ES2898888T3 - Bomba de calor - Google Patents
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Abstract
Aparato de bomba de calor (100) para una instalación de aire acondicionado, comprendiendo dicho aparato de bomba de calor (100): - una unidad exterior (1) que comprende: - un primer cuerpo de contención (2) destinado a quedar dispuesto en un entorno exterior (E1, E2); - un primer intercambiador de calor (3) dispuesto en dicho primer cuerpo de contención (2) y susceptible de funcionar como evaporador para absorber calor (Q1) de un flujo de aire exterior (7) extraído de dicho entorno exterior (E1, E2); - medios de descongelación (80) asociados operativamente a dicho primer intercambiador de calor (3) y accionables para calentar la superficie de dicho primer intercambiador de calor (3); - una unidad interior (1') destinada a quedar dispuesta en un sistema de canalización (301) de una instalación de control de climatización (300) adaptada para introducir, en un entorno (I), un flujo de aire ambiente (26) que proviene de una fuente ambiente (A); comprendiendo dicha unidad interior (1') un segundo intercambiador de calor (19), conectado térmicamente a dicho primer intercambiador de calor (3), destinado a quedar dispuesto en dicha instalación de canalización (300) para interceptar dicho flujo de aire ambiente (26), y susceptible de transferir calor (Q2) a dicho flujo de aire ambiente (26); - una unidad de control (50) conectada operativamente a dichos medios de descongelación (80) para permitir el funcionamiento de dichos medios de descongelación (80); estando caracterizado dicho aparato de bomba de calor (100) por el hecho de que dichos medios de descongelación (80) comprenden un emisor incandescente (8) configurado para calentar mediante irradiación dicho primer intercambiador de calor (3), y dicho emisor incandescente (8) comprende: - medios de suministro (12) destinados a conectarse a una primera fuente de aire comburente (10) y a una segunda fuente de gas combustible (11); - una cámara de distribución (9) conectada a dichos medios de suministro (12) para recibir una mezcla de combustible (C) de dicho aire comburente y de dicho gas combustible; - medios de activación (9') accionables para generar una combustión de dicha mezcla de combustible (C) con la consiguiente generación de calor y productos de combustión (14); - por lo menos un cuerpo emisor (13), que está configurado para recibir el calor generado por dicha combustión, y está provisto de por lo menos una superficie radiante orientada hacia dicho primer intercambiador de calor (3) para emitir radiaciones térmicas hacia dicho primer calor intercambiador (3) de manera que calienta, por irradiación directa, dicho primer intercambiador de calor (3); en el que la citada unidad de control (50) está conectada operativamente a dichos medios de suministro (12) con el fin de accionar dichos medios de suministro (12) para suministrar la citada mezcla de combustible (C) a dicha cámara de combustión (9), y está conectada operativamente a dichos medios de activación (9') para accionar dichos medios de activación (9') para activar la combustión de dicha mezcla de combustible (C).
Description
DESCRIPCIÓN
Bomba de calor
Campo de aplicación
La presente invención se refiere a un aparato de bomba de calor para una instalación de aire acondicionado.
El presente aparato está destinado ventajosamente a ser empleado, en el ámbito residencial, comercial e industrial, en instalaciones de aire acondicionado, en particular de tipo azotea, para controlar las condiciones climáticas en uno o más entornos, garantizando un rendimiento energético optimizado de la instalación, en particular para la descongelación automática del intercambiador de calor de la unidad exterior del aparato.
Antecedentes
En los últimos años, en el campo industrial de la calefacción de entornos, existe la necesidad particular de incrementar la eficiencia térmica; además, diversas normativas legales exigen el uso por lo menos parcial de fuentes de energía renovables.
Más claramente, la definición indicada en la legislación actual sobre energías renovables (Legislación italiana Decreto de 3 de marzo de 2011, n° 28 - Actuación de la Directiva 2009/28/CE sobre el fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables y la modificación y posterior derogación de las Directivas 2001/77/CE y 2003/30/CE.), indica que la «energía procedente de fuentes renovables» es aquella que procede de fuentes renovables no fósiles, es decir, energía eólica, energía solar, energía aerotérmica, energía geotérmica, energía hidrotérmica y oceánica, energía hidráulica, biomasa, gases residuales, gases residuales procesos de limpieza y biogases.
En el campo de los aparatos para calentar entornos, se conocen desde hace algún tiempo aparatos que están dotados de una instalación de calefacción con bomba de calor. Dichas instalaciones aprovechan la aerotermia, que se encuentra incluida entre las fuentes de energía renovable, contenida en el aire del entorno exterior para calentar un fluido portador de baja temperatura contenido en un circuito cerrado por medio de un evaporador, normalmente situado fuera del entorno a calentar dentro de un cuerpo de contención en forma de caja.
El fluido portador así calentado por medio del calor absorbido del aire del entorno exterior es comprimido por un compresor, lo que crea una diferencia de presión adaptada para obligar al fluido portador a que fluya hacia el circuito cerrado, en particular hacia un condensador, situado normalmente dentro del entorno a calentar. En esta situación, el fluido portador de alta temperatura y alta presión se condensa y transfiere, al entorno a calentar, el calor previamente absorbido del entorno exterior. El circuito cerrado finalmente conecta el condensador y el evaporador por medio de una válvula de expansión térmica, adaptada para llevar el fluido portador (ya enfriado) de nuevo a la presión de funcionamiento para poder absorber nuevamente el calor del entorno exterior.
