ES1077372U - Heat pump with indirect evaporation and naked solar panel (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositivo de bomba de calor con evaporación indirecta y panel solar desnudo. Heat pump device with indirect evaporation and bare solar panel.
La presente invención está relacionada con el aprovechamiento energético de la energía solar y ambiental, en concreto con los sistemas de bomba de calor. The present invention is related to the energy use of solar and environmental energy, in particular with heat pump systems.
Son conocidos en el estado actual de la técnica, los equipos de generación de energía térmica mediante bombas de calor con paneles de expansión directa, que consisten en un ciclo de compresión en el que el condensador es un intercambiador de calor en contacto con el fluido a calentar, y el evaporador uno o varios colectores solares de expansión directa (también conocidos como captadores solares termodinámicos o paneles termodinámicos), que tienen la ventaja de aprovechar tanto la radiación solar como la energía ambiental para la evaporación del fluido que circula en su interior. Este fluido es un fluido refrigerante de los normalmente usados para refrigeración y calefacción, por ejemplo el R134-A, perteneciente al grupo de los llamados ecológicos, y que al captar la citada energía, aumenta su temperatura y cambia desde su estado líquido a gaseoso, expansionándose y enfriando su alrededor. Estos paneles están compuestos normalmente de dos placas de aluminio, a las que se le ha practicado un circuito en su interior mediante la técnica conocida como ‘roll bond’, por el cual circula el fluido refrigerante y además no poseen ninguna cubierta con objeto de aumentar la captación de energía ambiental. In the current state of the art, thermal power generation equipment by means of heat pumps with direct expansion panels are known, which consist of a compression cycle in which the condenser is a heat exchanger in contact with the fluid at heating, and the evaporator one or more direct expansion solar collectors (also known as thermodynamic solar collectors or thermodynamic panels), which have the advantage of taking advantage of both solar radiation and environmental energy for the evaporation of the fluid circulating inside. This fluid is a cooling fluid of those normally used for cooling and heating, for example R134-A, belonging to the group of so-called ecological, and that by capturing the said energy, increases its temperature and changes from its liquid to gaseous state, expanding and cooling around. These panels are normally composed of two aluminum plates, which have been made a circuit inside by means of the technique known as 'roll bond', through which the cooling fluid circulates and also have no cover in order to increase the capture of environmental energy.
Por otra parte, también son conocidos los paneles solares térmicos, son sistemas que captan la radiación solar para aumentar la temperatura del fluido que circula en su interior (agua y anticongelante), y son utilizados para la producción de agua caliente sanitaria mediante el contacto indirecto del agua caliente del panel, con el depósito del agua destinada a ser calentada. On the other hand, thermal solar panels are also known, they are systems that capture solar radiation to increase the temperature of the fluid that circulates inside (water and antifreeze), and are used for the production of sanitary hot water through indirect contact of hot water from the panel, with the water tank destined to be heated.
También se conocen los paneles solares realizados de material plástico usados para calentar piscinas, que utilizan el mismo principio de funcionamiento descrito para los paneles solares térmicos, pero con la diferencia que el panel está construido de materiales plásticos. Also known are solar panels made of plastic material used to heat pools, which use the same operating principle described for thermal solar panels, but with the difference that the panel is constructed of plastic materials.
Es conocida por el estado de la técnica, la limitación que presentan los citados paneles solares térmicos debido a que en ausencia de radiación solar, no son capaces de captar la energía ambiental circundante para seguir produciendo energía térmica debido a su aislamiento, de modo que necesitan un sistema de apoyo adicional. Por otra parte, cuando el agua no circula con temperatura suficiente, el equipo debe de parar de funcionar debido a que puede correr el riesgo de enfriar la masa de agua destinada a ser calentada, el mismo problema que presentan los sistemas de calefacción solares de piscinas citados anteriormente. It is known by the state of the art, the limitation presented by the aforementioned solar thermal panels because in the absence of solar radiation, they are not able to capture the surrounding environmental energy to continue producing thermal energy due to their insulation, so that they need An additional support system. On the other hand, when the water does not circulate with sufficient temperature, the equipment must stop working because it can run the risk of cooling the mass of water destined to be heated, the same problem that solar pool heating systems present cited above.
