CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo técnico de la termodinámica, la energía térmica, las energías renovables y la física, ya que aporta un calentador solar polimérico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Hoy en día, es de lo más natural tener algún electrodoméstico en casa que nos caliente el agua para ducharnos, lavar la vajilla, lavar la ropa, limpiar, etc. Apenas hace aproximadamente 150 años no existía ningún equipo o electrodoméstico en las casas que proporcionase esa comodidad, y solo los más afortunados podían calentar agua en el hogar por medio de leña o carbón, utilizando un recipiente que servía igual para cocinar.

En 1767 Horace de Saussure inventó lo que llamó "la caja caliente". Esta consistía en una caja acristalada por la que entran los rayos del sol, mientras que el interior iba pintado de negro. Salvo la cara de cristal, todas contaban con material aislante que permitía retener el calor en el interior, de esta manera, las temperaturas que se alcanzaban podían llegar a los 109°. Este pequeño invento fue el primer colector solar de la historia de la energía solar térmica.

En el año 1868, un pintor de casas llamado Benjamín Waddy Maughan patentó el primer calentador de agua instantáneo para uso doméstico que no usaba combustible sólido. El invento de Maughan, quien lo bautizó Geyser por los chorros de agua caliente que salen de la tierra, permitía que el agua fría en la parte superior del tanque fluyera sin problemas a través de las tuberías calentadas por los gases de la combustión de un quemador en la parte inferior. Pero este proceso era bastante peligroso porque no habla chimenea para eliminar los gases, que permanecían en la habitación donde el equipo estaba instalado .

Hablando del primer calentador como se conoce en la actualidad, fue el ingeniero noruego Edwin Ruud, quién fue inspirado por el invento de Maughan pocos años después, en 1880, Ruud patentó el primer calentador de agua a gas con tanque de almacenamiento automático.

En 1909, en una pequeña tienda al aire libre de un suburbio de Los Ángeles, un ingeniero llamado William J. Bailey comenzó a vender, un colector solar para la producción de agua caliente domiciliaria, el cual se puede considerar como uno de los primeros calentadores solares de la historia, tal y como los conocemos ahora. Una de las novedades de este calentador era que no sólo suministraba agua caliente durante el día, sino que también lo hacía por la noche.

El calentamiento de agua es un proceso de transferencia de calor que utiliza una fuente de energía para calentar agua por encima de su temperatura inicial. Los usos domésticos típicos del agua caliente incluyen cocinar, limpiar, bañarse y calentar espacios; en la industria, el agua caliente y el agua calentada a vapor tienen muchos usos.

A nivel nacional, el agua se calienta tradicionalmente en recipientes conocidos como calentadores de agua, calderas, calderos, ollas o cobres. Estos recipientes metálicos que calientan un lote de agua no producen un suministro continuo de agua caliente a una temperatura preestablecida, la temperatura varia con la tasa de consumo, y se enfria a medida que aumenta el flujo.

Los aparatos que proporcionan un suministro continuo de agua caliente se denominan calentadores de agua, tanques de agua caliente, calderas, intercambiadores de calor, géiseres (África del Sur) o calentadores; estos nombres dependen de la región, y si calientan agua potable o no potable, son de uso doméstico o industrial, y su fuente de energía. En instalaciones domésticas, el agua potable caliente para otros usos además de la calefacción de espacios también se denomina agua caliente sanitaria.

Los combustibles fósiles (gas natural, gas licuado de petróleo o petróleo) o combustibles sólidos son utilizados para calentar agua, estos pueden ser consumidos directamente o pueden producir electricidad que, a su vez, calienta el agua. La electricidad para calentar el agua también puede provenir de cualquier otra fuente eléctrica, como la energía nuclear o la energía renovable.

La energía alternativa como la energía solar, las bombas de calor, el reciclaje de calor del agua caliente y la calefacción geotérmica también pueden calentar el agua, a menudo en combinación con sistemas de respaldo alimentados por combustibles fósiles o electricidad.

