COLECTOR SOLAR DE FOCO FIJO CON MODULOS RECEPTORES

OBJETO TÉCNICO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un colector solar de alto rendimiento de los que capta los rayos solares mediante una pantalla parabólica de las conocidas como “fuera de centro“ con superficie reflectante de los rayos solares que los concentra en un punto próximo ai receptor parabólico manteniendo dicho enfoque de manera constante por estar complementado el dispositivo con un seguidor solar de gran precisión. El colector de la invención es del tipo de dos ejes, estando montado sobre una estructura tubular dotada de ruedas para su traslado ai lugar más conveniente ya sea manualmente o como remolque

La invención incluye módulos receptores especialmente diseñados para captar, de forma óptima la energía calorífica proveniente del sol, pudiéndose utilizar para el cocinado o calentamiento de distintos productos, comestibles o no y también para otros diversos fines que se comentarán en este documento

SECTOR DE LA TÉCNICA AL QUE SE REFIERE LA INVENCIÓN

La invención se encuadra dentro de la Sección de Mecánica, Iluminación, Calefacción, de la Clasificación internacional de Patentes, Apartado de Iluminación, Calor, Párrafo de Calefacción, Hornillos Ventilación

Desde el punto de vista industrial incide en el diseño y fabricación de aparatos y accesorios para captación de energía solar con aparatos móviles de tamaño medio

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las antenas parabólicas tienen múltiples aplicaciones en la captación de energía. Su funcionamiento se basa en la propiedad de la parábola, ya sea como línea geométrica o bien como superficie de revolución generada por una parábola que gira sobre su eje principal. Esta propiedad consiste en que cualquier rayo de luz o de energía electromagnética que incida sobre la parábola según la dirección de dicho eje. se refleja en la superficie cóncava y toma una nueva dirección que pasa sistemáticamente por un punto que se denomina foco. Ello quiere decir que si el eje de incidencia sobre la parábola está orientado hacia el sol, la energía que se recibe se concentrará en el foco y ai colocar en dicho punto algún elemento, éste se calentará con gran rapidez y eficacia alcanzando temperaturas muy altas.

La propiedad indicada también se puede aprovechar en sentido contrario, es decir, si colocamos en el punto focal un emisor de energía de cualquier tipo, las correspondientes radiaciones, después de reflejarse en la superficie parabólica salen redireccionadas de forma paralela al eje de incidencia

Por lo anteriormente expuesto, las antenas parabólicas pueden ser usadas como antenas transmisoras o como antenas receptoras En las antenas parabólicas transmisoras, la pantalla refleja la onda electromagnética generada por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco y los frentes de ondas que genera salen de este reflector en forma más coherente que en otro tipo de antenas mientras que en las antenas receptoras, la pantalla parabólica concentra la onda incidente en su foco donde se encuentra un captador Normalmente estas antenas en redes de microondas operan según el sistema llamado dúplex es decir, trasmiten y reciben simultáneamente siendo muy adecuadas para ser utilizadas a frecuencias altas en las que se consiguen ganancias elevadas.

Por ese motivo es habitual la utilización de antenas parabólicas en las siguientes aplicaciones:

. Satélites de comunicaciones

. Radar de uso militar o meteorológico

. Receptores de televisión vía satélite

. Radioeniaces

. Estaciones de radioaficionado

. Sondas espaciales

. Estaciones de seguimiento de sondas espaciales

. Radiotelescopios

. Sonar doppler para mediciones de viento

Estas son aplicaciones básicas para ondas electromagnéticas existiendo también otra serie de apiicaciones para la captación de energía solar, especialmente la conocida como radiación directa que nos llega desde el foco solar sin reflexiones o refracciones intermedias Hoy día esta captación de energía está promovida por todas las Administraciones al tratarse de una modalidad conocida como renovable España, cuyas características geográficas y climáticas son especialmente favorables para la captación de los rayos solares registra un continuo proceso de desarrollo en este tipo de instalaciones. Pero también existe un importante desarrollo en todo el mundo como lo demuestra el gran número de antecedentes conocidos de los que citaremos algunos, a titulo de ejemplo, pero recalcando que existen muchos más.