Pero por parte del inventor no es conocido un equipo como el que aquí se presenta, que tiene por objeto la producción de agua caliente, por medio de un circuito de bomba de calor que utiliza al menos un panel solar desnudo como captador de la energía ambiental y radiación solar, por el que circula agua y anticongelante, que aumentan su temperatura, y ceden el calor sensible captado a un intercambiador que actúa como el evaporador del circuito de bomba de calor. Esta invención presenta importantes ventajas con respecto a los calentadores de agua mediante captadores solares térmicos, ya que, es capaz de captar no solo la energía solar, sino que en periodos con ausencia de radiación solar, la mezcla de agua y fluido anticongelante, puede captar la energía ambiental, consiguiendo aportar energía térmica con la bomba de calor incluso en días nublados, con lluvia o por las noches. Por otro lado, debido a que el evaporador del circuito de la bomba de calor captura toda la energía calorífica del agua que circula por el panel solar desnudo para lograr la evaporación del fluido refrigerante, el agua a su salida del intercambiador citado, es un agua enfriada, de modo que a su vuelta al panel, su gradiente de temperatura con respecto a la temperatura ambiental aumenta, y esto se traduce en una mayor fuerza impulsora para la captación de la energía ambiental. But by the inventor it is not known a team like the one presented here, which aims at the production of hot water, by means of a heat pump circuit that uses at least one bare solar panel as an environmental energy collector and solar radiation, through which water and antifreeze circulates, which increase its temperature, and yield the sensitive heat captured to an exchanger that acts as the evaporator of the heat pump circuit. This invention has important advantages with respect to water heaters by means of solar thermal collectors, since it is able to capture not only solar energy, but in periods with absence of solar radiation, the mixture of water and antifreeze fluid can capture the environmental energy, managing to provide thermal energy with the heat pump even on cloudy days, with rain or at night. On the other hand, because the evaporator of the heat pump circuit captures all the heat energy from the water that circulates through the bare solar panel to achieve evaporation of the cooling fluid, the water at its exit from the aforementioned exchanger is a water cooled, so that when it returns to the panel, its temperature gradient with respect to the ambient temperature increases, and this translates into a greater driving force for the capture of environmental energy.
Descripción de la invención Description of the invention
Concretamente, el objeto de la invención es un equipo para la captación de la energía ambiental y la radiación solar mediante un panel solar desnudo, y el aprovechamiento posterior de la energía en un ciclo de bomba de calor. Specifically, the object of the invention is a device for the capture of environmental energy and solar radiation through a bare solar panel, and the subsequent use of energy in a heat pump cycle.
De este modo, el equipo se compone de al menos un panel solar desnudo, que puede ser cualquier panel solar sin carcasa ni aislamientos que permita la captación de la energía ambiental de los alrededores, como por ejemplo un panel solar termodinámico formado por dos chapas de aluminio o aleación de aluminio soldadas en cuyo interior ha sido conformado un circuito para la circulación de un fluido caloportador, mediante la técnica conocida como ‘roll bond’. También puede tratarse de uno o varios serpentines que han sido soldados a una placa de metal, en cuyo interior circula el fluido caloportador, así como de un panel solar de los utilizados para el calentamiento de piscinas, construidos de material plástico como por ejemplo polipropileno, y así mismo con un circuito en su interior conformado para la circulación del fluido caloportador. In this way, the equipment is composed of at least one bare solar panel, which can be any solar panel without housing or insulation that allows the collection of surrounding environmental energy, such as a thermodynamic solar panel formed by two plates of aluminum or aluminum alloy welded inside which a circuit has been formed for the circulation of a heat transfer fluid, using the technique known as 'roll bond'. It can also be one or several coils that have been welded to a metal plate, inside which the heat transfer fluid circulates, as well as a solar panel used to heat pools, constructed of plastic material such as polypropylene, and also with a circuit inside formed for the circulation of the heat transfer fluid.