En la actualidad existen varios tipos de calentadores solares, conforme avance la tecnología veremos más y más tipos de calentadores solares, pero hoy existen 4 tipos básicos de los que puedes disponer. Cabe mencionar que los diferentes tipos de calentadores solares tienen el mismo objetivo, calentar agua con energía solar.

1. Calentador solar plano: También son conocidos como colectores solares planos, se dividen en dos tipos, con cubierta y sin cubierta. Los calentadores con cubierta están compuestos básicamente por una cubierta de vidrio y una placa captadora totalmente aislada térmicamente en el interior. Los calentadores sin cubierta son más comunes para calentar el agua de las piscinas, normalmente son de plástico y están expuestos directamente al sol.

2. Calentadores solares de tubos de vacio: Actualmente son los más utilizados para el calentamiento de agua en los hogares. Estos, están formados de varios tubos, cada tubo de cristal en el interior es de cobre, por donde pasa el agua.

A diferencia de los planos son un poco más eficientes ya que gracias a la forma de los tubos absorben el calor del sol desde muchas direcciones. Una de las mayores ventajas es que gracias a su diseño se reduce al máximo la dispersión de calor hacia el exterior. Sin embargo, su mayor desventaja es que los tubos son frágiles y duran menos que los calentadores solares de colector plano.

3. Calentadores solares de concentración: Este tipo de calentadores se utilizan más en las industrias; son cóncavos y el objetivo es proyectar la concentración de la energía solar hacia un punto determinado. Son muy eficientes, pero sólo con luz solar directa. Generalmente tienen incorporados seguidores solares para una mayor eficiencia.

4. Calentadores solares caseros: Pueden ser muy eficientes, especialmente si el presupuesto es limitado, aunque nunca lo serán tanto como uno fabricado bajo condiciones industriales, simplemente porque en casa o en el taller no cuentas con la maquinaria necesaria.

Se realizó una búsqueda del estado de la técnica de calentadores solares poliméricos, donde se encontró que se han desarrollado diferentes calentadores con este fin, como se menciona en el documento de modelo de utilidad de China número CN2470756 (Y), publicado el 09 de enero del 2002, que tiene como titulo "CALENTADOR DE AGUA SOLAR", el cual describe un calentador solar de agua, que está compuesto por un soporte, un reflector, un tubo colector, una placa de vidrio, un tanque de agua, tuberías y válvulas. El reflector es una membrana de reflexión de gran ángulo de tres caras curvas, que se compone de una cara de reflexión principal de un lado, una cara de reflexión de soporte y una cara de sub reflexión del otro lado. El extremo superior de la cara de reflexión principal se presiona cerca de la placa de vidrio, y el extremo inferior, es decir, el fondo del reflector, está unido con el extremo inferior de la cara de reflexión de soporte. El extremo superior de la cara de reflexión de soporte está vinculado con el extremo inferior de la cara de reflexión secundaria. El extremo superior de la cara de sub reflexión se presiona cerca de la placa de vidrio. El enfoque de las tres caras de reflexión está direccionado al tubo colector. La parte superior del tanque de agua del modelo de utilidad tiene un accesorio tipo L invertido y una válvula reductora está dispuesta en la tubería de entrada de agua.

También se encontró el documento de solicitud de patente de China número CN1467457 (A), publicado el 14 de enero del 2004, que tiene como título "CALENTADOR DE AGUA SOLAR INTEGRADO" el cual describe un calentador de agua solar integrado que comprende una cámara de agua y una superficie de exposición al calor en el que el calentador de agua también incluye una lámina de panal transparente y una placa de cubierta transparente de la unidad del plano de reflexión, la cámara de agua está dispuesta en un extremo de la unidad del plano de reflexión y está ubicada en la integridad cerrada formada por el plano reflectante y la placa de cubierta transparente, el material de aislamiento térmico está dispuesto en la parte posterior, los lados de la cámara de agua y fuera del plano de reflexión. La lámina de panal transparente está dispuesta en la superficie superior de la cámara de agua, el paraboloide y la cara del cilindro forman una integridad en la unidad del plano de reflexión, la luz solar que se refleja en el plano de reflexión se refleja en la superficie inferior de absorción de calor de la cámara de agua.

