ES2277577B2 - "elemento con acondicionamiento termico". - Google Patents
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Abstract
Elemento con acondicionamiento térmico.
Elemento que dispone de un dispositivo
fotoeléctrico de generación de corriente conectado de manera directa
a un dispositivo de efecto Peltier, de manera tal que la intensidad
de corriente que recibe el dispositivo de efecto Peltier es
proporcional a la radiación solar que recibe el dispositivo
fotoeléctrico, comprendiendo además sendos elementos de intercambio
de calor térmicamente conectados a los lados caliente y frío del
dispositivo de efecto Peltier, caracterizado porque se dispone un
interruptor conmutador entre el dispositivo de efecto Peltier y el
dispositivo fotoeléctrico, de tal manera que mediante accionamiento
de dicho interruptor conmutador se intercambian las funciones de
los lados caliente y frío del dispositivo de efecto Peltier.
Description
Elemento con acondicionamiento térmico.
La presente invención hace referencia a un
elemento con acondicionamiento térmico.
En particular, la presente invención hace
referencia a un elemento, preferiblemente un elemento textil, con
acondicionamiento térmico que comprende una célula de tipo
"Peltier" y un dispositivo fotovoltaico de generación de
corriente.
El documento WO2005034662 da a conocer un textil
con un sistema de acondicionamiento térmico capaz de calentar y/o
refrigerar una prenda que comprende un dispositivo fotovoltaico que
alimenta una batería, que a su vez alimenta, en determinadas
circunstancias (necesidad de refrigeración) a una célula Peltier.
Cuando es necesario calentar, el sistema hace pasar la energía
procedente de la batería a través de unas resistencias para
disipación de calor Este dispositivo presenta la desventaja de ser
muy complejo (necesita de dos sistemas de refrigeración y otro de
calefacción independientes) y de regulación compleja, requiriendo
de sensores térmico para asegurar confortabilidad al usuario.
La solicitud de Patente española n° 200501588 de
D. Antonio Barroso Quiñones, inventor asimismo de la presente
solicitud, da a conocer diversos elementos con acondicionamiento
térmico en la que un dispositivo fotovoltaico alimenta directamente
a una célula Peltier, de tal manera que la intensidad de corriente
que recibe el dispositivo es proporcional a la radiación solar que
recibe el dispositivo fotoeléctrico. Por supuesto, el dispositivo
también comprende sendos elementos pasivos de intercambio de calor
térmicamente conectados a los lados caliente y frío del dispositivo
de efecto Peltier. Contrariamente a lo que ocurría con el
dispositivo del documento WO2005034662, la regulación de dicho
dispositivo es extremadamente sencilla, por cuanto resulta habitual
en los meses de verano (es decir, en aquellos en los cuales
resulta necesaria una refrigeración) que la temperatura sea mayor
cuanto mayor sea el grado de insolación y es precisamente en dichas
circunstancias cuando mayor resulta el efecto refrigerante de dicho
dispositivo.
La presente invención toma como base el
dispositivo según la solicitud de Patente española n° 200501588 y
da a conocer un dispositivo que puede proporcionar, además, efectos
de calefacción autorregulados, manteniendo la ventajosa regulación
natural del dispositivo en el cual se basa. Si bien la presente
invención es aplicable a todo tipo de aplicaciones, tales como, por
ejemplo, todas las indicadas en la citada Patente española, dicho
dispositivo resulta especialmente ventajoso aplicado a textiles,
por lo que la presente invención también da a conocer textiles que
comprenden dicho dispositivo.
En particular, la presente invención consiste en
un elemento que dispone de un dispositivo fotoeléctrico de
generación de corriente conectado de manera directa a un
dispositivo de efecto Peltier, de manera tal que la intensidad de
corriente que recibe el dispositivo de efecto Peltier es
proporcional a la radiación solar que recibe el dispositivo
fotoeléctrico, comprendiendo además sendos elementos de intercambio
de calor térmicamente conectados a los lados caliente y frío del
dispositivo de efecto Peltier, y se caracteriza porque se dispone
un interruptor conmutador entre el dispositivo de efecto Peltier y
el dispositivo fotoeléctrico, de tal manera que mediante
accionamiento de dicho interruptor conmutador se intercambian las
funciones de los lados caliente y frío del dispositivo de efecto
Peltier.
