ES2898845T3

ES2898845T3 - Dispositivo y procedimiento para controlar la temperatura de un medio

Info

Publication number: ES2898845T3
Application number: ES16744310T
Authority: ES
Inventors: Uwe Pfütze-Rämsch
Original assignee: Reenpro GmbH
Current assignee: Reenpro GmbH
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2022-03-09
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: CN107850350B; US10690384B2; SI3320279T1; WO2017005643A1; EP3320279B1; DE102015110994A1; PL3320279T3; CY1125409T1; US20180202695A1; PT3320279T; DE102015110994B4; HUE056620T2; EP3320279A1; RS62658B1; LT3320279T; CN107850350A; HK1251288A1; HRP20211800T1

Abstract

Procedimiento para controlar la temperatura de un medio, donde un primer medio térmico se guía en un primer circuito de medio térmico cerrado y se mantiene en circulación en el mismo por un primer medio de transporte para absorber y ceder calor, donde el primer medio térmico se guía en el primer circuito de medio térmico a través de un primer intercambiador de calor para el intercambio de calor con un medio ambiental y donde el primer medio térmico se guía a través de un segundo intercambiador de calor para el intercambio de calor con el medio a temperar, donde el primer medio térmico se guía en el primer circuito de medio térmico sin experimentar transiciones de fase en el primer circuito de medio térmico, que para calentar el medio a temperar, el primer medio térmico se guía por el medio de transporte a través del primer intercambiador de calor para absorber calor allí, que el primer medio térmico, después de atravesar el primer intercambiador de calor, se guía a través de un tercer intercambiador de calor que se incorpora en un segundo circuito de medio térmico cerrado, en el que un segundo medio térmico gaseoso está guiado en un circuito sin transiciones de fase, donde en el segundo circuito de medio térmico está dispuesto un compresor, que está dispuesto aguas arriba del tercer intercambiador de calor, visto en la dirección de circulación del segundo medio térmico, y comprime y calienta el segundo medio térmico, donde el primer medio térmico en el tercer intercambiador de calor absorbe calor del segundo medio térmico, que el primer medio térmico, después de pasar a través del tercer intercambiador de calor, se guía a través del segundo intercambiador de calor, en el que cede calor al medio a temperar, y que el primer medio térmico, después de fluir a través del segundo intercambiador de calor, se expande y/o enfría y se reconduce al primer intercambiador de calor, caracterizado porque, después de fluir a través del segundo intercambiador de calor y antes de fluir nuevamente a través del primer intercambiador de calor, el primer medio térmico se guía a través de un cuarto intercambiador de calor que se incorpora en el segundo circuito de medio térmico y a través del que el segundo medio térmico fluye antes de que este último se comprima por el compresor, y a través del que el primer medio térmico está guiado en una sección adicional del primer circuito de medio térmico, y a saber después de fluir a través del primer intercambiador de calor y antes de fluir a través del tercer intercambiador de calor, donde el primer medio térmico en esta sección adicional del primer circuito de medio térmico en este cuarto intercambiador de calor absorbe calor tanto del segundo medio térmico como también del primer medio térmico reconducido en la sección entre el segundo intercambiador de calor y el primer intercambiador de calor en la dirección del primer intercambiador.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para controlar la temperatura de un medio

La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para controlar la temperatura de un medio según los preámbulos de las reivindicaciones 1 u 11.

La climatización de vehículos, como automóviles, camiones, autobuses, tranvías, vagones de pasajeros y similares, así como de edificios, como edificios residenciales, edificios de oficinas, talleres, naves de producción y similares, es importante para el bienestar y la seguridad de las personas que se encuentran en vehículos y espacios.

Se habla de climatización total según la norma DIN EN 13779 cuando el sistema de aire acondicionado garantiza la ventilación, calefacción, refrigeración, humidificación y deshumidificación. Hay una climatización parcial en las siguientes variantes: Ventilación y calefacción con y sin función de humidificación, con función de refrigeración y con función de refrigeración y humidificación.

Medios conocidos para la climatización de espacios o el control de la temperatura de medios, que luego pueden provocar la climatización de los espacios, son las bombas de calor (para la calefacción) y los sistemas de aire acondicionado (para la refrigeración). Así, sistema de aire acondicionado (para la refrigeración) se dan a conocer en el documento WO 00/65287 A1, en el que en un circuito de refrigerante se utiliza aire y en un otro un líquido, donde los circuitos de refrigerante están en conexión entre sí a través de un intercambiador de calor. Por medio de otro intercambiador de calor, el calor de un medio a enfriar se absorbe entonces por el medio térmico que circula en el segundo circuito de enfriamiento. En el documento EP 690275 A2 se da a conocer un sistema de aire acondicionado (para la refrigeración) con un circuito de enfriamiento primario y uno secundario, a través de los que fluye respectivamente un medio térmico y que están en conexión entre sí a través de un intercambiador de calor. Por medio de otro intercambiador de calor, el calor de un medio a enfriar se absorbe entonces por el medio térmico que circula en el segundo circuito de enfriamiento, donde está previsto que el medio en el circuito primario esté bajo una presión de al menos 0.2 MPa (2 bares).

Pero, dichos elementos también se pueden utilizar como unidades de control de temperatura para máquinas e instalaciones para calentar o enfriar un medio de trabajo, por ejemplo, un líquido, para operar aparatos de refrigeración o control de temperatura, por ejemplo, en relación con electrodomésticos, los llamados "electrodomésticos blancos". Las características típicas de dichas bombas de calor y sistemas de aire acondicionado según el estado de la técnica son las siguientes:

• Hay un circuito de medio térmico, donde se evapora y licua un medio térmico guiado en el circuito de medio térmico • Hay un evaporador (generalmente un intercambiador de calor de placas) en el que el medio térmico se somete (evaporada) a una transición de fase.

• Hay un compresor para comprimir el medio térmico (principalmente estos son compresores de desplazamiento).

• Hay un condensador o licuador (generalmente un intercambiador de calor de placas) para licuar el medio térmico previamente sometido a la transición de fase en el evaporador.

• Hay una válvula de expansión para expandir el medio térmico.

• Por lo general se utiliza un medio térmico que daña el clima (generalmente R134a, R407c, R410a). Estos medios térmicos presentan un potencial de calentamiento global (GWP) muy alto [según la Escuela Federal de Climatización-Frío: para R134a: 1.430, correspondiente a 19,86 años, para R407c: 1.770, correspondiente a 24,58 años, para R410a: 2.090. corresponde a 29.03 años].

Una bomba de calor habitual hoy en día está bajo una presión considerable de hasta más de 20 bares. De este modo, el riesgo de fugas y accidentes es mayor. Además, se deben utilizar materiales correspondientemente seguros y espesores de material más gruesos.

Debido al uso de los medios térmicos mencionados anteriormente y otros medios térmicos habituales hoy en día, no cada material que es adecuado básicamente para las temperaturas se puede utilizar para la construcción de los dispositivos correspondientes.

El evaporador utilizado en los sistemas actuales es típicamente una fabricación especial de un intercambiador de calor, ya que tiene lugar un cambio en el estado de agregación de líquido a gaseoso dentro del intercambiador de calor. Aunque los compresores de desplazamiento son de funcionamiento suave, poseen una alta eficiencia debido a las bajas pérdidas mecánicas y presentan un espacio muerto de compresión mínimo. Sin embargo, como desventajas de los compresores de desplazamiento pueden verse la baja temperatura de compresión final, que debe minimizarse a una temperatura eventualmente demasiado alta con una inyección del 10%-15% del medio térmico. Otra desventaja decisiva es la regulación de potencia muy limitada (con la excepción de algunos modelos japoneses). Los compresores de desplazamiento presentan bajas oscilaciones de presión (pulsación de presión).

