ES2632079T3 - Condensador, método de condensación y bomba de calor - Google Patents

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Abstract

Un condensador que comprende: una zona de condensación (100) para condensar vapor que ha de condensarse en un líquido de servicio, implementándose la zona de condensación como zona en volumen que comprende un extremo superior (100a), un extremo inferior (100b) y un límite lateral (100c) entre el extremo superior y el extremo inferior; una zona de introducción de vapor (102) que se extiende a lo largo del extremo lateral (100c) de la zona de condensación y una carcasa del condensador (200, 201, 202), caracterizado por que la zona de introducción de vapor está configurada para alimentar vapor que ha de condensarse a la zona de condensación (100) lateralmente por el límite lateral (100c); y por que una región en la carcasa del condensador está delimitada por un objeto limitador (207) de tipo jaula separado de la carcasa del condensador (200, 201, 202) una distancia (215), en el que la zona de introducción de vapor se dispone en la distancia (215), y en el que la zona de condensación (100) se dispone en la región delimitada por el objeto limitador (207) de tipo jaula.

Description

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DESCRIPCION
Condensador, metodo de condensacion y bomba de calor
La presente invencion se refiere a bombas de calor para calentar, enfriar o para cualquier otra aplicacion de una bomba de calor y, en particular, a condensadores para bombas de calor de este tipo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 y a metodos de acuerdo con el preambulo de las reivindicaciones 16 y 17. El documento US 2 389 005 A desvela un condensador de este tipo. Las figuras 5A y 5B representan una bomba de calor tal como se ilustra en la patente europea EP 2016349 B1. La figura 5A muestra una bomba de calor que comprende un primer evaporador de agua 10 para evaporar agua como lfquido de servicio para generar asf un vapor en un conducto de vapor de servicio 12 en el lado de salida. El evaporador incluye un espacio de evaporacion (no mostrado en la figura 5A) y esta configurado para generar una presion de evaporacion menor de 20 hPa en el espacio de evaporacion, de modo que el agua se evapora en el espacio de evaporacion a temperaturas inferiores a 15 °C. El agua es preferentemente agua subterranea, circulando salmuera en la tierra del suelo de manera no confinada o en los tubos colectores, es decir, agua con un cierto contenido en sal, agua de no, agua de lago o agua de mar. De acuerdo con la invencion, todos los tipos de agua, es decir, agua calcarea, agua libre de cal, agua salina o agua libre de sal, pueden utilizarse preferentemente. La razon es que todos los tipos de agua, es decir, todas estas «sustancias de agua», presentan una caractenstica favorable de agua, en concreto el hecho de que el agua, que tambien se conoce como «R 718", comprende una razon de diferencia de entalpfa de 6, que pueden utilizarse para el proceso de la bombeo de calor, que es mas de 2 veces la razon de diferencia de entalpfa util tfpica de, por ejemplo, R134a.
El vapor de agua se alimenta por el conducto de aspiracion 12 a un sistema compresor/condensador 14 que comprende una maquina de flujo, tal como, por ejemplo, un compresor centnfugo, a modo de ejemplo en forma de turbocompresor, que en la figura 5A esta designado por el numero 16. La maquina de flujo esta configurada para comprimir el vapor de servicio a una presion de vapor mayor de 25 hPa al menos. 25 hPa corresponde a una temperatura de condensacion de 22 °C aproximadamente, que, al menos en dfas relativamente calidos, ya puede tener una temperatura de suministro de calor suficiente para calefaccion bajo suelo. Para generar temperaturas de suministro mas altas, pueden generarse presiones mayores de 30 hPa para la maquina de flujo 16, correspondiendo una presion de 30 hPa a una temperatura de condensacion de 24 °C, correspondiendo una presion de 60 hPa a una temperatura de condensacion de 36 °C, y correspondiendo una presion de 100 hPa a una temperatura de condensacion de 45 °C. Los sistemas de calefaccion bajo suelo estan disenados para proporcionar, incluso en los dfas muy fnos, un grado suficiente de calefaccion utilizando una temperatura de suministro de 45 °C.
La maquina de flujo se acopla a un condensador 18 configurado para condensar el vapor de servicio comprimido. Mediante la condensacion, se alimenta la energfa contenida en el vapor de servicio al condensador 18 para luego alimentarse a un sistema de calefaccion por el elemento de avance 20a. El lfquido de servicio fluye de vuelta al condensador por el elemento de retorno 20b.
De acuerdo con la invencion, se prefiere retirar calor (energfa) del vapor de agua rico en energfa directamente por el agua de calefaccion mas fna, siendo absorbido el calor (energfa) por el agua de calefaccion de manera que esta se calienta mas. Una cantidad de energfa se retira del vapor de manera que esta se condensa y tambien participa en el ciclo de calefaccion.
Esto significa que se tiene lugar una introduccion de material al condensador o al sistema de calefaccion, que se regula por una salida 22 de manera que el condensador en su espacio de condensacion tiene un nivel de agua que, a pesar de la alimentacion continua de vapor de agua y, por lo tanto, de condensado, siempre permanecera por debajo de un nivel maximo.
Como ya se ha explicado, se prefiere utilizar un ciclo abierto, es decir, evaporar agua, que representa la fuente de calor, directamente sin intercambiador de calor. Como alternativa, el agua que va a evaporarse tambien puede, sin embargo, calentarse mas al principio mediante una fuente de calor externa utilizando un intercambiador de calor. Sin embargo, se debe tener en cuenta que dicho intercambiador de calor tambien implica perdidas y complejidad en el aparato.
