ES2912129T3 - Máquina termodinámica de tipo bomba de calor con ciclo reversible de múltiples fuentes y procedimiento de funcionamiento - Google Patents

Máquina termodinámica de tipo bomba de calor con ciclo reversible de múltiples fuentes y procedimiento de funcionamiento Download PDF

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Abstract

Máquina termodinámica, que comprende: - un primer intercambiador de calor (2) diseñado para cooperar con una carga térmica (200) y que posee al menos un circuito primario y al menos un circuito secundario; - un segundo intercambiador de calor (3) diseñado para cooperar con una fuente geotérmica (300) y que posee al menos un circuito primario y al menos un circuito secundario; - un tercer intercambiador de calor (4) diseñado para cooperar con una fuente aerotérmica (400) y que posee al menos un circuito primario y al menos un circuito secundario; - un compresor (5) y manorreductores primero y segundo (7, 8); al menos un primer circuito frigorígeno (1) en el interior del cual circula al menos un fluido frigorígeno, conectando el al menos un primer circuito frigorígeno (1) los circuitos primarios del primer intercambiador de calor (2), del segundo intercambiador de calor (3) y del tercer intercambiador de calor (4), el compresor (5) y los manorreductores primero y segundo (7, 8); donde el al menos un circuito frigorígeno (1) comprende: - un primer dispositivo de gestión de fluido frigorígeno (9) y un primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19); - un primer nodo de enlace (15) que une la salida del compresor (5) al primer dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) y al primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19); - un segundo nodo de enlace (16) que une una segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor (2) a un primer terminal del primer manorreductor (7); - un tercer nodo de enlace (17) que une una segunda entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3) a un segundo terminal del primer manorreductor (7); - un cuarto nodo de enlace (18) que une la entrada del compresor (5) al dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9); donde el primer dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración, - la primera configuración que une la salida del compresor (5) con una primera entrada/salida del primer intercambiador de calor (2) y que une la entrada del compresor (5) con una primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3), y - la segunda configuración que une la salida del compresor (5) con la primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3) y que une la entrada del compresor (5) con la primera entrada/salida del primer intercambiador de calor (2); donde el primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración, uniendo la primera configuración el primer nodo de enlace (15) a la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4), uniendo la segunda configuración la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4) al cuarto nodo de enlace (18); caracterizada por qué: - el al menos un primer circuito frigorígeno (1) comprende, además, un segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20); - el segundo nodo de enlace (16) une la segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor (2) al primer terminal del primer manorreductor (7) y al segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20); - el tercer nodo de enlace (17) une la segunda entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3) al segundo terminal del primer manorreductor (7) y al segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20); - el cuarto nodo de enlace (18) une la entrada del compresor (5) al dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) 0 y al primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19); - la primera configuración del primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) impide la circulación del fluido frigorígeno con el cuarto nodo de enlace (18), y la segunda configuración del primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) impide la circulación del fluido frigorígeno con el primer nodo de enlace (15); y por que - el segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20) está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración, uniendo la primera configuración el segundo nodo de enlace (16) a la segunda entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4) a través del segundo manorreductor (8) e impidiendo la circulación del fluido frigorígeno con el tercer nodo de conexión (17), uniendo la segunda configuración la segunda entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4) al tercer nodo de enlace (17) a través del segundo manorreductor (8) e impidiendo la circulación del fluido frigorígeno con el segundo nodo de enlace (16).

Description

DESCRIPCIÓN
Máquina termodinámica de tipo bomba de calor con ciclo reversible de múltiples fuentes y procedimiento de funcionamiento
Campo de la técnica
La invención aborda el campo de las instalaciones de producción calorífica y frigorífica por ciclo termodinámico, por ejemplo para satisfacer las necesidades de calefacción, de enfriamiento, y de producción de agua caliente sanitaria, en los sectores de la construcción y de la industria, así como los procedimientos de funcionamiento de dichas instalaciones.
Más en particular, la invención aborda el campo de las máquinas termodinámicas de múltiples fuentes, capaces de intercambiar energía térmica con al menos dos fuentes externas diferentes, por ejemplo, el aire ambiente y el subsuelo. La invención se refiere a una máquina con ciclo reversible, que asegura de forma alternativa el suministro de energía calorífica o el suministro de energía frigorífica a un consumidor de energía térmica, mientras intercambia energía térmica con una u otra de estas dos fuentes o con ambas.
Técnica anterior
Las bombas de calor, con ciclo reversible, suministran de forma alternativa energía calorífica o frigorífica a un consumidor de energía térmica, mientras extraen una parte de esta energía calorífica o frigorífica de una fuente externa. El consumidor de energía térmica se define como uno o más elementos que absorben energía calorífica o energía frigorífica por medio de un fluido caloportador.
En aerotermia, la fuente externa es el aire ambiente y el intercambio térmico con esta fuente se realiza a través de un intercambiador térmico cuyo elemento secundario está en contacto directo con el aire ambiente. Por lo general, uno o varios ventiladores fuerza la circulación del aire ambiente en el elemento secundario del intercambiador.
En geotermia, la fuente externa es el subsuelo y el intercambio térmico con esta fuente se realiza a través de un conjunto de intercambiadores verticales, de tipo sonda geotérmica vertical, consistentes en canalizaciones insertadas en el subsuelo. El intercambio térmico con esta fuente se realiza por lo general a través de un intercambiador térmico cuyo elemento secundario está acoplado a los intercambiadores verticales por medio de canalizaciones donde circula un fluido caloportador. Las llamadas bombas de calor geotérmicas presentan un mejor nivel de rendimiento energético general que las llamadas bombas de calor aerotérmicas; es decir, promediado durante un año.
El coeficiente de rendimiento de una máquina termodinámica se puede definir como la relación entre la energía calorífica que produce la máquina y la energía eléctrica que consume el compresor. Este coeficiente depende de la diferencia entre las temperaturas de condensación y evaporación del fluido frigorígeno que se adaptan continuamente a las temperaturas requeridas en el elemento secundario de los intercambiadores que funcionan como condensador y evaporador. Cuanto menor sea la diferencia entre estas dos temperaturas, mayor será el coeficiente de rendimiento. La temperatura del subsuelo es mucho menos propensa a variaciones estacionales que la temperatura del aire ambiente. Dado que las necesidades caloríficas son por lo general más altas durante el período invernal, cuando la temperatura del subsuelo es más alta que la temperatura del aire, el rendimiento energético de las máquinas que aprovechan la energía calorífica del subsuelo funciona, durante este período, con un nivel más alto de eficiencia energética que las máquinas que aprovechan la energía calorífica contenida en el aire ambiente. Del mismo modo, dado que las necesidades frigoríficas son por lo general más altas durante el período estival, cuando la temperatura del subsuelo es menor que la temperatura del aire, las máquinas que aprovechan la energía frigorífica del subsuelo funcionan durante este período con un mayor nivel de rendimiento energético que las máquinas que aprovechan la energía frigorífica contenida en el aire ambiente.
Las bombas de calor geotérmicas presentan varios inconvenientes.
Hay períodos del año en los que el aprovechamiento de la fuente geotérmica es menos favorable para el rendimiento energético de la bomba de calor que el aprovechamiento de la fuente aerotérmica. Estas situaciones dependen del entorno geológico y climático del lugar donde se instala la máquina y también de la naturaleza de los usos del consumidor de energía térmica.
Estas situaciones se dan, especialmente, entre estaciones, cuando la temperatura del aire ambiente alcanza temporalmente valores más favorables que la temperatura del subsuelo. Durante estos períodos, la temperatura del aire ambiente puede alcanzar valores más altos que la temperatura del subsuelo, mientras que el consumidor de energía térmica absorbe energía calorífica. Del mismo modo, la temperatura del aire ambiente puede alcanzar valores más bajos que la temperatura del subsuelo mientras que el consumidor de energía térmica absorbe energía frigorífica. Estas situaciones también se pueden dar cuando el consumidor de energía térmica presenta usos que no están relacionados con las estaciones. Un ejemplo característico se refiere al consumo de agua caliente sanitaria, que por lo general se distribuye de manera uniforme durante todo el año. Es común que este tipo de uso se dé en edificios para fines hospitalarios, en edificios para fines hoteleros o en viviendas. Durante el período invernal, el aprovechamiento de la energía contenida en el subsuelo para la producción de agua caliente es más favorable que el aprovechamiento de la energía aerotérmica. Durante el período estival, por el contrario, el aprovechamiento de la fuente geotérmica para esta producción calorífica conduce a niveles de rendimiento de la bomba de calor mucho más bajos en comparación con una bomba de calor que aprovecha la fuente aerotérmica.
Otro ejemplo se refiere a la calefacción de las piscinas, cuyas aguas se renuevan regularmente por razones sanitarias. La necesidad de calefacción es efectiva durante todo el año, incluso en período estival.
Dichas situaciones también se dan en el sector industrial, donde la demanda de energía frigorífica es efectiva durante todo el año, incluso durante el período invernal. Para estas aplicaciones, el aprovechamiento de la energía frigorífica del aire ambiente conduciría durante el período invernal a un nivel de rendimiento muy superior al aprovechamiento de la fuente geotérmica.
En una bomba de calor geotérmica, la energía térmica contenida en el subsuelo se ubica en el agarre de los intercambiadores de calor verticales. La energía contenida en esta porción del subsuelo solo se renueva naturalmente de manera extremadamente lenta y limitada. El aprovechamiento energético del subsuelo genera entonces una variación local, al alza o a la baja, de su temperatura, que a largo plazo puede, además, conducir al agotamiento del recurso si este aprovechamiento resulta ser demasiado importante. La fuente geotérmica, que se aprovecha localmente, no es por lo tanto inagotable, a diferencia de la energía térmica aprovechada por las máquinas aerotérmicas, que está contenida en el aire ambiente, y que se renueva constantemente. La cantidad de energía calorífica o frigorífica que una fuente geotérmica local puede proporcionar anualmente, en otras palabras, su capacidad energética, es por lo tanto limitada.
