ES1076703U - Sistema termico-termodinamico con bomba de calor. - Google Patents
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Abstract
1. Equipo térmico-termodinámico con bomba de calor, constituido por un equipo termodinámico compuesto por un compresor (8), un elemento de expansión (10), un condensador (9) en contacto con el fluido a calentar así como los elementos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento, y caracterizado por contar con un evaporador primario (5) sumergido en un depósito acumulador de energía calorífica donde evapora gracias a la transferencia de calor desde el agua del depósito solar, circuito primario, hasta el fluido refrigerante del circuito termodinámico, circuito secundario.2. Equipo térmico-termodinámico con bomba de calor, según reivindicación 1, caracterizado por tener un sistema auxiliar de evaporación tras el evaporador primario (5), consistente en un evaporador (6) forzado siendo regulado su funcionamiento mediante un control que activa el ventilador (7) cuando la evaporación en el primario no ha sido completa.3. Equipo térmico-termodinámico con bomba de calor, según reivindicaciones 1 y 2 serie-paralelo, caracterizado por admitir ambas configuraciones por separado y a la vez.
Description
Equipo térmico-termodinámico con
bomba de calor.
La presente invención está relacionada con los
sistemas térmicos y los sistemas termodinámicos de bomba de calor
para calentamiento de fluidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Son sobradamente conocidos los problemas
medioambientales a los que nos enfrentamos en la actualidad, tales
como la contaminación o el calentamiento global generados por la
acción del hombre, lo que obliga al desarrollo de equipos que además
de avanzar tecnológicamente lo hagan de forma eficiente y
limpia.
Los equipos de generación de energía térmica que
utilizan bombas de calor para conseguir tal fin, son conocidos en el
estado actual de la técnica, y consisten en un ciclo de compresión
en el que el condensador es un intercambiador en contacto con el
fluido a calentar, siendo el evaporador generalmente un
intercambiador de calor forzado por aire. Análogamente existen
equipos termodinámicos de bomba de calor, utilizan una bomba de
calor cuyo evaporador es un panel exterior de expansión directa
expuesto a la radiación solar y energía ambiental.
Estos equipos consiguen aumentar el rendimiento
del proceso gracias a que las condiciones ambientales externas
sumadas a la ganancia solar favorecen la evaporación si bien esta
eficiencia se ve disminuida cuando las temperaturas son bajas, ya
que la fuerza impulsora de tal cambio de estado, es decir, la
diferencia de temperatura entre el fluido refrigerante y el ambiente
es menor, afectando a la producción energía.
Por otra parte, existen equipos de producción de
energía térmica consistentes en un captador térmico que toma calor
de la radiación solar y cede el calor en un depósito o
intercambiador de calor de manera que calientan un fluido como puede
ser agua caliente sanitaria o agua para una piscina. Estos tienen un
buen rendimiento cuando la radiación solar es intensa, pero en
períodos de baja radiación o durante la noche, no son capaces de
alcanzar una temperatura deseada por lo que generalmente necesitan
de un apoyo de energía mediante otra fuente de energía auxiliar.
Sin embargo, por parte del inventor no se tiene
conocimiento alguno de un equipo como el que presenta dicha
solicitud ideado para producir energía térmica con un alto
rendimiento y bajo consumo energético. Este equipo está compuesto
por un circuito del captador solar y un circuito termodinámico de
bomba de calor que pueden conectarse en serie, en paralelo o en
serie-paralelo. El equipo está constituido por un
circuito primario compuesto por uno o varios captadores térmicos por
los que circula agua o agua más algún tipo de aditivo. El fluido
toma calor de la radiación solar incidente y lo transfiere a un
depósito para el calentamiento de agua caliente sanitaria. Una vez
que ha cedido calor en el depósito de agua caliente sanitaria, el
fluido pasa a un segundo acumulador donde cede el exceso de energía.
Este depósito almacena el calor de la parte térmica y a su vez actúa
como foco de calor del evaporador del circuito de bomba de calor o
circuito secundario. De esta manera se consigue una fuente de calor
estable para la evaporación del circuito de bomba de calor,
aumentando la eficiencia de esta y garantizando el funcionamiento en
condiciones críticas como pueden ser los días más fríos del
invierno.
El circuito secundario, se activaría en caso de
que la parte térmica del equipo no haya calentado los dos depósitos
para acumulación de agua caliente sanitaria, ACS, hasta una
temperatura deseada. Este circuito está formado por un evaporador
primario + evaporador secundario + compresor + condensador + válvula
de expansión termostática conectados en serie. El fluido evapora en
el depósito de acumulación de calor. Si la evaporación no ha sido
completa, se activa el ventilador de la unidad intercambiadora de
tiro forzado que está a continuación, de modo que la primera parte
del evaporador tomará la energía solar cuando esta esté disponible,
mientras que el evaporador forzado, trabajará cuando las condiciones
de temperatura y radiación solar no sean lo suficientemente altas
para que el equipo cuente con un rendimiento apropiado. De este modo
se obtiene la ventaja de disponer de un equipo de bomba de calor
capaz de trabajar en un amplio rango de condiciones climáticas. De
igual manera, se consigue aumentar el rendimiento del circuito
primario, puesto que el fluido del circuito primario se enfría tanto
más cuanto mayor sea la evaporación y el rendimiento del captador
aumenta al tener en circulación un fluido más frío, de manera que
permite un aprovechamiento máximo de la radiación solar.
