BR112014030826B1

BR112014030826B1 - Sistema de energia solar; e método de transferência de energia térmica entre uma região e um sistema de energia solar

Info

Publication number: BR112014030826B1
Application number: BR112014030826-8A
Authority: BR
Inventors: Michael Dennis
Original assignee: Endless Solar Corporation Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2022-10-18
Also published as: EP2859280A1; JP2015525335A; CN104364587A; WO2013185171A1; US10598392B2; BR112014030826A2; WO2013185171A8; US20150159914A1; CN104364587B; IN2014MN02489A; JP6375294B2; EP2859280A4; AU2013273921B2; AU2013273921A1; EP2859280B1

Abstract

SISTEMA DE ENERGIA SOLAR; E MÉTODO DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA TÉRMICA ENTRE UMA REGIÃO E UM SISTEMA DE ENERGIA SOLAR. Trata-se de um sistema de energia solar. O sistema de energia solar compreende um coletor solar para fornecer a energia gerada a partir de radiação solar incidente. O sistema compreende um primeiro sistema de troca de calor que compreende um ejetor que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia fornecida pelo coletor de energia solar. Além disso, o sistema compreende um segundo sistema de troca de calor disposto para operar com o uso de energia a partir de uma fonte de energia diferente de uma fonte de fonte solar. O sistema de energia solar é disposto para a transferência direta ou indireta de energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região e entre o segundo sistema de troca de calor e a região. Além disso, o sistema de energia solar é disposto para a transferência direta ou indireta de energia térmica a partir do segundo sistema de troca de calor para uso por pelo menos um dentre: o primeiro sistema de troca de calor e um sistema (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de energia solar.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Energia solar pode ser usada para aquecimento e/ou resfriamento de espaços interiores em construções. Por exemplo, painéis solares fotovoltaicos podem ser usados para converter luz solar em energia elétrica que pode ser usada para operar um compressor de um sistema de resfriamento. No entanto, energia solar não está disponível em um nível consistente e um sistema duplo que é operado com o uso de tanto de uma fonte de energia solar quanto uma fonte de energia convencional foi proposto.

[003] No entanto, seria vantajoso se a eficácia de tal um sistema duplo pudesse ser adicionalmente aprimorada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema de energia solar que compreende:

[005] um coletor solar para fornecer energia gerada a partir de radiação solar incidente;

[006] um primeiro sistema de troca de calor que compreende um ejetor que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia fornecida pelo coletor de energia solar; e

[007] um segundo sistema de troca de calor disposto para operar com o uso de energia a partir de uma fonte de energia além de uma fonte de fonte solar;

[008] em que o sistema de energia solar é disposto para a transferência direta ou indireta de energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região e entre o segundo sistema de troca de calor e a região; e

[009] em que o sistema de energia solar é disposto para a transferência direta ou indireta energia térmica do segundo sistema de troca de calor para uso por pelo menos um dentre: o primeiro sistema de troca de calor e um sistema para o aquecimento de água.

[010] Por exemplo, a fonte de energia diferente de uma fonte de energia solar pode ser uma fonte de energia convencional, tal como uma fonte de energia elétrica. O segundo sistema de troca de calor compreende em um exemplo específico um compressor elétrico.

[011] O sistema de energia solar pode ser disposto para transferir a energia térmica a partir do segundo sistema de troca de calor para o primeiro sistema de troca de calor direta ou indiretamente.

[012] Por exemplo, o sistema de energia solar pode ser disposto para transferir energia térmica diretamente do segundo sistema de troca de calor a um componente do primeiro sistema de troca de calor, tal como circuito solar que compreende o coletor solar ou o ejetor.

[013] Alternativamente, o sistema de energia solar pode ser disposto para transferir a energia térmica do segundo sistema de troca de calor ao primeiro sistema de troca de calor indiretamente por meio de um sistema de troca de calor intermediário. Por exemplo, o sistema de energia solar pode compreender um primeiro permutador de calor para transferir energia térmica do sistema de troca de calor intermediário ao primeiro sistema de troca de calor, e um segundo permutador de calor para transferir termal do segundo sistema de troca de calor ao sistema de troca de calor intermediário. O primeiro permutador de calor pode ser um preaquecedor e o segundo permutador de calor pode ser um dessuperaquecedor.

