ES2298636T3 - Acondicionador de temperatura ambiente. - Google Patents
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Abstract
Acondicionador de temperatura ambiente (100) con un orificio de entrada de aire (26) y un orificio de salida de aire (28), estando situado en una primera zona de flujo (14) del aire por lo menos un primer intercambiador de calor (12), que comprende un material de cambio de fase (Phase Change Material), estando situado el primer intercambiador de calor (12) en la zona de flujo (14) del aire del entorno, en particular del aire del recinto, y un segundo intercambiador de calor (13) atravesado por un fluido, en una segunda zona de flujo (15) del aire del entorno, que va a continuación de la primera zona de flujo (14), o que está situado en un sentido de flujo (S) delante de la primera zona de flujo (14), caracterizado porque por lo menos dos primeros intercambiadores de calor (12, 112), que comprenden respectivamente un material de cambio de fase (Phase Change Material) dispuestos uno tras otro en el sentido de flujo (S) como conexión en serie o uno junto al otro en el sentido de flujo (S) como conexión en paralelo, estando dispuesto un ventilador (16) entre los dos primeros intercambiadores de calor (12, 112) en el sentido de flujo (S).
Description
Acondicionador de temperatura ambiente.
La invención se refiere a un acondicionador de
temperatura ambiente conforme al preámbulo de la reivindicación
1.
Por el estado de la técnica es conocido el
empleo de un acondicionador de temperatura ambiente en el cual está
dispuesto un intercambiador de calor. Para ello se puede tratar de
diversos intercambiadores de calor que funcionan por ejemplo con
corrientes paralelas y del mismo sentido, corrientes cruzadas o a
contracorriente. En los acondicionadores de temperatura ambiente
conocidos se aspira por lo general aire del entorno que fluye sobre
el intercambiador de calor. Debido al gradiente de temperatura entre
el intercambiador de calor y el aire del entorno se forma un flujo
térmico desde el medio más cálido al más frío. Por ejemplo, si se
trata de enfriar el aire del entorno se le extrae calor al aire del
entorno aspirado debido a estar el intercambiador de calor más
frío, y a continuación el aire del entorno que ha sido enfriado pasa
a través del orificio de salida de aire llegando así al recinto que
se trata de enfriar. También es conocido el empleo de estos
acondicionadores de temperatura ambiente para calentar el aire del
entorno. En este caso, el aire del entorno rodea el intercambiador
de calor que ha sido calentado por un medio, y al mismo tiempo
absorbe calor. El aire del entorno que ha sido calentado sale a
continuación del acondicionador de temperatura ambiente a través de
un orificio de salida de aire. Uno de los inconvenientes de estos
acondicionadores de temperatura ambiente conocidos es sin embargo
que, a pesar de que los intercambiadores de calor son cada vez más
modernos, se necesita una cantidad de energía grande para llevar el
aire del entorno hasta la temperatura correspondiente.
Por ese motivo se prevé a menudo que el
acondicionador de temperatura ambiente tenga un primer
intercambiador de calor que comprenda un material de cambio de fase
(Phase Change Material) en una primera zona de flujo del aire del
entorno. También se dispone a menudo un segundo intercambiador de
calor atravesado por un fluido en una segunda zona de flujo del
aire del entorno situada a continuación de la primera zona de flujo.
El material de cambio de fase (PCM) ofrece la importante ventaja de
que tiene un alto grado de rendimiento como acumulador de calor
latente. Para ello el material de cambio de fase puede ser por
ejemplo una sal, un hidrato de sal, una mezcla de sales y/o de
hidratos de sales y/o un material orgánico que acumula calor en
forma de calor de fusión (calor "latente"). En principio el
material de cambio de fase "trabaja" de modo que al fundirse,
es decir cuando el PCM pasa de la fase sólida a la fase líquida,
consume calor o mejor dicho absorbe calor. Mientras persista el
estado líquido este calor se acumula en forma latente por el PCM. Al
solidificarse, es decir cuando el PCM pasa de la fase líquida a la
fase sólida se vuelve a liberar el calor latente antes citado. De
este modo el PCM ofrece la importante ventaja, especialmente en
acondicionadores de temperatura ambiente, de que puede absorber y
evacuar calor del ambiente, con lo cual se puede aumentar
notablemente el grado de rendimiento de un acondicionador de
temperatura ambiente.
Un acondicionador de temperatura ambiente de
esta clase se conoce por la memoria de patente US 2 677 243 A. El
documento US 2 677 243 A da a conocer un dispositivo para la
acumulación de calor. Para ello se ha previsto una cámara de aire a
través de la cual fluye el aire. En el interior de la cámara de aire
están dispuestos una pluralidad de componentes de pared delgada y
forma cilíndrica, que en la terminología del documento US 2 677 243
A se designan como recipientes. Dentro de estos recipientes hay
compuestos químicos que presentan la característica de
"materiales de cambio de fase".