Los aparatos de acondicionamiento de entornos provistos de una instalación de calefacción con bomba de calor del tipo brevemente descrito anteriormente han demostrado en la práctica que no carecen de inconvenientes. Un primer inconveniente reside en el hecho de que la eficiencia energética global está muy limitada por la diferencia de temperatura entre el entorno exterior y el entorno a calentar. Por lo tanto, en invierno o, en general, en los periodos más fríos del año, la diferencia de temperatura mencionada anteriormente es tal que afecta negativamente, de manera significativa, a la potencia total de la instalación de bomba de calor. Más en detalle, cuando la temperatura del entorno exterior desciende por debajo de los 7° C, el rendimiento de la instalación de bomba de calor disminuye drásticamente. En particular, si la temperatura del entorno exterior cae por debajo de 2° C, el evaporador corre el riesgo de congelarse y/o helarse. Si el evaporador se congela, toda la instalación de calefacción con bomba de calor deja de funcionar hasta que se produce la descongelación completa del propio evaporador.
En esta situación, son conocidos dispositivos de descongelación para permitir que el evaporador continúe funcionando, incluso a bajas temperaturas, tales como elementos calefactores eléctricos dispuestos en el propio evaporador, los cuales, al calentarse por efecto óhmico, aumentan la temperatura de dicho evaporador y permiten el funcionamiento de los mismos.
El principal inconveniente de dicho dispositivo para descongelar el evaporador radica en el hecho de que los elementos calefactores eléctricos consumen una gran cantidad de energía y reducen la eficiencia global del aparato de acondicionamiento.
También se conoce, con el fin de calentar el evaporador en caso de congelación, un método de descongelación que prevé el uso de la instalación de bomba de calor invirtiendo su ciclo de funcionamiento, es decir, haciendo funcionar
el evaporador como condensador durante varios minutos, para así transportar una parte del calor del entorno interior a calentar hasta el propio evaporador, el cual hace aumentar su temperatura hasta el descongelamiento completo, para después revertir nuevamente el ciclo de la instalación para su normal funcionamiento.
El principal inconveniente del método para descongelar el evaporador de tipo conocido brevemente descrito anteriormente radica en el hecho de que la inversión del ciclo de funcionamiento reduce drásticamente la salida general del aparato de acondicionamiento, ya que, en esta situación, se elimina el calor del entorno interior a calentar, durante varios minutos; entonces dicho calor tendrá que ser transferido nuevamente con la subsecuente inversión del ciclo de operación.
Con el fin de no dejar nunca el entorno a calentar sin el aporte térmico necesario, los aparatos de tipo conocido descritos hasta ahora obligan - durante la fase de diseño - a la instalación de un sobredimensionamiento del flujo de calor respecto a las necesidades reales del usuario, por ejemplo, utilizando varios evaporadores conectados entre sí en un banco y que funcionan intervalos preestablecidos.
El documento US 4.995.241 describe un aparato de acondicionamiento que comprende una unidad exterior provista de un intercambiador principal y un quemador de gas, que está dispuesto debajo de un acumulador, y está destinado a conectarse en condiciones de baja temperatura, de manera que las llamas producidas por el quemador inciden en el acumulador, para asegurar la evaporación del fluido portador que proviene del intercambiador principal y generar vapor caliente hacia un compresor del aparato. En el documento US 4.995.241 se indica que el fluido portador calentado y presurizado puede ser transportado hacia el intercambiador de calor principal para facilitar su descongelamiento.
El documento EP 0599625 describe un aparato para una instalación de aire acondicionado en el que el ventilador de recirculación de aire está provisto de una turbina de accionamiento de vapor, que se alimenta mediante la presión del fluido portador vaporizado generado por los procesos de intercambio de calor. El vapor caliente que sale de la turbina puede emplearse para el ciclo de descongelación de un aparato adyacente.
Los aparatos descritos en estos dos documentos finales de la técnica anterior son incapaces de resolver eficazmente los problemas mencionados anteriormente relacionados con la descongelación del evaporador.
Presentación de la invención
En tal contexto, el principal objetivo de la presente invención es, por lo tanto, superar los inconvenientes de la técnica anterior descrita anteriormente, presentando un aparato de bomba de calor para una instalación de aire acondicionado que sea capaz de mejorar la producción global del aparato y no requiera instalar un aumento de la potencia térmica más allá de la requerida para acondicionar térmicamente el entorno interior.
Otro objetivo de la presente invención es presentar un aparato de bomba de calor para una instalación de aire acondicionado que permita alcanzar altos rendimientos mediante el uso por lo menos parcial de una fuente de energía renovable.
Otro objetivo de la presente invención es presentar un aparato de bomba de calor para una instalación de aire acondicionado que permita un funcionamiento continuo, que sea seguro y totalmente fiable.
Breve descripción de los dibujos
Las características técnicas de la invención, de acuerdo con la finalidad y objetos propuestos, pueden encontrarse claramente en el contenido de las reivindicaciones que se describen a continuación y las ventajas de la misma serán más claras en la descripción detallada de varias realizaciones ilustradas como ejemplo no limitativo en las tablas de los dibujos que se adjuntan, en las cuales:
- la figura 1 ilustra el presente aparato de bomba de calor, de acuerdo con una primera realización de la presente invención;
- la figura 2 ilustra el presente aparato de bomba de calor, de acuerdo con una segunda realización de la presente invención;
- la figura 3 ilustra el presente aparato de bomba de calor, de acuerdo con una tercera realización de la presente invención;
- la figura 4 ilustra un detalle del aparato, objeto de la presente invención, relativo a una unidad exterior del propio aparato;
- la figura 5 ilustra la unidad exterior de la figura 4, en la cual también se representa una unidad de control de temperatura y un medio de detección de temperatura;
- la figura 6 ilustra una instalación de aire acondicionado que comprende el aparato de bomba de calor ilustrado en la figura 1;
- la figura 7 ilustra una instalación de aire acondicionado que comprende el aparato de bomba de calor ilustrado en la figura 3;
- la figura 8 ilustra el aparato de bomba de calor de la figura 1 en una configuración de ciclo inverso;
- las figuras 9A y 9B ilustran, en dos vistas diferentes, un detalle de la presente bomba de calor en relación con un emisor incandescente que forma parte de los medios de descongelación.