[014] O sistema de energia solar também pode compreender um sistema para o aquecimento de água que também pode funcionar como um sistema de armazenamento de energia e/ou um sistema de armazenamento de energia separado. O sistema de energia solar pode ser disposto de modo que, tipicamente com base em condições de operação do sistema de energia solar (tais como condições de aquecimento e resfriamento e/ou com base em condições externas tais como uma intensidade de luz solar), pelo menos uma porção da energia fornecida pelo sistema coletor solar é transferida direta ou indiretamente ao sistema para o aquecimento de água e/ou ao sistema de armazenamento de energia. Além disso, o sistema de energia solar pode ser disposto de modo que uma porção da energia térmica que é transferida da região pelo segundo sistema de troca de calor seja transferida direta ou indiretamente ao sistema para o aquecimento de água e/ou o sistema de armazenamento de energia.

[015] Por exemplo, o sistema para o aquecimento de água e/ou a sistema de armazenamento de energia pode formar uma parte do sistema de troca de calor intermediário.

[016] Em uma modalidade específica, o segundo sistema de troca de calor compreende um compressor eletricamente alimentado e o sistema de energia solar é disposto de modo que energia térmica em excesso fornecida pelo compressor seja transferida direta ou indiretamente ao primeiro sistema de troca de calor e/ou o sistema para o aquecimento de água. Nessa modalidade específica, o segundo sistema de troca de calor tipicamente é disposto para operar em um modo de resfriamento.

[017] O primeiro sistema de troca de calor pode ser disposto a fim de ser configurável entre transferir energia térmica direta ou indiretamente à região (primeiro modo) e transferir energia térmica direta ou indiretamente a partir da região (segundo modo). Em um exemplo, o primeiro sistema de troca de calor compreende um circuito ejetor e é disposto para desviar pelo menos uma porção do circuito ejetor no primeiro modo de operação e é disposto de modo que a porção do circuito ejetor não seja desviada no segundo modo de operação.

[018] O segundo sistema de troca de calor também pode ser disposto para selecionar entre um primeiro modo para aquecer a região e um segundo modo para resfriar a região. Em um exemplo, o segundo sistema de troca de calor é um sistema de troca de calor de ciclo reverso e pode ser um sistema de troca de calor de sistema dividido.

[019] O sistema de energia solar pode compreender um sistema de controle que é disposto para controlar uma contribuição de resfriamento ou aquecimento do segundo sistema de troca de calor dependente de uma condição de aquecimento ou resfriamento predeterminada ou pré- selecionada e/ou dependente de uma contribuição de aquecimento ou resfriamento do primeiro sistema de troca de calor que, por sua vez, pode depender de parâmetros externos tais como condições de luz solar.

[020] Cada um dos primeiro e segundo sistemas de troca de calor pode ser disposto para transferir energia térmica indiretamente à região ou a partir da mesma permutando-se calor com um circuito hidrônico. Os primeiro e segundo sistemas de troca de calor podem compreender permutadores de calor que são dispostos para permutar calor com o circuito hidrônico e os permutadores de calor podem ser dispostos para funcionar como condensadores ao transferir energia térmica ao circuito hidrônico, e para funcionar como evaporadores ao transferir energia térmica do circuito hidrônico.

[021] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um método de transferência de energia térmica entre uma região e um sistema de energia solar, sendo que o método compreende as etapas de:

[022] fornecer um primeiro sistema de troca de calor disposto para receber energia gerada a partir de radiação solar, sendo que o primeiro sistema de troca de calor compreende um ejetor e é disposto para transferência de energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região;

[023] fornecer um segundo sistema de troca de calor que é operado por uma fonte além de uma fonte de energia solar;

[024] transferir energia térmica direta ou indiretamente da região ao segundo sistema de troca de calor e transferir pelo menos uma porção dessa energia térmica direta ou indiretamente a pelo menos um dentre: o primeiro sistema de troca de calor e um sistema para o aquecimento de água.

[025] Por exemplo, pelo menos uma porção da energia térmica que é transferida ao primeiro sistema de troca de calor pode ser usada para operação do ejetor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] De modo que a presente invenção possa ser mais claramente apurada, modalidades da presente invenção serão descrita, somente a título de exemplo, em referência aos desenhos anexos, nos quais:

[027] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de energia solar de acordo com uma modalidade da presente invenção, sendo que o sistema de energia solar é disposto para operação em modo de aquecimento;

[028] A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema de energia solar de acordo com uma modalidade da presente invenção, sendo que o sistema de energia solar é disposto para operação no modo de resfriamento; e

[029] A Figura 3 é um fluxograma que ilustra um método de transferência de termal entre uma região e o sistema de energia solar da Figura 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO

[030] A Figura 1 mostra um exemplo de um sistema de energia solar 100 para uso no aquecimento ou resfriamento de uma região. O sistema 100 pode operar no modo de aquecimento, que é descrito em mais detalhes em referência à Figura 1, e no modo de resfriamento, que é descrito em mais detalhes em referência à Figura 2.