Otro de los documentos encontrados es el modelo de utilidad de China número CN2655121 (Y), publicado el 10 de noviembre del 2004, que tiene como titulo "CARA REFLEJANTE PARA RECOLECTAR CALOR SOLAR", que se refiere a un colector solar de tipo cara reflejante, que comprende un tanque de almacenamiento de agua, un soporte y un tubo colector; al menos, un tubo colector está dispuesto en el soporte; un extremo del tubo colector está conectado con el tanque de almacenamiento de agua; una placa reflectora paraboloide está dispuesta en la parte inferior del tubo colector; un eje de soporte está fijado debajo de la placa reflectante; ambos extremos del eje de soporte están articulados con el soporte; una biela está dispuesta a un lado de la placa reflectante; el eje de soporte está conectado con un extremo de la biela, y un controlador que controla el ángulo de la placa reflectante está conectado con el otro extremo de la biela. El dispositivo controla el ángulo de rotación de la placa reflectante mediante el modo de control de programación de microordenador de un solo chip y hace que la placa reflectora gire junto con la rotación del sol; el rayo de sol reflejado por la placa reflectante siempre está dirigido al tubo colector; y se mejora la eficiencia de recolección de calor. El dispositivo es adecuado para el suministro centralizado de agua caliente en los edificios; en comparación con el uso individual en el hogar, la relación precio rendimiento del dispositivo es mayor.

Como se puede observar, los documentos anteriores hacen referencia a calentadores solares, pero ninguno de los documentos muestra evidencia de poder ser operados a baja, mediana y alta presión de agua sin tener que hacer ajustes o modificaciones, tampoco describen que sean fabricados a base de materiales poliméricos, lo cual mejora la conservación de temperatura del agua. Tampoco describen tener colectores de agua reforzados que aumentan su resistencia física.

Por último, se encontró el documento de patente de Estados Unidos de América número US 9587857 (B2), con fecha de publicación del 07 de marzo del 2017, que tiene como titulo "CONCENTRADOR SOLAR POLIMÉRICO Y DISPOSITIVO SOLAR TÉRMICO INCORPORADOS" donde se menciona que se proporcionan láminas poliméricas adecuadas para su uso como concentradores solares en dispositivos solares térmicos. También se proporcionan dispositivos termo solares que incorporan las láminas poliméricas. Las láminas poliméricas tienen dos superficies opuestas. Un primer patrón se define en la primera superficie y un segundo patrón se define en la segunda superficie. El primer patrón está diseñado para reducir la reflectancia de la luz incidente sobre la primera superficie en relación con la primera superficie en ausencia del primer patrón y para canalizar la luz incidente a través de la lámina hacia la segunda superficie, lo hace redirigiendo los fotones incidentes sobre la primera superficie sobre un amplio rango de ángulos incidentes hacia ángulos de caudal que están más estrechamente alineados con la superficie normal de la lámina polimérica. El segundo patrón está diseñado para enfocar los fotones transmitidos a la segunda superficie de la hoja en una superficie focal, como un receptáculo que contiene un medio de transferencia de calor.

El documento citado con anterioridad hace referencia a un concentrador solar, que si bien, hace referencia de estar conformado por partes poliméricas, no hace mención de poder ser operados a baja, mediana y alta presión de agua sin tener que hacer ajustes o modificaciones, tampoco describen tener colectores de agua reforzados que aumentan su resistencia física.

OBJETO DE LA INVENCION

Es, por lo tanto, objeto de la presente invención, proporcionar un calentador solar polimérico, que resuelve los problemas anteriormente mencionados.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Los detalles característicos de este novedoso calentador solar polimérico se muestran claramente en la siguiente descripción y en las figuras que se acompañan, así como una ilustración de aquella, y siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes mostradas. Sin embargo, dichas figuras se muestran a manera de ejemplo y no deben de ser consideradas como limitativas para la presente invención. La figura 1 muestra una vista en perspectiva frontal del calentador solar polimérico.

La figura 2 muestra una vista izquierda del corte longitudinal con detalle de la conexión del colector del calentador solar polimérico.

La figura 3 muestra una vista frontal del tanque del calentador solar polimérico.

