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Title:
ELECTROMECHANICAL SWITCH FOR THE AUXILIARY HEATER IN SOLAR HEATING SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/101899
Kind Code:
A1
Abstract:
Electromechanical switch for the auxiliary heater in solar heating systems. In systems for producing low-temperature hot water using solar thermal energy the user is confronted with the inconvenience of the complexity involved when connecting up the auxiliary heater. Use is currently made of a cumbersome system of manual stopcocks, which results in rejection on the part of a large number of potential consumers. This is in addition to the fact that it is impossible for such a system to be used by certain minority groups of people, such as the disabled, the elderly, etc. This switch device supplements solar heating installations for hot water such that, when circumstances require, the user connects up the auxiliary water heater simply by operating an electrical switch. In terms of an issue that is as important as extending the use of alternative energy supplies, it is vital to simplify the operation thereof, and the electromechanical switch system represents progress in this direction.

Inventors:
GONZÁLEZ AGUILERA, Francisco José (C/ Tomillo 4, Valencina de la Concepción, E-41907, ES)
Application Number:
ES2007/070037
Publication Date:
September 13, 2007
Filing Date:
February 22, 2007
Export Citation:
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Assignee:
GONZÁLEZ AGUILERA, Francisco José (C/ Tomillo 4, Valencina de la Concepción, E-41907, ES)
International Classes:
F24D3/08; F24D11/00; F24D17/00; F24H9/00; F24J2/42
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Claims:
REIVINDICACIONES.

1. Conmutador electromecánico para el calentador auxiliar en sistemas solares térmicos, caracterizado porque utiliza para realizar tal función dos o mas electro válvulas de solenoide, comandadas a requerimiento del usuario, por un módulo de alimentación y control, o sistema automático afín.

2. Conmutador electromecánico para el calentador auxiliar en sistemas solares térmicos, según reivindicación anterior, caracterizado porque las electro válvulas van integradas en Ia instalación de agua caliente y pueden ser conectadas al circuito del sistema calentador solar térmico, en serie , o en paralelo.

3. Conmutador electromecánico para el calentador auxiliar en sistemas solares térmicos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los solenoides de las electro válvulas van conectados eléctricamente a Ia salida del circuito (o circuitos) en el módulo de alimentación eléctrica y control. En forma y modo acordes a las normas internacionales para instalaciones de baja tensión eléctrica.

4. Conmutador electromecánico para el calentador auxiliar en sistemas solares térmicos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su diseño modular, Ie permite ser fácilmente adaptado a todo tipo de instalación para Ia producción de agua caliente de baja temperatura, por energía solar térmica.

Description:

Conmutador electromecánico para el calentador auxiliar en sistemas solares térmicos.

Sector de Ia técnica

La invención está dirigida al sector de Ia fabricación y comercialización de sistemas de producción de agua caliente por energía solar, para uso preferentemente sanitario. Estado de Ia técnica.

En líneas generales, y dado que Ia disponibilidad de Ia energía solar no es continua, todas las instalaciones solares térmicas se diseñan para cubrir un alto porcentaje del consumo energético total en Ia producción de agua caliente, sin llegar en ningún caso, a sustituir el 100% del consumo necesario. Por ello, éstas deben contar con una ayuda auxiliar, a través de cualquier sistema convencional, que aporte Ia energía necesaria en los períodos en que se agote el almacenamiento solar por insuficiente radiación o excesivo consumo.

Como sistema auxiliar puede utilizarse cualquier sistema independiente tipo calentador de gas, termo eléctrico ó un intercambiador calentado por cualquier tipo de combustible, que según las circunstancias técnicas de cada instalación podrán conectarse en serie o en paralelo con el equipo solar. Podrá utilizarse el conexionado con by-pass de forma que el agua almacenada en el acumulador pueda utilizarse directamente o a través del equipo auxiliar.

La conmutación en un calentador de agua solar con sistema de apoyo externo, se ha de realizar actualmente de modo manual, abriendo y cerrando un sistema de llaves de paso que funciona del siguiente modo:

El citado sistema consta de dos llaves de paso, una de las cuales abre o cierra Ia entrada del calentador de apoyo, Ia otra abre o cierra Ia entrada o Ia salida del circuito principal de calentamiento solar como sigue: En las figuras 1 y 2, el circuito calentador auxiliar está conectado en serie.

Figura 1 (sólo energía solar) = V.l cerrada y V.2 abierta. Figura 2 (solar + auxiliar) = V.l abierta y V.2 cerrada.

Basándonos en las figuras 2 y 3, si el circuito auxiliar está conectado en paralelo. Figura 3 (sólo energía solar) = V.l cerrada y V.2 abierta. Figura 4 (solo auxiliar) = V.l abierta y V.2 cerrada.

Al ser todas estas operaciones manuales, el sistema implica un cierto grado de complejidad y puede resultar peligroso para el usuario, que puede optar por no adquirir el sistema calentador solar, porque se ve obligado a manipular componentes sin estar cualificado.

