ES1075741U - Equipo de bomba de calor con proceso múltiple de evaporación. - Google Patents
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Abstract
1. Sistema de bomba de calor con proceso de múltiple evaporación, formado por un compresor (5), un elemento de expansión (7), un condensador (6) y los elementos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento, y caracterizado por contar con un evaporador formado por uno o varios captadores solares (1), que llevarán a cabo la evaporación gracias a la captación de energía solar y ambiental; seguido de una sonda geotérmica (2), que capta calor de la tierra y finalizando en un evaporador forzado (3) constituido por un intercambiador a través del que se hace pasar aire mediante un ventilador (4), siendo este proceso regulado por los medios de control del equipo.2. Sistema de bomba de calor con proceso de múltiple evaporación, igual a la reivindicación anterior y caracterizado por incorporar un sistema compuesto por una válvula de cuatro vías (9) que realiza la inversión del ciclo de bomba de calor, permitiendo que el equipo se utilice para el enfriamiento de fluidos, así como que realice la función de desescarche del evaporador cuando éste trabaje a temperaturas tan bajas que genere hielo en su exterior, siendo regulados estos procesos por los medios de control del equipo, los cuales a la vez que invierten el ciclo, actúan sobre las válvulas de corte (10) que permiten aislar los captadores solares (1) empleándose como condensador solo el evaporador secundario (2) y el evaporador terciario (3).3. Sistema de bomba de calor con proceso de múltiple evaporación, igual a la reivindicación anterior y caracterizado por incorporar tres mecanismos de evaporación diferentes complementarios, con la posibilidad de suprimir uno de ellos y por tanto quedar el evaporador formado por dos etapas de evaporación.
Description
Equipo de bomba de calor con proceso múltiple de
evaporación.
La presente invención está relacionada con los
sistemas de bomba de calor para calentamiento y/o enfriamiento de
fluidos.
De sobra son conocidos los sistemas de bombas de
calor, cuya función es calentar o enfriar un fluido siguiendo un
ciclo de compresión de vapor. Los componentes básicos funcionales de
una bomba de calor y su función son: compresor, que succiona y eleva
la presión del fluido refrigerante; condensador, que condensa el gas
proveniente del compresor; elemento de expansión, donde el fluido
refrigerante pierde presión y temperatura y evaporador, donde el
fluido evapora extrayendo calor de uno o varios focos. Como
evaporador podemos hallar diferentes tipos.
Un tipo de evaporador de uso muy frecuente,
consiste en una batería por la cual circula refrigerante, frente a
la cual se proyecta una corriente de fluido, normalmente aire, para
aumentar la convección y forzar el intercambio de calor. El
intercambio de calor de este evaporador es principalmente ambiental,
debido a la diferencia de temperatura entre el fluido refrigerante y
el fluido que lo rodea.
Otro tipo de evaporador es aquel consistente en
un captador térmico, cuya peculiaridad consiste en la circulación de
un fluido refrigerante por su interior, de forma que la captación de
calor se realiza en gran parte gracias a la radiación solar
incidente y otra parte a través del intercambio ambiental, debido a
la diferencia de temperatura del fluido refrigerante circulante por
el captador y la temperatura del ambiente.
Otro tipo de evaporador es aquel consistente en
una sonda geotérmica introducida en la tierra, de forma que hay un
intercambio de energía entre el medio terrestre y el fluido
refrigerante de la bomba de calor. A través de este tipo de
evaporador se consigue una temperatura de evaporación constante, al
ser la tierra una fuente/sumidero de calor de temperatura
estable.
Sin embargo, por parte del inventor se desconoce
la existencia de un equipo como el aquí presentado, consistente en
la combinación de tres evaporadores, siendo el primer evaporador
aquel consistente en un captador térmico con circulación de
refrigerante, el cual permite la captación de la radiación solar
además de la captación ambiental; el segundo evaporador consisten en
una sonda geotérmica subterránea, cuya disposición puede ser
variable (horizontal o vertical); y un tercer evaporador consistente
en una batería inmersa en un fluido (aire, agua,...), cuyo mecanismo
de convección puede ser acelerado y que capta principalmente el
calor ambiental. De esta forma se dispone de tres sistemas de
evaporación en un mismo conjunto, aumentando el rango de
funcionamiento y el rendimiento global del equipo. El funcionamiento
del conjunto puede variar, según el uso que se desee, pudiéndose
colocar los evaporadores como complementarios, auxiliares,
simultáneos o de refuerzo.
