de agua caliente sanitaria, por falta de demanda de la misma, por un periodo prolongado.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Son conocidos los sistemas de anclaje, en la parte superior de un edificio, de los
captadores solares ténnicos. Estos sistemas. sean fijos y estáticos o con seguimiento solar de un eje o de dos ejes, presentan el inconveniente precisamente de estar en el exterior y en lugares altos y peligrosos de acceder, tanto para instalarlos por primera vez en un edificio. como para su mantenimiento o reparación de los mismos, con el peligro potencial de los trabajadores que los reparan o mantienen. También estas instalaciones exteriores elevadas, están sometidas a los rigores climáticos. como heladas. granizo, nieve, lluvia. viento, exceso de Sol y de calor o excrementos de pájaros.
Para vencer las posibles heladas. es necesario que circule por el circuito primario, líquido anticongelante, entre el colector solar y el depósito acumulador del agua caliente sanitaria, necesitando electro válvulas, bombas de forzado y depósito especial con un serpentín o doble serpentín para el circuito primario y/o secundario, encareciendo la instalación considerablemente y aumentando el riesgo de averías. Cuantas más bombas y electro válvulas hay en un sistema. mayor es el riesgo, de que alguna de ellas falle. También existe el riesgo que alguna parte de la tuberia del circuito primario, tenga un escape r se mezcle el liquido anticongelante con el agua caliente sanitaria del depósito, con la consiguiente contaminación del agua caliente sanitaria.
El granizo es un enemigo mortal para los colectores ténnicos de agua caliente. Debido a que ambos se encuentran en el exterior, al caer el granizo desde las nubes de la
tonnenta hasta que llegan al cristal del colector ténnico, chocan a gran velocidad, destruyendo en ocasiones el cristal del colector. La nieve no es muy destructiva, pero tapa el colector. anulando la recepción de ener~ía solar.
La lluvia en ocasiones es beneficiosa y en ocasiones perjudicial. Si el agua de la lluvia es limpia y abundante. produce W13 auto limpieza de la superficie del cristal del colector, pero en muchas ocasiones llueve poco y mezclado con calima procedente del desierto, ensucia en exceso la superficie del cristal del colector, y debido a que están en tejados o lugares elevados dificiles de acceder, en muchas ocasiones no compensa lavar los cristales, perdiendo en ocasiones un 300/c, de captación solar, principalmente en las primeras boras del día y al atardecer debido a la inclinación del Sol y la suciedad del cristal captador.
El viento huracanado puede llegar a destruir principalmente los colectores que están anclados en bancadas de 45° de inclinación y caer colectores enteros o piezas y tomillos desde alturas del edificio elevadas hasta la calle donde puede herir a Wl peatón que vaya andando por la acera.
El exceso de Sol, principalmente en verano, o en épocas donde el edificio queda prácticamente vacío, no habiendo consumo de agua caliente sanitaria, puede ocasionar Wl problema de exceso de energía aportada, en relación a la energía consumida, pudiendo calentar en exceso el agua acumulada en los depósitos, y hacer peligrar la instalación por posibles roturas en los colectores ténnicos, al sobrepasar los 1000 centfwados, hirviendo el a~ acumulada de los depósitos. Para contrarrestar este riesgo, se suelen instalar aerotennos disipadores de calor. o radiadores disipadores de calor en los colectores solares. De ese modo, también se incrementa el riesgo, de que dichos aparatos fallen y afecten a todo el sistema.
Los excrementos de pájaros, también pueden ser un problema importante. Son excrementos ácidos y corrosivos, que pueden dafiar el colector a medio y largo plazo. A corto plazo, afectan de fonna directa, ensuciando el cristal del colector, tapando partes de la superficie captadora de la radiación solar, disminuyendo el rendimiento ténnico del mismo.
El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria aplica por primera vez. un sistema que mejora sustancialmente los antecedentes a la invención del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, anulando todos los inconvenientes mencionados en este apartado de antecedentes, y aportando más ventajas que se detallan a continuación.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria aporta por primera vez un sistema subterráneo de acumuJación de energía solar, que difiere de las instalaciones de captación de energía solar realizadas hasta el momento, que van instaladas en la parte superior más alta de un edificio. El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, funciona en el subsuelo.