El interruptor conmutador o conmutador cruzado
permite invertir la polaridad de la célula Peltier, de tal manera
que el lado frío de la célula pasa a ser el lado caliente y
viceversa. Esto permite proporcionar un efecto de calentamiento,
por cuanto, según estudios realizados, durante los días nublados de
meses de invierno (cuando es necesario calentar) la temperatura es
mayor debido al denominado efecto invernadero, mientras que durante
los días despejados, y por lo tanto de mayor insolación, la
temperatura es menor. Ahora bien, añadiendo el conmutador cruzado
al dispositivo de la anteriormente citada solicitud de Patente
española no sólo se consigue un efecto térmico de calefacción
mediante el accionamiento del conmutador cruzado, sino que, además,
resulta que el efecto térmico calentador es mayor en los días de
mayor insolación, es decir, en los días más fríos. Es decir, el
dispositivo según la presente invención mantiene una regulación
natural y sencilla tanto cuando proporciona un efecto refrigerante
como cuando proporciona un efecto calefactor. Esta regulación
natural, sencilla, resulta de capital importancia cuando el
dispositivo queda integrado en un textil, por cuanto el espacio es
reducido y el tamaño importante, sin excluir otras
aplicaciones.
Por supuesto, es posible añadir elementos
adicionales a la configuración básica. Por ejemplo, en una
realización preferente, el interruptor conmutador podrá quedar
gobernador por un microcontrolador. En otra realización asimismo
preferente, el dispositivo podrá comprender sistema de alimentación
auxiliar que comprende una batería recargable mediante el
dispositivo fotoeléctrico, gobernando el citado microcontrolador
cuándo el dispositivo fotoeléctrico alimenta a la citada batería
recargable y cuándo alimenta directamente a la célula Peltier.
De manera especial en el caso concreto de la
aplicación del dispositivo objeto de la presente invención (en que
se puede producir una inversión de las superficies caliente y fría
de una célula Peltier) a un textil (el cual, por definición, es
susceptible de sufrir movimientos) así como otras aplicaciones que
cumplan dicha condición, resulta importante que el aislamiento
entre dichas superficies o lados comprenda una barrera al paso de
aire. Por ello, preferentemente, dicho aislamiento comprenderá un
textil con propiedades aisladoras térmicas y de barrera al viento.
Dicho aislamiento podría ser de tipo orgánico o mineral. Más
preferentemente, esto puede conseguirse con un tejido tipo sandwich
que comprenda, al menos un tejido aislante térmico y otro de
barrera al viento. Más preferentemente, dichas capas serán
transpirables.
El dispositivo de acondicionamiento objeto de la
presente invención puede quedar integrado en el tejido de prendas
de tipo convencional. Además, los citados elementos podrán
comprender un núcleo, por ejemplo, constituido de un material
conductor, pasivo o activo (heat pipe), anclado al dispositivo de
efecto Peltier del que parten radicales en disposición radial de
multifilamentos de materiales conductores o una mezcla de
materiales conductores y dieléctricos. Dichos radicales podrán
quedan ventajosamente integradas en el tejido.
Para un mejor funcionamiento de la invención, en
una realización preferente, el elemento podrá comprender un
sandwich de tejido que comprenda un tejido aislante térmico y otro
con efecto de barrera al viento, siendo dicho tejido
preferentemente transpirable.
Para una mejor compresión de la invención, se
adjunta a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos
dibujos de unas realizaciones de la presente invención.
De entre todas las aplicaciones posibles de la
invención, como puede fácilmente comprenderse, también resulta
preferente la configuración del elemento según la presente
invención como sistema de acondicionamiento de un recinto cerrado
(habitación, edificio, vehículo, botella de gas, etc.).
La figura 1 es muestra un esquema de una
realización de dispositivo según la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva
parcialmente seccionada de un textil según la presente
invención.