Este tipo de compresor (compresor de desplazamiento) necesita una lubricación con aceite. El aceite de éter de polivinilo (PVE) o el aceite de éster de poliol (POE) se utilizan para ello. El POE reacciona químicamente con el agua y, a este respecto, forma un ácido, lo que plantea requerimientos correspondientes en la selección del material, que debe ser resistente a los ácidos. Por lo tanto, se reduce la durabilidad del compresor y se aumenta la propensión a reparaciones.

Otra desventaja en los compresores de desplazamiento puede verse en el alto lanzamiento de aceite, ya que un alto lanzamiento de aceite significa al mismo tiempo una gran cantidad de aceite en el circuito del compresor. Para asegurar la protección del medio ambiental se requiere una bandeja de aceite que, en el caso de colocación exterior o lugares de colocación eventualmente fríos, requiere un calentamiento de banda eléctrica y, por lo tanto, también condiciona un uso adicional de energía para el funcionamiento del sistema.

El condensador o licuador es típicamente igualmente una fabricación especial de un intercambiador de calor, ya que en este también tiene lugar un cambio de estado de agregación, aquí de gaseoso a líquido.

Cuando se utiliza como bomba de calor para la calefacción, el transporte de calor ambiental desde el evaporador al compresor se realiza a un nivel de temperatura bajo en estado gaseoso. Desde el compresor hasta el condensador, el transporte de calor se realiza igualmente en forma gaseosa a un alto nivel de energía. Desde el condensador hasta la válvula de expansión, el transporte de calor se realiza a un nivel de temperatura medio en el estado agregado líquido. Desde la válvula de expansión hasta el evaporador, el portador de calor es líquido, a un nivel de energía muy bajo.

Cuando se utiliza como sistema de aire acondicionado para refrigerar vehículos, la compresión del medio térmico se realiza en un compresor que está conectado directamente al motor del vehículo a través de un acoplamiento del compresor. Después de la compresión, el medio térmico se encuentra a alta presión y es gaseoso. Además, el medio térmico gaseoso fluye al condensador y se enfría allí por medio de la corriente de aire y por el ventilador del condensador. Ahora el medio térmico está a alta presión, pero líquido. Luego, el medio térmico fluye hacia un secador de filtro y permanece líquido a alta presión hasta la siguiente válvula de expansión. En la válvula de expansión, el medio térmico se expande y enfría. La presión se vuelve baja y el medio térmico sigue siendo líquido. El medio térmico líquido y frío ahora fluye a través del evaporador. El aire se aspira a través del evaporador por medio de un soplador y se insufla en el compartimiento de pasajeros como aire frío. Mediante el aire fresco caliente aspirado, el medio térmico se calienta en el evaporador y se vuelve gaseoso nuevamente a baja presión. El medio térmico gaseoso ahora fluye a baja presión a través de la válvula de expansión de vuelta al compresor. Allí se comprime de nuevo y el circuito comienza de nuevo.

Un criterio de decisión importante para las bombas de calor y los sistemas de aire acondicionado es el llamado valor COP (coeficiente de rendimiento; para las bombas de calor), o el llamado valor EER (tasa de eficiencia energética; para los sistemas de aire acondicionado). Este valor se calcula a partir de la cantidad de calor generado dividido por la energía eléctrica utilizada (para el compresor, control, regulación y bombas internas de la bomba de calor o el sistema de aire acondicionado) en funcionamiento a plena carga. Un tamaño típico del COP o EER se sitúa entre 3 y 6;

Otro criterio de evaluación importante para las bombas de calor es el llamado JAZ (coeficiente de trabajo anual). Esto se calcula a partir de la cantidad de calor cedida realmente dividido por la energía eléctrica real suministrada (también fuera de la bomba de calor que se necesita para una calefacción). Los tamaños típicos para el JAZ se sitúan entre 2,5 y 4.

Otro criterio, el llamado valor ESEER (ratio de eficiencia energética estacional europea), tiene en cuenta el funcionamiento de carga parcial del sistema de aire acondicionado o bomba de calor, puesto que un equipo de aire acondicionado inverter o bomba de calor funciona casi exclusivamente en funcionamiento de carga parcial.

El objetivo de la invención es comenzar aquí y exponer un dispositivo y un procedimiento para controlar la temperatura de un medio, que supere las desventajas anteriormente mencionadas y en particular muestra una alta eficiencia energética. A este respecto, se pretende especificar, al menos en un perfeccionamiento ventajoso, un dispositivo para controlar la temperatura de un medio que está construido y concebido para funcionar tanto como un dispositivo de calefacción como para la climatización. En la medida de lo posible, con la invención se deben evitar el gran tamaño constructivo y el alto peso de los dispositivos conocidos.

Este objetivo se consigue mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos de un dispositivo semejante están especificados en las reivindicaciones dependientes 2 a 9. Un procedimiento según la invención se establece en la reivindicación 10. Se pueden encontrar perfeccionamientos ventajosos de este en las reivindicaciones 11 a 15.

El dispositivo según la invención para controlar la temperatura de un medio tiene, por consiguiente, los siguientes componentes:

a. un primer circuito de medio térmico cerrado en el que circula un primer medio térmico, donde el primer medio térmico está seleccionado de modo que circula sin transiciones de fase en el primer circuito de medio térmico; b. un segundo circuito de medio térmico cerrado en el que circula un segundo medio térmico gaseoso, donde el segundo medio térmico gaseoso está seleccionado de modo que fluye a través del segundo circuito de medio térmico sin transiciones de fase;

c. un primer intercambiador de calor dispuesto en el primer circuito de medio térmico, en el que el primer medio térmico se puede poner en intercambio de calor con un medio ambiental;

d. un segundo intercambiador de calor dispuesto en el primer circuito de medio térmico, en el que el primer medio térmico se puede poner en intercambio de calor con el medio a temperar;

e. un primer medio de transporte dispuesto en el primer circuito de medio térmico para mover el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico;

f. un compresor dispuesto en el segundo circuito térmico cerrado para comprimir el segundo medio térmico gaseoso;

g. un tercer intercambiador de calor que, visto en la dirección de circulación del segundo medio térmico, está dispuesto aguas abajo del compresor y en contacto con el segundo circuito de medio térmico y está en intercambio de calor con el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico;

h. un medio para enfriar y/o expandir el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico;

i. un cuarto intercambiador de calor integrado en el segundo circuito de medio térmico, que está dispuesto aguas arriba del compresor, allí visto en la dirección de circulación, y que está en conexión de intercambio de calor con el primer medio térmico guiado en el primer circuito de medio térmico.

Una particularidad de este dispositivo según la invención es que se las apaña sin ningún evaporador o condensador (licuador), pero en su lugar presenta intercambiadores de calor sencillos. Esta circunstancia es posible porque ninguno de los medios térmicos utilizados, ni el primer medio térmico ni el segundo medio térmico, experimenta una transición de fase en el proceso.

El primer intercambiador de calor, en el que el primer medio térmico se pone en intercambio de calor con un medio ambiental, puede permitir la transferencia de calor desde, por ejemplo, el aire exterior, desde el calor geotérmico, desde un líquido o desde un gas al primer medio térmico. Por consiguiente, este primer intercambiador de calor puede estar operado a contracorriente y presentar dos entradas y salidas, cada una para el medio térmico respectivo. Pero, el primer intercambiador de calor también puede ser, por ejemplo, un intercambiador de calor de láminas con un ventilador para vehículos con solo una entrada y una salida para un único medio térmico guiado en un sistema de líneas, para utilizar, por ejemplo, un intercambio de calor entre un calor ambiental del aire ambiente y el primer medio térmico para calentar y/o enfriar un compartimento interior de vehículo.

El segundo intercambiador de calor puede ser a su vez uno que sirve para el intercambio de calor entre el primer medio térmico y un aire ambiente utilizado para la climatización, pero también uno que proporciona un intercambio de calor entre el primer medio térmico y otro medio guiado en un sistema de líneas. Así, en el último caso, el segundo intercambiador de calor puede estar nuevamente como intercambiador de calor a contracorriente con cada vez dos entradas y dos salidas para los dos medios guiados en sistemas de líneas, o en el primer caso nuevamente un intercambiador de calor de láminas con un soplador, por ejemplo, para vehículos (con solo cada vez una entrada y salida para el primer medio térmico) para el intercambio directo de calor con aire que fluye hacia el compartimento interior del vehículo.