Descripción detallada de una realización preferida
Con referencia a los dibujos adjuntos, el número de referencia 100 indica, en general, un aparato de bomba de calor para una instalación de aire acondicionado de acuerdo con una realización preferida de la presente invención. Ventajosamente, el presente aparato está destinado a ser utilizado, en campos residenciales, comerciales e industriales, en instalaciones de aire acondicionado, en particular de tipo azotea.
El aparato de bomba de calor 100 para una instalación de aire acondicionado comprende una unidad exterior 1 la cual, a su vez, comprende un primer cuerpo de contención 2 preferiblemente destinado a quedar dispuesto en un entorno exterior E1, E2 y, por lo tanto, provisto de características estructurales y de aislamiento apropiadas para el clima local y que presenta unas características tales que puede colocarse tanto en tejados como en el suelo y, en cualquier caso, directamente sometido a lluvia, nieve y hielo.
La unidad exterior 1 también está provista de un primer intercambiador de calor 3 dispuesto en el primer cuerpo de contención 2 y susceptible de funcionar como evaporador para absorber una cierta cantidad de calor Q1 de un flujo de aire exterior 7 extraído del entorno exterior E1, E2.
Preferiblemente, el primer intercambiador de calor 3 es de tipo de paquete con aletas con bancos que, si es necesario, pueden curvarse con una, dos o tres curvas. Para dichos bancos, son posibles tratamientos exteriores tales como pintura en polvo o bajo cataforesis y estañado de electrolito en intercambiadores de cobre, además de poder disponer de un tubo de cuproníquel (CuNi9010) para intercambiadores que funcionen en entornos agresivos (entornos salinos). Para el aparato de bomba de calor 100, los materiales que constituyen los bancos del primer intercambiador de calor 3 deben poder funcionar a temperaturas de aproximadamente 100° C, ya que están sometidos a calentamiento por irradiación de los medios de descongelación 80.
Ventajosamente, el primer intercambiador de calor 3 puede ser de tipo haz de tubos el cual, si es necesario, puede tener varias formas, y pueden realizarse tratamientos exteriormente para mejorar la efectividad del intercambio de calor entre el aire que lo golpea exteriormente y el fluido que fluye interiormente.
La unidad exterior 1 también está provista de medios de descongelación 80 asociados operativamente al primer intercambiador de calor 3 para poder calentar la superficie exterior de este último.
A tal efecto, de acuerdo con la idea subyacente a la presente invención, los medios de descongelación 80 comprenden un emisor incandescente 8 configurado para calentar, mediante irradiación directa y de manera efectiva, la superficie exterior del primer intercambiador de calor 3. El emisor incandescente 8 comprende un medio de suministro 12 conectado a una primera fuente de aire comburente 10 y a una segunda fuente de gas combustible 11.
Dichos medios de suministro 12 están provistos preferiblemente de una válvula de ajuste automático del flujo de gas y de un obturador para el aire comburente.
Ventajosamente, los medios de suministro 12 del emisor incandescente 8 comprenden unos sistemas de mezcla (de tipo en sí conocido) para quemadores de premezcla que generan llamas premezcladas sólo para los combustibles gaseosos y donde el aire y el combustible deben mezclarse de manera uniforme antes de la zona de reacción. El emisor incandescente 8 comprende también una cámara de distribución 9 conectada directamente a los medios de suministro 12 para recibir la mezcla de combustible C a quemar, formada por aire comburente preferiblemente extraído del mismo entorno exterior E1 y gas combustible que proviene de la segunda fuente de gas 11 constituida, por ejemplo, por la red de distribución en el caso de gas metano o por paquetes de cilindros en caso de GLP.
Con referencia a los ejemplos de las figuras 1, 9A y 9B, el emisor incandescente 8 también está provisto de medios de activación 9' accionables para activar la combustión de la mezcla de combustible C con la consiguiente generación de calor y de productos de combustión 14.
Dichos medios de activación 9' están constituidos por unos electrodos de ignición que ventajosamente también pueden sustituir a electrodos de detección de llama 9". Estos últimos aseguran el cierre de los medios de suministro 12, en particular para bloquear el suministro del gas combustible, en caso de falta de ignición o extinción de la propia llama.
El emisor incandescente 8 comprende un cuerpo emisor 13 conectado directamente a la cámara de distribución 9, que está configurado para recibir uniformemente, sobre toda su superficie, primero la mezcla de combustible C y después el calor generado por la combustión. Ventajosamente, el cuerpo emisor 13 está compuesto por múltiples placas cerámicas rectangulares microperforadas colocadas adyacentes entre sí y de manera que forman una única superficie radiante 13'.
La combustión de la mezcla de combustible C se produce 1-2 mm por debajo de la superficie de las placas cerámicas microperforadas y dentro de unos microcanales. El calor producido por la combustión calienta inmediatamente la cerámica. El proceso de combustión en la superficie exterior de las placas cerámicas microperforadas permite alcanzar una temperatura de aproximadamente 1000° C, generando calor que es transferido por irradiación por la superficie radiante 13' hacia el primer intercambiador de calor 3. La parte interior de la placa de cerámica orientada hacia la cámara de distribución 9 alcanza, en cambio, una temperatura de aproximadamente 100° C.
El cuerpo emisor 13 realiza la función de calentamiento, por irradiación, debido a la superficie radiante 13' orientada hacia el primer intercambiador de calor 3 el cual - constituido preferiblemente por múltiples placas cerámicas microperforadas que se ponen a una temperatura de aproximadamente 1000° C como resultado de la combustión -emite radiaciones térmicas para así calentar, por irradiación directa, la superficie exterior del primer intercambiador de calor 3 sin que exista ningún contacto físico entre las partes.
El emisor incandescente 8 preferiblemente está provisto lateralmente de unas pantallas reflectantes 13" cuyo objetivo es redirigir todavía más las radiaciones térmicas emitidas por la superficie radiante 13' hacia el primer intercambiador de calor 3.