[031] Geralmente, o sistema 100 é disposto de modo que um primeiro sistema de troca de calor 102 do sistema 100 seja acionado por energia térmica obtida a partir de um coletor solar 104, e o primeiro sistema de troca de calor 102 é disposto para permutar calor de tal forma a aquecer ou resfriar a região.

[032] O sistema 100 também compreende um segundo sistema de troca de calor 106, que é alimentado por uma fonte de energia convencional tais como rede de eletricidade. O segundo sistema de troca de calor 106 é empregado para compensar o primeiro sistema de troca de calor 102, por exemplo, em períodos em que o primeiro sistema de troca de calor 102 não recebe energia térmica suficiente do coletor solar 104 para cumprir demandas de aquecimento ou resfriamento. O segundo sistema de troca de calor 106 é, portanto, disposto para permutar energia térmica (“calor”) de tal forma a resfriar ou aquecer a região adicionalmente ao primeiro sistema de troca de calor 102.

[033] O sistema 100 também é disposto para transferir calor do segundo sistema de troca de calor 106 para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 102. Por exemplo, quando o segundo sistema de troca de calor 106 remove calor de um circuito hidrônico 112 usado para resfriar a região, o calor removido pode ser transferido para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 102.

[034] Conforme mencionado anteriormente, o primeiro sistema de troca de calor 102 é acionado por calor obtido a partir do coletor solar 104. Portanto, o fornecimento de calor adicional a partir do segundo sistema de troca de calor 106 para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 102 aprimorará uma eficiência do sistema de energia solar 100.

[035] O segundo sistema de troca de calor 106 também pode produzir seu próprio calor, por exemplo, por operação de um compressor eletricamente alimentado, e esse calor também pode ser transferido do segundo sistema de troca de calor 106 para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 102.

[036] Calor pode ser transferido do segundo sistema de troca de calor 106 a um circuito solar 114 que compreende o coletor solar 104, de modo que uma quantidade total de calor fornecida ao primeiro sistema de troca de calor 102 é maior do que o calor que foi fornecido pelo coletor solar 104 por si.

[037] Alternativamente, e nos exemplos descritos em mais detalhes em referência às Figuras, o calor pode ser transferido do segundo sistema de troca de calor 106 ao primeiro sistema de troca de calor 102 por meio de um sistema de troca de calor intermediário tal como um sistema de água aquecida 116, sendo que o sistema de água aquecida 116 também é disposto para receber pelo menos some energia do coletor solar 104. É contemplado que o calor poderia ser transferido para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 106 por outros meios, tais como transferindo-se o calor diretamente ao primeiro sistema de troca de calor 102.

[038] Em um exemplo, o segundo sistema de troca de calor 106 é disposto para transferir o calor ao primeiro calor 102 quando o sistema de energia modo de resfriamento.

[039] É apreciado que o calor transferido do segundo sistema de troca de calor 106 ao primeiro sistema de troca de calor 102 pode ser o calor da região e/ou o calor gerado pelo segundo sistema de troca de calor durante operação, por exemplo, calor residual produzido por um compressor eletricamente alimentado que aciona o segundo sistema de troca de calor 106.

[040] O sistema de energia solar 100 pode compreender um sistema de controle (não mostrado) que é disposto para variar uma quantidade de calor que é transferida do segundo sistema de troca de calor 106 ao primeiro sistema de troca de calor 102. O sistema de controle é controlado por software e é programável, por exemplo, por um usuário, a fim de aumentar a quantidade de calor transferida do segundo sistema de troca de calor 106 ao primeiro sistema de troca de calor 102 quando o sistema de energia solar opera no modo de resfriamento comparado ao quando o sistema de energia solar opera no modo de aquecimento.

[041] No exemplo particular ilustrado na Figura 1, o primeiro sistema de troca de calor 102 compreende um ejetor 108. O ejetor 108 funciona como um compressor quando suprido com energia térmica do coletor solar 104. O ejetor 108, portanto, usa energia térmica obtida a partir de energia solar. Em contraste, Isso é, em contraste a um compressor convencional, tal como um compressor eletricamente alimentado 110 usado no segundo sistema de troca de calor 106, em que o compressor é acionado por uma fonte convencional de energia tal como rede de eletricidade.

[042] Dispondo-se o sistema 100 a fim de maximizar a quantidade de resfriamento ou aquecimento da região pelo primeiro sistema de troca de calor 102 fornece a vantagem de maximizar uma quantidade de energia renovável usada no resfriamento ou aquecimento da região. Em situações nas quais uma quantidade insuficiente de energia é fornecida para resfriar ou aquecer, o segundo sistema de troca de calor 106 alimentado convencionalmente é usado para suplementar o resfriamento ou aquecimento.