Asimismo, se prefiere, para evitar perdidas para el segundo intercambiador de calor, que hasta ahora se encuentra presente necesariamente en el lado del condensador, utilizar el medio allf directamente, tambien, es decir, cuando tomamos el ejemplo de una casa que dispone de calefaccion bajo suelo, hacer que el agua que llega del evaporador circule directamente por la calefaccion bajo suelo.
Como alternativa, se puede disponer un intercambiador de calor en el lado del condensador, que es alimentado por el elemento de avance 20a y comprende el elemento de retorno 20b, en el que dicho intercambiador de calor enfna el agua en el condensador y asf calienta mas un lfquido separado de la calefaccion bajo suelo que, por lo general, sera agua.
Por el hecho de que se utiliza agua como medio de servicio, y tambien por el hecho de que solo se alimenta la parte evaporada del agua subterranea a la maquina de flujo, no es importante el grado de pureza del agua. A la maquina de flujo, al igual que al condensador y, quizas, a la calefaccion bajo suelo directamente acoplada, siempre se le
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suministra agua destilada de manera que, en comparacion con los sistemas actuales, el sistema implica un bajo nivel de mantenimiento. En otras palabras, el sistema siempre se limpia solo ya que se le suministra siempre agua destilada solamente, lo que significa que el agua en la salida 22 no esta contaminada.
Asimismo, cabe senalar que las maquinas de flujo exhiben la caractenstica, de manera similar a una turbina de avion, de no poner en contacto el medio comprimido con sustancias problematicas, tal como, por ejemplo, aceite. En lugar de ello, el vapor de agua se comprime solamente por la turbina o el turbocompresor, pero no se pone en contacto y, por lo tanto, no se contamina con aceite ni otro medio que afecte a la pureza.
Cuando no haya otra normativa restrictiva, el agua destilada descargada por la salida puede volver a alimentarse sin problemas al agua subterranea. Como alternativa, tambien puede, por ejemplo, filtrarse al jardm o a un area abierta, o puede alimentarse a una planta de tratamiento de aguas por un canal, si la normativa lo exigiera.
Por la combinacion de agua como medio de servicio que presenta una razon de diferencia de entalpfa util que es dos veces mejor en comparacion con R134a y los requerimientos consecuentemente disminuidos respecto al sistema cerrado (mas bien, se prefiere un sistema abierto), y al utilizar una maquina de flujo, mediante la que los factores de compresion requeridos se alcanzan eficientemente y sin afectar a la pureza, lo que se logra es un proceso de bombeo de calor eficiente y neutro con respecto al medio ambiente que se vuelve incluso mas eficiente cuando el vapor de agua se condensa directamente en el condensador, ya que no se necesitara ni un solo intercambiador de calor para el proceso completo de bombeo de calor.
La figura 5B muestra una tabla para ilustrar diferentes presiones y temperaturas de evaporacion asociadas a dichas presiones, siendo el resultado que, particularmente para el agua como medio de servicio, han de elegirse presiones relativamente bajas en el evaporador.
Para lograr una bomba de calor de alta eficiencia, es importante que todos los componentes, es decir, el evaporador, el condensador y el compresor, esten disenados de manera favorable.
El documento DE 4431887 A1 divulga un sistema de bomba de calor que comprende un compresor centnfugo de bajo peso, gran volumen y alta potencia. El vapor que sale de un compresor de una segunda etapa comprende una temperatura de saturacion que excede la temperatura del entorno o la del agua de enfriamiento disponible, permitiendo de ese modo la descarga de calor. El vapor comprimido se transfiere del compresor de la segunda etapa a la unidad condensadora que consiste en un lecho compacto provisto dentro de un medio de pulverizacion de agua de enfriamiento en una parte superior, que recibe suministro desde una bomba de circulacion de agua. El vapor de agua comprimido sube a traves del lecho compacto en el condensador donde se encuentra en contacto directo en contracorriente con el agua de enfriamiento que fluye hacia abajo. El vapor se condensa y el calor latente de la condensacion, que se absorbe por el agua de enfriamiento, se emite a la atmosfera a traves del condensado y el agua de enfriamiento que se descargan juntos desde el sistema. El condensador se lava constantemente con gases no condensables, mediante una bomba de vacfo a traves de un conducto. Un condensador en el que el agua de enfriamiento se encuentra en contacto directo en contracorriente con el vapor en condensacion, en el que el angulo entre la direccion del agua de enfriamiento por un lado y el vapor por el otro lado es de 180 grados, es desventajoso porque la condensacion no se distribuye de manera optima por el volumen del condensador. La condensacion aqrn siempre tendra lugar solo en la interfaz entre el agua y el vapor, que se define por la seccion transversal del condensador. Para producir un rendimiento de condensacion mayor, la seccion transversal del condensador tiene que agrandarse, o se deben cambiar otros parametros, tal como, por ejemplo, el flujo a traves del condensador, la presion de vapor en el condensador, etc., que por un lado son todos problematicos, por otro lado, resultan en un agrandamiento no deseado del sistema completo, en particular con respecto a agrandar la seccion transversal de condensacion. Si, sin embargo, por otro lado, el sistema no se agranda, el resultado sera que la bomba de calor completa que incluye un condensador que funciona en una direccion de contracorriente no alcanza un coeficiente de rendimiento que puede requerirse para ciertas aplicaciones en las que, sin embargo, la situacion con respecto al espacio es tal que queda descartado un agrandamiento del sistema.