En el caso de puntas de temperatura puede
suceder sin embargo que el intercambiador de calor no pueda enfriar
o calentar suficientemente la temperatura del aire del entorno. En
este caso está limitado el rendimiento del intercambiador de
calor.
Partiendo de los inconvenientes e insuficiencias
antes expuestas así como teniendo en cuenta el estado de la técnica
expuesto de un acondicionador de temperatura ambiente, la presente
invención tiene como objetivo perfeccionar un acondicionador de
temperatura ambiente de modo que se enfríe o caliente el aire del
entorno según necesidad.
Este objetivo se resuelve mediante un
acondicionador de temperatura ambiente que presenta las
características indicadas en la reivindicación 1.
Mediante el acondicionador de temperatura
ambiente conforme a la invención queda garantizado que se activa
otro intercambiador de calor que le puede extraer o aportar más
calor al aire del entorno, cuando un primer intercambiador de calor
no esté en condiciones de enfriar o calentar suficientemente la
temperatura del aire del entorno. Se crea así en cierto modo un
instrumental que es adecuado para diseñar de modo variable el
enfriamiento o calentamiento del aire del entorno según necesidad.
En principio cabe imaginar la conexión en serie o en paralelo de
una pluralidad de intercambiadores de calor. También es importante
que en el caso de la conexión en serie esté situado un ventilador
entre los dos primeros intercambiadores de calor en el sentido del
flujo (S), de modo que esté asegurado un paso de flujo óptimo a
través de los intercambiadores de calor cargados con el material de
cambio de fase, a pesar de la resistencia al flujo debida a los
intercambiadores de calor. La cuestión sobre la disposición que se
debe preferir para los intercambiadores de calor depende en primer
lugar de la forma de construcción y del dimensionado del
acondicionador de temperatura ambiente.
De acuerdo con la invención, el acondicionador
de temperatura ambiente puede funcionar para calentar el aire
ambiente y para enfriar el aire ambiente. Para enfriar el aire
ambiente, el aire del entorno pasa a través del orificio de entrada
de aire a la primera zona de flujo del acondicionador de temperatura
ambiente, fluyendo a lo largo del primer intercambiador de calor,
que es preferentemente un intercambiador de calor de placas. Así se
enfría el aire en la primera zona de flujo, mientras que el PCM
cargado y situado en el primer intercambiador de calor pasa de la
fase sólida a la fase líquida. El aire del entorno enfriado pasa a
continuación a la segunda zona de flujo en el cual está situado el
segundo intercambiador de calor. Según el caso puede tener lugar
aquí también otro enfriamiento del aire del entorno. Por ejemplo en
el caso de puntas de temperatura durante las cuales el primer
intercambiador de calor no puede enfriar suficientemente la
temperatura del aire del entorno, se activa el segundo
intercambiador de calor que extrae más calor del aire del entorno.
Para ello el segundo intercambiador de calor está unido
preferentemente a un sistema de refrigeración, en particular a una
máquina de frío, que lleva el fluido que pasa a través del segundo
intercambiador de calor hasta la temperatura baja necesaria. El
fluido, que es preferentemente agua, se vuelve a evacuar en estado
caliente del segundo intercambiador de calor. Si el PCM está por
ejemplo descargado, esto significa que el PCM se encuentra en la
fase líquida, en cuyo caso se activa también el segundo
intercambiador de calor para llevar la temperatura ambiente a la
correspondiente temperatura baja. Para el rendimiento del equipo es
indiferente si el primer intercambiador de calor o la primera zona
de flujo está situada, en el sentido de flujo, después del segundo
intercambiador de calor o de la segunda zona de flujo.
Durante el calentamiento del aire del entorno,
el PCM cargado se encuentra en la fase líquida. Si a través del
orificio de entrada de aire se aspira aire del entorno frío al
acondicionador de temperatura ambiente, éste fluye primeramente
sobre el primer intercambiador de calor. Entonces el PCM del primer
intercambiador de calor pasa de la fase líquida a la fase sólida,
mientras al mismo tiempo el aire del entorno absorbe calor. Si el
calor transmitido por el primer intercambiador de calor no es
suficiente para llevar el aire del entorno a la temperatura
deseada, se activa el segundo intercambiador de calor situado en la
segunda zona de flujo. El segundo intercambiador de calor está
unido a un sistema de calefacción que alimenta el segundo
intercambiador de calor, por ejemplo con agua caliente. Si el PCM
está descargado, es decir si el PCM se encuentra en la fase sólida,
no es posible calentar el aire del entorno en el primer
intercambiador de calor, por lo que en este caso también se activa
el segundo intercambiador de calor.
En otra realización de la invención, el segundo
intercambiador de calor está realizado como intercambiador de calor
de tubos de aletas o intercambiador de calor de tubos de láminas.