El aparato de bomba de calor 100 también comprende una unidad interior 1' destinada a quedar dispuesta en un sistema de canalización 301 de una instalación de control de climatización de aire 300 adaptada para introducir, en un entorno I, un flujo de aire ambiente 26 procedente de una fuente ambiente A.
La unidad interior 1' comprende un segundo intercambiador de calor 19, conectado térmicamente al primer intercambiador de calor 3 y destinado a insertarse en el sistema de canalización 300 para interceptar el flujo de aire ambiente 26, y susceptible de transferir calor Q2 al flujo de aire ambiente 26 El segundo intercambiador de calor 19 suele ser de tipo con bancos con aletas, pero, si es necesario, también puede ser de tipo de haz de tubos.
El aparato de bomba de calor 100 también comprende una unidad de control 50, que está conectada operativamente a los medios de descongelación 80 mencionados anteriormente para permitir su correcto funcionamiento.
En particular, la unidad de control 50 está conectada operativamente a los medios de suministro 12 con el fin de accionar este último para suministrar aire comburente y gas combustible a la cámara de distribución 9, y está conectada operativamente a los medios de activación 9' para accionarlos para la activación de la combustión de la mezcla de combustible C formada en la cámara de distribución 9.
Ventajosamente, la unidad de control 50 puede conectarse operativamente también a los electrodos de detección de llama 9", si estos últimos están presentes y su función no la sustituye los mismos electrodos de los medios de activación 9'.
Preferiblemente, tanto los medios de activación 9' como los electrodos de detección de llama 9" quedan situados junto a las placas cerámicas microperforadas afectadas por la combustión y específicamente por la parte de la superficie radiante emisora 13' orientada hacia el primer intercambiador de calor 3. Ventajosamente, con referencia a los ejemplos de las figuras 1-4, el primer cuerpo de contención 2 de la unidad exterior 1 está provisto de una primera sección de entrada 16 y de una primera sección de salida 17 que comunica con el entorno exterior E1, E2.
La unidad exterior 1 también comprende primeros medios de ventilación 15 que están asociados operativamente al primer intercambiador de calor 3 y son accionables por la unidad de control 50 con el fin de obligar al flujo de aire exterior 7 a que entre en el primer cuerpo de contención 2 a través de la primera entrada 16 e intercepte el primer intercambiador de calor 3, así como obligar a que una mezcla 18 de productos de combustión 14 y de aire exterior salga del primer cuerpo de contención 2 de la unidad exterior 1 a través de la primera sección de salida 17.
Ventajosamente, con referencia al ejemplo de la figura 2, la unidad interior 1' del aparato de bomba de calor 100 comprende un segundo cuerpo de contención 27 que aloja el segundo intercambiador de calor 19, preferiblemente completamente análogo al primer intercambiador de calor 3.
El segundo cuerpo de contención 27 está provisto de una segunda sección de entrada 28 y una segunda sección de salida 29 que comunica con el sistema de canalización 301.
La unidad interior 1' comprende segundos medios de ventilación 25 que están asociados operativamente al segundo intercambiador de calor 19 y son accionables por la unidad de control 50 con el fin de obligar al flujo de aire ambiente 26 a que entre en el segundo cuerpo de contención 27 a través de la segunda sección de entrada 28 e intercepte el segundo intercambiador de calor 19 con el fin de recibir el calor Q2 y con el fin de obligar siempre al flujo de aire ambiente calentado 26 a que salga del segundo cuerpo de contención 27 a través de la segunda sección de salida 29 para ser transportado al entorno I.
Ventajosamente, la unidad exterior 1 comprende un primer circuito hidráulico 22 susceptible de ser atravesado por un primer fluido portador 6. El primer circuito hidráulico 22 se cruza con el primer intercambiador de calor 3, que está siempre conectado hidráulicamente al primer circuito hidráulico 22 por medio de una primera entrada 4 y una primera salida 5 para ser atravesadas por el primer fluido portador 6.
La unidad exterior 1 comprende también un compresor 23 que está insertado en el primer circuito hidráulico 22 y cuya finalidad es comprimir el primer fluido portador 6 que proviene del primer intercambiador de calor 3, que aquí funciona como evaporador.
La unidad exterior 1 también comprende una válvula de expansión térmica 24 que se encuentra situada insertada en el primer circuito hidráulico 22 y cuya finalidad es expandir el primer fluido portador 6 que es transportado hacia el primer intercambiador de calor 3, que funciona aquí como evaporador. Ventajosamente, con referencia al ejemplo de la figura 2, el segundo intercambiador de calor 19 del aparato de bomba de calor 100 está conectado hidráulicamente al primer intercambiador de calor 3 por medio del primer circuito hidráulico 22 mencionado anteriormente, y es susceptible de funcionar como condensador en para transferir calor Q2 al flujo de aire ambiente 26. En dicha configuración, el compresor 23 queda interpuesto entre el primer intercambiador de calor 3 y el segundo intercambiador de calor 19, y funciona para obligar a que el primer fluido portador 6 fluya desde el primer intercambiador de calor 3, que funciona aquí como evaporador, hacia el segundo intercambiador de calor 19, que funciona aquí como condensador.
También se dispone una válvula de expansión térmica 24, que queda interpuesta entre el segundo intercambiador de calor 19 y el primer intercambiador de calor 3, y está adaptada para expandir y enfriar el primer fluido portador 6 que proviene del segundo intercambiador de calor 19, que funciona aquí como condensador.