La figura 3 es una vista en perspectiva
parcialmente seccionada de otro textil según la presente
invención.
La figura 4 es otra vista en perspectiva
parcialmente seccionada de una parte de otro textil más según la
presente invención.
La figura 5 muestra dos maillots según la
presente invención, vistos de manera frontal y trasera,
respectivamente.
La figura 6 muestra dos chaquetas según la
presente invención, vistas de manera frontal y trasera,
respectivamente.
La figura 7 muestra una cortina según la
presente invención, con una parte en vista aumentada.
La figura 8 muestra una gorra según la presente
invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo
de realización de un dispositivo de acondicionamiento térmico según
la presente invención utilizable en cualquier tipo de aplicación
deseada, compuesto por un dispositivo fotoeléctrico o placa
fotovoltaica (1), que está conectada de manera directa a un
dispositivo de efecto Peltier o "célula Peltier" (4). La
célula Peltier (4) dispone de dos elementos pasivos de disipación
de calor o intercambiadores pasivos conectados térmicamente al
lado caliente y frío de la célula Peltier (4), respectivamente. En
la conexión ente la placa solar (1) y la célula Peltier
(4)se puede colocar un interruptor conmutador (101) que
permite invertir la polaridad eléctrica y con ello intercambiar los
lados caliente y frío de la célula Peltier (4), manteniendo el
efecto de regulación natural tanto en refrigeración como en
calefacción, tal como se ha comentado anteriormente.
El conmutador puede ser accionado de manera
manual, o bien, en una realización preferente más sofisticada, éste
puede venir gobernado de manera automática por un microcontrolador
(102). La existencia de un microcontrolador (102) puede aprovecharse
para disponer de una alimentación eléctrica de apoyo en forma de
una batería (14) controlada por el microcontrolador (14), de tal
manera que el microcontrolador pueda decidir cuándo la célula
fotoeléctrica (1) recarga la batería y cuándo ésta (1) alimenta el
dispositivo de efecto Peltier (4) de manera directa, o bien cuándo,
la alimentación se produce desde la batería (14). El interruptor
conmutador (101) y, en su caso, el microcontrolador (102) y la
batería recargable (14) forman un sistema de termorregulación
sencillo, efectivo y de reducidas dimensiones aplicables, y por lo
tanto ópticamente aplicable a un textil, si bien también es
aplicable a otros campos, por ejemplo, regulación térmica de
espacios cerrados, dispositivos conservadores de alimentos, y
cualquier otro.
La figura 2 muestra un ejemplo de realización de
una aplicación textil del elemento según la presente invención.
Puede observarse una placa fotoeléctrica (1), que recibe una
radiación solar (2) y que queda conectada eléctricamente, por
ejemplo mediante una pista conductora (3) a una célula de efecto
Peltier o célula termoeléctrica (4), con intermedio del mecanismo de
termorregulación (100) correspondiente. Como se observa, la célula
termoeléctrica (4) puede disponerse integrada en un tejido.
Cada lado térmico de la célula termoeléctrica
dispone de un elemento pasivo para conducción térmica, por ejemplo,
cualquiera de tipo conocido que sea adecuado a la aplicación
concreta que se da al elemento según la presente invención. En el
caso de la figura 2 puede verse un elemento pasivo de intercambio
térmico correspondiente al flujo térmico a descartar, que comprende
un núcleo (7) unido a un lado térmico de la célula termoeléctrica
(4), del que salen una multitud de radicales (8) en disposición
radial de multifilamentos de materiales conductores o una mezcla de
materiales conductores y materiales dieléctricos, que pueden
integrarse eventualmente como hilos de la cara correspondiente del
tejido. Los materiales conductores podrían ser metálicos o
poliméricos con propiedad conductora, como por ejemplo polianilina,
politiofenos, poliactileno, polipirrol o policarbazole.
