ES2878409T3 - Dispositivo de bomba de calor de absorción de gas que consta de una evacuación de los humos de combustión hacia un evaporador - Google Patents

Abstract

Dispositivo (1) de bomba de calor de absorción de gas, que consta de: - un par de fluidos refrigerante/absorbente, sometiéndose el fluido refrigerante (F1, F2) a cambios de estado dentro del dispositivo (1), - un generador (2) de combustión de gas (G) que tiene un quemador de gas, que permite el calentamiento de una solución rica (S1) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente para hacer desorber de ella un fluido refrigerante gaseoso (F1), - un condensador (7) que permite la condensación del fluido refrigerante gaseoso (F1) en un fluido refrigerante líquido (F2), - un evaporador (9) que permite la evaporación del fluido refrigerante líquido (F2) para obtener en la salida un fluido refrigerante gaseoso (F1), - un absorbedor (6) que permite la puesta en contacto del fluido refrigerante gaseoso (F1) con una solución pobre (S2) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente, proveniente de la desorción del fluido refrigerante después del calentamiento en el generador (2), para formar una solución rica (S1) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente que vuelve hacia el generador (2), constando el generador (2) de un primer conducto (13) de evacuación de los humos de combustión, caracterizado por que el evaporador (9) está situado al menos parcialmente en un segundo conducto (14) que consta de una entrada de aire exterior (E1) y una salida de aire exterior (E2), y por que el primer conducto (13) desemboca en el segundo conducto (14) de manera que el calor de los humos de combustión se utilice para el calentamiento del aire utilizado en el evaporador (9), por que el generador (2) consta de un tercer conducto (15) de alimentación con aire exterior que desemboca en el segundo conducto (14) en el que está situado el evaporador (9), por que el dispositivo consta de un primer dispositivo de ventilación (16) situado en el segundo conducto (14) a nivel del evaporador (9) que permite la ventilación entre el aire exterior proveniente de la entrada de aire exterior (E1) y el aire caliente de los humos de combustión provenientes del primer conducto (13), por que el dispositivo consta de un segundo dispositivo de ventilación (17) situado en el tercer conducto (15) que permite la ventilación del aire exterior proveniente de la entrada de aire exterior (E1) hacia el quemador de gas (G) del generador (2), y por que los primer (16) y segundo (17) dispositivos de ventilación son asíncronos.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de bomba de calor de absorción de gas que consta de una evacuación de los humos de combustión hacia un evaporador

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo general de las bombas de calor, y en particular al campo de las bombas de calor de absorción que utilizan una fuente caliente al generador con caldera de gas. Este tipo de bomba de calor también se designa mediante la expresión "bomba de calor de absorción con generador de gas" o incluso más simplemente mediante la expresión "BdC de absorción con motor de gas".

La invención encuentra, por ejemplo, aplicaciones para la producción de agua caliente sanitaria (ACS), el calentamiento y/o la climatización. La invención también se puede aplicar, de este modo, a cualquier tipo de edificio que presente necesidades en términos de calentamiento, de producción de agua caliente sanitaria y/o de climatización, y, por ejemplo, a viviendas individuales o colectivas, o incluso edificios terciarios tales como oficinas u hospitales, entre otros.

La invención propone, de este modo, un dispositivo de bomba de calor de absorción de gas que consta de medios de evacuación de los humos de combustión del generador de gas a nivel del evaporador.

Estado de la técnica anterior

Entre las tecnologías conocidas que utilizan el gas para el calentamiento, la producción de agua caliente sanitaria y eventualmente la climatización, por ejemplo, las bombas de calor de absorción con generador de gas ocupan un lugar privilegiado. Por ejemplo, los documentos WO 2010/129949 A1 y DE 2648855 A1 divulgan, cada uno, un dispositivo de bomba de calor de absorción de gas según el preámbulo de la reivindicación 1.

En efecto, dichas BdC de absorción con motor de gas pueden permitir alcanzar un nivel de rendimiento netamente superior al de las calderas de gas tradicionales, permitiendo en concreto un ahorro de energía del 30 al 40 %. De este modo, en el contexto actual del aumento de la eficiencia energética, en el edificio en concreto, estas bombas presentan un interés creciente, y en particular para el mercado de la renovación.

Una BdC de absorción con motor de gas es ante todo, según el principio general de una bomba de calor, un dispositivo termodinámico que permite transferir el calor de un medio frío (por lo tanto el refrigerante nuevamente) hacia un medio caliente (por lo tanto el calentador también).

Las figuras 1 y 2 ilustran de forma esquemática dos variantes del principio general de funcionamiento de una BdC de absorción con motor de gas.

Al igual que para una bomba de calor convencional, una BdC de absorción con motor de gas consta de un fluido refrigerante (o frigorígeno) del que se provocan los cambios de estado para que tome o ceda principalmente su calor latente al entorno deseado.

No obstante, en el caso de una BdC de absorción con motor de gas, el fluido refrigerante está asociado a un sorbente, formando estos dos elementos un par.

El sorbente tiene por objetivo poder absorber el fluido refrigerante a una temperatura determinada y a una presión determinada, y poder desorberlo, es decir, liberarlo, a otras temperaturas y presiones.