El objeto de la presente invencion es proporcionar un concepto de condensador mejorado mediante el que se pueda alcanzar una condensacion mas eficiente y una bomba de calor mas eficiente.
Este objeto se logra mediante un condensador de acuerdo con la reivindicacion 1, un metodo de condensacion de acuerdo con la reivindicacion 16 o una bomba de calor de acuerdo con la reivindicacion 18. La presente invencion se basa en el hallazgo de que la zona de condensacion de un condensador por un lado y la zona de entrada de vapor del condensador por otro lado han de implementarse una con respecto a la otra de tal manera que el vapor que ha de condensarse entre en la zona de condensacion lateralmente. Asf, sin agrandar el volumen del condensador, la condensacion real pasa a ser una condensacion en volumen porque el vapor que ha de condensarse no solo se introduce en un volumen de condensacion o en la zona de condensacion de frente desde un lado, sino lateralmente y, preferentemente, desde todos los lados. Esto no solo garantiza que el volumen de condensacion disponible, con dimensiones externas iguales, se agrande en comparacion con la condensacion en contracorriente directa, sino que al mismo tiempo la eficiencia del condensador se mejora por otra razon.
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Esta razon es que el vapor que ha de condensarse en la zona de condensacion presenta una direccion de flujo transversal a una direccion de flujo del lfquido de condensacion. Asf, la direccion preferida del vapor que ha de condesarse no es ni paralela a la direccion preferida del lfquido de servicio ni antiparalela a la direccion preferida del lfquido de servicio, sino transversal a la misma. Esto garantiza una mejor utilizacion del volumen de condensacion disponible. Asimismo, se descubrio que puede conseguirse un flujo transversal ya por el hecho de que el vapor entra en la zona de condensacion lateralmente.
El flujo del vapor se redirige ya por el mecanismo de accion de condensacion. Debido a las condiciones del entorno del condensador, las partfculas de lfquido «aspiran» las partfculas de vapor. El redireccionamiento forma ya parte del proceso de condensacion que aqrn tiene lugar como una especie de «etapa preliminar» de la transferencia de calor real al lfquido de servicio. Se descubrio que la «aspiracion» de vapor hacia el volumen del condensador es un proceso tan vigoroso que se produce un flujo transversal eficiente del vapor en la zona de condensacion de manera que el vapor puede introducirse en la zona de condensacion casi en paralelo a la direccion del lfquido de servicio. Sin embargo, debido a la introduccion lateral, el redireccionamiento tiene lugar donde comienza la zona de condensacion o cuando el vapor llega cerca de la zona de condensacion de manera que se logra la direccion de flujo transversal deseada en la zona de condensacion. Como se explico, esto se logra gracias a que el vapor no se introduce en la zona de condensacion de frente, sino lateralmente y, preferentemente, de manera totalmente circunferencial. Asimismo, se descubrio que una introduccion adicional por uno de los dos lados frontales de la zona de condensacion no es absolutamente necesaria y, por lo tanto, no tiene que tener lugar necesariamente si esto no es de utilidad constructiva. La introduccion del vapor en la zona de condensacion de manera lateral es tan eficaz que no es absolutamente necesaria una introduccion adicional en el lfmite superior y/o inferior de la zona de condensacion, aunque puede tener lugar si la construccion lo hace posible.
En la realizacion preferida de la presente invencion, la zona de condensacion se forma por el goteo de lfquido, en la zona de condensacion, desde la parte superior hasta la parte inferior, principalmente por gravedad. La introduccion de vapor aqrn tiene lugar en una region separada de la parte en donde se generaran las gotas de agua. En una realizacion, las gotas de agua se generan por una placa perforada en la parte superior de la zona de condensacion y el vapor se introduce en una region fuera de donde se generan las gotas de lfquido.
En otra realizacion de la presente invencion, la zona de condensacion se rellena con elementos de relleno, tal como, por ejemplo, anillos Pall, prefiriendose particularmente rellenos de una superficie relativamente grande que se aplican de manera suelta en la zona de condensacion para provocar el redireccionamiento o la turbulencia en el lfquido en la zona de condensacion de manera que el vapor que aun no esta condensado siempre encuentre un area relativamente fna del lfquido de condensacion y se condense allf eficientemente.
En otra realizacion de la presente invencion, la zona de introduccion de vapor lateral se limita hacia abajo porque tambien hay partfculas de relleno que, debido a los procesos en la zona de condensacion, tambien se humedecen con lfquido de servicio, pero no reciben directamente el goteo. Debido a los procesos energeticamente muy intensos en el condensador, las gotas se pulverizan fuera de la zona de condensacion, utilizandose dichas gotas aun en el lfmite inferior de la zona de introduccion de vapor lateral para mejorar aun mas la eficiencia del condensador.
En una realizacion preferida de la presente invencion, la alimentacion de vapor desde el evaporador se realiza a traves del condensador, en el que una rueda compresora se ubica al menos parcialmente por encima de la zona de condensacion, pero separada de la zona de condensacion. El diseno geometrico de la zona de aspiracion del compresor y la disposicion del compresor por encima del evaporador hace que el vapor sea extrafdo hacia arriba. Luego el vapor se comprime en el compresor en sf, que se implementa preferentemente como una rueda radial. Sin embargo, con el uso de la rueda radial al mismo tiempo el resultado es que el vapor se redirige de manera lateral/hacia fuera. Esto quiere decir que tiene lugar un redireccionamiento de 90 grados ya por encima de la zona de condensacion. Mediante otro redireccionamiento de 90 grados, que puede implementarse facilmente y, en particular, de manera compacta, el vapor comprimido se introduce luego en la zona de introduccion de vapor y, desde allf, llega a la zona de condensacion para condensarse allf y descargar su energfa, por la condensacion, al lfquido de servicio en el condensador.