Ventajosamente, con referencia al ejemplo de la figura 3, la unidad exterior 1 del aparato de bomba de calor 100 comprende un tercer cuerpo de contención 32, que aloja un tercer intercambiador de calor 43 conectado hidráulicamente al primer intercambiador de calor 3 por medio del primer circuito hidráulico 22, y susceptible de funcionar como condensador. De acuerdo con dicha realización, el compresor 23, interpuesto entre el primer intercambiador de calor 3 y el tercer intercambiador de calor 43, funciona para obligar a que el primer fluido portador 6 fluya desde el primer intercambiador de calor 3, que funciona aquí como evaporador, hacia el tercer intercambiador de calor 43, que funciona aquí como condensador. La válvula de expansión térmica 24 queda interpuesta entre el tercer intercambiador de calor 43 y el primer intercambiador de calor 3, y está adaptada para expandir y enfriar el primer fluido portador 6 que proviene del tercer intercambiador de calor 43, que funciona aquí como condensador. Ventajosamente, todavía con referencia al ejemplo de la figura 3, el aparato de bomba de calor 100 también comprende un segundo circuito hidráulico 38 susceptible de ser atravesado por un segundo fluido portador 41 y conectado hidráulicamente al segundo intercambiador de calor 19.
De acuerdo con dicha realización, un cuarto intercambiador de calor 35, que está alojado en el tercer cuerpo de contención 32 de la unidad exterior 1, está insertado en el segundo circuito hidráulico 38 y queda acoplado térmicamente al tercer intercambiador de calor 43 para transferir el calor Q2 desde el primer fluido portador 6 al segundo fluido portador 41.
Unos sistemas de bombeo 42, preferiblemente alojados en el tercer cuerpo de contención 32 de la unidad exterior 1, están insertados en el segundo circuito hidráulico 38 y funcionan para hacer circular el segundo fluido portador 41 entre el segundo intercambiador de calor 19 y el cuarto intercambiador de calor 35.
Preferiblemente, en la realización descrita anteriormente, el acoplamiento alojado en el tercer cuerpo de contención 32 de la unidad exterior 1, entre el tercer intercambiador de calor 43 insertado en el primer circuito hidráulico 22, y el
cuarto intercambiador de calor 35 insertado en el segundo circuito hidráulico 38, se obtiene mediante un intercambiador de placas típico para transferencias de calor entre un gas y un líquido.
Ventajosamente, con referencia al ejemplo de la figura 5, el aparato de bomba de calor 100 comprende primeros medios de detección 51, que están conectados operativamente al primer circuito hidráulico 22 en la primera salida 5 del primer intercambiador de calor 3, y están configurados para medir primeros valores de temperatura del primer fluido portador 6 y posteriormente enviar a la unidad de control 50 las correspondientes primeras señales que contienen los primeros valores de temperatura.
Si es necesario, la unidad de control 50 se configura para permitir el funcionamiento del emisor incandescente 8 en función de dichos primeros valores de temperatura.
Ventajosamente, todavía con referencia al ejemplo de la figura 5, el aparato de bomba de calor 100 comprende segundos medios de detección 52 que están asociados operativamente a la primera sección de entrada 16 del primer cuerpo de contención 2, y están configurados para medir segundos valores de temperatura del flujo de aire exterior 7 y posteriormente enviar a la unidad de control 50 las correspondientes segundas señales que contienen los segundos valores de temperatura.
Ventajosamente, el aparato de bomba de calor 100 comprende terceros medios de detección 53 que están asociados operativamente a la primera sección de salida 17 del primer cuerpo de contención 2, y están configurados para medir terceros valores de temperatura de la mezcla 18 formada por los productos de combustión 14 y por el aire exterior 7, y posteriormente enviar a la unidad de control 50 las correspondientes terceras señales que contienen los terceros valores de temperatura.
Si es necesario, la unidad de control 50 se configura para permitir el funcionamiento del emisor incandescente 8 en función de los segundos valores de temperatura y/o de los terceros valores de temperatura.
Preferiblemente, los medios de detección 51, 52, 53 comprenden sondas de temperatura correspondientes adaptadas para detectar la temperatura del fluido que interceptan.
Ventajosamente, la unidad de control 50 está configurada para permitir la conexión del emisor incandescente 8 cuando por lo menos uno de los primeros, segundos y terceros valores de temperatura caen por debajo de un umbral de temperatura correspondiente indicativo de las condiciones del entorno exterior E1, E2 que pueden determinar la formación de escarcha o hielo en la superficie del primer intercambiador de calor 3.
En los ejemplos de las figuras 6 y 7, se representa una instalación de control de climatización 300 para un entorno que, además del aparato de bomba de calor 100 descrito anteriormente, también comprende por lo menos un sistema de canalización de aire 301 provisto de una tercera sección de entrada 302, destinada a conectarse a una fuente ambiente A, y a una tercera sección de salida 303, destinada a conectarse a un entorno I, para introducir un flujo de aire ambiente 26 que proviene de la fuente ambiente A en el entorno I.
La instalación de control de climatización 300 también está provista de una unidad de tratamiento de aire 310 que comprende un quemador de gas 311 adaptado para generar calor mediante la combustión de una mezcla de combustible formada por un gas y por aire comburente.
La instalación de control de climatización 300 también comprende medios de intercambio de calor 312, que están conectados térmica y operativamente al quemador de gas 311 y comprenden, por ejemplo, unos tubos serpentín atravesados por humos de combustión generados por el propio quemador de gas 311. Los medios de intercambio de calor 312 están insertados en el sistema de canalización 301 con el fin de interceptar el flujo de aire ambiente 26 y transferirle el calor generado por el proceso de combustión del quemador de gas 311 (y, en particular, presente en los humos de combustión).
El segundo intercambiador de calor 19 del aparato de bomba de calor 100 está dispuesto dentro del sistema de canalización 301 con el fin de interceptar el flujo de aire ambiente 26.
La instalación de control de climatización 300 también comprende una primera fuente de aire comburente 10 conectada a los medios de suministro 12 del emisor incandescente 8.
La instalación de control de climatización 300 también comprende una segunda fuente de gas combustible 11 conectada a los medios de suministro 12 del emisor incandescente 8 y al quemador de gas 311 de la unidad de tratamiento de aire 310.