En el caso donde el sorbente es un sólido, se habla de adsorción. El par utilizado más frecuentemente es agua/zeolita. En el caso donde el sorbente es un líquido, se habla de absorción. Entre estas dos familias de sistema de sorción, cabe señalar que la tecnología de absorción es la más eficaz. En este caso, los pares utilizados más frecuentemente son amoníaco/agua y agua/bromuro de litio. No obstante, teniendo en cuenta la utilización de temperaturas elevadas a nivel del generador y de una fuente de calor fría con el evaporador (aire exterior o suelo en invierno, por ejemplo), el par refrigerante/absorbente predilecto es amoníaco/agua. En efecto, para el par agua/bromuro de litio, el agua se utiliza como fluido refrigerante y limita el funcionamiento de la bomba de calor a nivel del evaporador ya que el punto triple del agua a 0 °C no permite el funcionamiento para temperaturas de aire inferiores a 5 °C.

Con referencia a las figuras 1 y 2, el principio general de funcionamiento de la BdC de absorción con motor de gas 1 es el siguiente. Dentro de un generador 2, el calor proveniente de la combustión del gas G se utiliza para hacer desorber el fluido refrigerante de una solución absorbente rica S1 (es decir, rica en fluido refrigerante). La solución rica S1 se puede calentar directamente en el generador 2 de gas, como para el ejemplo de la figura 1, o bien también indirectamente por medio de un fluido caloportador FC y de un intercambiador de calor 11, como para el ejemplo de la figura 2. A la salida del generador 2, se obtiene entonces un fluido difásico, que consta de, por un lado, una solución pobre S2 (es decir, pobre en refrigerante) y por otro lado un fluido refrigerante gaseoso F1.

Esta mezcla difásica se separa por gravedad por medio de un separador 3. La solución pobre S2 vuelve entonces hacia un absorbedor 6, después de atravesar un intercambiador de recuperación de calor 4 y un manorreductor de solución 5. El fluido refrigerante gaseoso F1 es, por su parte, condensado en un condensador 7 a la salida del cual se obtiene entonces un fluido refrigerante líquido F2. Este fluido refrigerante líquido F2 se descomprime a continuación en un manorreductor de solución 8, y a continuación se evapora a baja presión en un evaporador 9. A nivel de este evaporador 9, el calor necesario para la evaporación puede tomarse del aire exterior, como para el ejemplo de la figura 1, o bien también del subsuelo por medio de perforaciones geotérmicas, como para el ejemplo de la figura 2. Se habla entonces, respectivamente, de BdC de absorción con motor de gas aire/agua (o también aerotérmica) y de BdC de absorción con motor de gas agua/agua (o también geotérmica).

A la salida del evaporador 9, el fluido refrigerante es de nuevo un fluido refrigerante gaseoso F1. Es enviado entonces hacia el absorbedor 6 en el que se vuelve a poner en contacto con la solución pobre S2 que proviene del generador 2. La solución pobre S2 se carga entonces con fluido refrigerante absorbiendo el vapor. De esta forma, a la salida del absorbedor 6, se obtiene la solución rica S1 que es reenviada hacia el generador 2 por medio de una bomba de solución 10.

En este principio de funcionamiento de la BdC de absorción con motor de gas 1, la condensación del fluido refrigerante gaseoso F1 en el condensador 7 y su absorción por la solución pobre S2 en el absorbedor 6 permiten, respectivamente, desprender calor para la salida de agua C2 y el retorno de agua C1 de un circuito de calentamiento.

Por otro lado, la evaporación del fluido refrigerante líquido F2 en el evaporador 9 puede permitir producir frío, evacuado por ejemplo en el aire exterior (caso de la figura 1) o en el suelo por medio de sondas geotérmicas (caso de la figura 2). El frío producido de este modo puede utilizarse, llegado el caso, a nivel de un edificio para aplicaciones de climatización.

Actualmente, las tecnologías conocidas de BdC de absorción con motor de gas, comercializadas o no, pueden clasificarse, de este modo, en dos categorías principales.

En primer lugar, las BdC de absorción con motor de gas aerotérmicas que utilizan el calor del aire exterior (caso de la figura 1), instaladas en el exterior de los edificios, pueden permitir disponer de un aparato monobloque, siendo su inconveniente principal que los equipos están sometidos a los rigores del entorno exterior (temperatura, humedad, viento, entre otros) que afectan a la vez al coste de la solución técnica (protección antilluvia/antihumedad de los componentes eléctricos, por ejemplo) y el rendimiento energético (pérdidas térmicas más elevadas en concreto a nivel del generador).

En segundo lugar, las BdC de absorción con motor de gas geotérmicas que utilizan el calor del suelo con perforaciones (caso de la figura 2), instaladas en el interior de los edificios, pueden permitir responder al menos parcialmente a los inconvenientes mencionados anteriormente pero inducen un coste elevado, teniendo en cuenta la necesidad de disponer de perforaciones geotérmicas.