La figura 4 muestra una vista superior del colector del calentador solar polimérico.

La figura 5 muestra una vista lateral del colector del calentador solar polimérico.

La figura 6 muestra una vista izquierda del corte longitudinal con detalle de la toma de entrada del calentador solar polimérico.

La figura 7 muestra una vista derecha del corte longitudinal con detalle de la toma de salida del calentador solar polimérico.

La figura 8 muestra una vista izquierda del corte longitudinal con detalle de la válvula de seguridad del calentador solar polimérico.

La figura 9 muestra una vista a detalle de la válvula de seguridad del calentador solar polimérico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Para una mejor comprensión de la invención, a continuación, se enlistan las partes que componen el calentador solar polimérico:

1. Carcasa

2. Tanque

3. Separador 4. Ceja de refuerzo

5. Elementos de refuerzo

6. Cornete

7. Colector

8. Sello hidráulico

9. Receptores térmicos

10. Refuerzos mecánicos

11. Conector

12. Toma de entrada

13. Placa de seguridad

14. Toma de salida

15. Ducto de salida

16. Salida de presión

17. Válvula de seguridad

18. Cuerpo de válvula

19. Flotador

20. Pivote

21. Conducto de alivio

22. Base

Con referencia a las figuras, el calentador solar polimérico está conformado por, una carcasa (1) preferentemente de un polímero el cual puede ser polietileno o polipropileno, dicha carcasa (1) está configurada para albergar un tanque (2) el cual es preferentemente de forma paraboloide, y de un polímero el cual puede ser polietileno o polipropileno, y está configurado para almacenar un líquido; los materiales de construcción de la carcasa (1) y del tanque (2) permiten conservar la temperatura dentro por más tiempo, dado a su bajo coeficiente de conducción térmica.

Un separador (3) el cual es preferentemente cónico, se encuentra instalado entre la carcasa (1) y el tanque (2), permitiendo dejar un espacio libre donde se puede colocar un material aislante, aplicar vacio o contener aire, y mejorar asi, el tiempo de conservación de la temperatura del liquido que se encuentra dentro del tanque (2).

Una ceja de refuerzo (4) preferentemente ranurada, se encuentra en la periferia exterior del tanque (2), la cual está configurada para evitar el movimiento de unos elementos de refuerzo (5) los cuales pueden ser cinchos, cinturones o abrazaderas preferentemente metálicas; dichos elementos de refuerzo (5) se instalan en diferentes posiciones del exterior del tanque (2), los cuales permiten reforzar la capacidad bárica del tanque (2).

Al menos, un cornete (6) se encuentra al nivel de la base inferior en la cara frontal del tanque (2), configurado para instalar un colector (7) que preferentemente es de vidrio, de forma cilindrica y de doble pared; dicho colector (7) está configurado para captar la energía térmica que se obtiene de la radiación solar y transferir dicha energía al liquido contenido dentro del colector (7); la configuración del cornete (6) y el colector (7) permite mantener agua caliente en la totalidad del tanque ya que el colector (7) permanece alineado en la base inferior del tanque (2), por lo cual, se eliminan espacios de agua con poca o nula circulación, y al ingresar líquido a dicho tanque (2) entra en contacto directo con el líquido contenido en el colector (7) mejorando la eficiencia del calentador solar polimérico; un sello hidráulico (8) se instala entre el cornete (6) y el colector (7) el cual está configurado para evitar fuga del líquido. El sello hidráulico (8) puede ser de Silicon, buna, viton, nitrilo, teflón o la combinación de los anteriores. Una pluralidad de receptores térmicos (9) los cuales son preferentemente de forma prismática se encuentran instalados en el interior de la doble pared del colector (7), y están configurados para captar la energía térmica y mejorar la eficiencia del calentador solar polimérico.

Una pluralidad de refuerzos mecánicos (10) se encuentran instalados entre los receptores térmicos (9) los cuales están configurados para dar soporte a dichos receptores térmicos (9) y proporcionar firmeza al colector (7); un conector (11) preferentemente de forma cilindrica se encuentra instalado en cada uno de los extremos del colector (7), esta configuración permite conectar dos o más colectores (7) de manera lineal.