Para una aplicación dada y un subsuelo que presenta localmente propiedades térmicas e hidrogeológicas dadas, el dimensionamiento de un campo de sondas geotérmicas, es decir, el número y la profundidad de los intercambiadores verticales y su agarre en el subsuelo, dependerá entonces, esencialmente, del nivel de demanda energética del subsuelo, es decir, de la cantidad de energía calorífica o frigorífica que se obtendrá anualmente del subsuelo. Para aumentar la cantidad de energía calorífica o frigorífica que puede proporcionar anualmente una fuente geotérmica local, es necesario aumentar el dimensionamiento del campo de sondas geotérmicas, lo que resulta muy costoso dados los altos costes asociados a los trabajos de instalación y acoplamiento de los intercambiadores verticales en el subsuelo.
Otra forma de aumentar la capacidad de la fuente geotérmica consiste en efectuar una recarga calorífica o frigorífica del subsuelo a partir de otro recurso, cuando este otro recurso está disponible y se puede aprovechar a un bajo coste energético. La inercia térmica del subsuelo se usa entonces para almacenar en un período determinado una energía calorífica o frigorífica producida a bajo coste energético a partir de otra fuente, y ponerla a disposición en un período posterior, correspondiente al período de demanda térmica del consumidor de energía.
La fuente aerotérmica puede constituir una fuente de energía aprovechable a bajo coste energético en determinadas épocas del año. En efecto, durante el período estival, el aprovechamiento de la energía calorífica contenida en el aire ambiente para recargar el subsuelo con energía calorífica se puede llevar a cabo con una eficiencia energética muy alta. Del mismo modo, en el período invernal, también se puede llevar a cabo el aprovechamiento de la energía frigorífica contenida en el aire ambiente para recargar el subsuelo con energía frigorífica, o en otras palabras, para descargar el subsuelo de energía calorífica, con muy alta eficiencia energética.
El documento EP2863154 describe una bomba de calor reversible que aprovecha tanto la fuente geotérmica como la fuente aerotérmica. Esta máquina permite aprovechar en todo momento el recurso más favorable para el rendimiento energético. Una bomba de calor de este tipo no es completamente satisfactoria. Este documento divulga una máquina termodinámica con las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Objeto de la invención
El objetivo de la presente invención es resolver los problemas mencionados con anterioridad y, especialmente, proponer una máquina termodinámica que sea capaz de aprovechar de forma alternativa o simultánea un recurso de tipo geotérmico y un recurso de tipo aerotérmico y que también sea capaz de gestionar de forma activa la fuente geotérmica mediante la realización de una recarga calorífica o frigorífica de la fuente geotérmica a partir de la fuente aerotérmica.
Se tiende a resolver estas necesidades por medio de una máquina termodinámica según la reivindicación 1.
En un desarrollo, la máquina comprende un circuito de control configurado para definir de forma selectiva:
- un primer modo de funcionamiento donde el primer dispositivo de conmutación está en la segunda configuración, estando el segundo dispositivo de conmutación y el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno en la primera configuración para transferir calorías desde la fuente geotérmica y/o la fuente aerotérmica hacia la carga térmica; - un segundo modo de funcionamiento donde el segundo dispositivo de conmutación está en la segunda configuración, estando el primer dispositivo de conmutación y el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno en la primera configuración para transferir calorías desde la fuente geotérmica hacia la fuente aerotérmica;
- un tercer modo de funcionamiento donde el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno está en la segunda configuración, estando el primer dispositivo de conmutación y el segundo dispositivo de conmutación en la primera configuración para transferir calorías desde la carga térmica hacia la fuente geotérmica y/o la fuente aerotérmica; - un cuarto modo de funcionamiento donde el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno, el primer dispositivo de conmutación y el segundo dispositivo de conmutación están en la segunda configuración para transferir calorías desde la fuente aerotérmica hacia la fuente geotérmica.
Según otro desarrollo, la máquina comprende:
- un primer sensor térmico configurado para medir la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor;
- un segundo sensor de temperatura configurado para medir la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor; donde el primer manorreductor y el segundo manorreductor presentan un grado de apertura variable y donde el circuito de control está configurado para controlar el grado de apertura del primer manorreductor y el grado de apertura del segundo manorreductor y ajustar la potencia calorífica o frigorífica transmitida respectivamente a través del segundo intercambiador de calor y el tercer intercambiador de calor en función de los valores de temperatura medidos en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor y en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor.
Ventajosamente, el circuito de control está configurado para cerrar el primer manorreductor en el primer modo de funcionamiento cuando el circuito de control constata que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor es menor que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor. En un modo de realización particular, el circuito de control se configura para cerrar el segundo manorreductor en el primer modo de funcionamiento cuando el circuito de control constata que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor es mayor que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor.
Preferentemente, el circuito de control está configurado para cerrar el primer manorreductor en el tercer modo de funcionamiento cuando el circuito de control constata que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor es mayor que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor.
En un modo de realización particular, el circuito de control está configurado para cerrar el segundo manorreductor en el tercer modo de funcionamiento cuando el circuito de control constata que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor es menor que el valor de temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor.
Ventajosamente, la máquina comprende medios para medir la temperatura de la fuente geotérmica y el circuito de control comprende un modelo predictivo de la temperatura de la fuente geotérmica a lo largo del tiempo, estando el circuito de control configurado para activar el segundo modo de funcionamiento o el cuarto modo de funcionamiento cuando el circuito de control constata que la temperatura de la fuente geotérmica se desvía de la temperatura del modelo predictivo más allá de un valor umbral.
En un modo de realización particular, los medios para medir la temperatura de la fuente geotérmica están formados por el primer sensor de temperatura y un dispositivo de estimación configurado para estimar la temperatura de la fuente geotérmica a partir de la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor.
En un desarrollo, los medios para medir la temperatura de la fuente geotérmica están formados por un tercer sensor de temperatura diseñado para instalarse en el subsuelo cerca de la fuente geotérmica. Ventajosamente, el circuito de control está configurado para activar el segundo modo de funcionamiento solo cuando el circuito de control constata que la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor es menor que la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor y/o para activar el cuarto modo de funcionamiento solo cuando el circuito de control constata que la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor es mayor que la temperatura en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor.
De manera ventajosa, la máquina comprende un segundo circuito frigorígeno distinto del primer circuito frigorígeno en el interior del cual circula un segundo fluido frigorígeno, conectando el segundo circuito frigorígeno el primer intercambiador de calor, el segundo intercambiador de calor y el tercer intercambiador de calor, teniendo el segundo circuito frigorígeno un segundo dispositivo de gestión de fluido frigorígeno, un compresor, un primer manorreductor y un segundo manorreductor, un primer nodo de enlace, un segundo nodo de enlace, un tercer nodo de enlace, un cuarto nodo de enlace, un primer dispositivo de conmutación, un segundo dispositivo de conmutación dispuestos de manera similar al primer circuito frigorígeno.
Preferentemente, el circuito de control está configurado para definir de manera selectiva para el segundo circuito frigorígeno los modos de funcionamiento primero, segundo, tercero y cuarto similares a los modos de funcionamiento primero, segundo, tercero y cuarto del primer circuito frigorígeno. En otro desarrollo, el circuito de control está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno está en el primer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el segundo manorreductor del primer circuito frigorígeno, y el segundo circuito frigorígeno está en el segundo modo de funcionamiento.
Preferentemente, el circuito de control está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno está en el primer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el primer manorreductor del primer circuito frigorígeno, y el segundo circuito frigorígeno está en el cuarto modo de funcionamiento.
Resulta también ventajoso prever que el circuito de control esté configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno está en el tercer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el primer manorreductor del primer circuito frigorígeno, y el segundo circuito frigorígeno está en el segundo modo de funcionamiento.
En una configuración particular, el circuito de control está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno está en el tercer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el segundo manorreductor del primer circuito frigorígeno, y el segundo circuito frigorígeno está en el cuarto modo de funcionamiento.
La invención también tiene como objeto un procedimiento de funcionamiento de una máquina que permite aprovechar un recurso de tipo geotérmico y un recurso de tipo aerotérmico y que permite gestionar de forma activa la fuente geotérmica mediante la realización de una recarga calorífica o frigorífica de la fuente geotérmica a partir de la fuente aerotérmica.
Se tiende a resolver estas necesidades por medio de un procedimiento de funcionamiento de una máquina termodinámica que comprende las etapas de:
- suministrar una máquina termodinámica según una de las configuraciones anteriores;
- operar la máquina termodinámica en un modo de funcionamiento seleccionado de entre:
(i) un montaje paralelo del tercer intercambiador de calor y del segundo intercambiador de calor, funcionando el tercer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor como evaporadores, entre la salida del primer intercambiador de calor que funciona como condensador de fluido frigorígeno, y la entrada del compresor, (ii) un montaje en serie del tercer intercambiador de calor que funciona como condensador de fluido frigorígeno, y del segundo intercambiador de calor que funciona como evaporador de fluido frigorígeno, entre la salida del compresor y la entrada del compresor,
(iii) un montaje paralelo del tercer intercambiador de calor y del segundo intercambiador de calor, funcionando el tercer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor como condensadores de fluido frigorígeno, entre la salida del compresor y la entrada del primer intercambiador de calor que funciona como evaporador de fluido frigorígeno,
iv) un montaje en serie del segundo intercambiador de calor que funciona como condensador de fluido frigorígeno, y del tercer intercambiador de calor que funciona como evaporador de fluido frigorígeno, entre la salida del compresor y la entrada del compresor.