En un segundo circuito de medio térmico se asienta un compresor, en particular un turbocompresor, preferentemente un microturbocompresor, que comprime el segundo medio térmico, que fluye a través de este circuito en forma gaseosa, y a este respecto lo calienta de manera correspondiente. Este compresor se hace funcionar cuando el dispositivo se utiliza para calentar el medio a temperar. Luego este compresor puede reaccionar en particular de forma controlada por la velocidad a la temperatura exterior, donde mediante el ajuste de una velocidad más alta genera una relación de presión más alta y, por lo tanto, logra temperaturas más altas del segundo medio térmico comprimido (con una reducción de la velocidad el efecto inverso).

En el tercer intercambiador de calor, el calor generado por el compresor en el segundo medio térmico se transfiere al primer medio térmico cuando el sistema se hace funcionar como calefacción. En el caso del uso del dispositivo para la refrigeración (véase para ello más abajo), en el tercer intercambiador de calor, cuando este ni siquiera está completamente desacoplado por las válvulas correspondientes, típicamente solo se produce el paso del primer medio térmico sin más transferencia de calor. En este caso, el compresor no marcha por lo general.

En el dispositivo está previsto un cuarto intercambiador de calor, que está integrado en el segundo circuito de medio térmico y está dispuesto allí aguas arriba del compresor, visto en la dirección de circulación, y que está en conexión de intercambio de calor con el primer medio térmico guiado en el primer circuito de medio térmico.

En este intercambiador de calor ya se logra una primera transferencia de calor entre el segundo medio térmico y el primer medio térmico, antes de que el segundo medio térmico se caliente por la compresión. En este sentido, este otro intercambiador de calor contribuye a un aumento de la eficiencia en el funcionamiento calefactor del dispositivo. Si el dispositivo se debe utilizar para la refrigeración, este cuarto intercambiador de calor no presenta ninguna función, y eventualmente también se puede puentear con las válvulas y secciones de línea correspondientes.

Para el caso de que el dispositivo se haga funcionar como una bomba de calor en el modo de calentamiento, el medio para enfriar y/o expandir el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico asegura de manera conocida que el primer medio térmico que fluye de vuelta se enfríe aún más, de modo que pueda absorber el calor del entorno incluso a baja temperatura ambiente y, por lo tanto, ponerlo a disposición para el calentamiento. En un funcionamiento del dispositivo para el enfriamiento se puede utilizar el medio para enfriar con el fin de obtener una eventual disminución adicional de la temperatura del primer medio térmico para un efecto de enfriamiento mejorado en el segundo intercambiador de calor.

A este respecto, los medios para enfriar pueden ser ventajosamente un elemento Peltier, en particular regulable, o varios elementos Peltier semejantes. Dicho elemento puede producir un efecto de enfriamiento independientemente de una liberación de presión, lo que es ventajoso en particular para el funcionamiento del dispositivo según la invención para enfriamiento, es decir, como un sistema de aire acondicionado o unidad de refrigeración.

Como el primer medio térmico se puede usar, en particular, un líquido, en particular uno que es líquido a presión normal a cualquier caso en el intervalo de temperatura de -50 °C a 60 °C. Dado que el dispositivo según la invención trabaja sin transiciones de fase en el primer medio térmico, se debe asegurar que este medio mantenga una fase uniforme en el intervalo de las temperaturas de funcionamiento correspondientes. A este respecto, un primer medio térmico líquido es preferible a uno gaseoso, ya que la capacidad de acumulación de calor es significativamente mayor. Por supuesto, también se pueden utilizar como primer medio térmico aquellos líquidos que todavía presentan un rango de temperatura relativamente grande dentro del que permanecen líquidos. Así, por ejemplo, este rango de temperatura también se puede situar entre -60 °C y 70 °C, incluso más allá, por ejemplo, entre -90 °C (o incluso más bajo, por ejemplo, hasta -135 °C) y 75 °C o incluso 125 °C.

En la selección del primer medio térmico, además del rango de temperatura dentro del que mantiene la fase de forma fiable, también se puede tener en cuenta la capacidad de absorber y almacenar calor, en particular incluso a bajas temperaturas, por ejemplo, calor ambiental, incluso a temperaturas negativas, incluso en el intervalo negativo más profundo (capacidad térmica), así como la capacidad de absorber o ceder calor rápidamente. A este respecto, se ha demostrado ser adecuado si se utiliza un hidrofluoroéter como primer medio térmico. Los hidrofluoroéteres son compuestos químicos de la fórmula empírica CxFy-O-CmHn, donde x es un número de 1 a 12; y es un número de 0 a 25; m es un número de 1 a 12 y n es un número de 0 a 25. Los compuestos correspondientes se forman a partir de cadenas de carbonos totalmente fluorados de diferentes longitudes que se unen a un radical alquilo a través de un grupo éter. Un ejemplo de un hidrofluoroéter particularmente adecuado que se puede utilizar como el primer medio térmico es etoxinonafluorobutano (C⁴F⁹OC²H⁵). En este caso se trata de un líquido transparente e incoloro que presenta un punto de fluidez (a presión normal) de - 138 °C. y un punto de ebullición (a presión normal) de 76 °C. Este material se puede obtener, por ejemplo, de 3M Deutschland GmbH con el nombre comercial 3M™ Novec™ 7200 High-Tech Liquid en una calidad fácilmente utilizable para el uso como el primer medio térmico en el dispositivo según la invención.

El grupo de sustancias aquí reivindicado no es perjudicial para el clima, de modo que su uso no sólo es muy eficiente desde el punto de vista tecnológico, sino también inofensivo desde puntos de vista ecológico.

El segundo medio térmico gaseoso puede asumir en principio formas muy diferentes, donde el aire se considera muy adecuado en este caso. Se consiguen suficientes efectos de control de la temperatura con el aire como segundo medio térmico, y este medio está a disposición en todas partes "gratuitamente", de modo que el uso del aire aquí no conlleva ningún coste adicional de producción y en el funcionamiento. Además, no existen posibles problemas medioambientales que pudieran surgir por el uso de otro medio eventualmente en particular si este último sale de un circuito cerrado.

Ventajosamente el cuarto intercambiador de calor puede presentar tres ramales de línea separados, que están en intercambio de calor entre sí y de los que un primer ramal de línea pertenece al segundo circuito de medio térmico, un segundo ramal de línea pertenece a una primera sección del primer circuito de medio térmico y un tercer ramal de línea pertenece a una segunda sección del primer circuito de medio térmico. En esta configuración, por lo tanto, el cuarto intercambiador de calor presenta cada vez tres entradas y salidas y, en el modo de calefacción, utiliza adicionalmente el calor residual del retorno del primer medio térmico para el precalentamiento del primer medio térmico, después de que el primer medio térmico ha absorbido calor ambiental en el primer intercambiador de calor y antes de que se caliente aún más en el tercer intercambiador de calor por el calor de compresión generado en el segundo circuito de medio térmico después del compresor. A este respecto, el cuarto intercambiador de calor también sirve para enfriar el segundo medio térmico en el segundo circuito de medio térmico.

En particular, cuando se requiere una reducción adicional de la presión en el primer circuito de medio térmico, esto también contribuye a un enfriamiento adicional del primer medio térmico en el recorrido de retorno al primer intercambiador de calor, en la segunda sección del primer circuito de medio térmico puede estar dispuesta una válvula de expansión, en particular regulable.

El primer medio de transporte para mover el primer medio térmico puede ser en particular una bomba de circulación, que puede estar realizada en particular de forma controlable.