Mediante el empleo de las aletas o láminas se pueden conseguir unas
superficies de transmisión de calor mayores en comparación con los
tubos lisos, con lo cual se puede lograr una construcción compacta
del transmisor de calor, de alto rendimiento. Las aletas pueden
estar dispuestas por ejemplo en espiral alrededor del tubo, para lo
cual se puede tratar preferentemente de una banda de acero que esté
enrollada sobre el tubo y que vaya fijada al tubo por sus dos
extremos. Las aletas asientan firmemente sobre el tubo debido al
proceso de enrollado, y pueden estar unidas además con transmisión
de calor por medio de un recubrimiento igual que en la configuración
del tubo de láminas. Igualmente cabe imaginar emplear en un
intercambiador de calor como superficie de transmisión de calor no
sólo aletas sino también láminas.
De acuerdo con la invención están previstos dos
primeros intercambiadores de calor que comprenden respectivamente
un material de cambio de fase. Estos pueden estar dispuestos en el
sentido de flujo uno detrás del otro como conexión en serie o
también uno junto al otro como conexión en paralelo. Se prevé que en
el sentido de flujo esté dispuesto un ventilador entre los dos
primeros intercambiadores de calor, de modo que quede asegurado un
paso óptimo a través de los intercambiadores de calor cargados con
material de cambio de fase, a pesar de la resistencia al flujo
formada por los intercambiadores de calor.
El conjunto del acondicionador de temperatura
ambiente está situado ventajosamente en una carcasa única realizada
como unidad compacta. Esto no solamente ofrece ventajas para el
montaje y la sustitución sino también la posibilidad de realizar la
carcasa del acondicionador de temperatura ambiente de un material
ignífugo o incombustible. Adicional o alternativamente puede estar
realizado también cada uno de los distintos elementos PCM de un
material ignífugo y/o incombustible con el fin de asegurar una
protección óptima contra incendios. Ventajosamente se emplea como
material ignífugo o incombustible vidrio moldeado y/o placas de
silicato y/o silicato de potasio y/o una lámina.
Si se trata por ejemplo de pasar el material de
cambio de fase de la fase líquida a la fase sólida se realiza el
régimen de recirculación de aire del segundo intercambiador de calor
con un fluido refrigerado de modo que se enfría el aire que circula
por el interior del acondicionador de temperatura ambiente. Al mismo
tiempo el aire que ha sido enfriado pasa a la primera zona de flujo
en la que está situado el primer intercambiador de calor con el
material de cambio de fase. De este modo se libera el calor latente
acumulado en el PCM, pasando el material de la fase líquida a la
fase sólida. El calor liberado es absorbido por el aire del entorno,
que pasa a la segunda zona de flujo situada a continuación y allí
vuelve a ser enfriado por el segundo intercambiador de calor. En
estado cargado del PCM el primer intercambiador de calor puede
abastecer con seguridad el recinto con aire frío.
El régimen de recirculación de aire del entorno
también se puede emplear para cargar el material de cambio de fase,
suministrando para ello calor al PCM. En este caso el segundo
intercambiador de calor es atravesado por un flujo caliente, con lo
cual se calienta al mismo tiempo el aire que se encuentra en régimen
de recirculación de aire en la segunda zona de flujo. El aire
calentado pasa a continuación al canal de recirculación que
desemboca en la primera zona de flujo. Allí el PCM dispuesto en el
primer intercambiador de calor pasa de la fase sólida a la fase
líquida, con lo cual se extrae al mismo tiempo calor del aire del
entorno, el cual se vuelve a calentar de nuevo en la segunda zona
de flujo situada a continuación. De este modo se carga el PCM para
alimentar en estado cargado el recinto con aire del entorno
caliente.
Otra posibilidad para cargar el PCM consiste en
que el acondicionador de temperatura ambiente está dotado de por lo
menos un orificio situado directamente en el canal de recirculación
de aire del entorno. Para ello, el orificio de entrada de aire está
abierto y el orificio de salida de aire está cerrado por el medio de
conmutación. En este estado de funcionamiento se transporta aire
del entorno a través del orificio de entrada de aire al
acondicionador de temperatura ambiente. Para ello se puede tratar de
aire frío del entorno, por ejemplo aire nocturno frío, con lo cual
el PCM pasa a la fase sólida y queda cargado para el régimen de
refrigeración. Para ello el aire aspirado fluye a través de la
primera y segunda zona de flujo, estando desactivado el segundo
intercambiador de calor en este régimen de funcionamiento. A
continuación, el aire del entorno pasa al canal de recirculación y
desde allí se vuelve a devolver al ambiente a través del
orificio.
Naturalmente se puede introducir también aire
caliente del entorno al acondicionador de temperatura ambiente para
cargar el PCM para el régimen de calentamiento. En este caso el PCM
pasa de la fase sólida a la fase líquida. Aquí también el aire del
entorno fluye a través de la primera y segunda zona de flujo al
canal de recirculación de aire y a continuación al ambiente a
través del orificio.