Se tiende a resolver estas necesidades por medio de un procedimiento de funcionamiento de una máquina termodinámica que comprende las etapas de:
- suministrar una máquina termodinámica según una de las configuraciones anteriores;
- operar la máquina termodinámica en al menos uno de los modos de realización seleccionados de entre
(i) el primer intercambiador de calor condensa el primer fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor vaporiza el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor condensa el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el tercer intercambiador de calor, y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor;
ii) el primer intercambiador de calor condensa el primer fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor vaporiza el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor condensa el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el segundo intercambiador de calor y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor;
iii) el primer intercambiador de calor vaporiza el primer fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor condensa el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor vaporiza el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el segundo intercambiador de calor y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor;
iv) el primer intercambiador de calor vaporiza el primer fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor condensa el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor vaporiza el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el tercer intercambiador de calor y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor.
Breve descripción de los dibujos
Otras ventajas y características se desprenderán más claramente a partir de la descripción que se ofrece a continuación de modos de realización particulares presentados a modo de ejemplos no limitativos e ilustrados con ayuda de los dibujos adjuntos, donde:
la figura 1 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según la invención con interfaz entre una carga térmica, una primera fuente geotérmica externa, y una segunda fuente aerotérmica externa, según un primer modo de realización;
la figura 2A representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo producción calorífica;
la figura 2B representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo producción calorífica donde solo se aprovecha la fuente geotérmica; la figura 2B representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo producción calorífica donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica; la figura 3 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo descarga de la fuente geotérmica;
la figura 4A representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo producción frigorífica;
la figura 4B representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo producción frigorífica donde solo se aprovecha la fuente geotérmica; la figura 4C representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo producción frigorífica donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica; la figura 5 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el primer modo de realización, en un modo de funcionamiento de tipo descarga de la fuente geotérmica;
la figura 6 representa, de manera esquemática, un segundo modo de realización de una máquina termodinámica según la invención con interfaz entre una carga térmica, una primera fuente geotérmica externa, y una segunda fuente aerotérmica externa, con dos circuitos frigorígenos;
la figura 7 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el segundo modo de realización, cuyo primer circuito frigorígeno realiza una producción calorífica donde solo se aprovecha la fuente geotérmica y cuyo segundo circuito frigorígeno realiza la descarga de la fuente geotérmica;
la figura 8 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el segundo modo de realización, cuyo primer circuito frigorígeno realiza una producción calorífica donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica, y cuyo segundo circuito frigorígeno realiza la descarga de la fuente geotérmica;
la figura 9 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el segundo modo de realización, cuyo primer circuito frigorígeno realiza una producción calorífica donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica, y cuyo segundo circuito frigorígeno realiza la descarga de la fuente geotérmica;
la figura 10 representa, de manera esquemática, una máquina termodinámica según el segundo modo de realización, cuyo primer circuito frigorígeno realiza una producción frigorífica donde solo se aprovecha la fuente geotérmica, y cuyo segundo circuito frigorígeno realiza la descarga de la fuente geotérmica;
Descripción de los modos de realización
La máquina termodinámica 100 es de tipo bomba de calor con ciclo reversible y posee al menos una bomba de calor cuya energía útil se expele sobre una carga térmica 200. La energía útil se obtiene de una o más fuentes térmicas externas. La fuente externa se define como uno o varios elementos capaces de suministrar indistintamente energía calorífica o energía frigorífica a la máquina termodinámica.
Preferentemente, las fuentes externas son elementos naturales, tal como el aire ambiente, el agua del medio natural, el suelo o cualquier tipo de elemento exterior. La máquina termodinámica puede estar provista de uno o varios sistemas intermedios de intercambio térmico para abordar cada uno de los elementos exteriores. La máquina termodinámica está diseñada para funcionar con una primera fuente térmica externa que es una fuente geotérmica y con una segunda fuente térmica externa que es una fuente aerotérmica.
Por ejemplo, la carga térmica 200, también llamada consumidor de energía térmica 200, es un sistema de calefacción, y/o un sistema de refrigeración, y/o un productor de agua caliente preferentemente sanitaria.
La máquina termodinámica 100 posee una pluralidad de canalizaciones donde pueden circular uno o varios fluidos. Los fluidos pueden estar en forma líquida o gaseosa. El sentido de circulación del fluido se expresa mediante flechas en las figuras 2A, 2B, 2C, 3, 4A, 4B, 4C, 5, 7, 8, 9 y 10. Las canalizaciones que admiten una circulación de fluido se representan en línea continua mientras que las canalizaciones que no admiten una circulación de fluido se expresan mediante líneas discontinuas.
La máquina termodinámica posee válvulas y manorreductores. Las válvulas y manorreductores se indican en blanco cuando están en posición abierta, lo que admite la circulación de un fluido. Las válvulas y manorreductores en posición cerrada se indican en negro, lo que impide la circulación del fluido.
Las flechas dispuestas en los intercambiadores de calor indican una transferencia de calor a través de los intercambiadores térmicos. El sentido de las flechas indica el sentido de flujo del calor. Una flecha que sale de la máquina termodinámica 100 indica una transferencia de potencia calorífica de la máquina 100 hacia el exterior, mientras que una flecha que entra en la máquina termodinámica 100 indica una transferencia de potencia frigorífica de la máquina 100 hacia el exterior.
La máquina termodinámica 100 comprende un circuito frigorígeno 1 donde circula un fluido frigorígeno o al menos un fluido frigorígeno. El fluido frigorígeno puede ser puro o ser una mezcla de fluidos. El fluido frigorígeno se puede presentar en forma gaseosa o líquida en función de la presión y de la temperatura en el circuito frigorígeno y especialmente en los intercambiadores de calor. De manera ventajosa, las temperaturas de cambio de estado líquidogas del fluido frigorígeno se ubican dentro del intervalo de temperaturas de funcionamiento de la máquina termodinámica. El fluido frigorígeno se selecciona preferentemente de entre hidrofluorocarburos, por ejemplo, R134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano), R410A (mezcla de difluorometano y 1,1,1,2,2-pentafluoroetano), R407C (mezcla de 1,1,1,2-tetrafluoroetano, 1,1,1,2,2-pentafluoroetano y difluorometano), o de entre hidrofluoroolefinas, por ejemplo, R1234ze (trans-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propeno), R-1233zd (trans-1-cloro-3,3,3-trifluoro-1-propeno), o mezclas tales como R452B o R545B. Preferentemente, la temperatura de cambio de estado líquido-gas del fluido frigorígeno está comprendida entre -50 °C y 100 °C.
La máquina termodinámica 100 posee un primer intercambiador térmico 2 que produce energía calorífica o frigorífica. El primer intercambiador térmico 2 alimenta la carga térmica 200, por medio de un primer fluido caloportador que circula en canalizaciones 201 y 202 que conectan el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2 con la carga térmica 200. El primer intercambiador térmico 2 permite transferir energía calorífica o frigorífica desde el fluido frigorígeno que circula en el elemento primario del intercambiador térmico 2 hacia la carga térmica 200 mientras asegura la condensación o la evaporación del fluido frigorígeno.
La máquina termodinámica 100 posee un segundo intercambiador térmico 3 a través del cual la máquina termodinámica 100 intercambia energía calorífica o frigorífica con la fuente geotérmica 300. El elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3 puede estar en contacto directo con la fuente geotérmica 300, o unido térmicamente a la fuente geotérmica 300 por medio de un segundo fluido caloportador. El segundo intercambiador térmico 3 permite transferir energía calorífica o frigorífica desde el fluido frigorígeno que circula en el elemento primario del intercambiador térmico 3 hacia la fuente térmica 300 mientras asegura la condensación o la evaporación del fluido frigorígeno.
En un modo de realización preferente, la fuente geotérmica 300 es el subsuelo, provisto de un conjunto de intercambiadores verticales de tipo sonda geotérmica vertical. Ventajosamente, la temperatura de la fuente geotérmica 300 está comprendida entre -10 °C y 30 °C. El segundo fluido caloportador circula en canalizaciones 301 y 302 que conectan el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3 con el conjunto de intercambiadores verticales en contacto con la fuente geotérmica 300.
La máquina termodinámica 100 posee un tercer intercambiador térmico 4 a través del cual la máquina termodinámica 100 intercambia energía calorífica o frigorífica con la fuente aerotérmica. El elemento secundario del tercer intercambiador de calor 4 puede estar en contacto directo con la fuente aerotérmica 400, o unido térmicamente a la fuente aerotérmica 400 por medio de un tercer fluido caloportador. El tercer intercambiador térmico 4 permite transferir energía calorífica o frigorífica desde el fluido frigorígeno que circula en el elemento primario del intercambiador térmico 4 hacia la fuente aerotérmica 400 mientras asegura la condensación o la evaporación del fluido frigorígeno.
En un modo de realización preferente, la fuente aerotérmica 400 es el aire ambiente, en contacto directo con el elemento secundario del tercer intercambiador de calor 4, la circulación del aire ambiente al elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4 se puede asegurar mediante un ventilador 45. Ventajosamente, la temperatura de la fuente aerotérmica 400 está comprendida entre -40 °C y 50 °C.