El primer medio de transporte, por ejemplo, una bomba de circulación, puede configurada de forma reversible en particular en su dirección de transporte, para así poder transportar o mover o impulsar el primer medio térmico en dos direcciones, una marcha a la derecha y una marcha a la izquierda, a través del primer circuito de medio térmico cerrado. Esta circunstancia de la posibilidad de una marcha a la derecha o marcha a la izquierda a adoptar selectivamente tiene una importancia en particular para la opción de funcionamiento selectivo del dispositivo como dispositivo calefactor (bomba de calor) o como dispositivo de refrigeración (sistema de aire acondicionado, unidad de refrigeración).

El procedimiento según la invención para controlar la temperatura de un medio se destaca correspondientemente porque un primer medio térmico se guía en un primer circuito de medio térmico cerrado y se mantiene en circulación en el mismo por un primer medio de transporte para absorber y ceder calor, donde el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico se guía a través de un primer intercambiador de calor para intercambiar calor con un medio ambiental. Además, el primer medio térmico se guía a través de un segundo intercambiador de calor para intercambiar calor con el medio a temperar, donde el primer medio térmico se guía en el primer circuito de medio térmico sin experimentar transiciones de fase en el primer circuito de medio térmico. A este respecto, para calentar el medio a temperar, el primer medio térmico se guía por el medio de transporte a través del primer intercambiador de calor para absorber calor allí. Después de fluir a través del primer intercambiador de calor, el primer medio térmico se guía a través de un tercer intercambiador de calor, que se incorpora en un segundo circuito de medio térmico cerrado, en el que está guiado un segundo medio térmico gaseoso sin transiciones de fase. A este respecto, en el segundo circuito de medio térmico está dispuesto un compresor, que está dispuesto aguas arriba del tercer intercambiador de calor, visto en la dirección de flujo del segundo medio térmico, y comprime y calienta el segundo medio térmico. El primer medio térmico luego absorbe calor del segundo medio térmico en el tercer intercambiador de calor y, después de pasar a través del tercer intercambiador de calor, se guía a través del segundo intercambiador de calor. Allí, el primer medio térmico cede calor al medio a temperar. Finalmente, después de fluir a través del segundo intercambiador de calor, el primer medio térmico se expande y/o enfría y se reconduce al primer intercambiador de calor.

Este procedimiento se puede llevar a cabo, y preferentemente se lleva a cabo, en un dispositivo como se describió y explicó anteriormente. En la gestión del procedimiento descrito arriba, el dispositivo trabaja como una bomba de calor, es decir, se hace funcionar un procedimiento para calentar un medio útil.

Según la invención, después de fluir a través del segundo intercambiador de calor y antes de fluir nuevamente a través del primer intercambiador de calor, el primer medio térmico se guía a través de un cuarto intercambiador de calor que está incorporado en el segundo circuito de medio térmico y a través del que fluye el segundo medio térmico antes de que este último se comprima por el compresor. A través de este cuarto intercambiador de calor también se guía el primer medio térmico en una sección adicional del primer circuito de medio térmico, y a saber después de fluir a través del primer intercambiador de calor y antes de fluir a través del tercer intercambiador de calor. A este respecto, en esta sección adicional del primer circuito de medio térmico en este cuarto intercambiador de calor se absorbe calor tanto del segundo medio térmico (antes de la compactación) como también del primer medio térmico reconducido en la sección entre el segundo intercambiador de calor y el primer intercambiador de calor en la dirección del primer intercambiador. Este diseño del procedimiento según la invención aumenta la eficiencia del procedimiento o del dispositivo operado de esta manera si se utiliza como una bomba de calor, ya que el calor residual evacuado inútilmente aún se suministra al circuito activo.

En la configuración descrita como anteriormente, además, el primer medio térmico se puede expandir y/o enfriar entre la salida del cuarto intercambiador de calor y antes del nuevo suministro al primer intercambiador de calor. Esto puede ocurrir, por ejemplo, con la ayuda de elementos Peltier, pero también, por ejemplo, utilizando una válvula de expansión en o en contacto con la línea correspondiente.

Pero, el procedimiento según la invención también se puede usar opcionalmente no para una calefacción, es decir, para el funcionamiento del dispositivo a la manera de una bomba de calor, sino usarse también para la refrigeración del medio a temperar. A este respecto, se invierten la dirección de transporte del medio de transporte y, por lo tanto, la dirección de circulación del primer medio térmico, donde el segundo circuito de medio térmico se interrumpe al mismo tiempo y/o se desacopla en la medida en que ya no tiene lugar la transferencia de calor entre el segundo medio térmico y el primer medio térmico. Luego, el primer medio térmico se guía a través del segundo intercambiador de calor para absorber allí calor del medio a temperar y, por lo tanto, enfriar este medio a temperar. A continuación, el primer medio térmico fluye a través del tercer intercambiador de calor sin efectuar allí otro intercambio de calor, o fluye más allá de este, y luego fluye a través del primer intercambiador de calor para ceder allí calor al medio ambiental. A continuación, el primer medio térmico se reconduce al segundo intercambiador de calor para la nueva absorción de calor del medio a temperar. Aquí, el primer medio térmico también atraviesa este circuito sin transiciones de fase.

En esta variante del procedimiento se puede ver una particularidad del procedimiento según la invención, que también se representa como una particularidad del dispositivo según la invención o un uso del mismo. Pues aquí se puede utilizar uno y el mismo dispositivo, mediante la inversión descrita de la dirección de transporte del primer medio térmico, tanto como una bomba de calor para fines de calefacción como también para enfriar un medio, por ejemplo, como un sistema de aire acondicionado o unidad de refrigeración.

Esta forma de diseño es de gran interés, entre otras cosas, en el sector de la industria del automóvil, donde un dispositivo semejante se puede utilizar tanto para el calentamiento como para la refrigeración de climatización de un compartimento de pasajeros en un automóvil. En particular allí donde, por ejemplo, la energía térmica liberada por el uso de motores de combustión interna altamente eficientes ya no está disponible en cantidad suficiente para calentar el compartimiento de pasajeros, o incluso en el caso de vehículos eléctricos cuya forma de accionamiento ya no libera ninguna energía térmica apreciable y la hace utilizable, se deben prever posibilidades de calefacción alternativas para el funcionamiento del vehículo a temperaturas ambiente frías, para las que el dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención son especialmente adecuados, ya que también ofrecen una posibilidad de refrigeración junto a una posibilidad de calefacción debido a la simple inversión y modificación del circuito del primer medio térmico. Pero, esta aplicación también es una gran ventaja, por ejemplo, en el sector de la climatización (calefacción / refrigeración) de los compartimentos de pasajeros en los vagones de ferrocarril y también en otros medios de transporte, edificios y espacios, autocaravanas y contenedores residenciales o en máquinas e instalaciones. Si el procedimiento se utiliza para la refrigeración como se describió anteriormente, entonces se puede requerir - según las condiciones climáticas y la temperatura exterior y según el ajuste de temperatura deseada para que la zona a refrigerar - intervenir con una refrigeración activa del primer medio térmico, para lo que el primer medio térmico se puede refrigerar activamente en una sección del primer circuito de medio térmico en la dirección de circulación aguas abajo del primer intercambiador de calor y aguas arriba del segundo intercambiador de calor, por ejemplo, con la ayuda de un elemento Peltier o con la ayuda de varios elementos semejantes. En el caso de los elementos Peltier luego utilizados que se hacen funcionar con energía eléctrica, además del lado frío utilizado para la refrigeración, también se produce un lado caliente del elemento en el que el calor se debe evacuar para poder hacer funcionar el elemento Peltier más con un efecto refrigerador. Este calor se puede evacuar ventajosamente a un medio térmico ambiental y, por lo tanto, añadirse al calor ambiental. Para ello, el aire se puede utilizar para refrigerar el elemento Peltier en su lado caliente, por ejemplo, con un ventilador o simplemente a través de un canal de circulación (por ejemplo, alimentado por la corriente de aire de un vehículo equipado con el dispositivo según la invención). Pero, también se puede formar un circuito adicional con un medio térmico que absorbe el calor residual de los elementos Peltier y por su lado lo cede, por ejemplo, a través de un intercambiador de calor a un medio ambiental. Este circuito también se puede atravesar directamente por dicho medio ambiental (por ejemplo, aire, pero también un medio térmico conectado a la energía geotérmica).