Como resultado final se ha obtenido un equipo
térmico para el calentamiento solar en serie o en paralelo o ambas
de un equipo termodinámico de bomba de calor Con aprovechamiento
solar indirecto, cuya evaporación se dará prioritariamente en la
parte solar del evaporador siempre que las condiciones de radiación
solar y temperatura del depósito solar sean adecuadas, y cuando las
temperaturas sean bajas y se dificulte tal cambio de fase en el
evaporador solar, podrá darse de forma óptima el la segunda parte
del evaporador, forzada por aire. De este modo, el equipo resultante
es capaz de generar energía térmica destinada al calentamiento de
aire o agua con una superior independencia de las condiciones
climatológicas, ya que se garantiza siempre la correcta evaporación.
Esta etapa es fundamental ya que condiciona la eficiencia del equipo
en condiciones externas desfavorables.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
Por otra parte, el equipo se suministra con
todas las conexiones frigoríficas de la parte de bomba de calor,
siendo únicamente necesario para su instalación la conexión de la
parte solar, la cuál no precisa de especialista frigoristas, por lo
que su instalación puede ser llevada a cabo por cualquier
profesional que instale equipos solares convencionales.
Tales características sumadas al bajo consumo
que proporcionan los ciclos de compresión, en función a la potencia
térmica que son capaces de suministrar, convierten a este equipo en
un medio limpio y eficaz para obtener aire o agua caliente,
generando un ahorro energético, que se traduce en económico.
\vskip1.000000\baselineskip
Concretamente, el objeto de la invención es un
equipo para calentar fluidos, generalmente agua o aire, mediante un
equipo térmico y/o con un ciclo de compresión termodinámico. El
equipo funcionará con la parte térmica cuando las condiciones
climatológicas permitan cubrir la demanda de energía solo con la
parte térmica. En caso de que la parte térmica no sea suficiente,
entrará en funcionamiento la parte termodinámica que tendrá una
primera evaporación en el tanque donde cede calor la parte térmica y
una segunda evaporación secundaria en una unidad evaporadora forzada
en caso de que la primera no haya sido suficiente.
El equipo consta de un circuito primario,
formado por un captador solar térmico que capta energía solar y
transporta esta energía mediante un fluido caloportador a un tanque
de acumulación de agua caliente sanitaria, ACS. Tras ceder el calor
en el acumulador de ACS, el circuito primario continúa hasta un
depósito solar acumulador de energía donde cede el resto de calor.
Este depósito acumulador de energía es a su vez la fuente de calor
para la evaporación en caso de que entre el funcionamiento el
circuito secundario de bomba de calor, y puede sustituirse por un
intercambiador de calor. Si la energía captada con el captador
térmico no es suficiente para el acumulador de ACS y sí lo es para
el acumulador de energía calorífica, que sirve de evaporador de la
bomba de calor, se puede suprimir el primer intercambiador,
obligando al fluido térmico a ceder el calor directamente en el
depósito de acumulación de energía calorífica y por tanto a trabajar
como bomba de calor.
El equipo cuenta con un circuito formado por un
evaporador, que extrae calor del segundo depósito solar para
evaporar el fluido refrigerante. Si la evaporación del fluido
refrigerante no ha sido completa, se activa el ventilador del
evaporador secundario donde termina de evaporar. Tras la evaporación
el fluido refrigerante pasa a un compresor encargado de aspirar gas
refrigerante procedente del evaporador e impulsarlo a alta presión y
temperatura hasta un intercambiador que ejerce de condensador. Al
entrar en contacto el gas con el fluido a calentar, a menor
temperatura, el refrigerante cambia de estado a fase líquida
cediendo su calor latente al fluido a calentar. Una vez líquido, el
refrigerante alcanza la válvula de expansión situada el interior del
equipo y al disminuir su presión, comienza su evaporación.
La evaporación tiene lugar en el evaporador, en
este caso inmerso en el segundo depósito solar, de manera que toma
calor del agua donde el circuito solar ha cedido la energía. Esta
agua tiene una mayor temperatura cuando la radiación solar es mayor
sin que le influya decisivamente la temperatura ambiente ya que esta
radiación es recogida en captadores solares que trabajan según el
principio del efecto invernadero. Cuando la radiación solar no sea
suficiente, entraría en funcionamiento un sistema auxiliar, como
puede ser el evaporador forzado propuesto.