En el interior del panel solar desnudo, circula el fluido caloporatador, que en este caso se trata de una mezcla enfriada de agua más anticongelante que es impulsada al mismo mediante una bomba. De modo que, se consigue la captación de la energía ambiental y la radiación solar debido a la circulación de un fluido a menor temperatura. La mezcla de fluidos cede el calor sensible captado en un intercambiador de calor, en el cual se pone en contacto indirecto con el fluido refrigerante de un circuito de bomba de calor, y por tanto ejerce la función de evaporador, enfriándose por tanto la mezcla de fluidos citada, y evaporándose el fluido refrigerante, que después se hace pasar por el compresor y cede el calor en un condensador. Una vez el calor ha sido cedido en el condensador, el fluido refrigerante se hace pasar por un elemento de expansión y de nuevo al evaporador, cerrando el ciclo. Inside the bare solar panel, the heat transfer fluid circulates, which in this case is a cooled mixture of water more antifreeze that is driven to it by a pump. So, the capture of environmental energy and solar radiation is achieved due to the circulation of a fluid at a lower temperature. The mixture of fluids yields the sensitive heat captured in a heat exchanger, in which it indirectly contacts the cooling fluid of a heat pump circuit, and therefore exerts the evaporator function, thereby cooling the mixture of cited fluids, and the cooling fluid evaporating, which is then passed through the compressor and yields heat in a condenser. Once the heat has been transferred to the condenser, the cooling fluid is passed through an expansion element and back to the evaporator, closing the cycle.
Además, el dispositivo permite la inclusión opcional de un evaporador auxiliar formado por una batería aleteada de tiro forzado, en serie con el evaporador del circuito de bomba de calor, que permite la obtención de energía térmica incluso cuando las condiciones exteriores sean desfavorables, asegurando que la demanda sea cubierta. In addition, the device allows the optional inclusion of an auxiliary evaporator formed by a finned forced draft battery, in series with the evaporator of the heat pump circuit, which allows obtaining thermal energy even when the external conditions are unfavorable, ensuring that The demand is covered.
El dispositivo incluirá además del compresor y los elementos de expansión, todos los elementos auxiliares, eléctricos, de regulación y de control, necesarios para su correcto funcionamiento. The device will include, in addition to the compressor and the expansion elements, all auxiliary, electrical, regulation and control elements, necessary for its correct operation.
Entendemos por lo tanto, que el equipo que aquí se presenta consiste en una mejora de los sistemas de calentamiento de agua caliente sanitaria mediante captadores solares térmicos, al conferirle la ventaja de la obtención de energía térmica en periodos sin radiación solar, gracias a la captación de energía ambiental del panel solar desnudo, que es cedida al evaporador de la bomba de calor y gracias al evaporador secundario de tiro forzado (en su caso). Además este equipo, hace circular agua enfriada por el panel, lo que permite que el gradiente de temperatura con respecto al exterior sea mayor, y así se capte más energía. Con este equipo compacto quedan cubiertas las necesidades de agua caliente sanitaria, a diferencia de los calentadores por captadores solares térmicos o los sistemas de calentamiento de piscinas con paneles solares plásticos, que cuando la temperatura es baja y sin radiación solar suficiente, tienen que detener su funcionamiento por riesgo a enfriar la masa de agua destinada a ser calentada, y por tanto, necesitan de un sistema adicional de apoyo. We understand, therefore, that the equipment presented here consists of an improvement of the domestic hot water heating systems by means of solar thermal collectors, by giving it the advantage of obtaining thermal energy in periods without solar radiation, thanks to the collection of environmental energy from the bare solar panel, which is transferred to the heat pump evaporator and thanks to the secondary forced draft evaporator (if applicable). In addition, this equipment circulates chilled water through the panel, which allows the temperature gradient with respect to the outside to be greater, and thus more energy is captured. With this compact equipment, the needs of domestic hot water are covered, unlike heaters by thermal solar collectors or pool heating systems with plastic solar panels, which when the temperature is low and without sufficient solar radiation, they have to stop their operation due to risk of cooling the mass of water destined to be heated, and therefore, they need an additional support system.
La modificación 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. The modification with accessory elements or different forms of the object presented here are not elements that come to create from this invention another new and different with sufficient inventive novelty.
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. It is not considered necessary to make the content of this description more extensive so that a person skilled in the art can understand its scope and the advantages derived from the invention, as well as develop and put into practice the object thereof.
Descripción de los dibujos Description of the drawings
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las peculiaridades del dispositivo de bomba de calor con evaporación indirecta y panel solar desnudo, como parte integrante de la misma, de los dibujos dispuestos en las páginas siguientes en los cuales, con carácter explicativo y no limitativo en cualquier caso, se ha representado lo siguiente: To complete the description that is being made and in order to help a better understanding of the peculiarities of the heat pump device with indirect evaporation and bare solar panel, as an integral part thereof, of the drawings arranged in the following pages in which, in an explanatory and non-limiting manner in any case, has represented the following:
Figura 1, en la que se ha representado un esquema del dispositivo de bomba de calor con evaporación indirecta y panel solar desnudo. Figure 1, in which a diagram of the heat pump device with indirect evaporation and bare solar panel is shown.