La alimentacion del lfquido a la zona de condensacion preferentemente tiene lugar de manera que el lfquido ya comprende una «rotacion» cuando se introduce por la parte superior de la zona de condensacion. Esto garantiza que el lfquido fluya por sf mismo por la placa perforada por encima de la zona de condensacion desde la entrada dentro de la placa perforada hacia fuera, debido a la rotacion inducida por el diseno geometrico de la entrada, de manera que se garantiza un suministro rapido, eficiente y uniforme de lfquido que gotea a la zona de condensacion.
Todas estas medidas dan como resultado un condensador eficiente que, a pesar de su volumen relativamente pequeno, presenta un alto rendimiento del condensador. Asf, puede obtenerse una bomba de calor de dimensiones pequenas y de rendimiento considerable.
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A continuacion se detallaran realizaciones preferidas de la presente invencion haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una ilustracion esquematica de un condensador que incluye una zona de condensacion y una
zona de introduccion de vapor;
la figura 2 es una ilustracion en perspectiva de una parte esencial de un condensador de acuerdo con una
°realizacion de la presente invencion;
la figura 3 es una ilustracion de la placa de distribucion de lfquido por un lado y la zona de entrada de vapor
que incluye un hueco de entrada de vapor por otro lado;
la figura 4a es una ilustracion esquematica de una condensacion en volumen que incluye flujo transversal entre el vapor y el lfquido;
la figura 4b es una ilustracion esquematica de una seccion a traves del condensador que incluye generadores de turbulencia amontonados, tal como, por ejemplo, anillos Pall;
la figura 5a es una ilustracion esquematica de una bomba de calor conocida para evaporar agua;
la figura 5b muestra una tabla para ilustrar las presiones y las temperatures de evaporacion del agua como
lfquido de servicio; y
la figura 6
es una ilustracion de anillos Pall como elementos amontonados preferidos de diferentes tamanos y formas.
La figura 1 muestra un condensador esquematico de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
El condensador incluye una zona de condensacion 100 para condensar vapor que ha de condensarse en un lfquido de servicio, estando la zona de condensacion formada como zona en volumen. En particular, la zona de condensacion incluye un extremo superior 100a, un extremo inferior 100b y un lfmite lateral 100c. El lfmite lateral se dispone entre los extremos superior e inferior. El condensador adicionalmente incluye una zona de introduccion de vapor 102 que se extiende a lo largo de los extremos laterales 100c de la zona de condensacion 100 y esta configurada para alimentar vapor que ha de condensarse a la zona de condensacion 100 lateralmente por el lfmite lateral 100c de la zona de condensacion 100. En una realizacion preferida, que se analiza a modo de ejemplo haciendo referencia a la figura 2, la zona de condensacion tiene forma de cilindro por un lado y, por otro lado, la zona de introduccion de vapor esta configurada para ser un cilindro anular hueco por dentro, estando formado el hueco dentro de la zona de introduccion de vapor por la zona de condensacion. Sin embargo, ni la zona de condensacion ni la zona de introduccion de vapor tienen que tener necesariamente una seccion transversal con forma de anillo, sino que pueden tener cualquier otra forma en seccion transversal, tal como, por ejemplo, una forma elfptica u otra forma redondeada. La zona de condensacion y la zona de introduccion de vapor pueden tener incluso una seccion transversal angular, dependiendo de la implementacion del lfmite externo necesario, aunque se prefiere una forma redonda y, en particular, una forma redonda con lfmites circulares en seccion transversal.
Por otro lado, se prefiere implementar la zona de condensacion de manera que el area del lfmite lateral de la zona de condensacion sea mas grande que el area de los lfmites superior o inferior. Asf, la forma de la zona de condensacion puede ser cilmdrica o cuboide, siendo la altura preferentemente mayor que un diametro o diagonal, etc.
Tambien se encuentra ilustrado en la figura 1 el hecho de que la zona de introduccion de vapor se extiende completamente de manera lateral alrededor de la zona de condensacion. Se prefiere esta extension completa de la zona de introduccion de vapor alrededor de la zona de condensacion porque esto permite utilizar de manera optima la condensacion en volumen en la zona de condensacion en volumen. Sin embargo, al mismo tiempo, debido a la introduccion de vapor lateral en la zona de condensacion, la condensacion tiene lugar en una direccion de flujo transversal porque el vapor que entra en la zona de condensacion, por un lado, y el movimiento del lfquido de condensacion en la zona de condensacion, por otro lado, se dirigen de modo que no sean ni paralelos ni antiparalelos, sino que formen un angulo entre sf que se encuentra preferentemente en el rango de 90 grados, en el que ya con angulos entre 10 grados y 170 grados, se puede lograr una mejora considerable en comparacion con una orientacion paralela. Se prefiere particularmente el rango de alrededor de 90 grados, que se extiende preferentemente de 60 grados a 150 grados, en el que estas indicaciones de grados muestran el angulo de la direccion de flujo de vapor por un lado y la direccion de movimiento de lfquido por el otro en o por el borde de la zona de condensacion. La zona de introduccion de vapor consecuentemente no tiene que extenderse completamente alrededor del borde lateral de la zona de condensacion, sino que puede incluir a modo de ejemplo solo la mitad o un cierto sector del lfmite lateral de la zona de condensacion, aunque se prefiere una circunferencia completa.