Además, como se ha indicado anteriormente, las tecnologías de BdC de absorción con motor de gas tienen tendencia a dar preferencia como par refrigerante/absorbente, el par amoníaco/agua. Ahora bien, se muestra necesario poder respetar la reglamentación en vigor relativa a la utilización del amoníaco en lugares de ocupación general (norma NF EN 378), que es muy restrictiva. En particular, cabe señalar que por debajo de 2,5 kg de amoníaco, no se impone ninguna restricción salvo que el sistema debe estar sellado. En cambio, por encima de 2,5 kg de amoníaco, la carga máxima debe ser inferior o igual al límite práctico (0,00035 kg/m3) multiplicado por el volumen de la sala, o debe existir una salida al aire libre y ninguna comunicación directa con salas para ciertas clases de ocupación. Por otra parte, incluso por debajo de 2,5 kg de amoníaco, el temor al amoníaco conlleva dificultades de aceptación para instalar estos equipos en el interior de locales.

Por otro lado, varios ejemplos de BdC de absorción con motor de gas también se han descrito en la bibliografía de patentes. De este modo, por ejemplo, la solicitud internacional WO 2010/129949 A1 se refiere a una máquina de absorción utilizada como bomba de calor acoplada con un quemador de gas, sin ninguna recuperación de calor a nivel de los humos. La solicitud de patente alemana DE 3338126 A1 describe un generador de máquina de absorción que presenta una arquitectura particular para una alimentación por quemador de gas, optimizado para maximizar el intercambio entre el quemador y el generador sin recuperación de calor adicional. La solicitud de patente canadiense CA 2061 323 A1 divulga, por su parte, una bomba de calor cuyo funcionamiento se basa en la utilización de un ciclo GAX (para "Generator Absorber heat eXchanger" en inglés). Por último, la solicitud de patente china CN 2013-55123 Y se refiere a una geometría particular de un intercambiador de recuperación de calor en los humos.

No obstante, las soluciones tecnológicas descritas anteriormente, en particular con referencia a las figuras 1 y 2, para el diseño de una BdC de absorción con motor de gas no son completamente satisfactorias. En efecto, estas soluciones de bombas de calor, mayoritariamente diseñadas para estar en exteriores, no se han mostrado adaptadas al contexto energético actual que busca valorizar al máximo la utilización de una energía fósil y, por lo tanto, prever la recuperación de calor para aumentar los rendimientos del sistema energético. Además, la integración de soluciones tecnológicas de BdC de absorción con motor de gas aparte de exteriores, en particular en componentes para la vivienda o el edificio, se ha previsto solamente muy poco y no es, de este modo, óptima.

Además, estas soluciones conocidas de la técnica anterior no permiten responder de manera satisfactoria a las diferentes problemáticas vinculadas a la tecnología de BdC de absorción con motor de gas.

En primer lugar, existe una problemática vinculada a la utilización de aire exterior. En efecto, un ciclo de absorción funciona normalmente según tres niveles de temperatura, a saber: una temperatura de fuente caliente al generador entre aproximadamente 50 y 200 °C, una temperatura de fuente intermedia al absorbedor y al condensador entre aproximadamente 20 y 50 °C, y una temperatura de fuente fría al evaporador entre aproximadamente -20 y 20 °C. Las prestaciones del ciclo de absorción aumentan cuando las temperaturas de las fuentes caliente y fría aumentan, mientras que la temperatura de la fuente intermedia disminuye, y viceversa. Asimismo, para una BdC de absorción con motor de gas que utiliza aire, y en particular aire exterior, cuanto más baja sea la temperatura de este aire (en concreto la temperatura exterior), menores serán las prestaciones de la bomba, mientras que, al mismo tiempo, las necesidades de calentamiento aumentan.

Por otro lado, existe una problemática vinculada a la valorización máxima de la combustión del gas. En efecto, la combustión del gas produce calor a una temperatura suficiente, por ejemplo del orden de 80 a 800 °C (temperatura de la llama en función de la arquitectura del quemador), para alimentar el ciclo de absorción a nivel del generador. A la salida del generador, la temperatura de los humos de combustión, que constan principalmente de agua, nitrógeno y dióxido de carbono, permanece suficientemente elevada para ser valorizada, lo que se puede hacer entonces por ejemplo por medio de una caldera de condensación que permite condensar el vapor de agua contenido en los humos antes de expulsar el agua en forma líquida. No obstante, una vez efectuada esta condensación, la temperatura de los humos de combustión sigue siendo suficientemente elevada para ser valorizada.

Además, existe una problemática vinculada a la instalación de la BdC de absorción con motor de gas. En efecto, para permitir su correcto funcionamiento, las BdC de absorción con motor de gas que utilizan el aire exterior necesitan a la vez una llegada de aire nuevo al generador con caldera de gas y la expulsión del frío producido en el evaporador al aire exterior. Estas dos condiciones pueden complicar la instalación de las BdC de absorción con motor de gas, en particular en la colocación de la toma de aire exterior o de la conexión con una unidad situada en exteriores, que puede efectuarse directamente con el refrigerante o por medio de un fluido intermedio. La utilización de un fluido intermedio puede disminuir, no obstante, las prestaciones de la bomba añadiendo pizcas de intercambio entre los niveles de temperatura de las fuentes y las temperaturas efectivas de funcionamiento de la bomba.