- ES-1042691 U Aparato captador de energía solar

- ES-1066800 U Seguidor solar mecánico

- ES-1068804 U Seguidor solar sobre polea soporte (dos ejes)

- ES-1071346 U Seguidor solar para captadores solares (dos ejes)

- ES-1071347 U Seguidor solar sobre celosía para captadores solares (dos ejes)

- ES-1074127 U Captador solar térmico (dos ejes)

- ES-23041 1 3 Al Seguidor solar de dos ejes circular

- ES-23321 17 A1 Sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar

- ES-2345078 A1 Estructura para seguidor solar y procedimiento de instalación

- ES-2398078 B2 Dispositivo de captación de la radiación soiar concentrada

- ES-2428616 T3 Captador solar

- ES-2649141 T3 Seguidor solar de concentración por refracción (dos ejes)

Se observa que las invenciones se centran por una parte en captadores de radiación solar y por otra en seguidores solares.

No obstante, el inventor no conoce antecedente alguno en el que se trate de captadores parabólicos gobernados por seguidores de alta precisión, complementados con módulos receptores específicos, como el que aquí se describe, con la particularidad de que se traía de un dispositivo de tamaño medio, desplazadle sobre ruedas y remolcadle, utilizando pantallas colectoras del tipo “fuera de centro", con la propiedad de mantener la concentración de energía en un foco fijo gracias a la disposición de sus ejes y mecanismo seguidor Su configuración se representa y describe en los apartados siguientes de este documento, considerando el autor que. además de la posibilidad de su aplicación industrial, la idea reúne las características de novedad y actividad inventiva exigidles en estos casos. DESCRIPCIÓN SUDARIA DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal como ha quedado expuesto enla introducción, se refiere a un colector solar de foco fijo en el espacio y alto rendimiento, con captador de pantalia parabólica, tamaño medio, de forma ovalada, cuya dimensión mayor puede oscilar entre 45 y 150 centímetros, desplazadle sobre ruedas y remolcadle por cualquier vehículo, con múltiples utilidades, gracias a sus módulos receptores especiales, como pueden ser el cocinado de alimentos, horneado, calentamiento de agua, polabilización, esterilización, acumulación de energía y otros fines.

Ei dispositivo de la invención se compone de tres partes principales, que corresponden al colector solar

Estructura de soporte

Brazo móvil

Módulo de la pantalla parabólica

Todo ello complementado con módulos receptores especiales para el aprovechamiento de la energía recibida.

La estructura de soporte es un bastidor tubular, dotado de ruedas y enganche para remolcado, donde se asientan todos los componentes del dispositivo. Su parte superior sirve de apoyo al módulo receptor, elegido en cada caso, haciendo coincidir el bulbo de que dispone con el foco de convergencia de los rayos solares reflejados por la pantalla parabólica que está tratada con revestimiento a espejo En la parte frontal, más accesible, se encuentra el pupitre de control para la configuración inicial y ajustes necesarios

El brazo móvil constituye, a su vez. el soporte del módulo dela pantalla parabólica con la particularidad de que gira sobre la estructura principal alrededor de un eje horizontal. Consta de una parte en forma de“LT en cuyos extremos superiores se colocan las articulaciones que definen el eje horizontal En su parte inferior se inicia una única barra curvada que se prolonga hastala parte delantera de la estructura general donde se asienta el módulo de la pantalla parabólica En el tercio delantero de esta barra del brazo móvil existe una articulación que recibe ei empuje del dispositivo telescópica que permite regular, de forma motorizada el que denominaremos ángulo de altura.

Por último el módulo de la pantalla parabólica es el que incluye la propia pantalla. el motor para su accionamiento, un panel solar que, complementado por una batería de acumuladores, tiene la potencia suficiente parala alimentación de todos los actuadores del dispositiva,la cápsula de sensores y el contrapeso equilibrante.

Todos estos elementos permiten un funcionamiento automático del captador con seguimiento dela luz solar para un aprovechamiento muy eficaz dela energía recibida que, mediante la utilización de los módulos receptores específicos, se aplica al calentamiento de productos de todo tipo, aplicaciones eléctricas e incluso ala acumulación de energía para su utilización en mementos nocturnos c en los que no luzca el sol. En los apartados siguientes se incluyen figuras explicativas del dispositivo y una descripción de la forma de realización preferida por su inventor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Se incluyen ocho figuras esquemáticas para facilitar la comprensión de ia invención sin agotar otras soluciones que supongan pequeñas variaciones de la idea original.