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La figura 2 muestra una realizacion preferida de un condensador, comprendiendo el condensador en la figura 2 una zona de introduccion de vapor 102 que se extiende completamente alrededor de la zona de condensacion 100. En particular, la figura 2 muestra una parte del condensador que comprende una base del condensador 200. Dispuesta sobre la base del condensador se encuentra una parte de carcasa 202 del condensador que, a modo de ilustracion, se indica como transparente en la figura 2 pero que no tiene que ser transparente necesariamente, sino que puede estar formada a modo de ejemplo de plastico, aluminio fundido o similares.
La parte de carcasa 202 lateral se apoya sobre una junta 201 para lograr un buen sellado con la base 200. Asimismo, el condensador incluye una salida de lfquido 203 y una entrada de lfquido 204, y una alimentacion de vapor 205, dispuestas en el centro del condensador, que se estrecha desde la parte inferior hacia la parte superior en la figura 2. Se debe senalar que la figura 2 representa la direccion de instalacion deseada actualmente de una bomba de calor y un condensador de esta bomba de calor, disponiendose el evaporador de una bomba de calor en esta direccion de instalacion en la figura 2 por debajo del condensador. La zona de condensacion 100 esta delimitada hacia fuera por un objeto limitador 207 de tipo jaula que tambien esta indicado como transparente, al igual que la parte de carcasa 202 externa, y normalmente se implementa para que sea de tipo jaula.
Asimismo, hay una rejilla 209 configurada para soportar rellenos no mostrados en la figura 2. Como puede observarse en la figura 2, la jaula 207 se extiende hacia abajo solo hasta un cierto punto. La jaula 207 se proporciona para que sea permeable al vapor para contener rellenos, tales como, por ejemplo, anillos Pall, como se ilustran en la figura 6. Estos rellenos se introducen en la zona de condensacion, solo dentro de la jaula 207, pero no en la zona de introduccion de vapor 102. Sin embargo, los rellenos se introducen hasta la misma altura fuera de la jaula 207 de manera que la altura de los rellenos se extiende o bien hasta el lfmite inferior de la jaula 207 o bien un poco mas alla.
El resultado es una situacion, como se ilustra a modo de ejemplo en la figura 4b, en la que los rellenos 208 dentro de la jaula 207 se extienden hasta una cierta altura, mientras que los rellenos en la zona de introduccion de vapor y por debajo se extienden solo hasta una altura inferior, que se indica esquematicamente con el numero 209. Asf, la zona de introduccion de vapor o la zona de entrada de vapor esta limitada hacia abajo ya que la condensacion tiene lugar en la region en la que los generadores de turbulencia o los rellenos estan amontonados hasta la altura 209, debido a las gotas pulverizadas desde allf por la condensacion en la zona de condensacion y que vuelan hasta los rellenos que forman el extremo inferior de la zona de entrada de vapor y que se condensan con el vapor que ha «alcanzado» el extremo inferior de la zona de introduccion de vapor, es decir, la altura 209, y que no han sido «aspiradas» antes por la zona de condensacion propiamente dicha y, en particular, por las condiciones allf, tal como, por ejemplo, el agua que gotea.
El condensador de la figura 2 incluye un alimentador de lfquido de servicio que esta formado en particular por la alimentacion de lfquido de servicio 204 que, tal como se muestra en la figura 2, se dispone enrollada alrededor de la alimentacion de vapor en forma de una espira ascendente, por una region de transporte de lfquido 210 y por un elemento distribuidor de lfquido 212 que esta formado preferentemente como una placa perforada. En particular, el alimentador de lfquido de servicio esta configurado para alimentar el lfquido de servicio a la zona de condensacion.
Ademas, se proporciona un alimentador de vapor que, tal como se muestra en la figura 2, esta constituido preferentemente por una region de alimentacion 205 que se estrecha en forma de embudo y la region de guiado de vapor 213 superior. Se utiliza preferentemente una rueda de un compresor centnfugo en la zona de guiado de vapor 213, dando la compresion centnfuga como resultado vapor aspirado desde la parte inferior hacia la parte superior por la alimentacion 205 y luego redirigido hacia fuera por la rueda radial ya 90 grados, por la compresion centnfuga, es decir, de un flujo de abajo arriba a un flujo desde el centro hacia fura en relacion con el elemento 213 en la figura 2.
No se muestra en la figura 2 otro redireccionador que redirige el vapor ya redirigido hacia fuera nuevamente 90 grados para despues guiarlo hacia el hueco 215 desde la parte superior, que representa el comienzo de la zona de introduccion de vapor que se extiende lateralmente alrededor de la zona de condensacion. El alimentador de vapor esta configurado preferentemente para tener forma de anillo y esta provisto de un hueco con forma de anillo para alimentar el vapor que ha de condensarse, estando formada la alimentacion de lfquido de servicio dentro del hueco con forma de anillo.