Para favorecer el transporte de los flujos
térmicos generados en la célula termoeléctrica (4), es decir, tanto
del flujo térmico a aprovechar como del flujo térmico a descartar,
se han dispuesto un ventilador difusor (5) y un ventilador
disipador (6). En este caso, el ventilador difusor genera un flujo
perpendicular a la cara térmica de la célula termoeléctrica (4),
mientras que el ventilador disipador (6) genera un flujo de aire
(10) que incide en el núcleo del disipador pasivo (7) con un
determinado ángulo.
Como se observa en la figura, el tejido (9) en
el que se integra la célula termoeléctrica es de tipo sandwich y,
en este caso, queda rematado con una costura (11) para mejor
contención del sistema.
La figura 3 muestra una realización muy similar
a la de la figura 2. Como principales diferencias con respecto a la
figura 2, pueden observarse variaciones en la zona de disipación
del flujo térmico a descartar. En particular, el disipador pasivo
incluye un elemento tridimensional (que podría ser de cualquier
tipo) al que viene acoplado zenitalmente un ventilador disipador
(6).
En las figuras 2 y 3 se han mostrado
realizaciones que disponen de dos radiadores, no obstante, sería
igualmente posible disponer un único ventilador que genere una
corriente de aire paralela a las superficies caliente y fría de la
célula Peltier, o incluso sin ventilador alguno.
La figura 4 muestra un detalle que ilustra una
célula termoeléctrica (4) integrada en un tejido tipo sandwich (9),
sin convección forzada.
Como resulta lógico, para un correcto
funcionamiento de una célula termoeléctrica resulta necesario que
sus lados caliente y frío estén aislados térmicamente. Las
aplicaciones textiles conllevan que la célula fotoeléctrica sufra
movimiento y que se aloje en ambientes delgados y no estancos. Por
ello, resulta preferente que el aislante térmico (95) que se
dispone entre ambos lados ejerza un efecto de barrera al aire
entre los citados lados caliente y frío. El aislante podrá ser
realizado, por ejemplo, en materiales plástico y/o minerales de la
forma adecuada. El aislamiento también podría ser un material de
tipo textil. De hecho, el tejido (9) en el que se integra la célula
Peltier (4) podrá contribuir ventajosamente al efecto de barrera al
viento. En general, también resultará ventajoso para los efectos
de la invención, que el tejido (9) comprenda una capa aislante
térmica y una capa de barrera al viento. De esta manera, podrá
mantener una temperatura adecuada entre ambos lados del textil.
Preferiblemente, además, el tejido (9) deberá ser de tipo
transpirable. Por ejemplo, el tejido podrá comprender tejido de
punto o calada perchado, tipo "forro polar", con una
composición de poliéster y/o de poliamida y/o de elastano y/o de
materiales flexibles basado sobre la sílice (SiO_{2}). Para esta
aplicación también es posible el uso de una lámina no tejida con
las mismas propiedades de aislante térmico. Las fibras son de
naturaleza polimérica de poliéster y/o poliamida y/o polipropileno
y su morfología puede ser hueca, bi o tri componente, texturada,
lobular, helicoidal, etc, o una mezcla íntima de ellas. En cierto
modo toda morfología y/o composición que pueda proporcionar al no
tejido una característica de aislante térmico. La conformación del
tejido puede ser mecánico-térmica, química y/o
mediante punzonado. La parte de aislamiento cortaviento del sistema
puede estar formada por un tejido de calada con un ligamento
tupido y formado por hilos de fibras poliméricas como: poliéster
y/o poliamida y/o polipropileno y/o polietileno y/o aramidas y/o
poliacrilonitrilo y/o poliuretano y/o fibras naturales con
características y propiedades semejantes. Para esta aplicación
también es posible el uso de una membrana de poliuretano micro
perforado y/o cualquiera de los polímeros mencionados anteriormente
y/o cualquier material que se asemeje a sus características y
propiedades. Otra posibilidad es el uso de un tejido el mismo
constituido de un sandwich de tejidos formado por diferentes capas
que proporcionan al sistema las propiedades aislantes anteriormente
mencionadas, pudiendo incluir una propiedad aislante del agua. Los
sandwich de tejido forman un único tejido formado por diferentes
capas unidas entre sí por distintos métodos mecánicos y/o químicos.