Exposición de la invención

Existe, por consiguiente, una necesidad de proponer una solución alternativa para el diseño de una bomba de calor de absorción de gas. Existe, en concreto, una necesidad de permitir una valorización óptima de la energía producida a nivel de la bomba, y en particular de la proveniente del generador con caldera de gas, así como una necesidad de optimizar el funcionamiento de la bomba independientemente de la temperatura exterior, dicho de otro modo incluso en caso temperaturas bajas.

La invención tiene como finalidad remediar al menos parcialmente las necesidades mencionadas anteriormente y los inconvenientes relativos a las realizaciones de la técnica anterior.

La invención tiene, de este modo, como objeto, según uno de sus aspectos, un dispositivo de bomba de calor de absorción de gas según la reivindicación 1.

Gracias a la invención, las prestaciones globales del dispositivo pueden aumentar. En particular, puede ser posible obtener una valorización máxima de la energía proveniente de la combustión del gas en el generador por la recuperación del calor producido, en concreto a diferentes niveles de temperatura. Además, el funcionamiento del dispositivo de BdC de absorción con motor de gas se puede optimizar en cualquier momento, incluyendo durante períodos bajas temperaturas exteriores que pueden, en general, degradar el rendimiento del dispositivo. El dispositivo según la invención puede permitir también una reducción significativa de los costes de instalación y de fabricación. Por otro lado, para un par refrigerante/absorbente correspondiente a amoníaco/agua, la invención puede permitir establecer una protección contra eventuales fugas de amoníaco mediante la colocación de una cámara hermética en comunicación con el exterior, para respetar las normas impuestas en la utilización del amoníaco. La invención se puede utilizar para la producción de calentamiento, también de agua caliente sanitaria, incluso eventualmente con fines de climatización.

El dispositivo de bomba de calor de absorción de gas según la invención puede constar, además, de una o varias de las siguientes características tomadas de forma aislada o según todas las combinaciones técnicas posibles.

El tercer conducto de alimentación con aire exterior que desemboca en concreto cerca de la entrada de aire exterior del segundo conducto.

El generador puede, llegado el caso, constar de un intercambiador de calor de agua/humos a través del cual circula el agua del circuito de calentamiento, previamente calentada por el calor producido por el absorbedor y el condensador, para permitir la recuperación de calor disponible a nivel de los humos antes de su evacuación en el primer conducto. El dispositivo puede constar, por otro lado, de una unidad de producción de agua caliente sanitaria. El dispositivo puede ser monobloque. Además, el dispositivo se puede instalar internamente, en concreto en el interior de una vivienda o de un edificio.

El generador puede configurarse para permitir un calentamiento directo de la solución rica de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente.

Como variante, el dispositivo puede constar de un intercambiador de calor intermedio que permite el calentamiento indirecto de la solución rica de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente por medio de un fluido caloportador que circula en el generador.

El dispositivo puede constar de una unidad de producción de agua caliente sanitaria, que consta de un intercambiador de calor que permite el calentamiento del agua caliente sanitaria, y puede constar, además, de un generador con caldera de gas adicional, situado aguas arriba del intercambiador de calor de la unidad de producción de agua caliente sanitaria, que permite la producción de agua caliente sanitaria sin puesta en marcha del ciclo de absorción del dispositivo.

Como variante, el dispositivo puede constar de una unidad de producción de agua caliente sanitaria y una válvula de selección de alimentación hacia el circuito de calentamiento y/o hacia la unidad de producción de agua caliente sanitaria, y constar, además, de un generador con caldera de gas adicional, situado aguas arriba de la válvula de selección, que permite la producción de calentamiento y/o de agua caliente sanitaria sin puesta en marcha del ciclo de absorción del dispositivo.

Por otro lado, el dispositivo puede constar de una unidad de producción de agua caliente sanitaria sin almacenamiento, que consta de un intercambiador de calor de placa y una válvula mezcladora termostática.

El dispositivo de bomba de calor de absorción de gas según la invención puede constar de una cualquiera de las características enumeradas en la descripción, tomadas de forma aislada o según todas las combinaciones técnicamente posibles con otras características.

Breve descripción de los dibujos

La invención se podrá comprender mejor con la lectura de la descripción detallada que va a seguir, de ejemplos de implementación no limitativos de esta, así como con el examen de las figuras, esquemáticas y parciales, del dibujo adjunto, en el que:

- las figuras 1 y 2 ilustran de forma esquemática dos variantes del principio general de funcionamiento de una bomba de calor de absorción con generador de gas según la técnica anterior,

- la figura 3 ilustra de forma esquemática un ejemplo de realización de un dispositivo de bomba de calor de absorción de gas de acuerdo con la invención, y

- las figuras 4 y 5 ilustran respectivamente dos variantes de realización del dispositivo de bomba de calor de la figura 3.

En el conjunto de estas figuras, referencias idénticas pueden designar elementos idénticos o análogos.

Además, las diferentes partes representadas en las figuras no lo están necesariamente según una escala uniforme, para hacer las figuras más legibles.

Exposición detallada de modos de realización particulares

Las figuras 1 y 2 ya se han descrito anteriormente en la parte relativa al estado de la técnica anterior.