Los fluidos caloportadores primero, segundo y tercero pueden ser idénticos o diferentes y estar presentes independientemente puros o en forma de mezcla. Cada fluido caloportador puede comprender también sustancias minerales. Preferentemente, el fluido caloportador no cambia de estado durante la transferencia de calor entre un intercambiador de calor y un consumidor de calor/frío o una fuente externa. El fluido caloportador se puede seleccionar de entre agua, aire, una solución acuosa, monopropilenglicol, monoetilenglicol, soluciones alcohólicas o sales.
El circuito frigorígeno 1 se conecta al elemento primario del primer intercambiador de calor 2, al elemento primario del segundo intercambiador de calor 3 y al elemento primario del tercer intercambiador de calor 4. El fluido frigorígeno circula de manera que desplaza calorías entre los intercambiadores de calor y la carga térmica 200. El circuito frigorígeno 1 alimenta cada intercambiador de calor con fluido frigorígeno. El circuito frigorígeno 1 posee múltiples canalizaciones que unen las entradas y las salidas de los intercambiadores de calor entre sí para poder definir diferentes sentidos de circulación del fluido frigorígeno y, de esta forma, diferentes modos de funcionamiento. La máquina termodinámica 100 comprende ventajosamente un primer sensor de temperatura 31 configurado para medir la temperatura TGEO del fluido caloportador en la entrada del elemento secundario del intercambiador de calor 3 y procedente de la fuente geotérmica 300, y ventajosamente un segundo sensor de temperatura 41 configurado para medir la temperatura TAIR del gas que forma la fuente aerotérmica 400. La medición de las dos temperaturas se puede enviar a un circuito de control 500 que está configurado para seleccionar en todo momento el recurso más ventajoso, entre los recursos 300 y 400, en cuanto al nivel de rendimiento de la máquina. El circuito de control 500 está configurado para seleccionar la fuente de calor o de frío más cercana a la temperatura de producción requerida para alimentar la carga térmica 200. De esta forma, cuando la máquina debe producir energía calorífica para alimentar la carga térmica 200 por medio del intercambiador de calor 2 que funciona entonces como condensador, el circuito de control 500 seleccionará la fuente que presente la temperatura más alta. El circuito de control elegirá la fuente aerodinámica si la temperatura TAIR es mayor que TGEO o elegirá la fuente geotérmica si la temperatura TGEO es mayor que TAIR. Por el contrario, cuando la máquina produce energía frigorífica para alimentar la carga térmica 200 por medio del intercambiador de calor 2 que funciona entonces como evaporador, el circuito de control seleccionará la fuente que presente la temperatura más baja. El circuito de control seleccionará la fuente aerotérmica si la temperatura TAIR es menor que la temperatura TGEO o la fuente geotérmica si la temperatura TGEO es menor que TAIR. Ventajosamente, la máquina termodinámica 100 comprende un tercer sensor de temperatura 303 configurado para medir la temperatura TSOL del subsuelo en el interior de la fuente geotérmica 300, en el agarre de los intercambiadores verticales. El tercer sensor de temperatura 303 está unido al circuito de control 500. La medición de la temperatura del subsuelo se usa ventajosamente para monitorear en todo momento el estado de la fuente geotérmica 300, es decir, la temperatura del subsuelo en la fuente geotérmica. Alternativamente, la temperatura del subsuelo se estima por medio de la temperatura en el elemento secundario del segundo intercambiador de calor 3.
La temperatura de la fuente geotérmica se puede comparar con una temperatura prevista que varía con el tiempo y que representa la evolución deseada de la fuente geotérmica, por ejemplo, en el transcurso de un año. El circuito de control 500 se puede configurar para comparar la temperatura de la fuente geotérmica con la temperatura prevista. Cuando el circuito de control 500 constata que la temperatura de la fuente geotérmica se desvía de la temperatura prevista en un valor mayor que un valor umbral, el circuito de control 500 puede activar las fases de descarga o recarga de la fuente geotérmica 300.
En un modo de realización particular, el circuito de control 500 usa la temperatura TGEO que mide el primer sensor de temperatura 31 en asociación con un circuito de estimación para poder estimar la temperatura del subsuelo en la fuente geotérmica por medio de la temperatura presente en el circuito secundario del segundo intercambiador de calor 3. El circuito de estimación está configurado para estimar la temperatura de la fuente geotérmica a partir de la temperatura TGEO.
La medición de la temperatura del aire ambiente por medio del segundo sensor de temperatura 41 se compara con la temperatura de la fuente geotérmica mediante el circuito de control 500. Esta comparación permite que el circuito de control 500 active las operaciones de recarga y descarga calorífica de la fuente geotérmica 300, preferentemente durante los períodos favorables desde el punto de vista energético. Por ejemplo, la descarga calorífica de la fuente geotérmica 300 hacia la fuente aerotérmica 400 se puede activar cuando la temperatura del aire TAIR es menor que la temperatura del subsuelo en la fuente geotérmica 300 y preferentemente solo en este caso. Del mismo modo, la recarga calorífica de la fuente geotérmica 300 desde la fuente aerotérmica 400 se puede activar cuando la temperatura del aire TAIR es mayor que la temperatura del subsuelo en la fuente geotérmica 300 y preferentemente solo en este caso.
La máquina termodinámica 100 comprende un compresor 5 que comprime el fluido frigorígeno en el circuito frigorígeno 1 cuando este se encuentra en estado gaseoso. En el modo de realización ventajoso ilustrado, el compresor 5 se puede accionar mediante un primer motor eléctrico 53 provisto de un variador de velocidad electrónico 54 que adapta su velocidad a la potencia calorífica o frigorífica requerida. El compresor 5 también puede estar formado por dos compresores montados en paralelo. Ventajosamente, el compresor 5 es un compresor 5 con una velocidad de rotación ajustable de forma continua. A continuación, es posible realizar un ajuste continuo de la potencia frigorífica o calorífica transferida a través del primer intercambiador térmico 2.
El circuito frigorígeno 1 comprende también un primer sensor de presión 51 configurado para medir la presión PHP en la salida del compresor 5 y un segundo sensor de presión 52 configurado para medir la presión PBP en la entrada del compresor 5.
En un modo de realización preferente, se monta un depósito 14 en el circuito frigorígeno 1 en la entrada del compresor 5. El depósito 14 está configurado para atrapar el fluido frigorígeno que se encuentra en estado líquido. De esta forma, el compresor 5 se alimenta únicamente con un fluido frigorígeno en estado gaseoso.
El circuito frigorígeno 1 comprende un dispositivo de gestión 9 del fluido frigorígeno, ventajosamente en forma de una válvula de cuatro vías, que comprende una primera vía de entrada, una segunda vía de salida, una tercera vía de entrada/salida y una cuarta vía de entrada/salida del fluido frigorígeno.
La primera vía de entrada se conecta a la salida del compresor 5. La segunda vía de salida se conecta a la entrada del compresor 5 o al depósito 14. La tercera vía se une a una primera entrada/salida del primer intercambiador de calor 2, y la cuarta vía se une a una primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor 3. El compresor 5 está dispuesto en una canalización que une la primera vía de entrada y la segunda vía de salida de la válvula de cuatro vías 9.
El dispositivo de gestión 9 está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración. La primera configuración une la primera vía con la tercera vía mientras que la cuarta vía se conecta a la segunda vía. La segunda configuración une la primera vía a la cuarta vía mientras que la tercera vía se conecta a la segunda vía. En otras palabras, la primera configuración une la salida del compresor 5 con la primera entrada/salida del primer intercambiador de calor 2 y une la primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor 3 con la entrada del compresor 5. La segunda configuración une la salida del compresor 5 con la primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor 3 y une la primera entrada/salida del primer intercambiador de calor 2 con la entrada del compresor 5. Un primer manorreductor 7, bidireccional, se monta en el circuito frigorígeno 1 entre una segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor 2 y una segunda entrada/salida del segundo intercambiador de calor 3. El primer manorreductor 7 está configurado para bajar la presión del fluido frigorígeno cuando este circula en el primer manorreductor 7 en estado líquido. El primer manorreductor 7 se controla preferentemente de forma electrónica. Un segundo manorreductor 8, bidireccional, se monta en el circuito frigorígeno 1. Un primer terminal del manorreductor 8 se une a una segunda entrada/salida del tercer intercambiador de calor 4 y el segundo terminal del segundo manorreductor 8 se une a un segundo dispositivo de conmutación. El manorreductor 8 está configurado para bajar la presión del fluido frigorígeno cuando este circula en el segundo manorreductor 8 en estado líquido. El segundo manorreductor 8 se controla preferentemente de forma electrónica.
El circuito frigorígeno posee diferentes nodos de enlace que conectan entre sí los diferentes elementos de la máquina termodinámica. El circuito frigorígeno 1 posee un primer nodo de enlace 15 que une la salida del compresor 5 con la primera vía de entrada de la válvula de cuatro vías 9 y con un primer dispositivo de conmutación.
Un segundo nodo de enlace 16 realiza la conexión entre la segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor 2, un primer terminal del primer manorreductor 7 y un segundo dispositivo de conmutación.
Un tercer nodo de enlace 17 realiza la conexión entre un segundo terminal del primer manorreductor 7, la segunda entrada/salida del segundo intercambiador de calor 3 y el segundo dispositivo de conmutación.
Un cuarto nodo de enlace 18 realiza la conexión entre la entrada del compresor 5, la segunda vía de la válvula de cuatro vías 9 y el primer dispositivo de conmutación. El cuarto nodo de enlace 18 puede estar dispuesto entre la segunda vía de la válvula de cuatro vías 9 y el depósito 14.