Se hace referencia a la figura 3 con fines ilustrativos. La figura 3 muestra una vista inferior de la «region de tapa» del condensador de la figura 2. En particular, la placa perforada 212 se ilustra esquematicamente desde abajo, actuando como el elemento de distribucion de lfquido. El hueco de entrada de vapor 215 se ilustra esquematicamente, siendo el resultado de la figura 3 que el hueco de entrada de vapor solo se implementa de una manera con forma de anillo para que el vapor que ha de condensarse no se alimente a la zona de condensacion directamente desde la parte superior o directamente desde la parte inferior, sino que solo se extienda lateralmente. Solo el lfquido, pero no el vapor fluye a traves de los agujeros de la placa de distribucion 212. Al principio, el vapor se «aspira» a la zona de condensacion lateralmente, debido a que el lfquido atraveso la placa de perforacion 212. La placa distribuidora de lfquido puede estar constituida por metal, plastico o un material similar y puede implementarse con diferentes patrones de agujeros. Ademas, tal como se muestra en la figura 2, se proporciona preferentemente un lfmite lateral
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para el Ifquido que fluye desde el elemento 210, designandose este Kmite lateral con el numero de referencia 217. Esto garantiza que el lfquido que sale del elemento 210 y que presenta una rotacion, debido a la alimentacion curva 204, y que se distribuye sobre el distribuidor de lfquido desde el centro hacia fuera, no se derrame por el borde hacia la zona de introduccion de vapor siempre que el lfquido no haya goteado ya a traves de los agujeros de la placa distribuidora de lfquido y se haya condensado con el vapor.
La figura 4a muestra una implementacion alternativa del condensador en la que el lfquido de servicio se alimenta desde debajo y el vapor se suministra desde arriba. El condensador de la invencion tambien puede emplearse para una alimentacion en contracorriente de vapor y lfquido de servicio, ya que, en la zona de introduccion de vapor 102, el vapor se dirige automaticamente a la zona de condensacion 100 para lograr asf una condensacion en volumen de flujo transversal. En particular, la figura 4a ilustra nuevamente una placa de distribucion 212 en seccion transversal. Ademas, se alimenta un lfquido de servicio sobre la placa de distribucion 212, entrando entonces el lfquido en la zona de condensacion a traves de los agujeros de la placa de distribucion en forma de gotas 220 y en definitiva es responsable de que la zona de condensacion presente una funcionalidad de condensacion. El vapor se alimenta a las gotas presentes en la zona de condensacion por el hueco de entrada de vapor que puede implementarse a modo de ejemplo en forma del hueco de entrada 215 de la figura 3, y se redirige el vapor, debido a que la pareja de condensacion esta presente en forma de lfquido, dentro de la zona de condensacion, como se indica por las direcciones de flujo de vapor 220 curvas.
Las figuras 2 y 1 y 4a ilustran un condensador en el que no se rellena la zona de condensacion. Sin embargo, la zona de condensacion se rellena preferentemente con rellenos 208, como se ilustra en la figura 4b. Estos rellenos funcionan como generadores de turbulencia dentro de la zona de condensacion ya que generan turbulencia en el lfquido de servicio calentado por la condensacion, redirigiendolo y condensandolo, de manera que una partfcula de vapor lista para la condensacion siempre podra encontrar una region mas fna de un lfquido de condensacion para poder condensarse eficientemente, es decir, transferir su energfa al mismo. Preferentemente, la jaula 207 se rellena con rellenos hasta la parte superior o hasta una cierta altura, como se ilustra esquematicamente en la figura 4b, mientras que la region lateral se rellena solo hasta una cierta altura 209 de manera que la zona de entrada de vapor quede en la region lateral por encima de la altura 209, como se indica esquematicamente en la figura 4b.
Se ha mostrado haciendo referencia a la figura 4a que la alimentacion de lfquido de servicio se implementa preferentemente para que el lfquido de servicio en forma de gotas atraviese la zona de condensacion, por gravedad, desde la parte superior hacia la parte inferior con respecto a la gravedad.
Ademas, la alimentacion de lfquido de servicio comprende un tubo para proporcionar el lfquido de servicio desde la parte inferior hacia la parte superior, y la placa de distribucion 212 que esta montada en un extremo del tubo para distribuir el lfquido de servicio por todo el extremo superior de la zona de condensacion, comprendiendo la placa de distribucion 212 aberturas que se implementan para que un lfquido de servicio que fluye sobre la placa de distribucion penetre en estas aberturas y gotee a la zona de condensacion por un area.
La carcasa del condensador se extiende, tal como se muestra a modo de ejemplo en la figura 2, alrededor de la region interior, es decir, alrededor de la zona de condensacion delimitada por la jaula 207, en donde, sin embargo, el hueco de entrada de vapor 215 que representa la zona de introduccion de vapor se proporciona entre el lfmite 207 y la carcasa.
Ademas, tal como se ilustro haciendo referencia a la figura 4b, se disponen objetos en el area delimitada que se humedecen por el lfquido de servicio que se mueve a traves de la zona de condensacion, implementandose los objetos de manera que se genere turbulencia en el lfquido de servicio humedecido, y no estando estos objetos dispuestos en la zona de introduccion de vapor.
Los objetos incluyen piezas de plastico individuales que se disponen unas encima de otras de manera que el lfquido por un lado y el vapor que ha de condensarse por otro lado puedan moverse entre los objetos.
En particular, la region o la zona de condensacion esta delimita por la jaula 207 que mantiene los objetos en la zona de condensacion y lejos de la zona de introduccion de vapor. En una realizacion de la presente invencion, el diametro del condensador completo se encuentra en el rango de 400 mm. Sin embargo, tambien pueden producirse condensadores eficientes con diametros entre 300 mm y 1000 mm.
