ANTECEDENTES

En la actualidad, los refrigeradores y aparatos similares adoptan generalmente un ciclo de refrigeración por compresión de vapor en el que se hace circular un refrigerante tipo CFC (clorofluorocarbono). Sin embargo los refrigerantes basados en CFC cuando se liberan a la atmósfera llegan a la estratosfera sin descomponerse y destruyen la capa de ozono, lo que constituye un problema ambiental. Por esta razón, la producción y el uso de refrigerantes y alternativas tales como R-134a son cada vez más utilizados mientras los CFC se han ido restringiendo en todo el mundo.

En este contexto, una nueva evaluación se ha hecho de las ventajas del ciclo termodinámico que durante mucho tiempo ha sido conocido como el ciclo de Stirling invertido, y en los últimos años se ha prestado mucha atención a sistemas de refrigeración Stirling que lo explotan. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos de refrigeración Stirling que se han puesto en uso práctico hasta ahora son para uso en pequeños refrigeradores Stirling con un rendimiento de refrigeración de unas pocas decenas de vatios o inferior; es decir, no se han puesto uso práctico dispositivos de refrigeración Stirling que tengan un rendimiento de refrigeración del orden de cientos de vatios, para lo cual se espera que las más altas exigencias como modelos para uso doméstico y comercial.

Ahora, se describirá el refrigerador Stirling convencional descrito en la patente japonesa registrada bajo el número 2714155. El refrigerador está provisto de un dispositivo de refrigeración Stirling, con un ¡ntercambiador de calor del lado frío colocado en un conducto de aire frío formado en la parte trasera de la cámara de refrigeración del refrigerador a fin de permitir la circulación de aire frío y con un lado caliente conectado a una parte superficial de metal del cuerpo del refrigerador. Cuando se acciona el dispositivo de refrigeración Stirling, el frío es generado por el intercambiador de calor del lado frío y el aire frío circula a través del paso frío y enfría el interior del refrigerador. Por otra parte, un ventilador de aire se proporciona en un pasaje de rechazo de calor en forma de V formado en la parte posterior del conducto de aire frío de manera que el calor acumulado en el intercambiador de calor del lado caliente se rechaza activamente fuera de la nevera. Además, parte del calor es rechazado desde el intercambiador de calor del lado caliente fuera del refrigerador también por medio de la parte superficial de metal del cuerpo refrigerador. Esto alivia la carga en el intercambiador de calor del lado caliente y por lo tanto mejora la eficiencia de disipación de calor.

Este refrigerador convencional se construye como un sistema en el que el enfriamiento se consigue mediante la descarga de frío así como de calor sensible directamente en el refrigerador mediante el uso de aire como medio. En consecuencia, para obtener un rendimiento de refrigeración del mismo orden que se logra con ciclos de refrigeración de compresión de vapor convencional, es necesario utilizar grandes intercambiadores de calor, haciendo el sistema voluminoso. Así, con esta construcción convencional, es difícil de lograr la miniaturización y reducción de costes satisfactorios requeridos en sistemas para uso doméstico.

El mayor obstáculo es la miniaturización del sistema de refrigeración. En particular, para asegurar el espacio de almacenamiento comparable con el permitido por el ciclo de refrigeración por compresión de vapor convencional, es esencial miniaturizar el dispositivo de refrigeración Stirling en si mismo En los últimos años la miniaturización de los dispositivos de refrigeración Stirling se ha estudiado con entusiasmo. Como los dispositivos de refrigeración Stirling se hacen cada vez más compactos, sus emisores de calor y absorbedores de calor se hacen cada vez más pequeños y los espacios dentro de sus cilindros llenos de un medio de trabajo como el helio, se hacen cada vez más pequeños.

Por consiguiente, para obtener una gran cantidad de frío de manera eficiente desde un dispositivo de refrigeración Stirling miniaturizado, es necesario aumentar la eficiencia de intercambio de calor de los intercambiadores de calor conectados a su sistema. Como resultado, a pesar de la miniaturización del dispositivo de refrigeración Stirling en sí mismo, los intercambiadores de calor adjuntos al mismo son ahora más grande. Esto dificulta la miniaturización satisfactoria del sistema de refrigeración en su conjunto.

Por lo tanto, para realizar un sistema de refrigeración de ahorro de espacio con el rendimiento de refrigeración deseada, es muy importante, además de la miniaturización del dispositivo de refrigeración Stirling en sí mismo, miniaturizar los intercambiadores de calor manteniendo al mismo tiempo su eficiencia de intercambio de calor.

En un sistema de tamaño medio de refrigeración doméstico convencional de ciclo de compresión de vapor, las tuberías para el rechazo de calor del condensador, siempre son aproximadamente de 20m y está configurada en una disposición en serpentina. Aquí, el intercambio de calor se logra mediante la explotación tanto del calor sensible del refrigerante que circula a través de las tuberías y el calor latente resultante de la condensación.