Figura 1

Muestra una vista, en perspectiva, del colector solar de la invención, habiéndose señalado los siguientes elementos:

1 - Colector solar

2.- Estructura de soporte

3 - Barra transversal

4 - Rueda

5 - Pata

6.- Tapón

7.- Módulo receptor tipo matraz

8.- Pupitre de control

9.- Depósito de fluido

10 - Conducto de fluido

1 1 Brazo móvil de altura 12 - Eje de altura

13.- Cartela

14.- Pantalla parabólica

15.- Brazo móvil de azimut

15.- Grupo motor de azimut

17 - Soporte de parabólica

18 - Panel solar

19.- Cápsula de sensores

20.- Contrapeso

21. - Eje de azimut

22 - Foco

23 - Grupo motor de altura

24 - Telescópico de altura

Fsgura 2

Muestra una vista lateral del colector solar señalándose los mismos elementos de ia figura anterior.

25.- Angulo ”a“

28.. Rayos solares

Figura 3

Muestra 1a misma vista lateral anterior del colector solar en la que se ha actuado sobre el brazo móvil de altura con la consiguiente repercusión en todos los componentes con un gira alrededor del eje de altura. El ángulo "a" ha disminuido

Aquí se muestra el colector solar en vistas frontal y lateral en una posición en la que el grupo motor azimutal ha movido el brazo móvil de azimut con la pantalla parabólica y demás elementos asociados, provocando un giro de un ángulo próximo a los 90 grados sobre el eje de azimut.

27.- Angulo ”b“

Figura 6

Representa el detalle del módulo receptor de tipo matraz y que se ha mostrado en las *Figs.1 y 2). 28.-- Tapa

29.- Malla

30.- Brida y medios de sujeción

Figuras 7 y 8

Estas figuras muestran la vista lateral (Fig.7) y la vista superior (Fíg 8) del módulo receptor calefactor.

31.- Módulo receptor tipo calefactor

32.- Difusor

32.1 .- Bulbo captador

33.- Recubrimiento aislante

34 .- Cúpula transparente EXPLICACIÓN DETALLADA DE U N MODO DE REALIZACIÓN DE . LA

INVENCIÓN

Colector solar de foco fijo con módulos receptores (1 ) (Figs.1 a 8) que describe un colector de alto rendimiento, con captador de pantalla parabólica, de un diámetro comprendido entre 45 y 150 centímetros desplazadle sobre ruedas y remolcabie con, ai menos, un módulo receptor tipo matraz y un módulo receptor calefactor, de múltiples aplicaciones como calentamiento o cocinado de alimentos, calentamiento de fluidos, borneado potabiüzación, esterilización, transformación y acumulación de energía y otros fines similares. En una forma de realización preferida por su inventor, el colector solar (1 ) comprende, como elementos principales, una estructura de soporte (2), un brazo móvil de altura (1 1 ) y el módulo de la pantalla parabólica (Fig.1 ) que se complementan con los módulos receptores donde se concentra la energía solar recibida

La estructura de soporte (2) es tubular con dos barras curvadas en forma de "C" que quedan unidas entre sí, formando un solo cuerpo, mediante varias barras transversales (3). En la parte inferior, cuenta con un par de ruedas (4), neumáticas y dos patas (5), que garantizan un buen asiento sobre el suelo en posición de trabajo y permiten un fácil desplazamiento del conjunto en movimientos manuales o en modo remolque, por cualquier vehículo, cuando, con una ligera inclinación para levantar las patas (5), se apoya únicamente sobre ias ruedas (4). Se cuenta con una barra de remolcado (no representada).

La parte superior de la estructura de soporte (2), sirve también para el apoyo de los diferentes módulos receptores pues, en su parte delantera, es donde se ubica el foco (22), punto fijo en el espacio, donde confluyen los rayos solares (26) reflejados por la pantalla parabólica del colector solar (1) de la invención. Ello queda reflejado en la (Fig.1 ) donde, para más claridad, se ha representado la instalación del módulo receptor tipo matraz (7) pudiéndose observar que el centro geométrico de la superficie esférica del matraz queda situado justamente en el foco (22), donde se cruzan los dos ejes principales del colector solar (1), que son el eje de altura (12) y el eje de azimut (21 ).

A media altura, en un lugar que resulta cómodo y accesible, se sitúa el pupitre de control (8) desde donde se configuran inicialmente los diferentes parámetros del dispositivo y demás detalles habituales para el correcto ajuste de estos aparatos. En posición inferior al pupitre de control (8), se sitúa un depósito de fluido (9), apoyado en la estructura de soporte (2), cuyos tubos alojan en su interior a los conductos de fluido (10) que, llegando hasta la parte alta de dichos tubos, se conectan, cuando interesa, al módulo receptor tipo matraz (7) antes mencionado, posicionado en el foco (22), con objeto de disponer de fluido caliente con circulación activada por una minibomba (no representada).