En el marco del procedimiento, como primer medio térmico se utiliza preferiblemente uno como ya se ha descrito anteriormente también para el dispositivo, de modo que se puede hacer referencia a la descripción anterior con respecto a la selección preferida de este primer medio térmico.

El dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención se pueden usar y aplicar de forma versátil, por ejemplo, para el calentamiento o refrigeración de edificios25, en particular para edificios residenciales y de servicios públicos, como sistema de calefacción y aire acondicionado para la industria del automóvil, para el sector de transporte y logística, para autobuses y trenes, para la construcción de máquinas e instalación, y también para uso en electrodomésticos.

Otras ventajas y características y ventajas de la invención se deducen de la siguiente descripción de un ejemplo de realización mediante las figuras adjuntas. A continuación muestran:

Fig. 1 una representación esquemática de un dispositivo para controlar la temperatura de un medio en una primera configuración posible de la invención y con una ilustración de la secuencia del procedimiento;

Fig.2 una representación esquemática de un dispositivo para controlar la temperatura de un medio en una segunda configuración posible de la invención y con una ilustración de la secuencia del procedimiento; y

Fig. 3 una representación esquemática de un fragmento del dispositivo correspondiente a la representación en la fig. 2 con la ilustración de una refrigeración activa de los elementos Peltier.

En las figuras se esbozan posibles implementaciones de un dispositivo según la invención para controlar la temperatura de un medio en básicamente dos formas de configuración ligeramente modificadas entre sí. Además, en la fig. 3 se esboza otra modificación que se puede seleccionar para ambas variantes de configuración básicas representadas en las figuras anteriores. A este respecto, las figuras también contienen representaciones que ilustran la secuencia de procedimiento de un procedimiento según la invención a hacer funcionar en estos dispositivos. En la figura 1 se muestra en primer lugar un primer intercambiador de calor 1, que en esta variante de configuración es un intercambiador de calor que proporciona una transferencia de calor entre un medio ambiental gaseoso y un medio térmico circulante guiado en una línea 2. A este respecto, el primer medio térmico se guía en un primer circuito 3. La línea 2 en el intercambiador de calor 1 está conectada a un tramo de tubería 4 que es parte de una línea de suministro a un segundo intercambiador de calor 5, a través del que el primer medio térmico fluye de nuevo en una línea 6 y sirve para el intercambio de calor entre este primer medio térmico y un medio gaseoso.

En la línea de suministro, partiendo del primer intercambiador de calor 1, aguas abajo del tramo de tubería 4 está dispuesto otro intercambiador de calor 7, a través del que fluye el medio térmico suministrado en el tramo de tubería 4 y que el medio térmico abandona de nuevo a través de otro tramo de tubería 8. A este respecto, el intercambiador de calor 7 también se puede atraviesa en la dirección inversa, como se explicará todavía más adelante. El tramo de tubería 8 luego está conectado a otro intercambiador de calor 9, a través del que fluye el medio térmico hasta un tramo de tubería siguiente 10, que luego desemboca en el segundo intercambiador de calor 5, se conecta a la línea 6 en este intercambiador de calo 5r. Otro tramo de tubería 11 está conectada en un lado opuesto al intercambiador de calor 5, más precisamente a la línea 6, y conduce a una bomba de circulación 12. Dos válvulas de 3 vías conmutables 14, 15 están dispuestas en un tramo de tubería 13 que se conecta a la bomba de circulación 12. En posiciones de conmutación separadas, estas permiten un guiado del flujo del primer medio térmico a través de una línea de suministro 16 a través del intercambiador de calor 7 y de vuelta a través de una línea de descarga 17, en la que está prevista una válvula de expansión controlable 18, al tramo de tubería 13 o, evitando este bucle a través del intercambiador de calor 7 directamente más al tramo de tubería 13. Visto desde la bomba de circulación 12 en el otro lado de las válvulas de 3 vías 14, 15, está dispuesto al menos un elemento Peltier controlable 19, también pueden estar previstos varios elementos de este tipo. El tramo de tubería 13 luego desemboca de nuevo en la línea 2 del intercambiador de calor 1 y así cierra el circuito 3.

En el dispositivo ilustrado en la figura 1 se implementa otro circuito 20 en el que circula un segundo medio térmico. En este caso, el segundo medio térmico fluye a través del intercambiador de calor 7, luego llega a un tramo de tubería 21 y se comprime por un turbocompresor (en particular un microturbocompresor) 22, se guía a través de un tramo de tubería 23 al intercambiador de calor 9 y luego a través de una línea de retorno 24 de vuelta al intercambiador de calor 7.

El dispositivo mostrado en la figura 1 ahora se puede hacer funcionar en dos modos, a saber, por un lado, como bomba de calor con el fin de calentar un medio útil guiado a través del intercambiador de calor 5, y, por otro lado, como un dispositivo de climatización (sistema de aire acondicionado) con el fin de enfriar un medio útil guiado a través del intercambiador de calor 5.

A continuación, se describe en primer lugar el uso como bomba de calor, en el que la bomba de circulación 12 permite que el primer medio térmico circule en el circuito 3 en el sentido horario en la representación de la figura 1.

La dirección de funcionamiento de los medios térmicos en los circuitos de medio térmico 3 y 20 está ilustrada con las flechas llenas en el primer circuito 3 y con las flechas definidas por líneas a trazos en el segundo circuito 20.

Durante esta operación, el calor ambiental (por ejemplo, del aire exterior o de escape) se transfiere en el primer intercambiador de calor 1 al primer medio térmico cuando este último pasa por la línea 2. A este respecto, el primer intercambiador de calor 1 puede ser, en particular, un intercambiador de calor de láminas con un ventilador 25. El primer medio térmico se transporta en el sentido horario por la bomba de circulación 12 en el circuito de medio térmico cerrado 3 y trae el calor ambiental absorbido al intercambiador de calor 7.

En el intercambiador de calor 7, el nivel de temperatura del primer medio térmico aumenta por el calor residual que procede del retorno del intercambiador de calor 5, así como por el enfriamiento del segundo medio térmico del segundo circuito 20. En la práctica, por ejemplo, aquí puede tener lugar un aumento del nivel de temperatura a aproximadamente 30 °C si la temperatura del segundo medio térmico se enfría a aproximadamente 30 °C en el flujo de retorno. Para ello, las válvulas de 3 vías 14, 15 se sitúan de forma correspondiente respectivamente en una posición de conmutación en la que la línea de suministro 16 y la línea de descarga 17 también se integran en el circuito 3. El segundo medio térmico enfriado (por ejemplo, a aproximadamente 30 °C) se aspira, se comprime y se devuelve a un alto nivel de temperatura en el segundo circuito cerrado 20 en un proceso diabático mediante el turbocompresor 22 controlado por la velocidad, que puede ser en particular un microturbocompresor; se le aplica el llamado calor de compresión.

El segundo medio térmico calentado así incide en el intercambiador de calor 9 de nuevo en el primer medio térmico, que se conduce alrededor del turbocompresor en el tramo de tubería 8, y calienta el primer medio térmico a una temperatura utilizable.

El primer medio térmico calentado fluye hacia el intercambiador de calor 5, que en este ejemplo de realización puede ser un intercambiador de calor de láminas con soplador 26. En este intercambiador de calor 5, el primer medio térmico suministra este calor a un medio útil, por ejemplo, aire fresco aspirado.

El primer medio térmico proviene del intercambiador de calor 5 y fluye a través de la válvula de 3 vías 14 para utilizar el calor residual al intercambiador de calor 7, la temperatura del retorno puede ser en la salida del intercambiador de calor 7, p. ej. aprox. 10 °C.