A continuación se explica la invención
sirviéndose de los dibujos adjuntos. Éstos muestran
Fig. 1 un acondicionador de temperatura ambiente
en una representación puramente esquemática, en un estado de
funcionamiento conforme al estado de la técnica;
Fig. 2 el acondicionador de temperatura ambiente
en un segundo régimen de funcionamiento;
Fig. 3 el acondicionador de temperatura ambiente
en un tercer régimen de funcionamiento;
Fig. 4 una representación esquemática de 18
elementos PCM en una aplicación convencional con un orificio de
entrada de aire y un orificio de salida de aire, que están
combinados con un intercambiador de calor;
Fig. 5 una representación esquemática de 18
elementos PCM en una aplicación convencional, con un orificio de
entrada de aire y un orificio de salida de aire;
Fig. 6 una representación esquemática de 7
elementos PCM que están integrados en un antepecho de ventana,
conforme al estado de la técnica;
Fig. 7 una representación esquemática de 8
elementos PCM que están situados detrás de un armario, conforme al
estado de la técnica;
Fig. 8 una representación esquemática de un
acondicionador de temperatura ambiente como equipo compacto en
régimen de refrigeración/calefacción, conforme a la invención;
Fig. 9 una representación esquemática de un
acondicionador de temperatura ambiente según la Figura 8, en régimen
de recirculación de aire/acumulador;
Fig. 10 una representación esquemática de un
acondicionador de temperatura ambiente como equipo de antepecho con
salida de aire laminar según la invención;
Fig. 11 representación esquemática de un
acondicionador de temperatura ambiente como equipo de suelo con
conexión al muro exterior, conforme a la invención;
Fig. 12a y Fig. 12b en representación
esquemática un acondicionador de temperatura ambiente como equipo
de armario, en dos posiciones de instalación, y
Fig. 13 en representación esquemática un
acondicionador de temperatura ambiente como equipo de techo en un
falso techo conforme a la invención.
Las Figuras 1 a 7 representan el estado de la
técnica, y facilitan el entendimiento de la invención. La Figura 1
muestra el acondicionador de temperatura ambiente 100 con un
orificio de entrada de aire 10 y un orificio de salida de aire 11.
Dentro del acondicionador de temperatura ambiente 100 está situado
un intercambiador de calor de placas 12 de PCM en una primera zona
de flujo 14 y un intercambiador de calor de tubos de aletas 13 en
una segunda zona de flujo 15, estando en esta forma de realización
el intercambiador de calor 12 citado en primer lugar orientado
hacia el orificio de entrada de aire 10. Debajo del intercambiador
de calor de tubos de aletas 13 está situado un ventilador 16. El
acondicionador de temperatura ambiente 100 presenta además un canal
de recirculación de aire 19 que está esencialmente separado por una
pared 21 de la primera y de la segunda zona de flujo 14, 15.
En la zona del orificio de entrada de aire y del
orificio de salida de aire 10, 11 respectivamente están dispuestos
además unos medios de conmutación 17, 18 que según el régimen de
funcionamiento del acondicionador de temperatura ambiente 100
pueden cerrar o abrir los huecos 10, 11. En la forma de realización
representada, los medios de conmutación 17, 18 están realizados
como chapaletas, que van fijadas giratorias o basculantes en los
huecos 10, 11. En el presente régimen de funcionamiento, la
chapaleta 17 del orificio de entrada de aire 10 (chapaleta
superior) se encuentra en posición vertical, de modo que está
abierto el orificio de entrada de aire 10 y por lo tanto puede
penetrar aire del entorno al recinto interior del acondicionador de
temperatura ambiente 100. Además de esto, el acondicionador de
temperatura ambiente 100 está realizado de tal modo que en la
posición descrita de la chapaleta superior 17, el orificio de
entrada de aire 22 del canal de recirculación 19 a la zona de flujo
14 está cerrado, de modo que el canal de recirculación de aire 19
está separado de la primera zona de flujo 14, es decir que no hay
posibilidad de régimen de recirculación de aire.
En la zona del orificio de salida de aire 11
está dispuesta otra chapaleta giratoria 18 (chapaleta inferior). En
el estado de funcionamiento según la Figura 1, la chapaleta inferior
18 se encuentra en una posición horizontal, de modo que el aire que
fluye a través del acondicionador de temperatura ambiente 100 en el
sentido de flujo S puede pasar a través del orificio de salida de
aire 11 al recinto que se trata de acondicionar. Debido a la
posición horizontal de la chapaleta inferior 18 está cerrado al
mismo tiempo el orificio de salida de aire 23 hacia el canal de
recirculación de aire 19, lo que significa que el aire que circula
por el interior del acondicionador de temperatura ambiente 100 no
puede llegar al canal de recirculación de aire 19. La posición de
la chapaleta 18 que no cierra el orificio de salida de aire 23 está
indicada en la Figura 1 con línea de trazos.