Descripción de una forma de realización preferida Description of a preferred embodiment
La descripción detallada de la forma de realización preferida de la presente invención y de los elementos que lo componen, se realiza a la vista de la figura 1. The detailed description of the preferred embodiment of the present invention and the elements that compose it, is made in view of Figure 1.
El panel solar desnudo (1) está constituido en esta forma de realización preferida por dos chapas de aluminio soldadas que tienen conformado un circuito (2) en su interior mediante la técnica de ‘roll-bond’ en cuyo interior circula el fluido caloportador, que en esta forma de realización preferida se trata de agua con fluido anticongelante. El la mezcla de fluidos citada entra al panel por la entrada (3), impulsada por la bomba (4), y retira la energía solar y ambiental, y a su salida (5), su temperatura será mayor. Esta mezcla se introduce en un dispositivo de intercambio de calor (6), donde la corriente de agua caliente a la entrada (7), se pone en contacto indirecto con el fluido refrigerante que entra en el intercambiador (6) desde la corriente (8), produciéndose el intercambio de calor entre ambos fluidos, y la evaporación del fluido refrigerante, que abandona el equipo en estado gaseoso por la salida (9). La corriente de agua que abandona el intercambiador (6) por la conducción (10), tiene una temperatura más baja, que permite la captación de energía ambiental en el panel solar desnudo(1) cuando vuelve a entrar al mismo, impulsada por la bomba (4). The bare solar panel (1) is constituted in this preferred embodiment by two welded aluminum sheets that have a circuit (2) formed inside by means of the roll-bond technique in which the heat transfer fluid circulates, which In this preferred embodiment it is water with antifreeze fluid. The fluid mixture mentioned enters the panel through the inlet (3), driven by the pump (4), and removes solar and environmental energy, and at its outlet (5), its temperature will be higher. This mixture is introduced into a heat exchange device (6), where the hot water stream at the inlet (7), is put in indirect contact with the cooling fluid entering the exchanger (6) from the stream (8) ), producing the heat exchange between both fluids, and the evaporation of the cooling fluid, which leaves the equipment in a gaseous state through the outlet (9). The water flow that leaves the exchanger (6) through the conduit (10), has a lower temperature, which allows the collection of environmental energy in the bare solar panel (1) when it enters again, driven by the pump (4).
Por otra parte, en esta forma de realización preferida, el dispositivo consta de un evaporador de aire forzado auxiliar (11), compuesto por una batería aleteada y ventilador, que permite que el fluido que entra desde la conducción (9) termine de evaporarse gracias a la energía ambiental captada por el ventilador, y asegurando así, que incluso en condiciones más desfavorables sea cubierta la demanda de energía térmica. A su salida, el fluido refrigerante en estado gaseoso, se dirige hacia el compresor (12), y de éste al condensador, que en esta forma de realización preferida se trata de un serpentín (13) que rodea a un tanque (14) relleno de agua destinada a ser calentada. El fluido entra en el tanque (15) en estado gaseoso y al ponerse en contacto con el equipo a menor temperatura condensa, cediendo el calor al agua del tanque, que sale caliente por la salida (16). El fluido se conduce hacia el elemento de expansión (17) y de nuevo hacia el intercambiador (6) para cerrar el ciclo. On the other hand, in this preferred embodiment, the device consists of an auxiliary forced air evaporator (11), composed of a finned battery and fan, which allows the fluid entering from the conduit (9) to finish evaporating thanks to the environmental energy captured by the fan, and thus ensuring that even the most unfavorable conditions meet the demand for thermal energy. At its outlet, the refrigerant fluid in the gaseous state is directed towards the compressor (12), and from it to the condenser, which in this preferred embodiment is a coil (13) surrounding a filled tank (14) of water destined to be heated. The fluid enters the tank (15) in a gaseous state and when it comes into contact with the equipment at a lower condensing temperature, the heat is transferred to the water in the tank, which flows hot through the outlet (16). The fluid is conducted to the expansion element (17) and again to the exchanger (6) to close the cycle.
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| CN103017418A (en) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 上海交通大学 | Inflation-type compound-channel evaporator for solar direct-expansion heat pump water heater |
| CN103017418B (en) * | 2012-12-14 | 2015-05-20 | 上海交通大学 | Inflation-type compound-channel evaporator for solar direct-expansion heat pump water heater |
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