El primer medio térmico enfriado a, por ejemplo, aprox. 10 °C luego llega a los elementos Peltier regulables 19 a través de la válvula de 3 vías 15. En el camino, la expansión y enfriamiento del primer medio térmico ya se puede lograr mediante la válvula de expansión regulable 18. En los elementos Peltier 19, la temperatura del medio térmico se reduce a aproximadamente 10K por debajo del calor ambiental por el efecto Peltier. El calor originado durante el enfriamiento en el otro lado del elemento Peltier también puede servir ventajosamente para precalentar el calor ambiental. Así, el uso energético en los elementos de Peltier 19 se aprovecha de forma óptima. Los elementos Peltier 19 son regulables y, por lo tanto, se puede ajustar el rango de temperatura deseado.

Después del enfriamiento por los elementos Peltier regulables 19, el primer medio térmico vuelve de nuevo al intercambiador de calor 1. El ciclo puede comenzar de nuevo. A este respecto, es importante mencionar que el primer medio térmico no experimenta transiciones de fase durante todo el circuito. Mejor dicho, el primer medio térmico es un líquido que permanece líquido en todas las condiciones que se producen en el transcurso del primer circuito 3. El primer medio térmico es en particular un hidrofluoroéter, por ejemplo, etoxinonafluorobutano (C⁴F⁹OC²H⁵).

El segundo medio térmico tampoco experimenta ningún cambio de fase, sino que permanece gaseoso durante todo el paso del segundo circuito 20.

Como ya se mencionó, el dispositivo construido según el diagrama mostrado en la figura 1 se puede hacer funcionar no solo como bomba de calor, sino también para enfriar o climatizar un medio útil.

A este respecto, el dispositivo se hace funcionar de la siguiente manera; este funcionamiento está representado en la figura por las flechas no rellenas, definidas por una línea continua.

Durante el funcionamiento del dispositivo como un sistema de aire acondicionado, el segundo circuito 20 se desactiva; el turbocompresor 22 no se necesita durante el enfriamiento y, por lo tanto, permanece fuera de servicio.

En un funcionamiento semejante del dispositivo como sistema de aire acondicionado, el medio ambiental (por ejemplo, aire exterior o de escape) es preferentemente más frío que el primer medio térmico, de modo que el primer medio térmico en el intercambiador de calor 1 transferirá calor al medio ambiental. Sin embargo, el dispositivo también funciona luego cuando el medio ambiental es más cálido que el primer medio térmico, cuando este último fluye a través del intercambiador de calor 1 en la línea 2.

Después de la absorción de calor ambiental o la cesión de calor al medio ambiental por el medio térmico, este último fluye a través de los elementos Peltier regulables 19 para cualquier enfriamiento adicional requerido. Esto ocurre mediante la bomba de circulación 12, que ahora permite que el primer medio térmico fluya a través del primer circuito 3 en la dirección inversa. Para ello, la bomba de circulación 12 está diseñada de forma reversible en su dirección de transporte. El primer medio térmico se transporta aquí en el sentido contrario al sentido horario en el circuito 3 mediante la bomba de circulación 12 en la representación de la figura.

Un control regula preferentemente el uso de energía de los elementos Peltier 19, de modo que una diferencia entre la temperatura del medio ambiental y la temperatura del primer medio térmico es de, por ejemplo, aprox. 10 K.

Después de bajar la temperatura, el primer medio térmico fluye a través de las dos válvulas de 3 vías 14, 15, que están conectadas de modo que el medio térmico se transfiere directamente al tramo de tubería 11 sin llegar a este respecto al intercambiador de calor 7. Así, el primer medio térmico llega directamente al intercambiador de calor 5.

En este intercambiador de calor 5, el medio térmico absorbe el calor del medio útil y, a este respecto, lo enfría. En el dispositivo según la figura 1, este medio útil puede ser en particular aire fresco aspirado y enfriado que luego llega de nuevo a los espacios a climatizar, por ejemplo, el habitáculo de pasajeros de un vehículo.

El primer medio térmico sale del intercambiador de calor 5 con una temperatura más alta que con la que ha entrado en este intercambiador de calor 5, y fluye hacia el intercambiador de calor 9. El primer medio térmico fluye a través de este intercambiador de calor 9 y además hacia el intercambiador de calor 7 sin más intercambio de calor, y el primer medio térmico se conduce alrededor del turbocompresor 22 en el tramo de tubería 8.

Ahora el primer medio térmico fluye de nuevo a través del intercambiador de calor 1 y allí, si se sitúa a un nivel de temperatura más alto que la temperatura ambiente, cede calor, y luego comienza el ciclo de nuevo.

A este respecto, también es posible prever otro recorrido de tubería, que se puede conmutar alternativamente en particular a través de válvulas, en las que el primer medio térmico llega directamente del intercambiador de calor 5 al intercambiador de calor 1 y, a este respecto, evita los intercambiadores de calor 7 y 9, que en este modo de funcionamiento no hacen ninguna contribución funcional al procedimiento de refrigeración de todos modos.

En la figura 2 se esboza un dispositivo construido de forma idéntica en principio, que trabaja según el mismo principio, de modo que en este sentido se puede hacer referencia a la descripción anterior. La única diferencia entre la representación en la figura 2 y aquella en la figura 1 consiste en que los intercambiadores de calor 1 y 5 representados en la figura 1 se han reemplazado en la estructura según la figura 2 por los intercambiadores de calor 1' y 5', donde los intercambiadores de calor 1' y 5' ahora son los que están conectados igualmente a un sistema de líneas en el lado de entrada y salida y no se atraviesan libremente por el aire por ejemplo como lamas. Por supuesto, un medio gaseoso, por ejemplo aire, también puede fluir en cualquier caso a través de uno de los sistemas de líneas en este intercambiador de calor, en particular la línea 27 o la sección de línea 28. En una configuración semejante, el dispositivo es adecuado, por ejemplo, para calentar espacios habitables, en tanto que, por ejemplo, un medio para el transporte de calor geotérmico se le suministra al intercambiador de calor 1' en una línea 27 y un medio calefactor, por ejemplo agua se calienta en una sección de línea 28 de un circuito de calentamiento, con el intercambiador de calor 5'. En el caso del funcionamiento inverso como se describió anteriormente, aquí también se puede aportar una climatización (refrigeración) de los espacios habitables.

Finalmente, en la figura 3 se muestra, mediante la representación de un fragmento o una sección parcial de la ilustración según la figura 2, una variante en la que - en el caso del uso del dispositivo para la climatización (refrigeración) - los elementos Peltier 19 se refrigeran activamente en su lado emisor de calor. Una refrigeración activa semejante se puede requerir en particular cuando la temperatura ambiente es especialmente alta. Si el dispositivo se utiliza, por ejemplo, en el marco de un vehículo, entonces la corriente de aire puede ser suficiente para evacuar el calor liberado por los elementos Peltier respectivamente en su parte emisora de calor. Esto se puede volver ser más difícil ya en el caso de sistemas estacionarios.

Para ello, en primer lugar puede estar previsto un ventilador 29. Si la previsión de dicho ventilador 29 es suficiente para refrigerar suficientemente el o los elementos Peltier en los lados emisores de calor, no se requieren más medidas de refrigeración. Si no es suficiente el suministro de aire fresco por medio del ventilador 29 por sí solo, entonces puede estar previsto adicional o alternativamente otro mecanismo de enfriamiento, por ejemplo, uno tal como se esboza en la figura 3.

Allí está prevista una refrigeración con la ayuda de un medio térmico, donde en esta configuración se utiliza el primer medio térmico del circuito de medio térmico 3.