El estado de funcionamiento según la Figura 1 se
puede utilizar tanto para régimen de refrigeración como para
régimen de calefacción. Durante el régimen de refrigeración pasa por
lo general aire caliente (aire ambiente) desde un recinto 20 a
través del orificio de entrada de aire 10 a la primera zona de flujo
14, en la que está situado el intercambiador de calor de placas 12
con un material de cambio de fase, que se encuentra en estado
cargado, es decir en fase sólida. Mientras el aire del entorno fluye
alrededor del intercambiador de placas 12 se le extrae calor al
aire, mientras al mismo tiempo el PCM pasa de fase sólida a fase
líquida. A continuación el aire enfriado pasa a través de la
segunda zona de flujo 15 y sale del acondicionador de temperatura
ambiente 100 a través del orificio de salida de aire 11. Durante el
régimen de refrigeración existe también la posibilidad de activar
el intercambiador de calor de tubos de aletas 13. En este caso se
hace pasar agua enfriada a través del intercambiador de calor de
tubos de aletas 13, que se calienta debido al flujo de aire y se
vuelve a evacuar. Esta agua enfriada puede suministrarse procedente
de un sistema de refrigeración no representado explícitamente, en
particular de una máquina de frío o de un acumulador de agua. La
activación del intercambiador de calor de tubos de aletas 13 sirve
para la refrigeración en caso de puntas de temperatura del aire
ambiente o después de una descarga del intercambiador de calor de
placas 12, en especial del PCM.
En régimen de calefacción también se puede
aplicar el estado de funcionamiento según la Figura 1. En este caso
se aspira al espacio interior del acondicionador de temperatura
ambiente 100, aire más fresco del entorno mediante el ventilador
16. El aire del entorno fluye a través del orificio de entrada de
aire 10 en sentido hacia el intercambiador de placas cargado 12
cuyo material de cambio de fase se encuentra en fase líquida.
Mientras el aire del entorno fluye sobre el intercambiador de calor
de placas 12 se libera el calor latente acumulado en el PCM, y es
absorbido por el aire del entorno. Al mismo tiempo el PCM cambia de
fase líquida a fase sólida. Igual que en el régimen de
refrigeración se puede activar también el intercambiador de calor
de tubos de aletas 13, por ejemplo si el intercambiador de calor de
placas 12 no está en condiciones de calentar suficientemente el
aire del entorno hasta una temperatura deseada. En este caso el
intercambiador de calor de tubos de aletas 13 está unido a un
sistema de calefacción no representado que alimenta con agua
caliente el intercambiador de calor de tubos de aletas 13. Si está
descargado el intercambiador de calor de placas 12 existe también
la posibilidad de lograr el calentamiento del aire del entorno
exclusivamente por medio del intercambiador de calor de tubos de
aletas 13.
La Figura 2 muestra un acondicionador de
temperatura ambiente 100 en régimen de recirculación de aire. La
chapaleta superior 17 se encuentra en posición horizontal con lo
cual se impide la entrada de aire del entorno a través del orificio
de entrada de aire 10. La chapaleta inferior 18 está en posición
vertical con lo cual también está cerrado el orificio de salida de
aire 11. En este régimen de funcionamiento el aire que se encuentra
en el interior del acondicionador de temperatura ambiente 100 fluye
a través de la primera y de la segunda zona de flujo 14, 15 y a
través del orificio de salida de aire llega al canal de
recirculación de aire 19 que conduce el aire a la primera zona de
flujo 18 a través del orificio de entrada de aire 22. Dado que la
entrada de aire 10 y la salida de aire 11 están cerradas por las
chapaletas 17, 18, el flujo de aire está cortocircuitado y circula
en régimen de recirculación de aire por el interior del
acondicionador de temperatura ambiente 100.
Este régimen de funcionamiento según la Figura 2
está previsto especialmente para el proceso de carga del PCM. Si se
trata por ejemplo de cargar el PCM del intercambiador de calor de
placas 12 para el régimen de refrigeración se hace funcionar el
acondicionador de temperatura ambiente 100 en régimen de
recirculación de aire, estando al mismo tiempo activado el
intercambiador de calor de tubos de aletas 13, y en comunicación
con el sistema de refrigeración que alimenta con agua enfriada el
intercambiador de calor de tubos de aletas 13. El aire que circula
por el interior del acondicionador de temperatura ambiente 100 se
enfría en el intercambiador de calor de tubos de aletas y fluye a
continuación a través del canal de recirculación de aire 19 a la
primera zona de flujo 14, en la que está situado el intercambiador
de calor de placas 12 con el PCM.
El proceso de carga del PCM para el régimen de
calefacción también tiene lugar con el régimen de funcionamiento
representado en la Figura 2. Para ello el intercambiador de calor de
tubos de aletas 13 está en comunicación con un sistema de
calefacción que alimenta el intercambiador de calor 13 con agua
caliente. El aire que circula es calentado por el intercambiador de
calor de tubos de aletas 13 y a través del canal de recirculación de
aire 10 llega al intercambiador de calor de placas 12. Allí se
carga el PCM mediante el aire caliente, pasando el PCM de fase
sólida a fase líquida. Durante este cambio de fases el PCM consume
calor que está acumulado en forma latente mientras persiste el
estado líquido.