Por otro lado, para el conjunto de los tres ejemplos de realización de las figuras 3, 4 y 5, el dispositivo 1 de bomba de calor de absorción de gas está situado en el interior de un local, que puede, por ejemplo, estar localizado en una vivienda o un edificio cualquiera donde existe una necesidad de instalación de dicha bomba de calor. Este local consta de una pared M que forma la separación entre el interior INT del local y el exterior EXT del local.

Los ejemplos de acuerdo con la invención de dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas, descritos a continuación, permiten realizar un acoplamiento óptimo entre el ciclo de absorción y el generador equipado con el quemador (o caldera) de gas, tanto desde el punto de vista energético como desde el punto de vista del diseño. Estos ejemplos de dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas pueden permitir la producción de calentamiento y/o de agua caliente sanitaria (ACS), incluso eventualmente de climatización, como se describe en lo sucesivo.

De forma preferente, todos estos dispositivos 1 de BdC de absorción con motor de gas son, además, monobloque, es decir, que forman, cada uno, una sola y misma unidad situada en el interior del local.

El par refrigerante/absorbente utilizado en estos dispositivos 1 de BdC de absorción con motor de gas puede seleccionarse entre diferentes posibilidades. En particular, puede corresponder a amoníaco/agua. En este caso, el dispositivo 1 puede estar contenido en una cámara hermética en comunicación con el exterior EXT para establecer una protección contra eventuales fugas de amoníaco, y para respetar las normas impuestas en la utilización del amoníaco.

En primer lugar, se ha representado en la figura 3, de manera esquemática, un primer ejemplo de realización de un dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas de acuerdo con la invención.

De forma habitual, el dispositivo 1 consta de un generador 2 provisto de un quemador de gas G, que permite el calentamiento de una solución rica S1 (es decir, rica en fluido refrigerante) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente, un condensador 7 que permite la condensación de un fluido refrigerante gaseoso F1 en un fluido refrigerante líquido F2, un evaporador 9 que permite la evaporación del fluido refrigerante líquido F2 para obtener en la salida un fluido refrigerante gaseoso F1, y un absorbedor 6 que permite la puesta en contacto del fluido refrigerante gaseoso F1 con una solución pobre S2 (es decir, pobre en fluido refrigerante) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente, proveniente de la desorción del fluido refrigerante después del calentamiento en el generador 2, para formar una solución rica S1 que vuelve hacia el generador 2.

De manera más precisa, como se describió anteriormente con referencia a la figura 1, dentro del generador 2, el calor proveniente de la combustión del gas G se utiliza para hacer desorber el fluido refrigerante de la solución absorbente rica S1. A la salida del generador 2, se obtiene entonces una mezcla difásica, que consta de, por un lado, la solución pobre S2 y, por otro lado, el fluido refrigerante gaseoso F1.

Esta mezcla difásica se separa, de este modo, por gravedad por medio del separador 3, volviendo la solución pobre S2 entonces hacia el absorbedor 6, después de atravesar un intercambiador de recuperación de calor 4 y un manorreductor de solución 5. El fluido refrigerante gaseoso F1 se condensa, por su parte, en el condensador 7 en la salida del cual se obtiene entonces el fluido refrigerante líquido F2.

Este fluido refrigerante líquido F2 se descomprime a continuación en un manorreductor de solución 8, y a continuación se evapora a baja presión en el evaporador 9. A la salida del evaporador 9, el fluido refrigerante es de nuevo un fluido refrigerante gaseoso F1. Es enviado entonces hacia el absorbedor 6 en el que se vuelve a poner en contacto con la solución pobre S2 que proviene del generador 2. La solución pobre S2 se carga entonces con fluido refrigerante absorbiendo el vapor. De esta forma, a la salida del absorbedor 6, se obtiene la solución rica S1 que es reenviada hacia el generador 2 por medio de una bomba de solución 10.

La condensación del fluido refrigerante gaseoso F1 en el condensador 7 y su absorción por la solución pobre S2 en el absorbedor 6 permiten, respectivamente, desprender calor para la salida de agua C2 y el retorno de agua C1 de un circuito de calentamiento C.

Por otro lado, de acuerdo con la invención y para valorizar de forma óptima la energía producida por el generador 2, así como para optimizar el funcionamiento del dispositivo 1 independientemente de la temperatura del medio exterior EXT, el generador 2 consta de un primer conducto 13 de evacuación de los humos de combustión. Además, el evaporador 9 está situado en un segundo conducto 14 que consta de una entrada de aire exterior E1 (para la toma de aire nuevo) y una salida de aire exterior E2 (para la expulsión de aire viciado), formadas en la pared M de separación entre el interior INT y el exterior EXT. El primer conducto 13 desemboca en el segundo conducto 14 de manera que el calor de los humos de combustión provenientes del quemador de gas G se utilice para el calentamiento del aire utilizado en el evaporador 9.

De esta forma, puede ser posible responder a la problemática habitual vinculada a la utilización de aire exterior en una BdC de absorción con motor de gas ya que el aire exterior captado por la entrada de aire exterior E1 se calienta por medio de los humos de combustión provenientes del primer conducto 13.