Una toma de entrada (12) la cual es preferentemente roscada en su interior, se encuentra en la parte inferior de la cara posterior del tanque (2) y sale por la parte exterior de la carcasa (1) y está configurada para conectar una linea de alimentación; una placa de seguridad (13) de forma prismática preferentemente cuadrada, y que tiene un barreno en su centro se encuentra instalada en la parte exterior de la toma de entrada (12), esta configuración permite instalar la linea de alimentación protegiendo de daños la rosca interna de la toma de entrada (12) si dicha linea de alimentación se llegara a girar más de lo requerido.

Una toma de salida (14) la cual es preferentemente roscada en su interior, se encuentra instalada en la parte inferior de la cara posterior del tanque (2) la cual sale al exterior de la carcasa (1) y está configurada para conectar una linea de salida; la placa de seguridad (13) se instala en la parte exterior de la toma de salida (14), esta configuración permite instalar la linea de salida protegiendo de daños la rosca interna de la toma de salida (14) si dicha linea de salida se llegara a girar más de lo requerido; un extremo de un ducto de salida (15) se instala en la toma de salida (14) por la parte interna del tanque (2), donde, el extremo contrario de dicho ducto de salida (15) queda en la parte superior del interior del tanque (2), esta configuración permite suministrar liquido de la parte más alta de dicho tanque (2), ya que en esa posición el liquido tiene mayor temperatura.

Una salida de presión (16) preferentemente con rosca interna, se encuentra en la parte superior del tanque (2) la cual sale por la parte superior de la carcasa (1), y está configurada para que una válvula de seguridad (17) se instale en su interior.

La válvula de seguridad (17) está conformada por un cuerpo de válvula (18) preferentemente de forma cilindrica, el cual tiene alojado en su interior un flotador (19); un pivote (20) preferentemente de forma cónica, se encuentra en la parte superior del flotador (19) el cual ensambla con un conducto de alivio (21) que se encuentra en la parte superior del cuerpo de válvula (18), esta configuración permite subir el flotador para cerrar la válvula de seguridad (17) cuando el tanque (2) se llena de agua o liberar presión de vapor abriendo la válvula de seguridad (17) cuando la temperatura del tanque (2) supera la presión establecida en dicha válvula de seguridad (17) y asi, evitar daños en el calentador solar polimérico.

Una base (22) se encuentra instalada en la parte inferior de la carcasa (1) y de los colectores (7) la cual está configurada para dar soporte al calentador solar polimérico y poder instalarlo sobre cualquier superficie y permitir que sea estable.

Una cubierta reflejante (no ilustrada) se encuentra instalada en la parte frontal de la carcasa (1) la cual está configurada para dirigir las ondas térmicas del sol al colector (7).

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

Ejemplos

Los siguientes ejemplos ilustran una manera preferente, de cómo llevar a cabo la realización de la presente invención, por lo que no deben ser considerados como limitativos de la misma.

Ejemplo 1. Conexión y suministro de agua caliente a casa habitación con el calentador solar polimérico.

Con referencia a las figuras antes mencionadas, se instala un tubo de suministro de agua en la toma de entrada (12), posteriormente se conecta la toma de salida (14) a la linea de suministro de agua caliente de una casa habitación, posteriormente se abre la llave del suministro de agua para llenar el tanque (2) y los colectores (7), de tal manera que con la radiación solar, los colectores (7) captan y transfieren la energía térmica al agua que se encuentra dentro de ellos, posteriormente, por la diferencia de temperaturas en el agua que se encuentra dentro del tanque (2), el agua con mayor temperatura asciende quedando en la parte alta de dicho tanque (2), donde, el ducto de salida (15) queda en contacto con el agua de mayor temperatura. Una vez que el agua del tanque (2) está caliente se abre una llave dentro de la casa pudiendo ser de la cocina para el lavado de utensilios, el agua caliente que se encuentra dentro del tanque (2) sale por el ducto de salida (15) para redireccionarse a la linea de suministro de agua caliente de la casa habitación.

El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura de este, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.