En la Figura 3 se representa otro estado de
funcionamiento para cargar el PCM del intercambiador de calor de
placas 12. En este estado de funcionamiento las dos chapaletas 17,
18 se encuentran en posición vertical. Esto significa que está
abierto el orificio de entrada de aire 10 y que está cerrado el
orificio de salida de aire 11. Para cargar el PCM para el régimen
de refrigeración se aspira aire frío, en particular aire nocturno,
al acondicionador de temperatura ambiente 100 a través de un canal
24, con lo cual el PCM que estaba descargado pasa a la fase sólida.
El aire se conduce a continuación hacia el exterior a través de un
canal 25 que va directamente conectado al canal de recirculación de
aire 19.
También cabe imaginar emplear para cargar el PCM
para el régimen de calefacción el estado de funcionamiento
representado en la Figura 3. En este caso se conduce aire caliente
exterior a través del intercambiador de calor de placas 12 con lo
cual el PCM descargado pasa de fase sólida a fase líquida.
En otro ejemplo de realización conforme a la
Figura 4 se pueden emplear elementos PCM 30 en un acondicionador de
temperatura ambiente 100, donde el calor solamente está presente en
función de la hora del día, y que está en comunicación con un
intercambiador de calor 32 que no está dimensionado para una
potencia tan alta. Al intercalar los 18 elementos PCM 30 se puede
tratar también una punta de calor intensa durante un determinado
tiempo sin necesidad de que el intercambiador de calor 32 esté
realizado para capacidades especialmente altas. Durante el régimen
de refrigeración existe también la posibilidad de activar el
intercambiador de calor 39. En este caso se hace pasar agua
refrigerada a través del intercambiador de calor 39, que una vez
calentada por el calor procedente del intercambiador de calor 32 se
vuelve a evacuar. Esta agua refrigerada puede ser suministrada por
un sistema de refrigeración no representado explícitamente, en
particular por una máquina de frío o por un acumulador de agua. La
activación del intercambiador de calor 39 sirve para la
refrigeración en el caso de puntas de temperatura del aire del
entorno o después de una descarga del intercambiador de calor 32,
en particular de los elementos PCM. Para ello el intercambiador de
calor 32 está conectado por medio de unas tuberías de conexión con
el intercambiador de calor 39 que está situado directamente debajo
del intercambiador de calor 32. Los distintos elementos PCM 30
dotados de material de cambio de fase están diseñados de tal modo
que el punto de fusión del material de cambio de fase se encuentra
en una temperatura crítica, a la cual el intercambiador de calor
(de dimensiones relativamente reducidas) ya no puede dominar las
puntas de calor correspondientes que aparecen. Entonces se funde el
PCM y acumula el exceso de calor.
La Figura 5 muestra el empleo de elementos PCM
30 como dispositivo para la refrigeración de un recinto cerrado.
Para ello el aire del entorno fluye a través de un orificio de
entrada de aire 22 al interior de la carcasa 27 y es enfriado por
el registro tubular 40 que consta de 18 elementos PCM 30
individuales que llevan material de cambio de fase. Para este fin
el material de cambio de fase se elige de tal modo que su punto de
fusión se encuentre a la temperatura a partir de la cual se trata
de enfriar el aire. Debido a la configuración óptima como elementos
de forma cilíndrica se consigue una transmisión de calor óptima
entre el aire que se trata de enfriar y las distintas envolturas 31
cargadas de material de cambio de fase, de modo que el elemento PCM
30 pueda absorber una cantidad de aire muy grande. El enfriamiento
puede efectuarse por ejemplo mediante un líquido refrigerante o un
gas refrigerante o mediante la alimentación con aire de
refrigeración, preferentemente aire nocturno.
La Figura 6 muestra otra configuración para el
enfriamiento del aire del entorno. Para ello las distintas
envolturas 31, es decir el registro de tubos 40, están dispuestos
dentro de un antepecho 36. El aire se introduce en la carcasa del
antepecho a través de un orificio de entrada de aire 26 y sale por
el orificio de salida de aire 28. Las distintas envolturas 31 de
los elementos PCM 30 pueden presentar para su refrigeración unas
tuberías a través de las cuales fluye un líquido refrigerador.
También existe la posibilidad de combinar la carcasa del antepecho
con entradas y salidas para el aire exterior, de modo que por
ejemplo se enfríe por la noche cada elemento PCM 30 mediante el
aire exterior y se pueda calentar durante el día por el aire del
entorno. De forma análoga se puede situar un dispositivo para la
refrigeración del aire del entorno mediante el empleo de elementos
PCM 30 detrás de un armario 38, tal como está representado en la
Figura 7.
En las Figuras 8 a 13, el acondicionador de
temperatura ambiente 100 se ha representado en diferentes casos de
aplicación como unidad compacta en forma de un esquema
funcional.