El objeto de la invención es un equipo para
calentamiento de agua u otro fluido mediante un equipo de bomba de
calor, cuya novedad es la incorporación de un sistema de evaporación
múltiple consistente en un evaporador, al que llamaremos primer
evaporador, consistente a su vez en uno o varios captadores
térmicos, por cuyo interior circular fluido refrigerante, y que
toman el calor proveniente tanto de la radiación solar (calor por
radiación) como el calor del ambiente (calor por convección) y lo
transmiten al fluido refrigerante del sistema de bomba de calor. A
continuación del primer evaporador se sitúa el segundo evaporador,
consistente en una sonda geotérmica introducida en la tierra, por
cuyo interior puede circular refrigerante directamente, de manera
que se realiza un intercambio directo de calor entre el fluido
refrigerante y la tierra, o también puede circular una mezcla de
agua por la sonda, realizándose un intercambio entre la tierra y la
mezcla de agua y un segundo intercambiador entre la mezcla de agua y
el fluido refrigerante. Por último se encuentra el tercer
evaporador, consistente en una batería evaporadora, por cuyo
interior circula refrigerante, y un ventilador o cualquier otro
elemento que fuerce la circulación de fluido en torno a la batería
para aumentar el intercambio de calor.
El proceso de evaporación es uno de los cuatro
procesos principales del ciclo de compresión de vapor (evaporación,
compresión, condensación y expansión). En la evaporación entra un
fluido refrigerante en estado líquido o mezcla líquido gas, que va
evaporando conforme va avanzando por el evaporador gracias al calor
captado en el evaporador (calor por radiación, convección o
conducción). A la salida del proceso de evaporación el fluido
refrigerante debe estar en estado de gas ligeramente sobrecalentado.
La función del evaporador múltiple consiste en estabilizar el estado
del fluido refrigerante a la salida, tratando de situarse siempre en
un punto óptimo para el rendimiento del ciclo. La disposición de los
evaporadores que componen el conjunto de evaporación es variable,
pudiendo situarse en serie, en paralelo y en el orden deseado, según
convenga.
Tras la etapa de evaporación, se traspasa el
calor captado a un fluido a calentar (agua, aire,...) gracias al
sistema de compresión, que aspira el fluido refrigerante y eleva su
presión y temperatura. A la salida del sistema de compresión se
encuentra el condensador, donde el fluido refrigerante va
condensando al ceder calor al fluido que se desea calentar. A la
salida del condensador, el fluido refrigerante expansiona en el
sistema de expansión, perdiendo presión y temperatura para volver a
entrar en el evaporador y continuar el ciclo.
El circuito de bomba de calor, incluye además de
los cuatro elementos principales mencionados (evaporador, compresor,
condensador y elemento de expansión) todos los elementos auxiliares
necesarios para su correcto funcionamiento.
Adicionalmente, el sistema llevará incorporado
un sistema de control encargado de regular el funcionamiento del
sistema de evaporación, de forma que entre en funcionamiento el
primer evaporador, el segundo evaporador o/y el tercer evaporador
según sea necesario.
Así mismo, es posible equipar el equipo con los
elementos necesarios para invertir el ciclo de bomba de calor de
forma que funcione como sistema enfriador. Al invertir el ciclo, el
intercambiador que actuaba como condensador pasa a ser el
evaporador, y el evaporador pasa a ser el condensador. La
circulación de refrigerante en el denominado como primer evaporador,
se corta mediante unas válvulas de corte, evitando la el paso de
fluido refrigerante, puesto que el funcionamiento del captador
térmico es contraproducente como condensador ya que la disipación de
energía se ve dificultada por la incidencia de la captación solar.
De esta forma el condensador queda limitado al que anteriormente era
el segundo evaporador y el tercer evaporador. Este sistema de
inversión, permite además la función de desescarche, para aquellos
momentos en que cualquiera de los evaporadores se congele, se puede
invertir el ciclo e inyectar fluido refrigerante en el evaporador
para que se descongele.
La estética final del equipo de evaporación
múltiple, puede ser tan diversa como diseños se quieran hacer del
mismo manteniendo siempre los requisitos técnicos indispensables
para su funcionamiento.
Se entiende, que la mejora producida por el
sistema de evaporación aquí propuesto tiene suficiente novedad
inventiva.
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las
particularidades del sistema de bomba de calor con proceso múltiple
de evaporación, se presenta la siguiente memoria descriptiva
acompañada de un dibujo con carácter explicativo y no limitativo en
cualquier caso, se ha representado lo siguiente:
Figura 1, en la que se ha representado un
esquema del sistema de bomba de calor de múltiple evaporación.