El medio térmico que fluye en una línea de ida 30 absorbe el calor residual del o de los elementos Peltier 19. Luego, una bomba de circulación 31 transporta el medio térmico en la dirección de una válvula de 3 vías 32. La válvula de 3 vías 32 se puede conectar a la línea de suministro 16. Cuando la válvula de 3 vías 32 se conecta a la línea de suministro 16 en el modo de enfriamiento del dispositivo, entonces esta línea de suministro 16 se separa de la línea formada por los tramos de tubería 11 y 13 por medio de la válvula de 3 vías 14. De este modo, después de fluir a través de la válvula de 3 vías 32, el primer medio térmico se transfiere a través de la línea de suministro 16 a otra válvula de 3 vías 33. En este modo de funcionamiento, esto bloquea la línea de suministro 16 del intercambiador de calor 7 y en su lugar convierte el flujo del primer medio térmico en una línea de cortocircuito34. Esta está conectada a otra válvula de 3 vías 35 que está unida a la línea de descarga 17. En este modo de funcionamiento, la válvula de 3 vías 35 bloquea la línea de descarga 17 desde el intercambiador de calor 7 y conduce el primer medio térmico a la válvula de expansión 18. Allí, el primer medio térmico se expande y de este modo se enfría. A través de otra válvula de 3 vías 36, que se conecta aguas abajo de la válvula de expansión 18 y que en este modo de funcionamiento bloquea la línea de descarga 17 por la válvula de 3 vías 15, el medio térmico así enfriado y expandido en presión luego pasa a una línea de retorno 37 conectada a la válvula de 3 vías 36 y de allí de vuelta a los elementos Peltier 19, donde nuevamente absorbe calor residual para luego llegar de nuevo a la línea de ida 30. Este circuito se activa por un control mediante la conexión de las correspondientes válvulas de 3 vías 32, 33, 35 y 36 cuando el dispositivo trabaja en el modo de refrigeración y, a este respecto, se requiere una refrigeración activa de los elementos Peltier 19.

Por supuesto, como el experto en la materia reconoce sin más, una disposición y conexión de líneas y válvulas correspondientes también se pueden implementar en el ejemplo de realización mostrado en la figura 1 de un dispositivo según la invención.

También es posible hacer funcionar una refrigeración activa del / de los elementos Peltier 19, como se describió arriba, también en el funcionamiento de bomba de calor, si, por ejemplo, el primer medio térmico se debe enfriar mucho especialmente para poder absorber calor ambiental a un nivel de temperatura bajo en el intercambiador de calor 1 o 1'. En un caso semejante, la línea de cortocircuito 34 no se utiliza típicamente, las válvulas de 3 vías 33 y 35 pueden estar conectadas de modo que el intercambiador de calor 7 permanezca integrado en el circuito. Además, en una conexión semejante, las válvulas de 3 vías 14 y 15 también se conmutan de modo que incluyen la línea de suministro 16 y la línea de descarga 17. Las válvulas de 3 vías 32 y 36 luego se conmutan de modo que abren tanto una conexión a las válvulas de 3 vías 14 o 15 como también la conexión en la dirección de la bomba de circulación 31 y la línea de retorno 37. La válvula de 3 vías 32 también debe presentar una válvula de retención, para que el primer fluido térmico presionado a partir de la línea de suministro 16 desde la válvula de 3 vías 14 por medio de la bomba de circulación 12 no pueda fluir hacia la válvula de 3 vías 32 en la dirección opuesta a la dirección de circulación prevista.

Aquí, las direcciones y los cursos de flujo del primer medio de refrigeración para el primer circuito de medio de enfriamiento 3 también se indican con flechas en la figura 3 para el caso del funcionamiento como calefacción (bomba de calor) o como refrigeración (para la climatización), como se puede ver en la leyenda dispuesta en la figura.

Una particularidad de la invención consiste en la selección del primer medio térmico. Como ya se mencionó, este es preferentemente un hidrofluoroéter (un compuesto químico de la fórmula empírica CxFy-O-CmHn, donde x es un número de 1 a 12; y es un número de 0 a 25; m es un número de 1 a 12 y n es un número de 0 a 25). Dichos compuestos están presentes como un líquido en condiciones normales. Típicamente presentan su punto de fluidez solo en el intervalo de temperatura de -38 °C a -138 °C, y el punto de ebullición se sitúa entre 34 °C y 128 °C. Entre el punto de fluidez y el punto de ebullición, estos compuestos son líquidos. Las densidades de estos líquidos se sitúan significativamente más altas que los medios térmicos utilizados por los dispositivos conocidos y correspondientes. Además, este medio es eléctricamente no conductor, de modo que de la manera descrita arriba puede servir como un medio de refrigeración para refrigerar los elementos de Peltier 19 a los que se aplica tensión eléctrica, sin conducir a este respecto a un cortocircuito o similares.

El potencial de calentamiento global (GWP) de los compuestos correspondientes también es muy claro, es decir, entre 5 días y 4,9 años, por debajo del GWP de los medios térmicos utilizados hasta ahora. Los hidrofluoroéteres son compatibles con muchos metales, plásticos y elastómeros y así permiten el uso de componentes más pequeños y más económicos en la implementación de dispositivos operados con estos medios.

A diferencia de los medios térmicos utilizados habitualmente hasta ahora, los hidrofluoroéteres no son mercancías peligrosas y no se deben tratar de conformidad con la legislación durante el transporte, el montaje, la reparación o el servicio, el desmontaje, así como en caso de accidentes. Mejor dicho, se pueden manipular y utilizar correspondientemente de forma sencilla, respetuosa con el medio ambiental y sin riesgos.

Los hidrofluoroéteres también son no conductores eléctricos, no combustibles ni inflamables y, por lo tanto, también se pueden utilizar donde exista un riesgo de incendio en caso de un accidente, fuesen posibles cortocircuitos en el sistema eléctrico o podrían originarse riesgos ambientales.

En el segundo circuito de medio térmico se puede utilizar un medio térmico gaseoso inofensivo, por ejemplo aire. El turbocompresor en el segundo circuito de medio térmico puede trabajar a una presión de solo hasta 4 bares y, sin embargo, ya puede lograr un calentamiento suficiente del segundo medio térmico. Mediante la presión comparativamente baja se reduce considerablemente el peligro de accidentes, fugas y riesgos ambientales.

Solo se requiere un pequeño volumen del segundo medio térmico en el segundo circuito de medio térmico. Además, allí solo hay una baja presión y, para ello, también un segundo medio térmico precalentado antes de la entrada en el turbocompresor, de modo que es muy baja la energía eléctrica requerida en el funcionamiento de bomba de calor del dispositivo. Incluso se puede lograr todavía una reducción adicional de la potencia eléctrica requerida si el turbocompresor está equipado con un cojinete de gas o magnético.

Las ventajas de los turbocompresores, en particular de los microturbocompresores preferentemente utilizados, son, entre otras, que solo ocurren pérdidas mecánicas muy bajas y así se logra una eficiencia muy alta. Los turbocompresores presentan muy buena capacidad de regulación de potencia. Con ellos se puede cubrir un espectro de potencia muy grande. A diferencia de los compresores de desplazamiento habituales en los dispositivos conocidos, los turbocompresores se distinguen por el hecho de que no hay una pulsación de presión. El uso de un lubricante, como aceite en los compresores de desplazamiento, se suprime igualmente en los turbocompresores. Presentan dimensiones del tamaño constructivo muy pequeñas, en particular como microturbocompresores. Por ejemplo, un microturbocompresor de 5.000 W presenta las siguientes dimensiones: longitud 25,4 cm, diámetro 8,0 cm. Para comparar: un compresor de desplazamiento de la misma potencia presenta las dimensiones: longitud: 60,0 cm y diámetro: 40,0 cm. De este modo, los turbocompresores también son muy ligeros en comparación con los compresores de desplazamiento habituales hasta ahora. Los turbocompresores están casi libres de mantenimiento y, por lo tanto, tienen costos operativos extremadamente bajos. La vida útil de estos compresores es un múltiplo mayor que la de los compresores de desplazamiento.

Los microturbocompresores pueden tener la desventaja de que las velocidades muy altas del eje impulsor (hasta 500.000 rpm en carga máxima, en el caso normal entre 80.000 rpm y 180.000 rpm) pueden producir ruidos que, sin embargo, son controlables.