En el brazo móvil de altura (11 ) se distinguen dos tramos característicos; uno superior en forma de "U” y otro inferior, arqueado que se inicia en la parte más baja de la”U” y se prolonga hacia adelante hasta ¡a zona frontal del dispositivo. Este brazo móvil de altura (1 1 ), está relacionado con la estructura de soporte (2) por medio del eje de altura (12), que se articula en el borde superior de dicha estructura. Los movimientos de giro sobre el eje de altura (12), se consiguen mediante la acción del grupo motor de altura (23), que impulsa el cilindro telescópico de altura (24), uno de cuyos extremos se solidariza en una de las barras transversales (3), próxima al eje de las ruedas y el otro extremo en la cartela (13), solidarizada con el brazo móvil de altura (1 1 ), en el tercio delantero de dicho brazo. La posición de este brazo queda definida por el ángulo“a" (25), tal como puede observarse en ias (Figs.2 y 3). En cuanto ai módulo de la pantalla parabólica, otra de las partes fundamentales del dispositivo de la invención, se compone de una pantalla parabólica (14), ovalada que según modelos, tiene su dimensión mayor comprendida entre 45 y 150 centímetros y con la característica principal de ser una pantalla parabólica de las llamadas“fuera de centro” pues está construida e instalada de tal forma que ei foco (22) de concentración de los rayos solares (26), reflejados, se Sitúa, en ei espacio en el cruce del eje de altura (12) con el eje de azimut (21) (Fig.1 ). Su parte activa, reflectante, está tratada técnicamente con proyección de una o más capas de efecto cromo aunque también puede ser de las recubiertas con láminas de aluminio, plata o solución reflectante similar.

Además de esta pieza fundamental, el módulo de la pantalla parabólica tiene el brazo móvil de azimut (15), el grupo motor de azimut (16), el soporte de parabólica (17), un panel solar (18), complementado con una batería de acumuladores, una cápsula de sensores (19) de, al menos, cuatro células y un contrapeso (20)

Ei brazo móvil de azimut (15), se asienta sobre el extremo delantero del brazo móvil de altura (1 1 ), por medio del grupo motor de azimut (16), teniendo en el otro extremo el soporte de parabólica (17), que se solidariza con la pantalla parabólica (14). La posición de este brazo queda definida por el ángulo “b" (27) (Fig.4) que, en el caso representado, se aproxima a los noventa grados sexagesimales.

Las (Fígs. 2 a 5) muestran algunas de las distintas posiciones posibles en este colector de dos ejes en su proceso de seguimiento solar

El panel solar (18), capta energía lumínica con la potencia necesaria para el correcto funcionamiento de actuadcres y otros centros de consumo estando complementado con una batería de acumuladores (no representada)

La cápsula de sensores (19) es también una pieza fundamental del colector solar (1) de la invención Está equipada con un mínimo de cuatro células que garantizan el perfecto seguimiento del sol en su trayectoria.

Por último, el contrapeso (20) se coloca para conseguir un buen equilibrado de todos los componentes móviles.

Ai tratarse de una estructura tubular que debe trabajar a cielo abierto, sometida a las inclemencias del tiempo, todos los extremos de tubos se protegen con tapones (6) que también impiden la entrada de insectos y otros animales. Con esta disposición de ¡os distintos componentes descritos, se comprende que cualquier movimiento del brazo móvil de altura (1 1 ) repercute en el movimiento en altura de todos los componentes del módulo de la pantalla parabólica (14) y cualquier movimiento del eje del grupo motor de azimut (16) lleva aparejado el giro de la pantalla parabólica (14), del panel solar (18). de la cápsula de sensores (19) y del contrapeso (20).

Se trata por tanto de un colector solar (1 ), de dos ejes, que está preparado para hacer un seguimiento muy preciso del sol en su trayectoria recibiendo directamente los rayos solares (28) y redirigiéndolos hacia el foco (22) que se sitúa“fuera de centro '. Al hacer coincidir el foco (22) de la pantalla parabólica (14) y el cruce del eje de altura (12) con el eje de azimut (21 ), se consigue un punto de concentración de energía, estable en el espacio que es donde se colocan, debidamente centrados los módulos receptores

Modulos receptores

Los módulos receptores principales que prevé el inventor son los representados en las (Figs 6, 7 y 8).