[043] A operação do sistema 100 no modo de aquecimento será agora descrita em mais detalhes em referência às Figuras 1 e 2.

[044] Adicionalmente aos primeiro e segundo sistemas de troca de calor 102, 106, o sistema 100 também compreende um circuito hidrônico 112, que é disposto para permutar calor entre cada um dos primeiro e segundo sistemas de troca de calor 102, 106 para uso em suprir resfriamento ou aquecimento à região. O sistema 100 também compreende um circuito solar 114 e um sistema solar de água aquecida 116, sendo que o circuito solar 114 é disposto para suprir energia térmica obtida a partir do coletor solar 104 ao primeiro sistema de troca de calor 102 e ao sistema solar de água aquecida 116.

[045] O sistema 100 é disposto para transferir energia térmica por meio de fluidos apropriados. Por exemplo, os primeiro e segundo sistemas de troca de calor 102, 106 utilizam agentes refrigerantes para transferência térmica, e o circuito hidrônico 112, circuito solar 114 e o sistema solar de água aquecida 116 utilizam água para transferência térmica (e para suprir água aquecida no caso do sistema solar de água aquecida 116).

[046] No modo de aquecimento, o circuito solar 114 transferirá energia térmica do coletor solar 104 ao primeiro sistema de troca de calor 102 por meio de um gerador de vapor (permutador de calor) 118. A água do circuito solar 114 é bombeada ao redor do circuito solar 114 por uma bomba de circulação de coletor solar 115, também marcada como bomba P1 na Figura 1.

[047] Um sistema de válvula de desvio V1, que compreende válvulas 120a, 120b e 120c conforme mostrado na Figura 1, é disposto (isto é, o sistema de válvula de desvio V1 é ativado) de modo que a energia térmica suprida pelo circuito solar 114 desvie o ejetor 108 e um condensador 122 de um circuito ejetor 124. A energia térmica flui através de um permutador de calor 126 que, quando o sistema 100 opera no modo de aquecimento, funciona como um condensador de modo a transferir calor do primeiro sistema de troca de calor 102 ao circuito hidrônico 112.

[048] Tendo suprido pelo menos uma parte da energia térmica ao circuito hidrônico 112, o agente refrigerante resfriado fluirá através de uma válvula de expansão aberta 128 do circuito ejetor 124 e através da válvula 120c a ser bombeada pela bomba de pressão ejetora 130, também marcada como bomba P3 na Figura 1.

[049] O agente refrigerante fluirá então através de um preaquecedor 132 que é disposto para aquecer o agente refrigerante com o uso de calor do sistema de suprimento de água aquecida 116 em determinadas circunstâncias, tal como quando o calor produzido pelo segundo sistema de troca de calor 106 é recuperado pelo sistema de suprimento de água aquecida 116 por meio de um dessuperaquecedor quando o segundo sistema de troca de calor 106 opera em um modo de resfriamento (conforme explicado em mais detalhes posteriormente). O agente refrigerante então retorna ao gerador 118 em que o mesmo é adicionalmente aquecido pelo circuito solar 114 e o ciclo do agente refrigerante que transfere calor através do primeiro sistema de troca de calor 102 se inicia novamente.

[050] Conforme mencionado anteriormente, o primeiro sistema de troca de calor 102 transfere calor ao circuito hidrônico 112 por meio do permutador de calor 126, que funciona nesse caso como um permutador de calor convencional de líquido para líquido, que transfere calor do primeiro sistema de troca de calor 102 ao circuito hidrônico 112. O calor transferido aquecerá a água no circuito hidrônico 112, que flui então através de uma válvula de desvio de permutador de calor de circuito hidrônico 134, também marcada coma válvula V2 na Figura 1, que é disposta (isto é, a válvula de desvio 134 é desativada) para direcionar a água aquecida a um permutador de calor 136 para uso no fornecimento de calor à região. Nesse exemplo, o permutador de calor 136 é uma unidade de permuta de calor interna que é usada para resfriar ou aquecer a região.

[051] A água, tendo fornecido pelo menos algum calor ao permutador de calor 136 para aquecer a região, flui então através de um armazenamento de resfriamento/aquecimento 138 em que calor adicional pode ser armazenado, por exemplo, em um reservatório. A água flui do armazenamento de resfriamento/aquecimento 138 a uma bomba de circuito hidrônico 140, também marcada como bomba P5 na Figura 1, e a água é bombeada através do permutador de calor 126 em que calor é transferido do primeiro sistema de troca de calor 102 para o circuito hidrônico 112 e o ciclo de transferência de calor através do circuito hidrônico 112 se inicia novamente.