El sistema que presento resuelve este inconveniente del siguiente modo:

Sustituye las llaves de paso manuales por electro válvulas de solenoide comandadas por un único interruptor. Lo cual simplifica al máximo el modo de conmutación, pues el usuario del equipo solar puede olvidarse de tener que cambiar las llaves de paso manualmente y una a una. Para, con un solo gesto, conectar el sistema electromecánico y cambiar al calentador auxiliar. Al volver a desconectar el conmutador, el sistema calentador pasa (sin consumo eléctrico) a modo solar.

Las ventajas derivadas de este sistema son principalmente tres:

Hace más sencilla Ia tarea de derivación del caudal para los sistemas solares con calentadores auxiliares externos.

Aumenta la seguridad del citado proceso, al evitar Ia formación de bolsas de gas, derivadas de Ia incorrecta manipulación de las llaves de paso, (en calentadores de este tipo). Da un gran paso en Ia generalización del uso de fuentes de energía alternativas al facilitar el acceso a Ia tecnología de producción de agua caliente por placas solares a miles de personas discapacitadas, ancianos, etc. Aumentando así, de paso, los consumidores potenciales de estos equipos.

Descripción detallada de Ia invención

La presente invención se refiere a un dispositivo que realiza, de modo sencillo y cómodo, los cambios necesarios en el direccionamiento del caudal de agua, en un sistema de agua caliente por energía solar, cuando sea necesario poner en marcha el calentador auxiliar.

Su funcionamiento es el siguiente:

Al cerrar un interruptor que está alojado en una caja de montaje junto a los elementos de alimentación eléctrica, control, seguridad y conexiones pertinentes, se ponen en funcionamiento dos electro válvulas de solenoide del siguiente modo;

-Una de las dos ( V.2 ), que ha de ser del tipo "normalmente abierto" (en reposo permite Ia circulación de agua y al conectar Ia alimentación eléctrica, cierra el paso del caudal, como aparece en el esquema de Ia fig. 5) se cierra. Lo cual, en el montaje en serie ( figuras 1 y 2), obliga al caudal procedente del acumulador principal a desviarse en dirección a Vl, que controla Ia entrada al calentador auxiliar y es del tipo "normalmente cerrado" (en reposo no permite el paso de agua y al conectar Ia alimentación eléctrica se abre y permite Ia circulación, como muestra el esquema en Ia figura 6) que se encuentra

abierta. De este modo, el agua contenida en el acumulador solar pasa por el circuito calentador auxiliar aprovechándose así el calor residual del agua procedente del calentador solar. En el montaje en paralelo reflejado en figuras 3 y 4, al cerrar el interruptor cerrando de este modo V2 y abriendo Vl ,se aisla el acumulador de agua caliente del sistema principal solar, entrando en el circuito del calentador auxiliar el agua, directamente de Ia red de suministro.

La elección del tipo de electro válvula (normalmente abierto o cerrado) Ia haremos sobre Ia base del factor porcentual de aporte de energía solar, como este suele ser bastante elevado, queda claro que el mejor método de minimización del consumo eléctrico, es aquel que mantenga en reposo el conmutador cuando se utiliza el agua caliente procedente del acumulador solar. En ambos modelos de montaje, al abrir el circuito eléctrico las electro válvulas vuelven a su estado de reposo, cerrando el caudal en el circuito del calentador de apoyo, y suministrando agua caliente procedente del sistema térmico solar al punto (o puntos) de consumo .

Otros parámetros importantes para Ia elección de los componentes del sistema conmutador, son: Ia tensión eléctrica de trabajo y el consumo

(mínimos), resistencia a Ia temperatura del agua, retención al sentido negativo del caudal, al efecto "golpe de ariete", etc., en definitiva se trata de cumplir las normas y condiciones técnicas internacionales para las instalaciones solares térmicas de baja temperatura.

Descripción de los dibujos:

Figura 1 :

Equipo para producir agua caliente por energía solar térmica con el calentador auxiliar instalado en serie, desconectado.

Figura 2: Misma configuración que en fig. 1 , con el calentador auxiliar conectado.

Figura 3:

Equipo para Ia producción de agua caliente por energía solar térmica con el calentador auxiliar instalado en paralelo, desconectado.

Figura 4:

Misma configuración que en fig. 3, con el calentador auxiliar conectado. A.s = Acumulador del equipo solar. Ca = Calentador auxiliar. V.l = Válvula 1. V.2 = Válvula 2

R = Entrada de agua fría de Ia red. SC= Salida a Ia instalación doméstica de agua caliente.

Figura 5. Esquema de funcionamiento de una válvula de solenoide de tipo

" Normalmente Abierto" (V2). 1= entrada de agua. 2= salida de agua.

Figura 6. Esquema de funcionamiento de una válvula de solenoide del tipo

" Normalmente Cerrado" (Vl ). 1. = entrada de agua. 2 = salida de agua.