En su conformación se usan capas de tejido de calada o punto
perchado (tipo velour, o tipo rizo) con una composición polimérica
de poliéster y/o poliamida y/o polipropileno y/o elastano, también
se usan capas de membranas transpirables principalmente de
poliuretano micro y/o nanoperforado. El almacenamiento y la
propagación del flujo térmico a difundir se puede igualmente
realizar mediante el uso de tejidos tratados con microcápsulas de
parafina PCMs (Phase Change Materials).
En la figura 4 se muestra un tejido (9) tipo
sandwich con una primera capa (91) de tejido de forro protector,
una segunda capa (92) de tejido aislante y una lámina cortaviento
(93). La estructura en capas presenta la ventaja de facilitar la
colocación de conductores eléctricos y otros elementos entre
capas.
En la figura 5 pueden observarse maillots de
ciclismo según la presente invención. Los maillots comprenden
placas fotoeléctricas (1) flexibles, encontrándose conectadas a
sistemas de termorregulación con célula Peltier (100) integrados en
el tejido. Además, las placas fotovoltaicas (1) se encuentran
conectadas mediante pistas conductoras (15) a un conjunto de
interruptor conmutador y circuito electrónico (13) y a una batería
recargable (14), por ejemplo, según el esquema de la figura 1.
En la figura 6 pueden observarse chaquetas con
elementos similares a los maillots de la figura 5, dispuestos de
una manera ligeramente diferente. Los elementos equivalentes a los
de la realización de la figura 5 han sido marcados con idénticos
numerales.
La figura 7 muestra otro elemento textil según
la presente invención, en particular una cortina (17) para ventana
(16). Igualmente elementos similares a los de las dos anteriores
figuras han sido designados con idénticos numerales. En el detalle
de la figura se ha mostrado la disposición de placas fotovoltaicas
(1) dispuestas en el lado afectado por el sol de la cortina.
La figura 8 muestra una gorra según la presente
invención. Igualmente, elementos similares a aquellos de figuras
anteriores han sido designados con idénticos numerales. En este
caso, además, para favorecer la convección del disipador, se han
situado elementos de túnel (18) sobre la cara térmica exterior de
la células de efecto Peltier, favoreciendo de esta manera la
disipación de calor.
Si bien la invención se ha descrito con respecto
a ejemplos de realizaciones preferentes, éstos no se deben
considerar limitativos de la invención, que se definirá por la
interpretación más amplia de las siguientes reivindicaciones.
Claims (3)
1. Elemento de acondicionamiento térmico
caracterizado porque comprende:
- un dispositivo fotoeléctrico de generación de
corriente;
- un dispositivo de efecto Peltier integrado en
un tejido;
- elementos de intercambio de calor térmicamente
conectados a los lados caliente y frío del dispositivo de efecto
Peltier;
- un conmutador dispuesto entre el dispositivo
de efecto Peltier y el dispositivo fotoeléctrico que permite
intercambiar las funciones de los lados caliente y frío del
dispositivo de efecto Peltier; y
- una batería recargable mediante el dispositivo
fotoeléctrico de generación de corriente,
donde el dispositivo de efecto Peltier está
conectado de manera directa al dispositivo fotoeléctrico de
generación de corriente, produciéndose un efecto de
termorregulación natural en función de la radiación solar,
gobernando un microcontrolador cuándo el dispositivo fotoeléctrico
alimenta dicha batería recargable y cuándo alimenta directamente al
dispositivo de efecto Peltier, así como gobernando el conmutador,
donde los elementos de intercambio de calor comprenden un núcleo
anclado al dispositivo de efecto Peltier del que parten radicales
de multifilamentos de materiales conductores o una mezcla de
materiales conductores y dieléctricos, estando dichos radicales
integrados en el tejido.
2. Elemento de acondicionamiento térmico de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque además
comprende un ventilador de disipación y difusión térmica.
3. Elemento de acondicionamiento térmico de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizado porque comprende un sandwich de tejidos con
propiedades aislantes, de barrera al viento y transpirable.
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