El segundo dispositivo de conmutación está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración. La primera configuración (figuras 3, 4A, 4C) une el primer nodo de enlace 15 a la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor 4 e impide la circulación del fluido frigorígeno a través del primer dispositivo de conmutación con el cuarto nodo de enlace 18. La segunda configuración (figuras 2A, 2C, 5) une la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor 4 al cuarto nodo de enlace 18 e impide la circulación del fluido frigorígeno a través del primer dispositivo de conmutación con el primer nodo de enlace 15.
El primer dispositivo de conmutación puede estar formado, por ejemplo, por dos válvulas 10 y 11, preferentemente electroválvulas. En la primera configuración, la válvula 10 está abierta y la válvula 11 está cerrada. En la segunda configuración, la válvula 10 está cerrada y la válvula 11 está abierta.
De manera ventajosa, el primer dispositivo de conmutación está configurado además para definir una configuración de bloqueo donde ningún fluido atraviesa el primer dispositivo de conmutación, estando las válvulas 10 y 11 cerradas (figuras 2B y 4B).
El primer dispositivo de conmutación define o comprende un quinto nodo de enlace 19 que une el primer nodo de enlace 15, el cuarto nodo de enlace 18 y la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor 4.
El segundo dispositivo de conmutación está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración. La primera configuración (figuras 2A, 2C, 4A, 4C) une el segundo nodo de enlace 16 al segundo terminal del segundo manorreductor 8 e impide la circulación del fluido frigorígeno con el tercer nodo de enlace 17 a través del segundo dispositivo de conmutación. La segunda configuración (figuras 3 y 5) une el segundo manorreductor 8 al tercer nodo de enlace 17 e impide la circulación del fluido frigorígeno a través del segundo dispositivo de conmutación con el segundo nodo de enlace 16.
El segundo dispositivo de conmutación puede estar formado por dos válvulas 12 y 13 montadas en serie entre el segundo nodo de enlace 16 y el tercer nodo de enlace 17, preferentemente electroválvulas. En la primera configuración, la válvula 12 está abierta y la válvula 13 cerrada. En la segunda configuración, la válvula 12 está cerrada y la válvula 13 está abierta.
El segundo dispositivo de conmutación define o comprende un sexto nodo de enlace 20 que une el segundo nodo de enlace 16, el tercer nodo de enlace 17 y el segundo terminal del segundo manorreductor 8.
De manera ventajosa, el segundo dispositivo de conmutación está configurado además para definir una configuración de bloqueo donde ningún fluido atraviesa el segundo dispositivo de conmutación (figuras 2B y 4B).
Según los modos de funcionamiento, los dispositivos de conmutación primero y segundo definen dos ramificaciones que disponen el tercer intercambiador de calor 4 en paralelo con el segundo intercambiador de calor 3 para extraer una energía calorífica o frigorífica tanto de la fuente aerotérmica 400 como de la fuente geotérmica 300, para suministrarla a la carga térmica 200. Los dos dispositivos de conmutación también permiten disponer el tercer intercambiador de calor 4 en serie con el segundo intercambiador de calor 3 para extraer una energía calorífica o frigorífica en la fuente aerotérmica 400 para suministrarla a la fuente geotérmica 300.
Se puede usar un cuarto sensor de temperatura 22 para medir la temperatura T1 del fluido frigorígeno entre la tercera vía de la válvula de cuatro vías 9 y la primera entrada/salida del primer intercambiador térmico 2.
Se puede usar un quinto sensor de temperatura 32 para medir la temperatura T2 del fluido frigorígeno entre la cuarta vía de la válvula de cuatro vías 9 y la primera entrada/salida del segundo intercambiador térmico 3.
Se puede usar un sexto sensor de temperatura 42 para medir la temperatura T3 del fluido frigorígeno entre el nodo de enlace 19 y la primera entrada/salida del tercer intercambiador térmico 4. Los diferentes sensores de temperatura están unidos al circuito de control.
La máquina termodinámica puede funcionar en un modo de producción calorífico ilustrado en las figuras 2A, 2B y 2C. En el modo ilustrado en la figura 2A, la válvula de cuatro vías 9 está en su primera configuración. El primer dispositivo de conmutación está en su segunda configuración y el segundo dispositivo de conmutación está en su primera configuración. La salida del compresor 5 se une a la primera entrada/salida del primer intercambiador térmico 2 que funciona como condensador mientras se alimenta con fluido frigorígeno en estado gaseoso y a alta presión. La segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor 2 se une con la entrada del compresor 5 atravesando dos ramificaciones paralelas, una primera ramificación que comprende el primer manorreductor 7 y el segundo intercambiador térmico 3, y una segunda ramificación que comprende el segundo manorreductor 8 y el tercer intercambiador térmico 4. Las dos ramificaciones se separan en la segunda entrada/salida del primer intercambiador térmico 2 en el nodo de enlace 16, y se encuentran, por ejemplo, antes de la entrada del compresor 5 y ventajosamente antes de la entrada del depósito 14, en el nodo de enlace 18.
La potencia calorífica se suministra en la carga térmica 200. La flecha 203 representa un suministro de calor desde el circuito frigorígeno 1 hacia la carga térmica 200. Una parte de la potencia térmica obtenida por la máquina se extrae de la fuente geotérmica 300 a través del intercambiador térmico 3, que funciona como evaporador. La flecha 303 representa una extracción de calor desde la fuente geotérmica 300 hacia el circuito frigorígeno 1. La otra parte de la potencia calorífica obtenida en el exterior por la máquina se extrae de la fuente aerotérmica 400 a través del intercambiador térmico 4, que funciona como evaporador de fluido frigorígeno. La flecha 403 representa una extracción de calor desde la fuente aerotérmica 400 hacia el circuito frigorígeno 1.
El segundo intercambiador térmico 3 y el tercer intercambiador térmico 4 funcionan como evaporador de fluido frigorígeno, para recuperar simultáneamente calor desde la fuente geotérmica 300 y desde la fuente aerotérmica 400. Al controlar los grados respectivos de apertura del manorreductor 7 y del manorreductor 8 mediante el circuito de control 500, es posible ajustar las proporciones relativas de energía calorífica obtenidas respectivamente en la fuente geotérmica 300 y en la fuente aerotérmica 400.
Con la válvula 10 cerrada, la totalidad del fluido frigorígeno en estado gaseoso y a alta presión procedente del compresor 5, se dirige hacia el elemento primario del primer intercambiador térmico 2, en el interior del cual el fluido frigorígeno se condensa cediendo calor al fluido caloportador que circula en el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2. El fluido frigorígeno vuelve a salir del primer intercambiador térmico 2 a una temperatura más baja y ventajosamente en estado líquido y a alta presión y atraviesa el segundo nodo de enlace 16 donde se divide en dos partes.
Una primera parte del fluido frigorígeno que sale del primer intercambiador 2 se dirige a través del primer manorreductor 7 hacia el segundo intercambiador de calor 3. En el manorreductor 7, el fluido frigorígeno experimenta un descenso de su presión. En la salida del manorreductor 7, el fluido está a menor presión y ventajosamente en estado líquido. El fluido frigorígeno se dirige a través del tercer nodo de enlace 17 hacia el segundo intercambiador térmico 3 en el interior del cual el fluido frigorígeno se evapora captando calor desde el fluido caloportador que circula en el elemento secundario del intercambiador térmico 3.
En la salida del segundo intercambiador térmico 3, el fluido frigorígeno está predominantemente en estado gaseoso y a baja presión, y alcanza el cuarto nodo de enlace 18.
La otra parte del fluido frigorígeno que sale del primer intercambiador 2 se dirige a través del segundo dispositivo de conmutación, y especialmente la válvula 12 abierta, hacia el tercer intercambiador de calor 4. El fluido frigorígeno en estado líquido experimenta un descenso de su presión por medio del manorreductor 8. En la salida del manorreductor 8, el fluido en estado líquido y a menor presión atraviesa el tercer intercambiador térmico 4, que funciona como evaporador. El fluido frigorígeno se evapora en el tercer intercambiador de calor 4 captando calor desde el aire ambiente que circula en el elemento secundario del intercambiador 4. A su salida del intercambiador 4, el fluido frigorígeno está predominantemente en estado gaseoso y a baja presión, y se une al depósito 14 a través de la válvula 11 abierta y el nodo de enlace 18.
De manera ventajosa, la medición combinada de las temperaturas T2 y T3 se usa, por un lado, para determinar el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 3, y por otro lado, en la salida del intercambiador 4. En un modo de realización privilegiado, la medición de las temperaturas T2 y T3 se usa para imponer el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 3 y en la salida del intercambiador 4.
Ventajosamente, la medición combinada de las temperaturas T2 y T3 se usa para controlar el grado de apertura del manorreductor 7 y el grado de apertura del manorreductor 8. Las medición de las temperaturas se usa para asegurar la evaporación completa del fluido frigorígeno tanto en el intercambiador 3 como en el intercambiador 4. De manera particularmente ventajosa, la medición de temperatura se asocia a una medición de la presión PBP para controlar mejor el valor del sobrecalentamiento. Resulta ventajoso controlar el grado de apertura del manorreductor 7 con respecto al grado de apertura del manorreductor 8 para regular la proporción de fluido que atraviesa el manorreductor 7 y el segundo intercambiador térmico 3 con respecto a la proporción de fluido que atraviesa el manorreductor 8 y el tercer intercambiador térmico 4. El control de las proporciones relativas de fluido frigorígeno que atraviesa los dos intercambiadores térmicos 3 y 4 permite ajustar, por un lado, la potencia calorífica obtenida en la fuente geotérmica 300 a través del segundo intercambiador 3 y, por otro lado, la potencia calorífica obtenida en la fuente aerotérmica 400 a través del tercer intercambiador 4.