El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, está pensado fundamentalmente para conseguir energía solar en lugares geográficos de clima extremadamente extremo, en donde los sistemas convencionales actuales no consiguen rendimientos óptimos, debido a tener el sol demasiado bajo en el horizonte, o demasiado frío. Este sistema aprovecha la poca diferencia de temperatura que hay anualmente en el subsuelo. Nuestros antepasados prehistóricos conocian bien este fenómeno, por ese motivo vivían en cuevas subterráneas, porque en verano, fuera de la cueva podían estar a 35 grados centígrados y dentro de la cueva a 18 grados, y en invierno, fuera de la cueva podían estar a 5 grados, y dentro de la cueva a 15 grados, habiendo una oscilación anual dentro de la cueva, de 3 grados solamente. Por ese motivo el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, al estar en el subsuelo, capta mejor la energía solar, porque tiene menos pérdidas de calor, que Wl colector que se encuentre en el exterior.
Cuando hay un exceso de energía solar, y todo el sistema acwnula una temperatura del agua que puede llegar a superar la temperatura de ebullición de lOO grados centígrados, entonces la tapa, se cierra, parando literalmente el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, al ser la tapa de material de espejo por la cara que da al colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, quedando el cristal doble completamente tapado, al ser la tapa opaca. De este modo, el sistema pennite dejar completamente parada la instalació~ en temporadas largas, sin personas viviendo en una vivienda deleminada.
El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, consiste principalmente en un cubo, cuyas dimensiones pueden variar, dependiendo del espacio de que dispongamos en el subsuelo.
Este cubo está tapado con un doble cristal transparente, habiendo una separación entre los dos cristales, donde hay aire entre los dos cristales, o el vacio entre los dos cristales, cuya función, es dejar pasar los rayos solares, pero aislar al mismo tiempo la
temperatura del aire de dentro del cubo, con la temperatura del aire del exterior del cubo.
Las paredes laterales interiores del cubo, están recubiertas de material de espejo altamente reflectante.
El suelo interior del cubo~ tiene una plancha de aluminio pintada de color negro mate. Encima de dicha plancha. están colocadas las tuberías de material de cobre, también pintadas de color negro mate.
La radiación solar, se recoge mediante un espejo vertical, que sobresale del suelo, donde se reflejan los rayos solares, y dichos rayos solares, son reflejados y enviados hacia el interior del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, atravesando un doble cristal aislante, que tapa el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria.
Los rayos solares que inciden de fonna directa sobre el doble cristal aislante, que tapa el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria.. también entran dentro del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria.. sumándose a los rayos reflejados del espejo vertical.
Los rayos solares que han entrado dentro del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, se reflejan por los espejos de las paredes laterales interiores del cubo, llegando al suelo interior del cubo, donde se encuentran la plancha de a1wrúnio negra y los tubos de cobre pintados de negro mate, calentándose el conjunto, por los rayos solares, realizando el conjunto de la plancha y las tuberias, la función de "cuerpo negro", absorbiendo toda la energía solar, y dicho calor, calienta el agua que circula forzada por una bomba hidráulica, por dentro de las tuberías de cobre pintadas de color ne~o mate, acumulándose el agua caliente, en Wl depósito de agua, que normalmente se encuentra dentro de un edificio.
Una alternativa importante en la invención del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, es que en lugar de haber un sistema de bomba hidráulica que fuerza el llenado de un depósito mediante las tuberías de cobre pintado de negro mate, es sustituir las tuberías por un depósito de agua de metal pintado de color negro mate. Dicho depósito, estaría dentro del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria. De este modo, el a.gua de dentro del depósito, ya se calentaría directamente, porque los rayos solares incidirían directamente calentando las paredes negras del depósito, calentándose el agua de dentro del depósito. De este modo se consigue simplificar la instalación, pero tiene el inconveniente, de que por la noche, se pierde más calor del agua acwnulada en el depósito, que con el sistema de tuberías anterionnente explicado
en párrafos anteriores, y cuanto más sea el frío nocturno, dependiendo del lugar geográfico, más pérdidas de calor tendríamos.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan solo a titulo de ejemplo, se representa un caso práctico de realización del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria.
En dichos dibujos la figura 1 es una vista en perspectiva caballera del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, con depósito de agua caliente (1), con tapa de espejo altamente reflectante (2), con tapa de doble cristal transparente (3), con paredes laterales interiores de espejo (4), con material aislante ténnico (5), con tuberías de cobre de color negro mate (6), con tubería de cobre (7) de envío de agua caliente hacia el depósito (1), con tubería de cobre (8) de envío de agua fría para que se caliente el agua en el conjunto de tuberías negras (6), con chapa de aluminio de color negro mate (9).
DESCRIPCION DE UNA REALIZACION PREFERIDA
El colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, consiste principalmente en un cubo (Fig.1), cuyas dimensiones pueden variar, dependiendo del espacio de que dispongamos en el subsuelo.