Una bomba de calor que comprende un condensador en particular incluye un evaporador para evaporar un lfquido de servicio, como se ilustra a modo de ejemplo en la figura 5a, siendo el agua el lfquido de servicio preferido para la presente invencion. Asimismo, se proporciona un compresor 16 para comprimir el lfquido de servicio evaporado en el evaporador, y adicionalmente el condensador 18 de la figura 5a se implementa de una manera tal como se ilustro en las figuras 1 a 4b. Preferentemente, la zona de introduccion de vapor del condensador, es decir, la region 102, se conecta con una salida del compresor. Ademas, el condensador se dispone aguas abajo del evaporador, y un conducto de aspiracion del compresor que se estrecha en seccion transversal desde la parte inferior hacia la parte superior se extiende a traves del condensador, tal como se muestra en la figura 2 con el numero 205.
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Asimismo, el compresor incluye una rueda radial que se dispone al menos parcialmente por encima de la zona de condensacion y separada de la zona de condensacion. En particular, esta rueda radial esta configurada para que se introduzca en la region 213 de la figura 2. Para terminar, la salida del compresor se dispone por encima de la zona de condensacion, como se ilustro a modo de ejemplo en la figura 4a y como tambien se implemento en la figura 2 al colocar una «tapa» que comprende otra entrada de vapor a 90 grados encima de la misma. Como ya se menciono, asf es como el vapor se redirige de una direccion de flujo lateral a una direccion de flujo hacia abajo. El trayecto del vapor se implementa por tanto de manera que el vapor es aspirado primero por el evaporador verticalmente hacia arriba, redirigido lateralmente por el compresor centnfugo y despues redirigido de nuevo 90 grados por la «tapa» ilustrada a modo de ejemplo en la figura 3 desde abajo para ser introducido en el hueco de entrada de vapor, tal como se muestra particularmente en la figura 2 mediante una flecha 250.
La figura 6 muestra los denominados anillos Pall como implementaciones preferidas de los rellenos. Estos presentan la caractenstica de comprender un determinado volumen, pero no rellenar dicho volumen por completo, como, por ejemplo, los cilindros de volumen macizo o similares, sino que solo rellenan dicho volumen pero sin impedir el paso de agua por un lado y de vapor por el otro. Asf, los anillos Pall comprenden puentes circulares 260, 270, 280 conectados entre sf mediante puentes verticales 290. Asimismo, los puentes verticales 290 estan conectados en forma de estrella, tal como se muestra por el elemento 300 que en definitiva representa tal estrella que, por un lado, incluye los puentes verticales 290 y, por otro lado, una conexion de dichos puentes verticales en el centro.
Sin embargo, tambien pueden utilizarse cilindros huecos, cuboides huecos o elementos similares, que ocupan un determinado volumen pero dejan una cantidad relativamente grande de espacio de modo que se encuentren presentes diversos bordes y puentes. Estos bordes y puentes sirven para que el lfquido de servicio que atraviesa estos rellenos se exponga continuamente a turbulencia y agitacion de manera que una region caliente de una gota de lfquido de servicio, por ejemplo, que acaba de condensarse, se exponga nuevamente a turbulencia de manera que la region mas fna posible del lfquido de servicio este disponible para cada partfcula de vapor dispuesta para condensarse.

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    REIVINDICACIONES
    1. Un condensador que comprende:
    una zona de condensacion (100) para condensar vapor que ha de condensarse en un Ifquido de servicio, implementandose la zona de condensacion como zona en volumen que comprende un extremo superior (100a), un extremo inferior (100b) y un Ifmite lateral (100c) entre el extremo superior y el extremo inferior; una zona de introduccion de vapor (102) que se extiende a lo largo del extremo lateral (100c) de la zona de condensacion y
    una carcasa del condensador (200, 201,202),
    caracterizado por que la zona de introduccion de vapor esta configurada para alimentar vapor que ha de condensarse a la zona de condensacion (100) lateralmente por el lfmite lateral (100c); y por que una region en la carcasa del condensador esta delimitada por un objeto limitador (207) de tipo jaula separado de la carcasa del condensador (200, 201, 202) una distancia (215),
    en el que la zona de introduccion de vapor se dispone en la distancia (215), y
    en el que la zona de condensacion (100) se dispone en la region delimitada por el objeto limitador (207) de tipo jaula.
  2. 2. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas comprende:
    un alimentador de lfquido de servicio (204, 210, 212) configurado para alimentar el lfquido de servicio a la zona de condensacion (100) por un area; y
    un alimentador de vapor (205, 213) configurado para alimentar el vapor que ha de condensarse a la zona de introduccion de vapor (102).
  3. 3. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el alimentador de vapor comprende un hueco (215) circundante para alimentar el vapor que ha de condensarse, en el que la alimentacion de lfquido de servicio (210, 212) se forma en una region rodeada por el hueco (215) circundante.
  4. 4. El condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
    en el que la alimentacion de lfquido de servicio se configura para que las gotas del lfquido de servicio atraviesen la zona de condensacion (100), por gravedad, desde la parte superior hacia la parte inferior en relacion con la direccion de la gravedad.
  5. 5. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 4,
    en el que la alimentacion de lfquido de servicio comprende un tubo (204, 210) para proporcionar el lfquido de servicio desde la parte inferior hacia la parte superior, y una placa de distribucion (212) montada en un extremo del tubo (210) para distribuir el lfquido de servicio por todo el extremo superior (100a) de la zona de condensacion (100), en el que la placa de distribucion (212) comprende aberturas configuradas para que el lfquido de servicio que fluye sobre la placa de distribucion penetre en las aberturas y llegue a la zona de condensacion (100) por un area.