Por las figuras 8 a 13 se puede ver el esquema
de funcionamiento básico. El acondicionador de temperatura ambiente
100 está construido de tal modo, que en la carcasa incombustible 41
están situados dos primeros intercambiadores de calor 12, 112
conectados en serie, los cuales están separados entre sí por una
pared de separación 42. El aire atraviesa el primer intercambiador
de calor 12 en el sentido de flujo S y el aire de recirculación
pasa a continuación por el ventilador 16 para entrar en el otro
primer intercambiador de calor 112. Ambos intercambiadores de calor
12, 112 contienen el material PCM. A continuación el aire de
recirculación atraviesa el segundo intercambiador de calor 13 que
está situado en la segunda zona de flujo 15. En la zona del orificio
de entrada de aire 26 o del orificio de salida de aire 28 está
situada como medio de conmutación una chapaleta 43, que en la
Figura 8 adopta una posición paralela a la pared de separación 42, y
por lo tanto abre el orificio de entrada de aire 26 y el orificio
de salida de aire 28. En este estado de funcionamiento el
acondicionador de temperatura ambiente 100 se puede utilizar para
el régimen de refrigeración y para el régimen de calefacción.
Durante el régimen de refrigeración el aire del entorno procedente
de un recinto no representado, que por lo general está caliente,
pasa a través del orificio de entrada de aire 26 (tal como se indica
por la flecha) a la primera zona de flujo 14, en la que está
situado el intercambiador de calor 12 con el material de cambio de
fase, que se encuentra en estado cargado, es decir en fase sólida.
Mientras el aire de recirculación fluye alrededor del
intercambiador de placas 12 se le extrae calor al aire, con lo cual
al mismo tiempo el PCM pasa de la fase sólida a la fase líquida. A
continuación, el aire que ya ha sido enfriado es conducido por el
ventilador 16 hacia el segundo intercambiador de placas 112, donde
también se enfría debido al cambio de fase del PCM. A continuación
el aire fluye a través del intercambiador de calor de tubos de
aletas 13. Durante el régimen de refrigeración existe aquí también
la posibilidad de activar el intercambiador de calor de tubos de
aletas 13. Para ello se conduce agua enfriada al intercambiador de
calor de tubos de aletas a través de los conductos de alimentación
y evacuación 44, 45, y se vuelve a descargar una vez calentada por
el flujo de aire. La activación del intercambiador de calor de
tubos de aletas 13 que está situado en la segunda zona de flujo 15
sirve para la refrigeración en el caso de puntas de temperatura del
aire del entorno o después de una descarga de los intercambiadores
de calor de placas 12, 112.
En la Figura 9 está representado el régimen de
acumulador. Para ello se conduce el aire en régimen de recirculación
con lo cual es enfriado por el intercambiador de calor de tubos de
aletas 13. Para esto la chapaleta 43 se encuentra en posición
horizontal con lo cual se impide la entrada de aire del entorno. En
este estado de funcionamiento, el aire que se encuentra en el
interior del acondicionador de temperatura ambiente 100 fluye a
través de la primera y de la segunda zona de flujo 14, 15 y
atraviesa los intercambiadores de calor 12, 112. Este estado de
funcionamiento está previsto para el régimen de carga del PCM. De
este modo se cargan los intercambiadores de calor de placas 12,
112, ya que debido al paso de aire enfriado a través del
intercambiador de calor de placas 12, 112 el PCM pasa de la fase
líquida a la fase sólida y de este modo se carga para el régimen de
refrigeración.
El régimen de calefacción corresponde al
funcionamiento básico explicado mediante las Figuras 1 y 2.
Los casos de aplicación e instalación del
acondicionador de temperatura ambiente 100 representados en las
Figuras 10 a 13 se basan todos ellos en el mismo modo de
funcionamiento. En la disposición del acondicionador de temperatura
ambiente 100 representado en la Figura 10, el aire procedente de un
recinto 20 pasa a través de un orificio de entrada de aire 26 al
interior de la carcasa 41 y con ello a la primera zona de flujo 14,
mientras que en la parte de la segunda zona de flujo 15 está
realizado un orificio de salida 28 que se extiende en horizontal
cubriendo ampliamente la cara lateral de la carcasa 41, para
conseguir una estratificación del aire en el recinto 20.
En la forma de realización según la Figura 11,
el acondicionador de temperatura ambiente está colocado sobre el
suelo de un recinto 20, presentando el orificio de entrada de aire
26 una conexión al muro exterior para la entrada de un flujo de
aire fresco desde el exterior del edificio. El orificio de salida de
aire 28 está orientado hacia el interior del recinto 20 de modo que
desde la parte exterior se aspira aire fresco mediante el
ventilador 16 y se puede conducir al interior del recinto 20 a
través del orificio de salida de aire 28, enfriado o calentado.
Esta forma de realización es especialmente adecuada para la
instalación en suelos con un doble piso.