[052] Se o sistema 100 não supre calor suficiente ao circuito hidrônico 112 para uso pelo permutador de calor 136 para aquecer a região, então o sistema 100 é disposto para suprir potência ao segundo sistema de troca de calor 106. Nesse exemplo, o segundo sistema de troca de calor 106 é um sistema dividido de ciclo reverso que pode operar em um modo de aquecimento ou em um modo de resfriamento e compreende um permutador de calor 142 que é disposto para transferir calor entre o segundo sistema de troca de calor 106 e o circuito hidrônico 112. Nesse exemplo, o segundo sistema de troca de calor 106 opera no modo de aquecimento, e o permutador de calor 142 funciona como um condensador de modo a transferir calor do segundo sistema de troca de calor 106 ao circuito hidrônico 112.

[053] O compressor 110 do segundo sistema de troca de calor 106 é disposto para receber potência de uma fonte exceto pelo coletor solar 104. Nesse exemplo particular, o compressor 110 é um compressor elétrico que é disposto para receber potência da rede de eletricidade. O compressor 110 comprime o agente refrigerante, que será um vapor nesse estágio. O agente refrigerante pressurizado flui então através de um dessuperaquecedor 144 em que calor excedente pode ser transferido do agente refrigerante ao sistema de suprimento de água aquecida 116, e então ao permutador de calor 142 por meio de uma válvula de reversão 146. Qualquer calor que é transferido ao sistema de suprimento de água aquecida 116 por meio do dessuperaquecedor 144 pode ser transferido ao primeiro sistema de troca de calor 102 por meio do preaquecedor 132. Dessa forma, o calor do segundo sistema de troca de calor 106 pode ser transferido ao primeiro sistema de troca de calor 102 para uso no acionamento do ejetor 108.

[054] É apreciado que, embora o dessuperaquecedor 144 possa ser usado para transferir calor excedente do agente refrigerante ao sistema de suprimento de água aquecida 116, no modo de aquecimento, é preferencial direcionar calor do dessuperaquecimento de compressor ao permutador de calor 142. Tipicamente, calor excedente é transferido ao sistema de suprimento de água aquecida 116 por meio do dessuperaquecedor 144 quando o sistema opera no modo de resfriamento, que é descrito posteriormente em referência à Figura 2.

[055] O agente refrigerante se condensa em um liquido no permutador de calor 142, e o calor é transferido do permutador de calor 142 à água que flui através do circuito hidrônico 112 para uso pelo permutador de calor 136 para suprir calor à região.

[056] O agente refrigerante, tendo transferido pelo menos um pouco de calor ao circuito hidrônico 112, flui então através de uma válvula de expansão 148 que diminui uma pressão do agente refrigerante. O agente refrigerante flui então através de permutador de calor 150, que funciona como um evaporador desse modo, que transfere calor ao agente refrigerante a fim de vaporizar e aquecer o agente refrigerante com o uso de calor de fora da região. O agente refrigerante flui então de volta ao compressor 110 para compressão e o ciclo de transferência de calor ao circuito hidrônico 112 se inicia novamente.

[057] O sistema 100 também é disposto, se exigido (por exemplo, se demandas de aquecimento não forem cumpridas pelo primeiro sistema de troca de calor 102), para transferir calor do armazenamento de resfriamento/aquecimento 138 para uso no circuito hidrônico a fim de fornecer calor ao permutador de calor 136.

[058] O sistema 100 também é disposto para suprir solar água aquecida por meio do sistema solar de água aquecida 116. O sistema solar de água aquecida 116 recebe água de um suprimento de água fria 152. A água flui através de um preaquecedor 154 que é disposto para transferir calor do circuito solar 114 para pré-aquecer a água. A água então entrega pelo menos um pouco de calor a um armazenamento de água aquecida 156, que, nesse exemplo, é um tanque d’água disposto para armazenar água aquecida. Água é então bombeada por uma bomba de circulação de água aquecida 158, também marcada como bomba P2 na Figura 1, através do dessuperaquecedor 144, em que, se disponível, o calor excedente do segundo sistema de troca de calor 106 é transferido à água. A água flui então através do preaquecedor 132 em que o calor é transferido da água ao agente refrigerante do primeiro sistema de troca de calor 102 a fim de pré-aquecer o agente refrigerante. A água então passa através do gerador 118 em que o calor é transferido do circuito solar 114 à água. A água aquecida flui então ao armazenamento de água aquecida 156 em que a água aquecida é armazenada para uso por um suprimento de água aquecida 160.

[059] A operação do sistema 100 no modo de resfriamento será agora descrita em mais detalhes em referência à Figura 2.