Por otro lado, también es posible valorizar al máximo el calor desprendido por la combustión del gas ya que este es recuperado al menos parcialmente en el primer conducto 13 para ser utilizado a nivel del evaporador 9.

Además, es posible facilitar las condiciones de instalación del dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas ya que la refrigeración por aire no necesita la presencia de una unidad exterior. La alimentación con aire nuevo del generador 2 y la evacuación de las frigorías producidas al evaporador 9 están garantizadas por una misma toma de entrada de aire exterior E1 y por un canal de vertido común de salida de aire viciado exterior E2.

Como se puede ver en la figura 3, el generador 2 consta, además, de un tercer conducto 15 de alimentación con aire exterior que desemboca en el segundo conducto 14 en el que está situado el evaporador 9, cerca de la entrada de aire exterior E1.

De forma ventajosa, el primer conducto 13 parte de la parte alta del generador 2 para desembocar directamente en el segundo conducto 14, y el tercer conducto 15 llega directamente a la parte baja del generador 2, a nivel del quemador de gas G, desde el segundo conducto 14. El segundo conducto 14 está en comunicación fluídica con el primer conducto 13 y el tercer conducto 15. De esta forma, el aire nuevo que proviene de la entrada de aire exterior E1 del segundo conducto 14 llega al quemador de gas G atravesando el tercer conducto 15, y es calentado también por los humos de combustión provenientes del primer conducto 13.

Por otro lado, el dispositivo 1 consta de un primer ventilador 16 dispuesto en el segundo conducto 14 a nivel del evaporador 9 para permitir la ventilación entre el aire exterior proveniente de la entrada de aire exterior E1 y el aire caliente de los humos de combustión provenientes del primer conducto 13, y en particular permite la circulación del aire necesario para la evacuación de las frigorías producidas a nivel del evaporador 9.

Además, el dispositivo 1 consta de un segundo ventilador 17 situado en el tercer conducto 15 que permite la ventilación del aire exterior proveniente de la entrada de aire exterior E1 hacia el quemador de gas G del generador 2 para su alimentación.

Los primer 16 y segundo 17 ventiladores son asíncronos.

Por otro lado, como se ha explicado anteriormente, los calores producidos a nivel del absorbedor 6 y del condensador 7 por el ciclo de absorción pueden permitir de calentar el agua de retorno C2 del circuito de calentamiento C. El agua del circuito de calentamiento C puede entonces atravesar a continuación un intercambiador de calor de agua/humos 12 situado en el generador 2 para permitir la recuperación de calor disponible a nivel de los humos antes de su evacuación en el primer conducto 13. Este tipo de intercambiador de agua/humos 12 es tal como los presentes convencionalmente en las calderas de gas de condensación.

De esta forma, la invención permite una primera recuperación de calor de los humos de combustión por medio del intercambiador de calor de agua/humos 12 y una segunda recuperación de calor de los humos de combustión por medio del primer conducto 13 conectado al evaporador 9, de modo que la valorización del calor producido dentro del generador 2 es máxima. es posible aumentar significativamente las prestaciones globales del dispositivo 1 garantizando una evaporación del fluido refrigerante que proviene del condensador 7 a una temperatura más elevada que la del aire exterior.

Por otro lado, como se puede ver en la figura 3, el dispositivo 1 consta de una unidad de producción de agua caliente sanitaria 18. Esta unidad de producción de agua caliente sanitaria 18 consta un depósito de almacenamiento 27 de agua caliente sanitaria y un intercambiador de calor 20 que permite el calentamiento de agua fría de una entrada de agua fría 25 por medio de la circulación en el intercambiador de calor 20 de agua de calentamiento C3 calentada previamente en el generador 2.

De manera más precisa, el dispositivo 1 consta de una válvula de selección 21, en particular una válvula de tres vías, de alimentación hacia el circuito de calentamiento C y/o hacia la unidad de producción de agua caliente sanitaria 18. Asimismo, el agua de calentamiento C3, que atraviesa el intercambiador de calor 20, proviene de la selección adecuada de la válvula de tres vías 21 para la producción de agua caliente sanitaria, antes de retornar hacia el agua de retorno C2 del circuito de calentamiento C después del paso por el intercambiador de calor 20. El agua caliente sanitaria producida de este modo es evacuada entonces por la salida de agua caliente sanitaria 26.

Como se ha indicado anteriormente, el acoplamiento entre el ciclo de absorción y el quemador de gas G del generador 2 puede permitir obtener un funcionamiento óptimo de un punto de vista energético.

En particular, en el caso donde el dispositivo 1 se utiliza únicamente para la producción de calentamiento (por lo tanto, sin producción de agua caliente sanitaria), los niveles de temperatura y los balances de potencia pueden ser los siguientes: la temperatura a la salida de aire exterior E2 es del orden de 2 °C mientras que la temperatura en la entrada de aire exterior E1 es del orden de 0 °C; la temperatura a nivel del evaporador 9 a la salida del primer conducto 13 es del orden de 7 °C; la temperatura del agua de salida C2 del circuito de calentamiento C es del orden de 45 °C mientras que la temperatura del agua de retorno C1 del circuito de calentamiento C es del orden de 35 °C. Además, en el generador 2, la temperatura a nivel del quemador de gas G es del orden de 100 °C, mientras que esta es del orden de 90 °C a nivel del intercambiador de agua/humos 12 y del orden de 55 °C en la entrada del primer conducto 13. Por otro lado, la potencia necesaria del circuito de calentamiento C es del orden de 6 kW, mientras que esta es del orden de 1,7 kW para el evaporador 9 y del orden de 4,5 kW para el generador 2.