Debido al nuevo procedimiento y al uso de los componentes cambiados, se logra un aumento significativo en el COP y la JAZ.

Lista de referencias

1, 1' Intercambiador de calor

2 Línea

3 Primer circuito

4 Tramo de tubería

5, 5' Intercambiador de calor

6 Línea

7 Intercambiadores de calor

8 Tramo de tubería

9 Intercambiadores de calor

10 Tramo de tubería

11 Tramo de tubería

12 Bomba de circulación

13 Tramo de tubería

14 Válvula de 3 vías

15 Válvula de 3 vías

16 Línea de suministro

17 Línea de descarga

18 Válvula de expansión

19 Elemento Peltier

20 Segundo circuito

21 Tramo de tubería

22 Turbocompresor

23 Tramo de tubería

24 Línea de retorno

25 Ventilador

26 Soplador

^{27 Línea}

28 Sección de línea

29 Ventilador

30 Línea de ida válvula de 3 vías 31 Bomba de circulación

32 Válvula de 3 vías

33 Válvula de 3 vías

34 Línea de cortocircuito

35 Válvula de 3 vías

36 Válvula de 3 vías

37 Línea de retorno válvula de 3 vías

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para controlar la temperatura de un medio, donde un primer medio térmico se guía en un primer circuito de medio térmico cerrado y se mantiene en circulación en el mismo por un primer medio de transporte para absorber y ceder calor, donde el primer medio térmico se guía en el primer circuito de medio térmico a través de un primer intercambiador de calor para el intercambio de calor con un medio ambiental y donde el primer medio térmico se guía a través de un segundo intercambiador de calor para el intercambio de calor con el medio a temperar, donde el primer medio térmico se guía en el primer circuito de medio térmico sin experimentar transiciones de fase en el primer circuito de medio térmico, que para calentar el medio a temperar, el primer medio térmico se guía por el medio de transporte a través del primer intercambiador de calor para absorber calor allí, que el primer medio térmico, después de atravesar el primer intercambiador de calor, se guía a través de un tercer intercambiador de calor que se incorpora en un segundo circuito de medio térmico cerrado, en el que un segundo medio térmico gaseoso está guiado en un circuito sin transiciones de fase, donde en el segundo circuito de medio térmico está dispuesto un compresor, que está dispuesto aguas arriba del tercer intercambiador de calor, visto en la dirección de circulación del segundo medio térmico, y comprime y calienta el segundo medio térmico, donde el primer medio térmico en el tercer intercambiador de calor absorbe calor del segundo medio térmico, que el primer medio térmico, después de pasar a través del tercer intercambiador de calor, se guía a través del segundo intercambiador de calor, en el que cede calor al medio a temperar, y que el primer medio térmico, después de fluir a través del segundo intercambiador de calor, se expande y/o enfría y se reconduce al primer intercambiador de calor, caracterizado porque, después de fluir a través del segundo intercambiador de calor y antes de fluir nuevamente a través del primer intercambiador de calor, el primer medio térmico se guía a través de un cuarto intercambiador de calor que se incorpora en el segundo circuito de medio térmico y a través del que el segundo medio térmico fluye antes de que este último se comprima por el compresor, y a través del que el primer medio térmico está guiado en una sección adicional del primer circuito de medio térmico, y a saber después de fluir a través del primer intercambiador de calor y antes de fluir a través del tercer intercambiador de calor, donde el primer medio térmico en esta sección adicional del primer circuito de medio térmico en este cuarto intercambiador de calor absorbe calor tanto del segundo medio térmico como también del primer medio térmico reconducido en la sección entre el segundo intercambiador de calor y el primer intercambiador de calor en la dirección del primer intercambiador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio térmico se expande y/o enfría entre la salida del cuarto intercambiador de calor y antes del nuevo suministro al primer intercambiador de calor.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para enfriar el medio a temperar, la dirección de transporte del medio de transporte y, por lo tanto, la dirección de circulación del primer medio térmico se invierte, donde el segundo circuito de medio térmico se interrumpe y/o desacopla al mismo tiempo, donde el primer medio térmico se guía a través del segundo intercambiador de calor para absorber allí el calor del medio a temperar, a continuación fluye a través del tercer intercambiador de calor sin efectuar allí otro intercambio de calor, o se conduce alrededor de este tercer intercambiador de calor, a continuación fluye a través del primer intercambiador de calor para ceder allí calor al medio ambiental, y a continuación se reconduce al segundo intercambiador de calor para la absorción renovada de calor del medio a temperar, donde el primer medio térmico pasa a través de este circuito sin transiciones de fase.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el primer medio térmico se enfría activamente en una sección del primer circuito de medio térmico aguas abajo del primer intercambiador de calor y aguas arriba del segundo intercambiador de calor en la dirección de circulación.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como primer medio térmico se utiliza un líquido que es líquido a presión normal, en cualquier caso en el intervalo de temperatura de -50 °C a 60 °C.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como primer medio térmico se utiliza un hidrofluoroéter.

7. Dispositivo concebido para llevar a cabo un procedimiento para controlar la temperatura de un medio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con los siguientes componentes:

a. un primer circuito de medio térmico cerrado (3) en el que circula un primer medio térmico, donde el primer medio térmico está seleccionado de modo que circula sin transiciones de fase en el primer circuito térmico, b. un segundo circuito de medio térmico cerrado (20) en el que circula un segundo medio térmico gaseoso, donde el segundo medio térmico gaseoso está seleccionado de modo que fluye a través del segundo circuito de medio térmico sin transiciones de fase,

c. un primer intercambiador de calor (1; 1') dispuesto en el primer circuito de medio térmico (3), en el que el primer medio térmico se puede poner en intercambio de calor con un medio ambiental

d. un segundo intercambiador de calor (5; 5') dispuesto en el primer circuito de medio térmico (3), en el que el primer medio térmico se puede poner en intercambio de calor con el medio a temperar,

e. un primer medio de transporte (12) dispuesto en el primer circuito de medio térmico (3) para mover el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico (3),

f. un compresor (22) dispuesto en el segundo circuito térmico cerrado (20) para comprimir el segundo medio térmico gaseoso,

g. un tercer intercambiador de calor (9) que, visto en la dirección de circulación, está dispuesto aguas abajo del compresor (22) y en contacto con el segundo circuito de medio térmico (20) y está en intercambio de calor con el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico (3),

h. un medio (18, 19) para enfriar y/o expandir el primer medio térmico en el primer circuito de medio térmico (3), caracterizado porque

i. está previsto un cuarto intercambiador de calor (7), que está integrado en el segundo circuito de medio térmico (20) y está dispuesto aguas arriba del compresor (22), allí visto en la dirección de circulación, y que está en conexión de intercambio de calor con el primer medio térmico guiado en el primer circuito de medio térmico (3).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque como el primer medio térmico se utiliza un líquido que es líquido a presión normal, en cualquier caso en el intervalo de temperatura de -50 °C a 60 °C.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque el primer medio térmico es un hidrofluoroéter.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por al menos un elemento Peltier (19) como medio para enfriar el primer medio térmico.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el cuarto intercambiador de calor (7) presenta tres ramales de línea separados, que están en intercambio de calor entre sí y de los que un primer ramal de línea pertenece al segundo circuito de medio térmico (20), un segundo ramal de línea pertenece a una primera sección (4, 21) del primer circuito de medio térmico (3) y un tercer ramal de línea (16, 17) pertenece a una segunda sección del primer circuito de medio térmico (3).

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque la segunda sección del primer circuito de medio térmico, al que pertenece el tercer ramal de línea (16, 17), puede incorporarse en el primer circuito de medio térmico (3) a través de válvulas correspondientes (14, 15) o se puede separar y puentear de este último.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado porque una válvula de expansión (18), en particular regulable, está dispuesta en la segunda sección (16, 17).

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque el primer medio de transporte (12) se puede invertir con respecto a la dirección de transporte.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque el compresor (22) es un turbocompresor.