[060] Em modo de resfriamento, o circuito solar 114 transfere energia térmica do coletor solar 104 ao primeiro sistema de troca de calor 102 por meio do gerador 118. A válvula de desvios 120a, 120b e 120c (sistema de válvula de desvio V1) são dispostos (isto é, o sistema de válvula de desvio V1 é desativado) de modo que energia térmica obtida a partir do circuito solar 114 seja suprida ao ejetor 108. O ejetor 108, com o uso da energia térmica, funciona como um compressor para pressurizar o agente refrigerante (que será um vapor nesse estágio). O agente refrigerante flui então ao condensador 122 em que o agente refrigerante é resfriado a um líquido de alta pressão e temperatura moderada. O agente refrigerante é então direcionado pela válvula 120c à válvula de expansão 128 em que a pressão do agente refrigerante é reduzida. O agente refrigerante flui então através do permutador de calor 126, que funciona como um evaporador a fim de absorver calor do circuito hidrônico 112, resfriando de forma eficaz a água no circuito hidrônico 112 e aquecendo o agente refrigerante do circuito ejetor 124 a um vapor aquecido. O agente refrigerante então retorna ao ejetor 108 em que o vapor aquecido é comprimido e o ciclo se repete.

[061] Dessa forma, o primeiro sistema de troca de calor extrai calor do circuito hidrônico 112, transferindo, portanto, frieza ao circuito hidrônico 112 que pode ser usado pelo permutador de calor 136 para resfriar a região.

[062] Pelo menos uma porção do agente refrigerante será bombeada pela bomba de pressão ejetora 130 através do preaquecedor 132 em que o mesmo pode absorver calor gerado tanto do dessuperaquecedor 144 como do armazenamento de água aquecida 156 no sistema de suprimento de água aquecida 116, e então ao gerador 118 em que o agente refrigerante é aquecido pelo circuito solar 114 novamente e o ciclo do agente refrigerante que transfere calor através do primeiro sistema de troca de calor 102 se inicia novamente.

[063] Conforme mencionado anteriormente, o primeiro sistema de troca de calor 102 transfere energia térmica do circuito hidrônico 112 por meio do permutador de calor 126. A transferência de calor resfriará a água no circuito hidrônico 112, que flui então através da válvula de desvio de permutador de calor de circuito hidrônico 134 (válvula V2) que é disposta (isto é, a válvula de desvio 134 é desativada) para direcionar a água resfriada ao permutador de calor 136 para uso no resfriamento da região.

[064] A água, tendo resfriado a unidade interna 136, flui então através de um armazenamento de resfriamento/aquecimento 138 em que “frieza” adicional pode ser armazenado. A água flui do armazenamento de resfriamento/aquecimento 138 à bomba de circuito hidrônico 140 e a água é bombeada através do permutador de calor 126 em que o calor é transferido do circuito hidrônico 112 ao primeiro sistema de troca de calor 102 e o ciclo de transferência da energia térmica por meio do circuito hidrônico 112 se inicia novamente.

[065] Se o sistema 100 não suprir frieza suficiente ao circuito hidrônico 112 para uso pelo permutador de calor 136 para resfriar a região, o sistema 100 é disposto para suprir potência ao segundo sistema de troca de calor 106 ao operar no modo de resfriamento em que o permutador de calor 142 funciona como um evaporador de modo a transferir calor do circuito hidrônico 112 ao agente refrigerante do segundo sistema de troca de calor 106.

[066] O compressor 110 do segundo sistema de troca de calor 106 recebe potência da rede de eletricidade e comprime o agente refrigerante. O agente refrigerante comprimido aquecido flui então através de um dessuperaquecedor 144 em que calor excedente pode ser transferido do agente refrigerante ao sistema de suprimento de água aquecida 116, e então ao permutador de calor 150, que funciona desse modo como um condensador, por meio da válvula de reversão 146. É apreciado que se calor excedente for transferido ou não do dessuperaquecedor 144 ao sistema de suprimento de água aquecida 116 depende de se a bomba de circulação de água aquecida 158 (bomba P2) é ligada ou desligada ou não.

[067] Qualquer calor que seja transferido ao sistema de suprimento de água aquecida 116 por meio do dessuperaquecedor 144 pode ser transferido ao primeiro sistema de troca de calor 102 por meio do preaquecedor 132. Dessa forma, o calor do segundo sistema de troca de calor 106 pode ser transferido ao primeiro sistema de troca de calor 102 para uso no acionamento do ejetor 108.

[068] Conforme mencionado anteriormente em relação ao modo de resfriamento descrito em referência à Figura 1, é preferencial transferir o calor do segundo sistema de troca de calor 106 ao primeiro sistema de troca de calor 102 quando o sistema de energia solar 100 opera no modo de resfriamento. Dessa forma, o calor que é removido do circuito hidrônico 112 não é desperdiçado, e é preferencialmente transferido ao primeiro sistema de troca de calor 102 para uso no acionamento do ejetor 108, aprimorando assim uma eficiência do sistema de energia solar 100.