La tabla a continuación presenta una comparación de las prestaciones entre el dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas de acuerdo con la invención según el ejemplo de la figura 3 y un dispositivo de BdC de absorción con motor de gas según la técnica anterior, por ejemplo según el ejemplo de la figura 1 descrito anteriormente. Los dos dispositivos solamente se utilizan aquí para la producción de calentamiento.

Por comparación de los dos aumentos de rendimiento mencionados en esta tabla, se constata de este modo que la invención permite, ventajosamente, una mejora de cerca del 25 % de las prestaciones de las bombas de calor con absorción de gas.

Por otro lado, en el ejemplo de realización según la figura 3, el generador 2 está configurado para permitir un calentamiento directo de la solución rica S1 de la mezcla de fluidos refrigerante/absorbente. No obstante, pueden utilizarse otras posibilidades.

De este modo, la figura 4 ilustra un segundo ejemplo de realización de un dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas de acuerdo con la invención, en el que el calentamiento de la solución rica S1 es indirecto.

Con respecto al dispositivo 1 de la figura 3, solo se modifica la parte relativa al generador 2, no habiéndose representado la parte que consta de la unidad de producción de agua caliente sanitaria 18 y la válvula de selección 21 en aras de la simplificación.

En el ejemplo de realización de la figura 4, el dispositivo 1 consta, de este modo, de un intercambiador de calor intermedio 19 que permite el calentamiento indirecto de la solución rica S1 por medio de un fluido caloportador FC que circula en el generador 2, de forma semejante a lo que se ha descrito anteriormente para el ejemplo de la figura 2.

La utilización del intercambiador de calor intermedio 19 permite disociar el quemador de gas G del resto del generador 2. El fluido caloportador FC permite recuperar el calor proveniente de la combustión del gas a nivel del intercambiador de calor intermedio 19 y transmitirlo al generador 2 por medio de un circulador 24.

Esta realización puede generar un aumento del consumo eléctrico mediante la adición de un circulador 24, y también puede añadir una pizca de intercambio térmico mediante la presencia del intercambiador de calor intermedio 19. No obstante, puede permitir una disociación de la parte de generación de vapor de refrigerante de la parte de quemador de gas G dentro del generador 2, lo que puede, de este modo, presentar un interés en términos de limitación de la presión dentro del ciclo de absorción y, por lo tanto, una eventual facilidad de diseño de los componentes del dispositivo 1.

Por otro lado, en otra variante de realización, el dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas de acuerdo con la invención puede constar de un generador con caldera de gas adicional, llamado también generador de gas auxiliar.

Por ejemplo, dicho generador de gas auxiliar puede estar presente en el dispositivo 1 únicamente para permitir la producción de agua caliente sanitaria. Está situado entonces por ejemplo aguas arriba del intercambiador de calor 20 de la unidad de producción de agua caliente sanitaria 18. De este modo, puede permitir la producción de agua caliente sanitaria sin puesta en marcha del ciclo de absorción del dispositivo 1. Esta realización puede presentar, por ejemplo, un interés cuando las necesidades de utilización del dispositivo 1 son menores, por ejemplo durante períodos estivales, y cuando el arranque completo de la BdC de absorción con motor de gas no se muestra necesario.

Como variante, dicho generador de gas auxiliar también puede estar presente en el dispositivo 1 para permitir la producción de agua caliente sanitaria y también la producción de calentamiento. Está entonces situado aguas arriba de la válvula de selección 21 para permitir la producción de calentamiento y/o de agua caliente sanitaria sin puesta en marcha del ciclo de absorción del dispositivo 1. De este modo, puede permitir, por ejemplo, completar la producción de calor en caso de potencia demasiado baja de la bomba de calor en función de las necesidades. Esta realización puede presentar, por ejemplo, un interés para limitar la potencia de la bomba de calor respondiendo a los picos de llamadas de potencia de calentamiento y/o de agua caliente sanitaria.

Por otro lado, en el ejemplo de realización según la figura 3, el agua caliente sanitaria se almacena en el depósito de almacenamiento 27. No obstante, pueden utilizarse otras posibilidades.

De este modo, la figura 5 ilustra un tercer ejemplo de realización de un dispositivo 1 de BdC de absorción con motor de gas de acuerdo con la invención, en el que el agua caliente sanitaria se produce de forma instantánea, estando la unidad de producción de agua caliente sanitaria 18 desprovista de almacenamiento.

Con respecto al dispositivo 1 de la figura 3, solo se modifica la parte que consta de la unidad de producción de agua caliente sanitaria 18.