La instalación de control de climatización 300 comprende una unidad de control 313, que está conectada operativamente al quemador de gas 311 de la unidad de tratamiento de aire 310 y a la unidad de control 50 del aparato de bomba de calor 100.
La unidad de control 313 está configurada para permitir el funcionamiento de la unidad de tratamiento de aire 310 y/o del aparato de bomba de calor 100 y está conectada operativamente a la segunda fuente de gas combustible 11 para proporcionar el gas combustible al quemador de gas311 y/o al emisor incandescente 8, respectivamente, cuando este último puede ser accionado por la unidad de control 50.
Opcionalmente, la unidad de control 313 puede estar integrada con la unidad de control 50 del aparato de bomba de calor 100.
Ventajosamente, la segunda fuente de gas combustible 11 comprende una primera derivación 11' conectada al quemador de gas 311 y una segunda derivación 11" conectada a los medios de suministro 12 del emisor incandescente 8.
Preferiblemente, la segunda fuente de gas combustible 11 también está provista de medios de válvula de bloqueo 11'" que están colocados para interceptar las derivaciones 11', 11" y están conectados operativamente a la unidad de control 313 para permitir selectivamente el paso del gas combustible hacia la primea derivación 11' (para alimentar el quemador 311), o hacia la segunda derivación 11" (para alimentar el emisor incandescente 8), o en ambas derivaciones 11' y 11" (para alimentar simultáneamente tanto el quemador de gas 311 como el emisor incandescente 8).
Por ejemplo, los medios de válvula de bloqueo 11" mencionados anteriormente comprenden una válvula de tres vías situada en el conector entre las dos derivaciones 11', 11" (como en los ejemplos de las figuras 6 y 7), o válvulas de bloqueo separadas, cada una de las cuales situada en la derivación correspondiente. En el ejemplo de la figura 8, el aparato de bomba de calor 100 se ilustra en un ciclo inverso, en el que el primer intercambiador de calor 3 funciona como condensador y el segundo intercambiador de calor 19 funciona como evaporador. Dicho modo de funcionamiento se establece, por ejemplo, en los meses de verano para enfriar (mediante el segundo intercambiador de calor 19 que funciona como evaporador) el aire introducido en el entorno I.
En funcionamiento, la unidad de control 313 de la instalación de control de climatización 300 se ajusta, en particular en los meses de invierno, para permitir, además del funcionamiento del aparato de bomba de calor 100, el funcionamiento simultáneo del quemador de gas 311 de la unidad de tratamiento de aire 310 para calentar todavía más el aire que se introduce en el entorno I a través de los medios de intercambio de calor 312 del propio quemador de gas 311, sólo cuando la temperatura del flujo de aire ambiente 26 que sale del segundo intercambiador de calor 19 del aparato de bomba de calor 100 (dispuesto dentro del sistema de canalización 301 con el fin de interceptar el flujo de aire ambiente 26) es demasiado baja para introducirse directamente en el entorno I. En dicho estado de funcionamiento, el aparato de bomba de calor 100 está siempre y en cualquier caso conectado.
En particular, en dicha configuración operativa, la unidad de control 313 acciona los medios de válvula 11"' para permitir el paso del gas combustible tanto hacia la segunda derivación 11" conectada al emisor incandescente 8, como hacia la primera derivación 11' con el fin de alimentar el quemador de gas 311 si se solicita aumentar la temperatura del flujo de aire 26 que se introduce en el entorno I.
En las estaciones de transición, en particular primavera y otoño, para calentar el aire a introducir en el entorno I, la unidad de control 313 de la instalación de control de climatización 300 mantiene habilitado el funcionamiento de la bomba de calor 100 mientras es necesario (es decir, cuando la temperatura del flujo de aire ambiente 26 que se va a introducir en el entorno I ya ha aumentado suficientemente mediante el aparato de bomba de calor 100) desconecta el quemador de gas 311 de la unidad de tratamiento de aire 310. En particular, en dicha configuración operativa, la unidad de control 313 acciona la unidad de control 50 del aparato de bomba de calor 100 para hacer que este último funcione con ciclo directo, es decir, con el primer intercambiador de calor 3 funcionando como evaporador y con el segundo intercambiador de calor 19 (o el tercer intercambiador de calor 43) funcionando como condensador para transferir calor Q2 al flujo de aire ambiente 26 destinado a entrar en el entorno I a calentar.
En particular, tanto en el último estado de funcionamiento, pero sobre todo en el estado de funcionamiento de los meses de invierno descritos anteriormente, si la temperatura del entorno exterior cae por debajo de un valor umbral específico (por ejemplo, aproximadamente 2° C), la superficie del primer intercambiador de calor 3 (que funciona como evaporador) corre el riesgo de congelarse y/o helarse. En tal situación (identificada por la unidad de control 50, por ejemplo, por medio de uno o más de los medios de detección 51, 52, 53), la unidad de control 313 acciona la unidad de control 50 para accionar el emisor incandescente 8 con el fin de calentar el superficie del segundo intercambiador de calor 3 para evitar la formación de hielo o escarcha en dicha superficie. En particular, en dicha configuración operativa, la unidad de control 313 acciona los medios de válvula bloqueo 11"' para permitir el paso del
gas combustible a la segunda derivación 11" para alimentar el emisor incandescente 8, posiblemente manteniendo la primera derivación 11' conectada al quemador de gas 311 cerrada si no es necesario conectar este último (de acuerdo con lo que se ha descrito anteriormente).
En verano, para enfriar el aire que se introduce en el entorno I, la unidad de control 313 de la instalación de control de climatización 300 permite el funcionamiento de la bomba de calor 100 con ciclo inverso (ilustrado en el ejemplo de la figura 8), manteniendo desconectado el quemador de gas 311 de la unidad de tratamiento de aire 310.