En la (Fig.7) se muestra el módulo receptor tipo matraz (7) cuya forma responde a un recipiente esférico, fabricado en material de cristal termorresisíente rematado superiormente por un cuello cilindrico, con tapa (28), atravesada por los conductos de fluido (10) que, conectados con el deposito de Huido (9) o cualquier otro depósito, penetran en el interior del matraz previamente rellene, en parte, con malla inoxidable (29), de color negro, para favorecer la captación de radiación.

Su posicionamiento óptimo es cuando se hace coincidir el centro geométrico de la esfera con el foco (22) para lo cual se dispone de una brida (30) con medios de apoyo sobre la estructura de soporte (2)

En las (Figs. 7 y 8) se muestra el módulo receptor tipo calefactor (31 ) cuya forma responde a una placa metálica gruesa, circular, que trabaja como difusor (32) en cuya parte inferior, en posición descentrada, presenta el bulbo captador (32.1 ). El módulo receptor tipo calefactor (31 ), está forrado con un recubrimiento aislante (33) y el bulbo captador (32.1 ) se recubre con una cúpula transparente (34).

Su posicionamiento óptimo es cuando se centra el bulbo captador (32.1 ) en el foco (22) para lo cual se apoya el citado módulo sobre la estructura de soporte (2) utilizando cualquier medio. La energía calorífica recibida por el bulbo captador (32 1 ) se transmite, por conducción directa, al difusor (32) y de ahi, a cualquier elemento que se coloque encima que, a título de ejemplo, puede ser un motor térmico tipo Stírling

En resumen, se comprende que el colector solar de foco fijo con módulos receptores (1 ) de la invención, es un dispositivo de captación de energía de alto rendimiento en el que se consiguen temperaturas que superan los 1000 grados centígrados permitiendo múltiples objetivos como el calentamiento de fluidos, cocinado de alimentos, horneados, potabilizador), esterilización, transformación de energía calorífica en energía eléctrica (que es acumuladle en baterías para su utilización posterior), generación de frío, secado de alimentos, conservas y otros fines similares, con la ventaja de ser un aparato sobre ruedas, remolcadle por cualquier vehículo y muy apropiado para su utilización en zonas aisladas, casas de campo, aulocaravanas e incluso en zonas urbanas donde se puede realizar su instalación dentro de viviendas o locales para que, mediante carriles, se pueda desplazar el colector al exterior por un ventanal. También se puede instalar en jardines, balcones o en las terrazas de los edificios. Configuración del colector

Para el ajuste inicial del colector de la Invención se siguen los siguientes pasos:

1.- Orientación de la estructura de soporte (2) con el eje de altura (12) de Este a Oeste equilibrándolo para que esté horizontal con el brazo móvil de altura (1 1 ) orientado:

a) hacia el sur o norte según esté situado el sol a mediodía si estamos entre los trópicos

b) hacia el sur en el resto del hemisferio norte

c) hacía el norte en el reste del hemisferio sur

2 - Se indina el brazo móvil de altura (1 1 ) sobre el eje de altura (12) hasta que el eje de azimut (21) quede perpendicular a los rayos del sol (26) a mediodía solar, en ese día y en ese lugar (variable a lo largo del año según el movimiento de ia Tierra en su seguimiento alrededor del sol) es decir, paralelo al eje del movimiento solar aparente (eje de la eclíptica).

3.- Se gira el módulo de la pantalla parabólica sobre el eje de azimut (21 ) hasta orientar la pantalla parabólica (14) hacia el sol. Realizadas estas actuaciones, los rayos solares (26) quedan concentrados en el foco (22) dela pantalla parabólica (14) que como ya se ha indicado anteriormente, en varias ocasiones, coincide conla intersección del eje de altura (12) con el eje de azimut (21 )

Característica importante del colector solar de la invención es que en una primera fase de configuración, se ajustala altura y el seguimiento posterior azimutal, es automático a diferencia de otros modelos existentes en los que primero se enfoca hacia el sol y luego se van dando alturas en ajustes sucesivos.

Ello no impide, sin embargo, un manejo manual cuando se estime oportuno.

No se considera necesario hacer más extenso el contenido de asta descripción para que un experto enla materia pueda comprender el alcance y las ventajas derivadas dela invención, asi como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de la misma. Sin embargo, debe entenderse quela invención ha sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello repercuta o suponga alteración alguna del fundamento de dicha invención Es decir, los términos en que ha quedado expuesta esta descripción preferida de la invención, deberán ser tomados siempre con carácter amplio y no limitativo.