Cuando la radiación solar sea suficiente para
cubrir la totalidad de la demanda de energía, el equipo puede
funcionar también con una instalación solar térmica clásica, sin
intervención de la bomba de calor ahorrando el consumo de energía
correspondiente al funcionamiento de la bomba de calor.
El equipo térmico-termodinámico
incluirá además del compresor, captador térmico y el elemento de
expansión, todos los elementos auxiliares, eléctricos y de control,
necesarios para su correcto funcionamiento.
La estética final del equipo
térmico-termodinámico de bomba de calor, puede ser
tan diversa como diseños se quieran hacer del mismo manteniendo
siempre los requisitos técnicos indispensables para su
funcionamiento. Los depósitos para acumulación de ACS se pueden
agrupar en uno solo de manera que los dos sistemas de calentamiento
(térmico y termodinámico de bomba de calor) calienten un solo
volumen de agua.
Entendemos por lo tanto, que la mejora con
elementos accesorios o diferentes formas del objeto que aquí se
presenta no son elementos que vengan a crear de éste invento otro
nuevo y distinto con 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.
\vskip1.000000\baselineskip
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las
peculiaridades del equipo térmico-termodinámico de
bomba de calor que proponemos, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, un dibujo dispuesto
en la página siguiente en el cual, con carácter explicativo y no
limitativo en cualquier caso, se ha representado lo siguiente:
\global\parskip1.000000\baselineskip
Figura 1, en la que se ha representado un
esquema del equipo térmico-termodinámico con bomba
de calor.
\vskip1.000000\baselineskip
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 equipo termodinámico de
evaporación indirecta, que en esta realización preferida se
destinará a calentar agua u otro fluido. El equipo se compone de uno
o varios captadores térmicos (1), que toman calor de la radiación
solar. El calor se cede en un depósito solar para el calentamiento
de ACS (2). Tras el depósito solar para el calentamiento de ACS, se
encuentra el depósito de acumulación de energía calorífica (3),
donde el circuito térmico cede el resto del calor. Si el calor
cedido no es suficiente para el depósito de ACS, se puede pasar a
ceder calor directamente en el depósito de acumulación de energía
calorífica para mejorar el rendimiento del equipo de bomba de calor.
Esto se hace a través de la válvula de tres vías (4) situada antes
del depósito (2). El circuito secundario está formado por: un
evaporador primario (5) o intercambiador de calor por el que circula
fluido refrigerante que evapora conforme avanza por el mismo al
tomar calor del depósito de acumulación de energía (3). Una unidad
evaporadora forzada (6) o evaporador secundario, constituida por una
batería fabricada en tubo aleteado, de forma compacta pero con gran
superficie de intercambio, y apoyada por un ventilador (7), el cual
obliga el paso de aire a través de ella, favoreciendo la
transferencia térmica con el exterior. Un compresor (8) que eleva la
temperatura y la presión del gas refrigerante. Un condensador (9),
que cede calor útil a un agua que se desea calentar o también
cualquier otro fluido según la aplicación. Una válvula de expansión
(10) donde el fluido expansiona disminuyendo su presión y su
temperatura. Un depósito de agua caliente sanitaria (11), cuya
entrada viene del precalentamiento o calentamiento total del
depósito (2) y que se calienta gracias al condensador del circuito
de bomba de calor.
Claims (3)
1. Equipo térmico-termodinámico
con bomba de calor, constituido por un equipo termodinámico
compuesto por un compresor (8), un elemento de expansión (10), un
condensador (9) en contacto con el fluido a calentar así como los
elementos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento, y
caracterizado por contar con un evaporador primario (5)
sumergido en un depósito acumulador de energía calorífica donde
evapora gracias a la transferencia de calor desde el agua del
depósito solar, circuito primario, hasta el fluido refrigerante del
circuito termodinámico, circuito secundario.
2. Equipo térmico-termodinámico
con bomba de calor, según reivindicación 1, caracterizado
por tener un sistema auxiliar de evaporación tras el evaporador
primario (5), consistente en un evaporador (6) forzado siendo
regulado su funcionamiento mediante un control que activa el
ventilador (7) cuando la evaporación en el primario no ha sido
completa.
3. Equipo térmico-termodinámico
con bomba de calor, según reivindicaciones 1 y 2
serie-paralelo, caracterizado por admitir
ambas configuraciones por separado y a la vez.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201031182U ES1076703Y (es) | 2010-11-25 | 2010-11-25 | Equipo térmico-termodinámico con bomba de calor |
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|---|---|
| ES1076703U true ES1076703U (es) | 2012-04-12 |
| ES1076703Y ES1076703Y (es) | 2012-07-10 |
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|---|---|---|---|
| ES201031182U Expired - Fee Related ES1076703Y (es) | 2010-11-25 | 2010-11-25 | Equipo térmico-termodinámico con bomba de calor |
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|---|---|
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2010
- 2010-11-25 ES ES201031182U patent/ES1076703Y/es not_active Expired - Fee Related
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