[069] Retornando ao ciclo do segundo sistema de troca de calor 106, o agente refrigerante flui ao permutador de calor 150 em que o agente refrigerante é condensado a um líquido resfriador.

[070] O agente refrigerante, tendo sido resfriado pela ação de condensação do permutador de calor 150, flui então através da válvula de expansão 148, abaixando a pressão do agente refrigerante. O agente refrigerante flui então através do permutador de calor 142, funcionando como um evaporador desse modo, que vaporiza o agente refrigerante transferindo-se calor do circuito hidrônico 112 ao agente refrigerante. A vaporização do agente refrigerante resfria a água do circuito hidrônico 112, e o agente refrigerante aquecido vaporizado flui de volta ao compressor 110 e o ciclo de transferência de energia térmica se inicia novamente.

[071] O sistema 100 também é disposto, se exigido (por exemplo, se demandas de resfriamento não forem cumpridas pelo primeiro sistema de troca de calor 102), para transferir calor do armazenamento de resfriamento/aquecimento 138 para uso no circuito hidrônico 112 para uso no resfriamento da região pelo permutador de calor 136.

[072] O sistema 100 também é disposto para suprir solar água aquecida por meio do sistema de água aquecida 116 quando o sistema 100 opera no modo de resfriamento da mesma maneira que quando o sistema 100 opera no modo de aquecimento.

[073] A Figura 3 ilustra um método 300 de transferência de calor entre a região e um sistema de energia solar 100.

[074] O método 300 compreende uma primeira etapa 302 de obter energia de uma fonte de energia solar, por exemplo, por meio do coletor solar 104. A etapa 304 fornece a energia obtida é fornecida ao primeiro sistema de troca de calor 106. Conforme descrito anteriormente, o primeiro sistema de troca de calor 106 compreende um ejetor 108 que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia obtida e é disposto para permuta de calor com a região.

[075] Na etapa 306, energia é obtida a partir de uma fonte de energia diferente de uma fonte de energia solar, tal como uma fonte convencional de eletricidade comercial. A etapa 308 fornece a energia obtida a partir da fonte exceto pela fonte solar ao segundo sistema de troca de calor 106 que, conforme descrito anteriormente, é disposto para operar o uso de energia da fonte de energia adicional e também é disposto para permuta de calor com a região.

[076] O método 300 também compreende uma quinta etapa 310 de transferência do calor do segundo sistema de troca de calor 106 para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 102. Conforme descrito anteriormente, é apreciado que o calor transferido do segundo sistema de troca de calor 106 ao primeiro sistema de troca de calor 102 pode ser o calor obtido a partir da região, tal como o calor obtido ao resfriar a região, e/ou o calor gerado pelo segundo sistema de troca de calor 106 durante operação, por exemplo, o calor gerado pelo compressor 110.

[077] Além disso, é apreciado que o calor transferido do segundo sistema de troca de calor 106 pode ser transferido ao primeiro sistema de troca de calor 102 por meio do sistema de água aquecida 116, embora seja contemplado que o calor poderia ser transferido para uso pelo primeiro sistema de troca de calor 106 por outros meios, tal como transferindo-se o calor diretamente ao primeiro sistema de troca de calor 102, ou transferindo-se o calor ao circuito solar 114 em que o calor pode contribuir para a energia solar obtida pelo coletor solar 104, e então transferida ao primeiro sistema de troca de calor 102 para uso pelo ejetor 108.

[078] Modificações e variações conforme seria evidente a um destinatário versado são determinadas a abrangerem o escopo da presente invenção.

[079] Nas reivindicações que se seguem e na descrição precedente da invenção, exceto onde o contexto exigir o contrário devido à linguagem de expressão ou implicação necessária, a palavra “compreender” ou variações tais como “compreende” ou “compreendendo” é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença dos recursos declarados, mas não para excluir a presença ou adição de recursos adicionais em várias modalidades da invenção.

Claims

1. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR (100), que compreende: um coletor solar (104) para fornecer energia gerada a partir de radiação solar incidente; um primeiro sistema de troca de calor (102) que compreende um ejetor (108) que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia fornecida pelo coletor de energia solar (104); um segundo sistema de troca de calor (106) disposto para operar com o uso de energia a partir de uma fonte de energia diferente de uma fonte de fonte solar; um sistema para aquecimento de água (116); caracterizado pelo sistema de energia solar (100) ser disposto para a transferência direta ou indireta de energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor (102) e uma região e entre o segundo sistema de troca de calor (106) e a região; em que o sistema de energia solar (100) é disposto para a transferência direta ou indireta de energia térmica a partir do segundo sistema de troca de calor (106) para o primeiro sistema de troca de calor (102); e em que o sistema de energia solar (100) é disposto de maneira que a porção da energia térmica que é transferida da região pelo segundo sistema de troca de calor (106) seja transferida diretamente ou indiretamente para o sistema para aquecimento de água (116).

2. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fonte de energia diferente de uma fonte de energia solar ser uma fonte de energia elétrica e em que o segundo sistema de troca de calor (106) compreende um compressor elétrico (110).

3. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo sistema de energia solar (100) ser disposto para transferir energia térmica diretamente do segundo sistema de troca de calor (106) para um componente do primeiro sistema de troca de calor (102).

4. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo sistema de energia solar (100) ser disposto para transferir a energia térmica do segundo sistema de troca de calor (106) ao primeiro sistema de troca de calor (102) indiretamente por meio de um sistema de troca de calor intermediário.

5. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender um primeiro permutador de calor para transferir a energia térmica do sistema de troca de calor intermediário para o primeiro sistema de troca de calor (102) e um segundo permutador de calor para transferir energia térmica do segundo sistema de troca de calor (106) para o sistema de troca de calor intermediário.

6. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo primeiro permutador de calor ser um pré-aquecedor (132).

7. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo segundo permutador de calor ser um dessuperaquecedor (144).

8. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo sistema de energia solar (100) ser disposto de modo que uma porção da energia térmica que é transferida da região pelo segundo sistema de troca de calor (106) seja transferida direta ou indiretamente ao sistema para o aquecimento de água (116).

9. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo sistema para o aquecimento de água (116) formar uma parte de um sistema de troca de calor intermediário.

10. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo segundo sistema de troca de calor (106) compreender um compressor eletricamente alimentado (110) e o sistema de energia solar (100) ser disposto de modo que a energia térmica em excesso fornecida pelo compressor (110) seja transferida direta ou indiretamente ao primeiro sistema de troca de calor (102).

11. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo segundo sistema de troca de calor (106) compreender um compressor eletricamente alimentado (110) e o sistema de energia solar (100) ser disposto de modo que a energia térmica em excesso fornecida pelo compressor seja transferida direta ou indiretamente ao sistema para o aquecimento de água (116).

12. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo primeiro sistema de troca de calor (102) ser disposto de modo a ser configurável entre transferir a energia térmica direta ou indiretamente à região (primeiro modo) e transferir a energia térmica direta ou indiretamente a partir da região (segundo modo).

13. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo primeiro sistema de troca de calor (102) compreender um circuito ejetor (124) e ser disposto para desviar pelo menos uma porção do circuito ejetor (124) no primeiro modo de operação e ser disposto de modo que a porção do circuito ejetor (124) não seja desviada no segundo modo de operação.

14. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo segundo sistema de troca de calor (106) ser disposto para selecionar entre um primeiro modo para aquecer a região e um segundo modo para resfriar a região.

15. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por compreender um sistema de controle que é disposto para controlar uma contribuição de resfriamento ou aquecimento do segundo sistema de troca de calor (106) dependente de uma condição de aquecimento ou resfriamento pré-selecionada ou predeterminada.

16. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo primeiro e o segundo sistemas de troca de calor (102, 106) serem dispostos para transferir a energia térmica indiretamente à região ou a partir da mesma permutando-se o calor com um circuito hidrônico (112).

17. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo primeiro e o segundo sistemas de troca de calor (102, 106) compreenderem permutadores de calor que são dispostos para permutar calor com o circuito hidrônico (112) e em que os permutadores de calor são dispostos para funcionar como condensadores ao transferir energia térmica para o circuito hidrônico (112) e para funcionar como evaporadores ao transferir energia térmica a partir do circuito hidrônico (112).

18. MÉTODO DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA TÉRMICA ENTRE UMA REGIÃO E UM SISTEMA DE ENERGIA SOLAR (100), caracterizado por compreender as etapas de: fornecer um primeiro sistema de troca de calor (102) disposto para receber energia gerada a partir de radiação solar, sendo que o primeiro sistema de troca de calor (102) compreende um ejetor (108) e é disposto para a transferência de energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor (102) e uma região; fornecer um segundo sistema de troca de calor (106) que é operado por uma fonte diferente de uma fonte de energia solar; transferir energia térmica direta ou indiretamente da região ao segundo sistema de troca de calor (106) e transferir pelo menos uma porção dessa energia térmica direta ou indiretamente a um sistema para o aquecimento de água (116).

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por pelo menos uma porção da energia térmica que é transferida ao primeiro sistema de troca de calor (102) ser usada para a operação do ejetor (108).