En este primer modo de funcionamiento, la máquina termodinámica 100 puede suministrar una energía calorífica a la carga térmica 200, mientras ajusta las potencias caloríficas obtenidas en la fuente geotérmica 300 y en la fuente aerotérmica 400 respectivamente.
De manera ventajosa, la medición combinada de las temperaturas TGEO y TAIR se usa para determinar en todo momento cuál de las dos fuentes externas 300 y 400 es la más favorable para asegurar el nivel máximo de rendimiento energético. De esta forma, al comparar las dos temperaturas medidas TGEO y TAIR, el circuito de control 500 puede modular el grado de apertura de los manorreductores primero y segundo 7 y 8 para que la máquina termodinámica 100 suministre la potencia calórica requerida por la carga térmica 200.
El circuito de control se puede configurar para seleccionar una u otra de las dos fuentes externas 300 y 400 y cerrar completamente uno u otro de los dos manorreductores 8 y 7, colocando de esta forma la máquina termodinámica 100 en un modo de funcionamiento donde solo se aprovecha el recurso más favorable.
La figura 2B representa un modo de funcionamiento particular donde solo se aprovecha la fuente geotérmica 300. El manorreductor 8 está completamente cerrado, bloqueando de esta forma la circulación del fluido frigorígeno en el tercer intercambiador 4, donde no se produce ningún intercambio térmico. El fluido frigorígeno que sale del primer intercambiador térmico 2 circula en su totalidad en el segundo intercambiador térmico 3 a través del manorreductor 7. La máquina termodinámica 100 suministra energía calorífica a la carga térmica 200 y extrae energía calorífica únicamente en la fuente geotérmica 300.
Este modo de funcionamiento es ventajoso cuando el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300 es más favorable para alcanzar el nivel de rendimiento de la máquina en comparación con el aprovechamiento de la fuente aerotérmica 400. La totalidad la energía calorífica se obtiene en la fuente geotérmica 300.
La figura 2C representa un modo de funcionamiento particular donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica 400. El manorreductor 7 está completamente cerrado, bloqueando de esta forma la circulación del fluido frigorígeno en el segundo intercambiador 3. El fluido frigorígeno que sale del primer intercambiador térmico 2 circula en su totalidad en el tercer intercambiador térmico 4 a través del manorreductor 8. La máquina termodinámica 100 suministra una energía calorífica a la carga térmica 200 y extrae energía calorífica únicamente en la fuente aerotérmica 400.
La máquina termodinámica 100 puede obtener calor únicamente en la fuente aerotérmica 400 cuando el aprovechamiento de la fuente aerotérmica 400 es más favorable para lograr el nivel de rendimiento de la máquina en comparación con el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300.
La máquina termodinámica 100 también puede realizar la descarga de la fuente geotérmica como se ilustra en la figura 3. El primer dispositivo de conmutación está en su primera configuración, y el segundo dispositivo de conmutación está en su segunda configuración. La válvula de cuatro vías 9 se coloca en su primera configuración para conectar la entrada del compresor 5 con la primera entrada/salida del segundo intercambiador térmico 3. El manorreductor 7 está cerrado. La salida del compresor 5 se conecta a la entrada del compresor 5 de modo que el fluido frigorígeno atraviesa sucesivamente el tercer intercambiador térmico 4, que funciona como condensador, a continuación el segundo intercambiador térmico 3, que funciona como evaporador de fluido frigorígeno. Las calorías extraídas de la fuente geotérmica 300 se evacuan hacia la fuente aerotérmica 400. De esta forma, es posible descargar energía térmica de la fuente geotérmica 300 hacia la fuente aerotérmica 400, es decir, evacuar el calor de la fuente geotérmica 300. La flecha 403 representa un suministro de calor desde el circuito frigorígeno 1 hacia la fuente aerotérmica 400. La flecha 303 representa una extracción de calor desde la fuente geotérmica 300 hacia el circuito frigorígeno 1.
La totalidad del fluido frigorígeno en estado gaseoso y a alta presión que sale del compresor 5 se orienta, a través de la válvula 10 abierta, hacia el tercer intercambiador térmico 4, donde el fluido frigorígeno se condensa cediendo calor al aire circulante en el elemento secundario del tercer intercambiador 4. El fluido frigorígeno vuelve a salir del elemento primario del tercer intercambiador 4 a una temperatura más baja y ventajosamente en estado líquido y a alta presión. En la salida del tercer intercambiador térmico 4, el fluido frigorígeno atraviesa el manorreductor 8 y experimenta un descenso de su presión. En la salida del manorreductor 8, el fluido está a baja presión y ventajosamente en estado líquido. El fluido frigorígeno se dirige, a través de la válvula 13 abierta, hacia el segundo intercambiador térmico 3 donde el fluido frigorígeno se evapora captando calor desde el fluido caloportador que circula en el elemento secundario del intercambiador 3.
En la salida del elemento primario del segundo intercambiador 3, el fluido frigorígeno está predominantemente en estado gaseoso y a baja presión, y entra en la cuarta vía de la válvula de cuatro vías 9. La válvula de cuatro vías 9 se coloca en su primera configuración y el fluido frigorígeno se orienta a través de la segunda vía de la válvula de cuatro vías 9 hacia el depósito 14.
De manera ventajosa, la medición de la temperatura T2 se usa para determinar el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 3. Preferentemente, la medición de la temperatura T2 se usa para imponer el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del segundo intercambiador 3. Ventajosamente, la medición de la temperatura T2 se usa para controlar el grado de apertura del manorreductor 8. La medición de la temperatura T2 se usa para asegurar la evaporación completa del fluido frigorígeno en el elemento primario del intercambiador 3. De manera particularmente ventajosa, la medición de la temperatura T2 se asocia a una medición de la presión PBP para controlar mejor el valor del sobrecalentamiento.
La máquina termodinámica 100 también puede funcionar en producción frigorífica, como se ilustra en las figuras 4A, 4B y 4C. Esto permite suministrar una energía frigorífica a la carga térmica 200, mientras se ajustan las potencias caloríficas transferidas a la fuente geotérmica 300 y a la fuente aerotérmica 400 respectivamente.
En el modo de funcionamiento ilustrado en la figura 4A, la válvula de cuatro vías 9 está en su segunda configuración para unir la salida del compresor 5 con la primera entrada/salida del segundo intercambiador térmico 3 y para unir la primera entrada/salida del primer intercambiador térmico 2 con la entrada del compresor 5. El primer dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración y el segundo dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración.
El fluido frigorígeno sale del compresor 5 para atravesar, por un lado, el segundo intercambiador térmico 3 y, por otro lado, el tercer intercambiador térmico 4, que funcionan ambos como condensadores para evacuar simultáneamente calor hacia la fuente geotérmica 300 y hacia la fuente aerotérmica 400. El circuito frigorígeno define dos ramificaciones que se separan en la salida del compresor 5, y se unen en la segunda entrada/salida del primer intercambiador térmico 2 en el nodo de enlace 16.
Una parte del fluido frigorígeno en estado gaseoso y a alta presión se dirige a través de la válvula 9 hacia la primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor 3 en el interior del cual el fluido frigorígeno se condensa cediendo calor al fluido caloportador que circula en el elemento secundario del intercambiador 3. El fluido frigorígeno vuelve a salir del segundo intercambiador 3 a una temperatura más baja y ventajosamente en estado líquido y a alta presión. En la salida del segundo intercambiador térmico 3, el fluido frigorígeno atraviesa el manorreductor 7, donde el fluido frigorígeno experimenta un descenso de su presión. En la salida del manorreductor 7, el fluido está a baja presión y ventajosamente en estado líquido. El fluido frigorígeno se dirige a continuación hacia el primer intercambiador térmico 2.
La otra parte del fluido frigorígeno que sale del compresor 5 se dirige a través de la válvula 10 hacia el tercer intercambiador de calor 4, en el interior del cual el fluido frigorígeno se condensa cediendo calor al aire ambiente. El fluido frigorígeno vuelve a salir del tercer intercambiador 4 a una temperatura más baja y ventajosamente en estado líquido y a alta presión. En la salida del tercer intercambiador térmico 4, el fluido frigorígeno atraviesa el manorreductor 8, donde el fluido frigorígeno experimenta un descenso de su presión. En la salida del manorreductor 8, el fluido está a menor presión y ventajosamente en estado líquido. El fluido frigorígeno se dirige a través de la válvula 12 hacia el primer intercambiador térmico 2.
En el segundo nodo de enlace 16, la parte de fluido frigorígeno procedente del segundo intercambiador 3 y la parte de fluido frigorígeno procedente del tercer intercambiador 4 se mezclan antes de entrar en el primer intercambiador térmico 2. La totalidad del fluido frigorígeno, en estado líquido y a baja presión, circula a través del primer intercambiador térmico 2, en el interior del cual el fluido frigorígeno se evapora captando calor en el fluido caloportador que circula en el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2.
El circuito primario del primer intercambiador térmico 2 se encuentra alimentado con fluido frigorígeno en estado gaseoso y a baja presión, y funciona como evaporador de fluido frigorígeno. La potencia frigorífica que produce la máquina termodinámica 100 se suministra a la carga térmica 200. La flecha 203 representa una extracción de calor desde la carga térmica 200 hacia el circuito frigorígeno 1. Una parte de la potencia calorífica que expele la máquina se transfiere a la fuente geotérmica 300. La flecha 303 representa una extracción de calor desde el circuito frigorígeno 1 hacia la fuente geotérmica 300. La otra parte de la potencia calorífica que la máquina expele al exterior se transfiere a la fuente aerotérmica 400. La flecha 403 representa una extracción de calor desde el circuito frigorígeno 1 hacia la fuente aerotérmica 400.