Por el contrario, en el refrigerador Stirling convencional descrito en la Patente Japonesa mencionado anteriormente, propone que el forzado de aire de refrigeración requiere un intercambiador de calor extremadamente grande para el rechazo de calor. Por lo tanto, para lograr una extracción de calor satisfactoria desde el intercambiador de calor es necesario aumentar la cantidad de aire soplado sobre el intercambiador de calor que rechaza calor de enfriamiento. El aumento de la cantidad de aire de refrigeración, sin embargo, resulta en el aumento de consumo de energía eléctrica del ventilador del soplador. Esto significa que el consumo de energía eléctrica extra degrada la eficiencia del sistema en su conjunto. SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Se describe un sistema de criogenia por medio energía solar el cual consiste en un conjunto de bombas de calor de ciclo Stirling conectadas en serie para bajar la temperatura del aire gradualmente hasta llegar al punto de condensación.

Breve descripción de figuras:

La figura 1 es un esquema del dispositivo de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Se tiene un primer ciclo de enfriamiento de gas helio conformado por un primer concentrador de energía solar (1) parabólico segmentado en cuyo punto focal se encuentra dispuesto un primer cilindro de desplazamiento (2) con un primer pistón de desplazamiento (3) de un dispositivo de tipo Stirling; dicho primer pistón de desplazamiento (3) dispuesto de manera reciprocante dentro del primer cilindro de desplazamiento (2) y que recibe el calor captado por el primer concentrador solar (1), un primer cilindro de potencia (4) que en su interior contiene un primer pistón de potencia (5) dispuesto reciprocantemente; dicho primer cilindro de desplazamiento (2) tiene una entrada de gas helio y en dicha entrada se encuentra ubicada una válvula de admisión 1 (9) de una sola vía que permite el paso de helio al interior del primer cilindro de desplazamiento (2); una primer tubería de interconexión (6) que conecta la salida del primer cilindro de desplazamiento (2) con la entrada del primer cilindro de potencia (4) que tiene una cámaral (7) de aislado térmico en su parte media con un filtrol (13) en su interior fabricado de aluminio y adherido a las paredes de la cámaral (7) y con aletas en su exterior para ayudar a eliminar el calor. La entrada del primer cilindro de potencia (4) que también cuenta con una válvula de admisión2 (16) de una sola vía para la admisión de gas helio. Un vástago de desplazamientol (10) del primer pistón de desplazamiento (3) que se conecta mecánicamente con el vástago de potencial (11) del primer pistón de potencia (5) mediante una primer volanta (12); ambos cilindros dispuestos en un arreglo linealmente opuestos entre si y en la cual el primer pistón de desplazamiento (3) adelanta mecánicamente al primer pistón de potencia (5) por 90 grados. La salida del primer cilindro de potencia (4) esta conectada a la entrada3 (18) de un segundo cilindro de desplazamiento (22) de un segundo ciclo de enfriamiento.

Un segundo ciclo de enfriamiento de gas helio conformado por un segundo concentrador de energía solar (21) parabólico segmentado en cuyo punto focal se encuentra dispuesto un segundo cilindro de desplazamiento (22) con un segundo pistón de desplazamiento (23) de un dispositivo de tipo Stirling; dicho segundo pistón de desplazamiento (23) dispuesto de manera reciprocante dentro del segundo cilindro de desplazamiento (22) y que recibe el calor captado por el segundo concentrador solar (21), un segundo cilindro de potencia (24) que en su interior contiene un segundo pistón de potencia (25) dispuesto reciprocantemente; dicho segundo cilindro de desplazamiento (22) tiene una entrada de gas helio y en dicha entrada se encuentra ubicada una válvula de admisión3 (20) de una sola vía que permite el paso de helio al interior del segundo cilindro de desplazamiento (22); una segunda tubería de interconexión (26) que conecta la salida del segundo cilindro de desplazamiento (22) con la entrada del segundo cilindro de potencia (24) que tiene una cámara2 (27) de aislado térmico en su parte media con un filtro2 (33) en su interior fabricado de aluminio y adherido a las paredes de la cámara2 (27) y con aletas en su exterior para ayudar a eliminar el calor. La entrada del segundo cilindro de potencia (24) que también cuenta con una válvula de admisión4 (36) de una sola vía para la admisión de gas helio. Un vástago de desplazamiento2 (30) del segundo pistón de desplazamiento (23) que se conecta mecánicamente con el vástago de potencia2 (31) del segundo pistón de potencia (25) mediante una segundo volanta (32); ambos cilindros dispuestos en un arreglo linealmente opuestos entre si y en la cual el segundo pistón de desplazamiento (23) adelanta mecánicamente al segundo pistón de potencia (25) por 90 grados. La salida del segundo cilindro de potencia (24) esta conectada a la entrada del intercambiador de calor (38) donde el helio a baja temperatura enfría el aire a temperatura ambiente hasta llevarlo a su punto de licuefacción. La salida del intercambiador de calor (38) esta conectada a la entrada del primer cilindro de desplazamiento (2) para cerrar el ciclo.