La invención así concebida alcanza, por lo tanto, los objetivos preestablecidos.
Claims (10)
1. Aparato de bomba de calor (100) para una instalación de aire acondicionado, comprendiendo dicho aparato de bomba de calor (100):
- una unidad exterior (1) que comprende:
- un primer cuerpo de contención (2) destinado a quedar dispuesto en un entorno exterior (E1, E2);
- un primer intercambiador de calor (3) dispuesto en dicho primer cuerpo de contención (2) y susceptible de funcionar como evaporador para absorber calor (Q1) de un flujo de aire exterior (7) extraído de dicho entorno exterior (E1, E2);
- medios de descongelación (80) asociados operativamente a dicho primer intercambiador de calor (3) y accionables para calentar la superficie de dicho primer intercambiador de calor (3);
- una unidad interior (1') destinada a quedar dispuesta en un sistema de canalización (301) de una instalación de control de climatización (300) adaptada para introducir, en un entorno (I), un flujo de aire ambiente (26) que proviene de una fuente ambiente (A);
comprendiendo dicha unidad interior (1') un segundo intercambiador de calor (19), conectado térmicamente a dicho primer intercambiador de calor (3), destinado a quedar dispuesto en dicha instalación de canalización (300) para interceptar dicho flujo de aire ambiente (26), y susceptible de transferir calor (Q2) a dicho flujo de aire ambiente (26);
- una unidad de control (50) conectada operativamente a dichos medios de descongelación (80) para permitir el funcionamiento de dichos medios de descongelación (80);
estando caracterizado dicho aparato de bomba de calor (100) por el hecho de que dichos medios de descongelación (80) comprenden un emisor incandescente (8) configurado para calentar mediante irradiación dicho primer intercambiador de calor (3), y dicho emisor incandescente (8) comprende:
- medios de suministro (12) destinados a conectarse a una primera fuente de aire comburente (10) y a una segunda fuente de gas combustible (11);
- una cámara de distribución (9) conectada a dichos medios de suministro (12) para recibir una mezcla de combustible (C) de dicho aire comburente y de dicho gas combustible;
- medios de activación (9') accionables para generar una combustión de dicha mezcla de combustible (C) con la consiguiente generación de calor y productos de combustión (14);
- por lo menos un cuerpo emisor (13), que está configurado para recibir el calor generado por dicha combustión, y está provisto de por lo menos una superficie radiante orientada hacia dicho primer intercambiador de calor (3) para emitir radiaciones térmicas hacia dicho primer calor intercambiador (3) de manera que calienta, por irradiación directa, dicho primer intercambiador de calor (3);
en el que la citada unidad de control (50) está conectada operativamente a dichos medios de suministro (12) con el fin de accionar dichos medios de suministro (12) para suministrar la citada mezcla de combustible (C) a dicha cámara de combustión (9), y está conectada operativamente a dichos medios de activación (9') para accionar dichos medios de activación (9') para activar la combustión de dicha mezcla de combustible (C).
2. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho primer cuerpo de contención (2) está provisto de una primera sección de entrada (16) y una primera sección de salida (17) que comunica con dicho entorno exterior (E1, E2);
en el que dicha unidad exterior (1) comprende primeros medios de ventilación (15) asociados operativamente a dicho primer intercambiador de calor (3) y accionables por la citada unidad de control (50):
- para obligar a que dicho flujo de aire exterior (7) entre en dicho primer cuerpo de contención (2) a través de dicha primera sección de entrada (16) e intercepte dicho primer intercambiador de calor (3),
- y para obligar a que una mezcla (18) de dichos productos de combustión (14) y de dicho aire exterior (7) salga de dicho primer cuerpo de contención (2) a través de dicha primera sección de salida (17).
3. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que dicha unidad interior (1') comprende:
- un segundo cuerpo de contención (27) que aloja dicho segundo intercambiador de calor (19) y está provisto de una segunda sección de entrada (28) y una segunda sección de salida (29) destinada a comunicarse con dicho sistema de canalización (301);
- segundos medios de ventilación (25) asociados operativamente a dicho segundo intercambiador de calor (19) y accionables por la citada unidad de control (50):
- para obligar a que dicho flujo de aire ambiente (26) entre en dicho segundo cuerpo de contención (27) a través de dicha segunda sección de entrada (28) e intercepte dicho segundo intercambiador de calor (19) para recibir dicho calor (Q2);
- y para obligar a que dicho flujo de aire ambiente calentado (26) salga de dicho segundo cuerpo de contención (27) a través de dicha segunda sección de salida (29) para ser transportado a dicho entorno (I).
4. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha unidad exterior (1) comprende:
- un primer circuito hidráulico (22) susceptible de ser atravesado por un primer fluido portador (6), y en dicho primer circuito hidráulico (22) está insertado el citado primer intercambiador de calor (3), que está conectado hidráulicamente a dicho primer circuito hidráulico (22) mediante una primera entrada (4) y una primera salida (5) para ser atravesado por dicho primer fluido portador (6);
- un compresor (23) insertado en dicho primer circuito hidráulico (22) para comprimir dicho primer fluido portador (6) que proviene de dicho primer intercambiador de calor (3) que funciona como evaporador;
- una válvula de expansión térmica (24) insertada en dicho primer circuito hidráulico (22) para expandir dicho primer fluido portador (6) transportado hacia dicho primer intercambiador de calor (3) que funciona como evaporador.
5. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dicho segundo intercambiador de calor (19) está conectado hidráulicamente a dicho primer intercambiador de calor (3) por medio de dicho primer circuito hidráulico (22);
en el que dicho compresor (23) está interpuesto entre dicho primer intercambiador de calor (3) y dicho segundo intercambiador de calor (19), con el fin de obligar a que dicho primer fluido portador (6) fluya desde dicho primer intercambiador de calor (3), que funciona como evaporador, hacia dicho segundo intercambiador de calor (19), que funciona como condensador;
en el que dicha válvula de expansión térmica (24) está interpuesta entre dicho segundo intercambiador de calor (19) y dicho primer intercambiador de calor (3), y está adaptada para expandir y enfriar dicho primer fluido portador (6) que proviene de dicho segundo intercambiador de calor (19) que funciona como condensador.
6. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dicha unidad exterior (1) comprende un tercer intercambiador de calor (43) conectado hidráulicamente a dicho primer intercambiador de calor (3) mediante el citado primer circuito hidráulico (22) y susceptible de funcionar como condensador;
en el que dicho compresor (23) está interpuesto entre dicho primer intercambiador de calor (3) y dicho tercer intercambiador de calor (43), con el fin de obligar a que dicho primer fluido portador (6) fluya desde dicho primer intercambiador de calor (3), que funciona como evaporador, hacia dicho tercer intercambiador de calor (43), que funciona como condensador;
en el que dicha válvula de expansión térmica (24) está interpuesta entre dicho tercer intercambiador de calor (43) y dicho primer intercambiador de calor (3), y está adaptada para expandir y enfriar dicho primer fluido portador (6) que proviene de dicho tercer intercambiador de calor (43), que funciona como condensador;
en el que dicho aparato de bomba de calor (100) también comprende:
- un segundo circuito hidráulico (38) susceptible de ser atravesado por un segundo fluido portador (41) y conectado hidráulicamente a dicho segundo intercambiador de calor (19);
- un cuarto intercambiador de calor (35) insertado en dicho segundo circuito hidráulico (38) y acoplado térmicamente a dicho tercer intercambiador de calor (43) para transferir calor (Q2) desde dicho primer fluido portador (6) a dicho segundo fluido portador (41);
- unos sistemas de bombeo (42) insertados en dicho segundo circuito hidráulico (38) y accionables para hacer circular dicho segundo fluido portador (41) entre dicho cuarto intercambiador de calor (35) y dicho segundo intercambiador de calor (19).
7. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 4 a 6, caracterizado por el hecho de que comprende primeros medios de detección (51) conectados operativamente a dicho primer circuito hidráulico (22) en la primera salida (5) de dicho primer intercambiador de calor (3), y configurados para medir primeros valores de temperatura de dicho primer fluido portador (6) y para enviar, a la citada unidad de control (50), primeras señales correspondientes que contienen dichos primeros valores de temperatura;
en el que la citada unidad de control (50) está configurada para permitir el funcionamiento de dicho emisor incandescente (8) en función de dichos primeros valores de temperatura.
8. Aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que comprende:
- segundos medios de detección (52) asociados operativamente a la primera sección de entrada (16) de dicho primer cuerpo de contención (2) y configurados para medir segundos valores de temperatura de dicho flujo de aire exterior (7) y para enviar, a la citada unidad de control (50), segundas señales correspondientes que contienen dichos segundos valores de temperatura, y/o
- terceros medios de detección (53) asociados operativamente a la primera sección de salida (17) de dicho primer cuerpo de contención (2) y configurados para medir terceros valores de temperatura de dicha mezcla (18) de dichos productos de combustión (14) y de dicho aire exterior, y para enviar, a la citada unidad de control (50), correspondientes terceras señales que contienen dichos terceros valores de temperatura;
en el que la citada unidad de control (50) está configurada para permitir el funcionamiento de dicho emisor incandescente (8) en función de dichos segundos valores de temperatura y/o de dichos terceros valores de temperatura.
9. Instalación de control de climatización (300) para un medio entorno, que comprende:
- por lo menos un sistema de canalización de aire (301) provisto de una tercera sección de entrada (302) destinada a conectarse a una fuente ambiente (A) y una tercera sección de salida (303) destinada a conectarse a un entorno (I), y adaptado para introducir en dicho entorno (I) un flujo de aire ambiente (26) que proviene de dicha fuente ambiente (A);
- una unidad de tratamiento de aire (310) que comprende:
- un quemador de gas (311) adaptado para generar calor mediante la combustión de un gas combustible;
- medios de intercambio de calor (312) conectados operativamente a dicho quemador de gas (311) y colocados en dicho sistema de canalización (301) para interceptar dicho flujo de aire ambiente (26) para transferir calor a dicho flujo de aire ambiente (26);
- un aparato de bomba de calor (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho segundo intercambiador de calor (19) está dispuesto en dicho sistema de canalización (301) para interceptar dicho flujo de aire ambiente (26);
- una primera fuente de aire comburente (10) conectada por lo menos a los medios de suministro (12) de dicho emisor incandescente (8);
- una segunda fuente de gas combustible (11) conectada a los medios de suministro (12) de dicho emisor incandescente (8) y al quemador de gas (311) de dicha unidad de tratamiento de aire (310);
- una unidad de control (313), que está conectada operativamente al quemador de gas (311) de dicha unidad de tratamiento de aire (310) ya la unidad de control (50) de dicho aparato de bomba de calor (100); está configurada para permitir el funcionamiento de dicha unidad de tratamiento de aire (310) y/o de dicho aparato de bomba de calor (100); y está conectada operativamente a dicha segunda fuente de gas combustible (11) para proporcionar dicho gas combustible respectivamente al citado quemador de gas (311), o a dicho emisor incandescente (8) al activarse este último por la citada unidad de control (50).
10. Instalación de control de climatización (300) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada por el hecho de que dicha segunda fuente de gas combustible (11) comprende:
- una primera derivación (11') conectada a dicho quemador de gas (311) y una segunda derivación (11") conectada a los medios de suministro (12) de dicho emisor incandescente (8);
- medios de válvula de bloqueo (11"') colocados para interceptar dichas derivaciones (11', 11") y conectados operativamente a la citada ha unidad de control (313) para permitir el paso de dicho gas combustible a dicha primera derivación (11') y/o en dicha segunda derivación (11").
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