De manera ventajosa, la medición de la temperatura T1 se usa para determinar el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 2. En un modo de realización privilegiado, la medición de la temperatura T1 se usa para imponer el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 2.
Ventajosamente, la medición de la temperatura T1 se usa para controlar el grado de apertura del manorreductor 7 y el grado de apertura del manorreductor 8. La medición de la temperatura T1 se usa para asegurar la evaporación completa del fluido frigorígeno en el elemento primario del intercambiador 2. De manera particularmente ventajosa, la medición de temperatura se asocia a una medición de la presión PBP para controlar mejor el valor del sobrecalentamiento.
Resulta ventajoso controlar el grado de apertura del manorreductor 7 con respecto al grado de apertura del manorreductor 8 para regular la proporción de fluido que atraviesa el segundo intercambiador térmico 3 y el manorreductor 7 con respecto a la proporción de fluido que atraviesa el tercer intercambiador térmico 4 y el manorreductor 8. El control de las proporciones relativas de fluido frigorígeno que atraviesa los dos intercambiadores térmicos 3 y 4 permite ajustar, por un lado, la potencia calorífica transferida a la fuente geotérmica 300 a través del segundo intercambiador 3 y, por otro lado, la potencia calorífica transferida a la fuente aerotérmica 400 a través del tercer intercambiador 4.
Al controlar los grados de apertura respectivos del manorreductor 7 y del manorreductor 8, es posible ajustar las proporciones relativas de energía calorífica evacuadas hacia la fuente geotérmica 300 y hacia la fuente aerotérmica 400 respectivamente.
De manera ventajosa, la medición combinada de las temperaturas TGEO y TAIR se usa para determinar en todo momento cuál de los dos recursos 300 y 400 es el más favorable para asegurar el máximo nivel de rendimiento energético. Al comparar las dos temperaturas medidas TGEO y TAIR, el circuito de control 500 puede seleccionar uno u otro de los dos recursos 300 y 400 y cerrar completamente uno u otro de los dos manorreductores 8 y 7, colocando así la máquina termodinámica 100 en un modo de funcionamiento donde solo se aprovecha el recurso más favorable. La comparación permite determinar qué temperatura entre el aire ambiente y la fuente geotérmica está más cerca de la temperatura requerida para la carga térmica 200. El circuito de control 500 usa a continuación el intercambiador de calor asociado a la fuente térmica que tenga la temperatura más cercana a la temperatura deseada.
La figura 4B representa un modo de funcionamiento particular donde solo se aprovecha la fuente geotérmica 300. El manorreductor 8 está completamente cerrado, bloqueando de esta forma la circulación del fluido frigorígeno en el tercer intercambiador 4, a través del cual no se produce ningún intercambio térmico. El fluido frigorígeno que sale del compresor 5 circula en su totalidad en el segundo intercambiador térmico 3 y a continuación en el manorreductor 7. La máquina termodinámica 100 permite obtener energía frigorífica únicamente de la fuente geotérmica 300 a través del segundo intercambiador térmico 3 cuando el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300 es más favorable para el nivel de rendimiento de la máquina que el aprovechamiento de la fuente aerotérmica 400.
La figura 4C representa un modo de funcionamiento donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica 400. En este caso particular, el manorreductor 7 está completamente cerrado, bloqueando de esta forma la circulación del fluido frigorígeno en el segundo intercambiador 3, a través del cual no se produce ningún intercambio térmico El fluido frigorígeno que sale del compresor 5 circula por lo tanto en su totalidad en el tercer intercambiador térmico 4 y a continuación a través del manorreductor 8.
De esta forma, la máquina termodinámica 100 permite obtener energía frigorífica únicamente en la fuente aerotérmica 400 cuando el aprovechamiento de la fuente aerotérmica 400 es más favorable para el nivel de rendimiento de la máquina que el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300.
La figura 5 ilustra un modo de funcionamiento que asegura la carga de la fuente geotérmica 300. La máquina termodinámica permite extraer energía calorífica desde la fuente aerotérmica 400 e introducir estas calorías en la fuente geotérmica 300.
La válvula de cuatro vías 9 está en su segunda configuración y el manorreductor 7 está cerrado. Los dispositivos de conmutación primero y segundo están en la segunda configuración.
Los dispositivos de conmutación primero y segundo unen la salida del compresor 5 con la entrada del compresor 5 de modo que el fluido frigorígeno atraviesa sucesivamente el segundo intercambiador térmico 3, que funciona entonces como condensador, y a continuación el tercer intercambiador térmico 4, que funciona como evaporador. El calor se recupera desde la fuente aerotérmica 400 y se evacúa hacia la fuente geotérmica 300. De esta forma, es posible recargar la fuente geotérmica 300 con energía calorífica desde la fuente aerotérmica 400. La flecha 303 representa un suministro de calor desde el circuito frigorígeno 1 hacia la fuente geotérmica 300. La flecha 403 representa una extracción de calor desde la fuente aerotérmica 400 hacia el circuito frigorígeno 1.
El fluido frigorígeno, en fase de vapor y a alta presión, en la salida del compresor 5, se dirige a través de la válvula 9 hacia el segundo intercambiador térmico 3, donde se condensa cediendo calor al fluido caloportador que circula en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3. El fluido frigorígeno vuelve a salir del segundo intercambiador 3 a una temperatura más baja y ventajosamente en estado líquido y a alta presión. En la salida del segundo intercambiador térmico 3, el fluido frigorígeno se dirige a través de la válvula 13 abierta hacia el manorreductor 8, donde el fluido frigorígeno experimenta un descenso de su presión. En la salida del manorreductor 8, el fluido está a baja presión y ventajosamente en estado líquido. El fluido frigorígeno se dirige hacia el tercer intercambiador térmico 4 en el interior del cual el fluido frigorígeno se evapora captando calor en el aire circulante en el elemento secundario del tercer intercambiador 4.
En la salida del elemento primario del tercer intercambiador 4, el fluido frigorígeno está predominantemente en estado gaseoso y a baja presión, y une el depósito 14 a través de la válvula 11 abierta.
De manera ventajosa, la medición de la temperatura T3 se usa para determinar el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 4. En un modo de realización privilegiado, la medición de la temperatura T3 se usa para imponer el valor de sobrecalentamiento del fluido frigorígeno en la salida del intercambiador 4.
Ventajosamente, la medición de la temperatura T3 se usa para controlar el grado de apertura del manorreductor 8. La medición de la temperatura T3 se usa para asegurar la evaporación completa del fluido frigorígeno en el elemento primario del intercambiador 4. De manera particularmente ventajosa, la medición de la temperatura T3 se asocia a una medición de la presión PBP para controlar mejor el valor del sobrecalentamiento.
La configuración ilustrada en las figuras 1 a 5 es particularmente ventajosa, porque es compacta. Los nodos de enlace primero, segundo, tercero y cuarto pueden ser simplemente nodos de conexión y estar desprovistos de válvulas. Los dispositivos de conmutación pueden estar formados por una o más válvulas. Una máquina de este tipo simplemente permite llevar a cabo una producción frigorífica o calorífica para una carga térmica 200 mediante el uso de una o más fuentes externas. Una máquina de este tipo también permite gestionar la evolución de la temperatura de la fuente geotérmica mediante la realización de fases de carga y descarga desde la fuente aerotérmica.
En los modos de realización anteriores, se ilustra un solo circuito frigorígeno y se usa para obtener los múltiples modos de funcionamiento descritos. Es posible tener una máquina termodinámica 100 que posee dos circuitos frigorígenos o más de dos circuitos frigorígenos.
La figura 6 representa de manera esquemática otro modo de realización de una máquina termodinámica 100 que comprende dos circuitos frigorígenos distintos 1 y 101. Cada circuito frigorígeno 1/101 alimenta un elemento primario de los múltiples intercambiadores de calor. El primer circuito frigorígeno 1 es idéntico al descrito anteriormente en relación con los modos de realización ilustrados en las figuras 1 a 5 en su configuración y en sus elementos constituyentes.
El segundo circuito frigorígeno 101 une los elementos primarios de los múltiples intercambiadores de calor para poder asegurar la transferencia de las calorías.
El segundo circuito frigorígeno 101 es ventajosamente idéntico al primer circuito frigorígeno 1. Comprende un segundo dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 109 ventajosamente idéntico al primer dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 9 y un segundo compresor 105 preferentemente dispuesto en una segunda canalización que une la segunda vía y la primera vía del segundo dispositivo de gestión 109. El segundo circuito frigorígeno 101 también comprende manorreductores tercero y cuarto 107, 108 dispuestos de manera idéntica a los del primer circuito frigorígeno 1. Las características técnicas de los elementos que forman el segundo circuito frigorígeno 101 pueden retomar las características ya indicadas anteriormente para el primer circuito frigorígeno 1. El segundo circuito frigorígeno 101 comprende cuatro nodos de enlace 115, 116, 117, 118 dispuestos de manera idéntica y dispositivos de conmutación tercero y cuarto dispuestos de manera idéntica a los del primer circuito frigorígeno 1. El segundo circuito frigorígeno 101 también puede comprender un segundo depósito 114, así como sensores de temperatura equivalentes a lo que se ha descrito en el primer circuito frigorígeno. El circuito frigorígeno 101 comprende ventajosamente un sensor de presión 151 configurado para medir la presión PHP101 en la salida del compresor 105. El circuito frigorígeno 101 puede comprender también otro sensor de presión 152 configurado para medir la presión PBP101 en la entrada del compresor 105. Todos estos sensores se conectan al circuito de control.
El segundo circuito frigorígeno 101 permite la circulación de un segundo fluido frigorígeno que puede ser idéntico o diferente al primer fluido frigorígeno en su composición.