  6. 6. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que unos objetos (208) humedecidos por el lfquido de servicio que se mueve a traves de la zona de condensacion (100) se disponen en la region limitada por el lfmite (207), estando los objetos (208) configurados para provocar turbulencia en el lfquido de servicio humector, y no estando dispuestos objetos en la zona de introduccion de vapor (102).
  7. 7. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que los objetos (208) estan formados por piezas individuales amontonadas que se disponen unas encima de otras de manera que el lfquido de servicio y el vapor que ha de condensarse puedan moverse entre los objetos.
  8. 8. El condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el lfmite (207) comprende una jaula para contener los objetos (208) en la zona de condensacion y separados de la zona de introduccion de vapor (102).
  9. 9. El condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la zona de condensacion (100) es cilmdrica, y la zona de introduccion de vapor (102) es circular y se extiende alrededor de la zona de condensacion cilmdrica.
  10. 10. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que la zona de condensacion (100) comprende una region inferior cilmdrica que comprende una diametro externo igual a un diametro externo de la zona de introduccion de vapor (102),
    en el que la zona de condensacion (100) ademas comprende una region de nucleo cilmdrica, cuyo diametro externo que es mas pequeno que el diametro externo en la region inferior, y
    en el que la zona de introduccion de vapor y la region de nucleo se extienden de manera que la zona de introduccion de vapor, que incluye la region de nucleo y la region inferior de la zona de condensacion, incluye un cilindro delimitado lateralmente por una carcasa del condensador (200, 201, 202).
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  11. 11. El condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 10,
    que ademas comprende una rejilla inferior (209) sobre la que se disponen los objetos (208), estando dispuesta una salida del condensador (203) por debajo de la rejilla inferior (209) en la direccion de instalacion para extraer del condensador lfquido de servicio calentado por condensacion.
  12. 12. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 2,
    en el que la alimentacion de lfquido de servicio (204, 210, 212) esta configurada para alimentar el lfquido de servicio sobre una placa de distribucion perforada (212) de manera giratoria para que el lfquido de servicio sobre la placa perforada (212) se distribuya desde el centro hacia fuera debido a la alimentacion giratoria.
  13. 13. El condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12,
    en el que esta formado un compresor por encima de la zona de condensacion (100) en una alimentacion del compresor (205, 213), extendiendose la alimentacion del compresor (205) dentro de la zona de condensacion (100), en el que el compresor esta formado como compresor centnfugo, y unos medios de redireccionamiento de vapor (215) adicionales estan formados en una salida del compresor para alimentar el vapor comprimido hacia abajo a la zona de introduccion de vapor (102).
  14. 14. El condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
    en el que se disponen rellenos (208) dentro de la zona de condensacion (100), y
    en el que, al menos en una parte de la zona de introduccion de vapor (102), no hay rellenos.
  15. 15. El condensador de acuerdo con la reivindicacion 14, en la que los rellenos (108) estan formados como anillos Pall.
  16. 16. Un metodo de uso de un condensador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15,
    en el que un flujo de lfquido de servicio tiene lugar en la zona de condensacion (100) en una direccion preferida y en el que el vapor del lfquido de servicio entra en la zona de condensacion (100) desde la zona de introduccion de vapor (102) de manera transversal, en el que una direccion de flujo del vapor de lfquido de servicio forma un angulo, con respecto a la direccion preferida del flujo de lfquido de servicio, mayor de 10 grados y menor de 170 grados.
  17. 17. Un metodo para fabricar un condensador, que comprende:
    proporcionar una zona de condensacion para condensar vapor que ha de condensarse en un lfquido de servicio, implementandose la zona de condensacion como una zona en volumen que comprende un extremo superior (100a), un extremo inferior (100b) y un lfmite lateral (100c) entre el extremo superior (100a) y el extremo inferior (100b);
    disponer una zona de introduccion de vapor (102) a lo largo del extremo lateral de la zona de condensacion (100) de modo que el vapor que ha de condensarse se alimenta a la zona de condensacion lateralmente por el lfmite lateral y
    en el que una region en una carcasa del condensador (200, 201, 202) esta delimitada por un objeto limitador (207) de tipo jaula separado de la carcasa del condensador (200, 201,202) una distancia (215), en el que la zona de introduccion de vapor se dispone en la distancia (215), y
    en el que la zona de condensacion (100) se dispone en la region delimitada por el objeto limitador (207) de tipo jaula.
  18. 18. Una bomba de calor que comprende:
    un evaporador (10) para evaporar lfquido de servicio;
    un compresor (16) para comprimir lfquido de servicio evaporado en el evaporador (10); y
    un condensador (18) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17, estando la zona de introduccion de vapor (102) conectada con una salida del compresor (16).
  19. 19. La bomba de calor de acuerdo con la reivindicacion 18,
    en la que el condensador (18) se dispone aguas arriba del evaporador (10),
    en la que un conducto de aspiracion (205) del compresor (16) se extiende a traves del condensador,
    en la que una rueda radial del compresor (16) se dispone al menos parcialmente por encima de la zona de
    condensacion (100), y
    en la que una salida (215) del compresor (16) se dispone por encima de la zona de condensacion (100).
  20. 20. La bomba de calor de la reivindicacion 18, en la que el condensador esta formado en una carcasa cilmdrica (200, 201, 202) y se dispone por encima del evaporador (10), en la que tanto el evaporador (10) como el condensador (18) tienen el mismo diametro externo.
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