Este cubo está tapado con un doble cristal transparente (3), habiendo una separación entre los dos cristales, donde hay aire entre los dos cristales, o el vacío entre los dos cristales, cuya función, es dejar pasar los rayos solares, pero aislar al mismo tiempo la temperatura del aire de dentro del cubo, con la temperatura del aire del
exterior del cubo. Las paredes laterales interiores del cubo (4), están recubiertas de material de espejo
altamente reflectante.
El suelo interior del cubo, tiene una plancha de aluminio (9) pintada de color negro mate. Encima de dicha plancha (9), están colocadas las tuberías de material de cobre (6), también pintadas de color negro mate.
La radiación solar, se recoge mediante Wl espejo vertical (2), que sobresale del suelo, donde se reflejan los rayos solares, y dichos rayos solares, son reflejados y enviados hacia el interior del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, atravesando un doble cristal aislante (3), que tapa el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria.
Los rayos solares que inciden de fonna directa sobre el doble cristal aislante (3), que tapa el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria. también entran dentro del 5 colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, sumándose a los rayos reflejados del
espejo vertical (2).
Los rayos solares que han entrado dentro del colector cúbico solar de agua caliente
sanitaria, se reflejan por los espejos de las paredes laterales interiores del cubo (4),
llegando al suelo interior del cubo, donde se encuentran la plancha de aluminio negra
10 (9) '! los tubos de cobre (6) pintados de negro mate, calentándose el conjunto, por los rayos solares, realizando el conjunto de la plancha (9) y las tuberlas (6), la función de
"cuerpo negro", absorbiendo toda la energía solar, y dicho calor, calienta el agua que
circula foI7.ada por una bomba hidráulica, por dentro de las tuberias de cobre (6)
pintadas de color negro mate. acumulándose el agua caliente, en un depósito de agua 15 (1), que nonnalmente se encuentra dentro de un edificio. Cuando hay un exceso de energía solar, y todo el sistema acumula una temperatura
del agua que puede llegar a superar la temperatura de ebullición de 100 grados
centígrados, entonces la tapa (2), se cierra, parando literalmente el colector cúbico solar
de agua caliente sanitaria, al ser la tapa (2) de material de espejo por la cara que da al
20 colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, quedando el cristal doble (3) completamente tapado, al ser la tapa (2) opaca. De este modo, el sistema pennite dejar completamente parada la instalación, en temporadas lar~as, sin personas viviendo en una vivienda determinada.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    l. Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria caracterizado por tener un depósito (1) de acumulación de a~caliente sanitaria, con un reflector (2) de material de espejo, con tapa de cristal doble (3), con paredes laterales de material de espejo (4), con material aislante ténnico (5), con tuberías de cobre de color ne~ mate (6), con tuberia de transporte de agua caliente (7), con tubería de transporte de agua fría (8), con chapa de aluminio de color negro mate (9).
  2. 2.
    Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado por tener un reflector (2) de material de espejo, con el fin de reflejar los rayos solares hacia dentro del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, y con la finalidad de cerrar y tapar el colector cúbico solar de agua caliente sanitaria para evitar sobrepasar la temperatura de 100 grados centigrados del agua del depósito (1).
  3. 3.
    Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria según reivindicación caracterizado por tener una tapa de cristal doble (3). para dejar pasar los rayos solares hacia el interior del colector cúbico solar de agua caliente sanitaria, y aislar térmicamente del exterior, la temperatura del aire del interior del colector solar de agua caliente sanitaria
  4. 4.
    Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado por tener paredes laterales de material de espejo (4). para reflejar los rayos solares provenientes del exterior. y conducirlos a las tuberías (6) y a la chapa de atwninio ne~mate (9) del colector cúbico solar de a~caliente sanitaria.
  5. 5.
    Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria según reivindicación caracterizado por tener material aislante ténnico (5), para aislar ténnicamente de la temperatura de la tierra del subsuelo que rodea al colector cúbico solar de agua caliente sanitaria.
  6. 6.
    Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado por tener tuberías de cobre de color negro mate (6), para calentar el agua que circula por dentro las tuberías, mediante los rayos solares que las iluminan.
  7. 7.
    Colector cúbico solar de agua caliente sanitaria según reivindicación caracterizado por tener chapa de aluminio de color negro mate (9), para calentar las tuberías (6) y para calentar el aire de dentro del colector cúbico solar de agua caliente sanitari~ mediante los rayos solares que la iluminan.
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