Pαrα lα realización práctica del dispositivo, Io consideraremos dividido en dos partes principales: 1 )- Módulo de conmutación electromecánica.

Es el encargado de efectuar Ia oportuna derivación del caudal de agua que permita a Ia instalación doméstica, disponer de agua caliente procedente del calentador solar o del auxiliar. Consta de dos o más válvulas de solenoide, sus correspondientes conectores y el cableado necesario para cada elemento.

Las válvulas de solenoide que necesitamos deberían cumplir las siguientes especificaciones técnicas mínimas:

- Compatibilidad con Ia instalación doméstica de agua (diámetro del tubo, presión de trabajo) - Resistencia a Ia corrosión por efecto del agua.

-Capacidad para trabajar con agua al menos a unos 90° centígrados.

-Tensión nominal de trabajo máxima de 25V alterna, (por motivos de seguridad)

-Potencia del solenoide mínima. (rondando los 2OW ) -Una de las dos ( V.2 ), ha de ser del tipo "normalmente abierto" (en reposo permite Ia circulación de agua y al conectar Ia alimentación eléctrica, cierra el paso del caudal)

-Otra ( V.l )ha de ser del tipo "normalmente cerrado" (en reposo no permite el paso de agua y al conectar Ia alimentación eléctrica se abre y permite Ia circulación)

Como norma general instalará Vl (normalmente cerrada) en Ia entrada de agua del calentador auxiliar. Para instalar V2. Nos guiaremos de los esquemas de montaje mostrados en las figuras 1 , 2, 3 y 4.

Se instalarán integrándolas en Ia instalación de agua caliente, de modo conforme a Ia normativa reflejada en el pliego de condiciones técnicas de instalaciones de energía solar térmica de baja temperatura o Ia legislación aplicable en cada caso.

En todo caso, siempre se ha de respetar el sentido del caudal del agua que atraviese Ia válvula, esto suele estar marcado en el cuerpo de las mismas.

2)- módulo de alimentación y control.

Es el dispositivo encargado de transmitir Ia orden del usuario de accionar el suministro de aporte térmico auxiliar, activando el módulo conmutador.

Su diseño puede presentarse como una caja homologada para montajes eléctricos de forma y tamaño adecuados que en su interior aloja los circuitos y componentes electrónicos necesarios para Ia alimentación y control de las electro válvulas, así como los elementos de seguridad y los conectores para el cableado externo. Y que en el exterior presente los indicadores de estado y control (leds por ejemplo), además del interruptor (o sistema afín) accesible para ser activado por el usuario o por un controlador automático.

Este módulo es susceptible de ensamblado junto a otros elementos presentes en las instalaciones, como el termómetro digital, controles de Ia caldera si procede, etc. Reuniendo algunos de ellos en un solo aparato.

El diseño de los circuitos incluirá los elementos de seguridad indicados en los reglamentos técnicos legales para aparatos de baja tensión, (protección para sobre tensión, etc.) que correspondan en cada caso.

-Montaje del módulo de alimentación y control. Alojaremos las placas de circuitos electrónicos en Ia caja de montaje conectando uno de los polos de Ia entrada de red eléctrica directamente a un polo de entrada del alimentador, y el otro a través del interruptor, así conseguirá que el consumo en reposo sea igual a cero.

Conectaremos, así mismo, el cableado de las electro válvulas a las clavijas de alimentación correspondientes.

Situaremos Ia caja montada, o al menos el mecanismo usado para activar el sistema (interruptor por ejemplo), en un lugar accesible para el usuario.

-Montaje del módulo de conmutación electromecánica.

Colocaremos las válvulas en sus correspondientes puntos de las tuberías principal y auxiliar, dependiendo esto del tipo de conexión del sistema auxiliar que tenga Ia instalación, siendo siempre preferible el montaje en serie al paralelo, por el aprovechamiento del calor residual del agua que está en el acumulador del sistema solar. Este proceso se ha de realizar teniendo en cuenta los procedimientos y medidas de seguridad pertinentes, siguiendo los esquemas representados en Ia figura 1 (instalación en serie) o en su caso, Ia figura 3 (instalación en paralelo). Tratando, aunque no sea imprescindible, de integrar las válvulas de solenoide en Ia instalación de agua caliente doméstica también desde un punto de vista estético.

Una vez conectados los solenoides al módulo de control y este a Ia red eléctrica resultará; Con el interruptor abierto, el conmutador va a estar en reposo, es decir, sin consumo de electricidad y el suministro de agua caliente procederá del equipo solar.

Con el interruptor cerrado, el sistema de conmutación actuará sobre las electro válvulas, es decir, entrará en servicio el sistema calentador de agua auxiliar, complementando el calentador solar si están instalados en serie

(figura 2), o sustituyéndolo del todo si Ia instalación está en paralelo (figura 4).