En los casos de aplicación representados en las
Figuras 12a y 12b, se sitúa el acondicionador de temperatura
ambiente 100 sobre un elemento de armario que se encuentra dentro de
un recinto 20, siendo la diferencia entre la disposición según la
Figura 12a y la disposición según la Figura 12b únicamente en que,
si bien se aspira aire desde la zona del techo a través del
orificio de entrada de aire 26, según la Figura 12a el orificio de
salida de aire 28 está orientado hacia la zona situada detrás del
elemento de pared 26, mientras que en la forma de realización según
la Figura 12b, el orificio de salida de aire 28 está orientado hacia
la zona situada delante del elemento de armario 46.
La forma de realización del acondicionador de
temperatura ambiente 100 representado en la Figura 13 se refiere a
la instalación en un techo, donde debajo del techo de la habitación
está previsto un falso techo 47. En este caso el acondicionador de
temperatura ambiente 100 está dispuesto de modo que se encuentra
entre el techo del recinto y el falso techo 47 y a través del
orificio de entrada de aire 26 se aspira o bien aire interior
procedente del recinto 20 o aire exterior, y se insufla en el
recinto 20 a través del orificio de salida de aire 28.
El funcionamiento del acondicionador de
temperatura ambiente 100 según las Figuras 10 a 13 se corresponde
con el funcionamiento explicado mediante las Figuras 8 y 9.
- 100
- Acondicionador de temperatura ambiente
- 10
- Orificio de entrada de aire
- 11
- Orificio de salida de aire
- 12
- Primer intercambiador de calor, intercambiador de calor de placas
- 13
- Segundo intercambiador de calor, intercambiador de calor de tubos de aletas
- 14
- Primera zona de flujo
- 15
- Segunda zona de flujo
- 16
- Ventilador
- 17
- Medio de conmutación, chapaleta
- 18
- Medio de conmutación, chapaleta
- 19
- Canal de recirculación de aire
- 20
- Recinto
- 21
- Pared
- 22, 26
- Orificio de entrada de aire
- 23, 28
- Orificio de salida de aire
- 24
- Canal
- 25
- Canal
- 30
- Elemento PCM
- 31
- Envoltura
- 32
- Intercambiador de calor
- 34
- Pared
- 35
- Techo
- 36
- Antepecho
- 37
- Falso techo
- 38
- Armario
- 39
- Intercambiador de calor
- 40
- Registro de tubos
- 41
- Carcasa
- 42
- Pared de separación
- 43
- Chapaleta
- 44
- Entrada
- 45
- Salida
- 46
- Elemento de armario
- 47
- Falso techo
- 48
- Espacio intermedio
- S
- Sentido del flujo.
Claims (11)
1. Acondicionador de temperatura ambiente (100)
con un orificio de entrada de aire (26) y un orificio de salida de
aire (28), estando situado en una primera zona de flujo (14) del
aire por lo menos un primer intercambiador de calor (12), que
comprende un material de cambio de fase (Phase Change Material),
estando situado el primer intercambiador de calor (12) en la zona
de flujo (14) del aire del entorno, en particular del aire del
recinto, y un segundo intercambiador de calor (13) atravesado por
un fluido, en una segunda zona de flujo (15) del aire del entorno,
que va a continuación de la primera zona de flujo (14), o que está
situado en un sentido de flujo (S) delante de la primera zona de
flujo (14), caracterizado porque por lo menos dos primeros
intercambiadores de calor (12, 112), que comprenden respectivamente
un material de cambio de fase (Phase Change Material) dispuestos
uno tras otro en el sentido de flujo (S) como conexión en serie o
uno junto al otro en el sentido de flujo (S) como conexión en
paralelo, estando dispuesto un ventilador (16) entre los dos
primeros intercambiadores de calor (12, 112) en el sentido de flujo
(S).
2. Acondicionador de temperatura ambiente según
la reivindicación 1, caracterizado porque el primer
intercambiador de calor (12) está realizado como intercambiador de
calor de placas.
3. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el
segundo intercambiador de calor (13) está realizado como
intercambiador de calor de tubos de aletas.
4. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el
segundo intercambiador de calor (13) está realizado como
intercambiador de calor de tubos de láminas.
5. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el
primer intercambiador de calor (12) o el segundo intercambiador de
calor (13) están orientados hacia el orificio de entrada de
aire.
6. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el
material de cambio de fase es una sal, un hidrato de sal, una
mezcla de sales y/o de hidratos de sal y/o un material
orgánico.
7. Acondicionador de temperatura ambiente la
reivindicación 6, caracterizado porque el material orgánico
es parafina y la mezcla lleva nitrato de magnesio y de litio.
8. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el
acondicionador de temperatura ambiente (100) está dispuesto en una
carcasa (41), en particular como unidad compacta.
9. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el
acondicionador de temperatura ambiente (100) puede utilizarse para
calentar el aire del recinto y para enfriar el aire del
recinto.
10. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el
fluido es agua.
11. Acondicionador de temperatura ambiente según
una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el
segundo intercambiador de calor (13) está conectado a un sistema de
refrigeración, en particular a una máquina de frío y/o a un sistema
de calefacción.
Applications Claiming Priority (6)
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