La descripción detallada de la realización
preferida del procedimiento de la presente invención y de los
elementos que lo componen, se realiza a la vista de la figura 1. En
la figura 1 se muestra un esquema del sistema de bomba de calor de
evaporación múltiple, que en esta realización preferida se destinará
a calentar y enfriar agua. El sistema se compone de un evaporador
primario (1) constituido por un captador solar. El fluido
refrigerante entra a este primer evaporador en estado líquido. El
fluido va evaporando con forme va avanzando por el captador térmico.
En caso de que la evaporación no se haya completado, él fluido pasa
al siguiente evaporador (2). En caso de que el funcionamiento sea en
modo de refrigeración, la entrada de fluido refrigerante al
evaporador primario (1), puede ser interrumpida mediante las
válvulas de corte (8). A continuación el fluido entra en el
evaporador secundario (2), constituido por una sonda geotérmica
inmersa en el suelo. El fluido continúa evaporando gracias al calor
transmitido desde la tierra. En caso de que la evaporación no se
complete, el fluido pasa al evaporador terciario (3), consistente en
una batería evaporadora frente a la cual se sitúa un ventilador (4).
A la salida del evaporador, el fluido refrigerante en estado gas
ligeramente sobrecalentado, es aspirado por el compresor (5) y es
impulsado hacia el condensador (6), donde tiene lugar el intercambio
energético necesario para que el gas pase a fase líquida, calentando
el agua del depósito (8) consecuentemente. Una vez líquido, el
refrigerante alcanza la válvula de expansión (7) donde el fluido
pierde presión y temperatura. A la salida de la válvula de
expansión, el fluido retorna al evaporador múltiple, constituido por
el evaporador primario (1), evaporador secundario (2) y evaporador
terciario (3).
En esta realización preferida, el equipo cuenta
con una válvula de cuatro vías (9) que invierte el ciclo cuando se
desee utilizar el equipo para enfriar. En este modo, las válvulas de
corte (10), aislarán el captador solar, de modo que sólo la sonda
geotérmica y la unidad evaporadora forzada actuará como
condensador.
Así mismo, los medios de control del equipo se
ocupan de invertir el ciclo cuando esté trabajando para generar
calor, y el evaporador se congele debido a bajas temperaturas de
trabajo, inyectando gas caliente en el evaporador múltiple
realizándose la función de desescarche.
Claims (3)
1. Sistema de bomba de calor con proceso de
múltiple evaporación, formado por un compresor (5), un elemento de
expansión (7), un condensador (6) y los elementos auxiliares
necesarios para su correcto funcionamiento, y caracterizado
por contar con un evaporador formado por uno o varios captadores
solares (1), que llevarán a cabo la evaporación gracias a la
captación de energía solar y ambiental; seguido de una sonda
geotérmica (2), que capta calor de la tierra y finalizando en un
evaporador forzado (3) constituido por un intercambiador a través
del que se hace pasar aire mediante un ventilador (4), siendo este
proceso regulado por los medios de control del equipo.
2. Sistema de bomba de calor con proceso de
múltiple evaporación, igual a la reivindicación anterior y
caracterizado por incorporar un sistema compuesto por una
válvula de cuatro vías (9) que realiza la inversión del ciclo de
bomba de calor, permitiendo que el equipo se utilice para el
enfriamiento de fluidos, así como que realice la función de
desescarche del evaporador cuando éste trabaje a temperaturas tan
bajas que genere hielo en su exterior, siendo regulados estos
procesos por los medios de control del equipo, los cuales a la vez
que invierten el ciclo, actúan sobre las válvulas de corte (10) que
permiten aislar los captadores solares (1) empleándose como
condensador solo el evaporador secundario (2) y el evaporador
terciario (3).
3. Sistema de bomba de calor con proceso de
múltiple evaporación, igual a la reivindicación anterior y
caracterizado por incorporar tres mecanismos de evaporación
diferentes complementarios, con la posibilidad de suprimir uno de
ellos y por tanto quedar el evaporador formado por dos etapas de
evaporación.
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| ES (1) | ES1075741Y (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103893982A (zh) * | 2012-12-26 | 2014-07-02 | 中国科学院理化技术研究所 | 可实现升膜降膜两种蒸发模式的热泵装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103893982A (zh) * | 2012-12-26 | 2014-07-02 | 中国科学院理化技术研究所 | 可实现升膜降膜两种蒸发模式的热泵装置 |
| CN103893982B (zh) * | 2012-12-26 | 2015-10-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 可实现升膜降膜两种蒸发模式的热泵装置 |
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