Para permitir una producción de forma continua y sin almacenamiento del agua caliente sanitaria, el dispositivo 1 consta de un intercambiador de calor de placa 22 y una válvula mezcladora termostática 23, como se ha representado. Esta realización puede permitir limitar el volumen general del dispositivo 1, aunque impone un funcionamiento del quemador de gas G durante cada extracción de agua caliente sanitaria, ya que esta última no se almacena nunca.

Por supuesto, la invención no está limitada a los ejemplos de realización que se acaban de describir. Diversas modificaciones pueden serle aportadas por el experto en la materia en el marco de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

En particular, podría preverse realizar una inversión entre el condensador 7 y el evaporador 9 para permitir la producción de aire climatizado, por ejemplo durante períodos estivales. No obstante, el precalentamiento de aire a nivel del condensador 7 puede ser penalizador en términos de prestaciones globales del dispositivo 1.

La expresión "que consta de un" debe entenderse como que es sinónimo de "que consta de al menos un", a no ser que se haya especificado lo contrario.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (1) de bomba de calor de absorción de gas, que consta de:

- un par de fluidos refrigerante/absorbente, sometiéndose el fluido refrigerante (F1, F2) a cambios de estado dentro del dispositivo (1),

- un generador (2) de combustión de gas (G) que tiene un quemador de gas, que permite el calentamiento de una solución rica (S1) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente para hacer desorber de ella un fluido refrigerante gaseoso (F1),

- un condensador (7) que permite la condensación del fluido refrigerante gaseoso (F1) en un fluido refrigerante líquido (F2),

- un evaporador (9) que permite la evaporación del fluido refrigerante líquido (F2) para obtener en la salida un fluido refrigerante gaseoso (F1),

- un absorbedor (6) que permite la puesta en contacto del fluido refrigerante gaseoso (F1) con una solución pobre (S2) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente, proveniente de la desorción del fluido refrigerante después del calentamiento en el generador (2), para formar una solución rica (S1) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente que vuelve hacia el generador (2), constando el generador (2) de un primer conducto (13) de evacuación de los humos de combustión, caracterizado

por que el evaporador (9) está situado al menos parcialmente en un segundo conducto (14) que consta de una entrada de aire exterior (E1) y una salida de aire exterior (E2), y por que el primer conducto (13) desemboca en el segundo conducto (14) de manera que el calor de los humos de combustión se utilice para el calentamiento del aire utilizado en el evaporador (9),

por que el generador (2) consta de un tercer conducto (15) de alimentación con aire exterior que desemboca en el segundo conducto (14) en el que está situado el evaporador (9), por que el dispositivo consta de un primer dispositivo de ventilación (16) situado en el segundo conducto (14) a nivel del evaporador (9) que permite la ventilación entre el aire exterior proveniente de la entrada de aire exterior (E1) y el aire caliente de los humos de combustión provenientes del primer conducto (13),

por que el dispositivo consta de un segundo dispositivo de ventilación (17) situado en el tercer conducto (15) que permite la ventilación del aire exterior proveniente de la entrada de aire exterior (E1) hacia el quemador de gas (G) del generador (2), y

por que los primer (16) y segundo (17) dispositivos de ventilación son asíncronos.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la entrada de aire exterior (E1) del segundo conducto (14) y el primer conducto (13) de evacuación de los humos están en comunicación fluídica de modo que el calor de los humos pueda calentar el aire exterior.

3. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el generador (2) consta de un intercambiador de calor de agua/humos (12) a través del cual circula el agua del circuito de calentamiento (C), previamente calentada por el calor producido por el absorbedor (6) y el condensador (7), para permitir la recuperación de calor disponible a nivel de los humos antes de su evacuación en el primer conducto (13).

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que es monobloque.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que es adecuado para ser instalado internamente, en concreto en el interior de una vivienda o de un edificio.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de una unidad de producción de agua caliente sanitaria (18).

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el generador (2) está configurado para permitir un calentamiento directo de la solución rica (S1) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que consta de un intercambiador de calor intermedio (19) que permite el calentamiento indirecto de la solución rica (S1) de una mezcla de fluidos refrigerante/absorbente por medio de un fluido caloportador (FC) que circula en el generador (2).

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de una unidad de producción de agua caliente sanitaria (18), que consta de un intercambiador de calor (20) que permite el calentamiento del agua caliente sanitaria, y por que consta, además, de un generador con caldera de gas adicional, situado aguas arriba del intercambiador de calor (20) de la unidad de producción de agua caliente sanitaria (18), que permite la producción de agua caliente sanitaria sin puesta en marcha del ciclo de absorción del dispositivo (1).

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que consta de una unidad de producción de agua caliente sanitaria (18) y una válvula de selección (21) de alimentación hacia el circuito de calentamiento (C) y/o hacia la unidad de producción de agua caliente sanitaria (18), y por que consta, además, de un generador con caldera de gas adicional, situado aguas arriba de la válvula de selección (21), que permite la producción de calentamiento y/o de agua caliente sanitaria sin puesta en marcha del ciclo de absorción del dispositivo (1).

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de una unidad de producción de agua caliente sanitaria (18) sin almacenamiento, que consta de un intercambiador de calor de placa (22) y una válvula mezcladora termostática (23).