El segundo circuito frigorígeno 101 comprende un primer sensor de temperatura del fluido frigorígeno 122 configurado para medir la temperatura T101 en la salida del segundo circuito primario del primer intercambiador 2 cuando este funciona como evaporador. El segundo circuito frigorígeno 101 comprende un segundo sensor de temperatura del fluido frigorígeno 132 configurado para medir la temperatura T102 del fluido frigorígeno en la salida del segundo circuito primario del segundo intercambiador 3 cuando este funciona como evaporador. El segundo circuito frigorígeno 101 comprende un tercer sensor de temperatura del fluido frigorígeno 142, configurado para medir la temperatura T103 del fluido frigorígeno en la salida del segundo circuito primario del tercer intercambiador 4 cuando este funciona como evaporador. La máquina termodinámica 100 con dos circuitos frigorígenos puede funcionar según los mismos modos de producción que los ilustrados en las figuras 2A, 2B, 2C, 3, 4A, 4B, 4C y 5. En estos casos, los estados del primer y tercer dispositivo de conmutación son idénticos. Lo mismo se aplica a los estados del segundo y cuarto dispositivo de conmutación. Los dos dispositivos de gestión 9 y 109 también están en el mismo estado. Por lo tanto, los diagramas de los dos circuitos frigorígenos son idénticos. Los dos fluidos frigorígenos circulan de manera idéntica en los dos circuitos. El funcionamiento general de la máquina termodinámica es idéntico a lo que se presentó anteriormente. El tercer dispositivo de conmutación del segundo circuito frigorígeno 101 es equivalente al primer dispositivo de conmutación del primer circuito frigorígeno 1. El cuarto dispositivo de conmutación del segundo circuito frigorígeno 101 es equivalente al primer dispositivo de conmutación del primer circuito frigorígeno 1.
Resulta ventajoso prever que los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 funcionen de diferentes maneras. Cada uno de los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 puede funcionar independientemente según uno u otro de los cuatro modos de funcionamiento que son el modo de producción calorífico, el modo de descarga de la fuente geotérmica, el modo de producción frigorífico y el modo de recarga de la fuente geotérmica. Las figuras 7, 8, 9 y 10 ilustran cuatro configuraciones donde los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 funcionan de manera diferente.
La figura 7 ilustra una primera configuración de los circuitos frigorígenos 1 y 101. En esta primera configuración, la máquina 100 suministra energía calorífica a la carga térmica 200 mediante el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300, mientras se efectúa simultáneamente una descarga de la fuente geotérmica 300 hacia la fuente aerotérmica 400. En otras palabras, las calorías obtenidas en la fuente geotérmica se evacuan hacia la fuente aerotérmica 400 y hacia la carga térmica 200.
El primer circuito frigorígeno 1 funciona según el modo de producción calorífico en el caso particular donde solo se aprovecha la fuente geotérmica 300, tal como se explica e ilustra en la figura 2B para un solo circuito frigorígeno. El segundo circuito frigorígeno 101 funciona según el modo de descarga de la fuente geotérmica. Este modo de funcionamiento del segundo circuito frigorígeno 101 es idéntico al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, que se ilustra en la figura 3.
En el primer circuito frigorígeno 1, el primer dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 9 se coloca en su primera configuración, el primer dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, el segundo dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, y el manorreductor 8 se cierra.
En el segundo circuito frigorígeno 101, el segundo dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 109 se coloca en su primera configuración, el tercer dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, el cuarto dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, y el tercer manorreductor 107 se cierra.
En esta primera configuración, el primer circuito frigorígeno 1 funciona con una primera eficiencia energética correspondiente a las temperaturas requeridas en el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2 y en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3. El segundo circuito frigorígeno 101 funciona con una segunda eficiencia energética correspondiente a las temperaturas requeridas en el elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4 y en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3.
La temperatura en la salida del elemento secundario del primer intercambiador 2 que transfiere la energía calorífica hacia la carga térmica 200 y la temperatura en la salida del elemento secundario del tercer intercambiador 4 que evacua la energía calorífica hacia la fuente aerotérmica 400 pueden ser diferentes, cada uno de los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 funciona, por tanto, con su propia eficiencia. De manera ventajosa, el dispositivo de control 500 implementa esta configuración según los mismos criterios que para el modo de descarga de la fuente geotérmica 300 de la máquina con un solo circuito frigorígeno, es decir, cuando la temperatura del aire medida TAIR es menor que la temperatura del subsuelo en la fuente geotérmica 300.
La máquina termodinámica 100 con dos circuitos frigorígenos distintos permite suministrar simultáneamente energía calorífica a la carga térmica 200 y descargar la fuente geotérmica 300, mientras optimiza la eficiencia energética general de la máquina termodinámica 100.
La figura 8 ilustra una segunda configuración donde la máquina suministra energía calorífica a la carga térmica 200 mediante el aprovechamiento de la fuente aerotérmica 400, mientras se efectúa simultáneamente una recarga de la fuente geotérmica 300 desde la fuente aerotérmica 400. Las calorías se extraen de la fuente aerotérmica 400 y se envían a la carga térmica 200 y a la fuente geotérmica 300.
El primer circuito frigorígeno 1 funciona según el modo de producción calorífico en el caso particular donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica 400. Este modo de funcionamiento del primer circuito frigorígeno 1 es idéntico al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, explicado anteriormente y que se ilustra en la figura 2C.
El segundo circuito frigorígeno 101 funciona según el modo de recarga de la fuente geotérmica, es decir, de manera idéntica al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, que se ilustra en la figura 5.
En el primer circuito frigorígeno 1, el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 9 se coloca en su primera configuración, el primer dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, el segundo dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, y el manorreductor 7 se cierra. El manorreductor 8 está abierto. En el segundo circuito frigorígeno 101, el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 109 se coloca en su segunda configuración, el tercer dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, el cuarto dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración y el manorreductor 107 se cierra. El manorreductor 108 está abierto.
El circuito frigorígeno 1 funciona con una eficiencia energética correspondiente a las temperaturas requeridas en el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2 y en el elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4. El circuito frigorígeno 101 funciona con una eficiencia energética correspondiente a las temperaturas requeridas en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3 y en el elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4.
La temperatura en la salida del elemento secundario del primer intercambiador 2 para transferir la energía calorífica hacia la carga térmica 200 y la temperatura requerida en la salida del elemento secundario del segundo intercambiador 3 para transferir la energía calorífica a la fuente geotérmica 300 son diferentes, cada uno de los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 funciona con su propia eficiencia. El dispositivo de control 500 podrá activar esta combinación según los mismos criterios que para el modo de recarga de la fuente geotérmica 300 de la máquina de un solo circuito frigorígeno, es decir, cuando la temperatura del aire medida TAIR es mayor que la temperatura del subsuelo en la fuente geotérmica 300.
La máquina termodinámica 100 permite suministrar simultáneamente una energía calorífica a la carga térmica 200 y recargar la fuente geotérmica 300, mientras optimiza la eficiencia energética general de la máquina termodinámica 100.
La figura 9 ilustra una tercera configuración donde la máquina suministra energía frigorífica a la carga térmica 200 mediante el aprovechamiento de la fuente aerotérmica 400, mientras se efectúa una descarga de la fuente geotérmica 300 hacia la fuente aerotérmica 400. En otras palabras, las calorías obtenidas de la fuente geotérmica 300 y de la carga térmica 200 se evacuan mediante la fuente aerotérmica 400.
El primer circuito frigorígeno 1 funciona según el modo de producción frigorífico en el caso particular donde solo se aprovecha la fuente aerotérmica 400. Este modo de funcionamiento del primer circuito frigorígeno 1 es idéntico al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, que se ilustra en la figura 4C.
El segundo circuito frigorígeno 101 funciona, por su parte, según el modo de descarga de la fuente geotérmica. Este modo de funcionamiento del segundo circuito frigorígeno 101 es idéntico al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, que se ilustra en la figura 3. En el primer circuito frigorígeno 1, el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 9 se coloca en su segunda configuración, el primer dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, el segundo dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, y el manorreductor 7 se cierra.
El segundo manorreductor 8 está abierto
En el circuito frigorígeno 101, el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 109 se coloca en su primera configuración, el tercer dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, el cuarto dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, y el tercer manorreductor 107 se cierra.
El cuarto manorreductor 108 está abierto.
El circuito frigorígeno 1 funciona con una eficiencia energética correspondiente a las temperaturas presentes en el elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4 y en el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2. El circuito frigorígeno 101 funciona con una eficiencia energética correspondiente a las temperaturas presentes en el elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4 y en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3.
La temperatura en la salida del elemento secundario del primer intercambiador 2 para captar la energía calorífica desde la carga térmica 200 y la temperatura en la salida del elemento secundario del segundo intercambiador 3 para captar la energía calorífica desde la fuente geotérmica 300 son diferentes, cada uno de los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 funciona con su propia eficiencia. El dispositivo de control 500 puede activar este modo de funcionamiento según los mismos criterios que para el modo de descarga de la fuente geotérmica 300 de la máquina de un solo circuito frigorígeno.
La máquina termodinámica 100 permite suministrar simultáneamente una energía frigorífica a la carga térmica 200 y descargar la fuente geotérmica 300, mientras optimiza la eficiencia energética general de la máquina termodinámica 100.
La figura 10 ilustra una cuarta configuración donde la máquina termodinámica 100 suministra energía frigorífica a la carga térmica 200 mediante el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300, mientras se efectúa una recarga de la fuente geotérmica 300 desde la fuente aerotérmica 400. Las calorías obtenidas en la carga térmica 200 y en la fuente aerotérmica 400 se transfieren a la fuente geotérmica 300.
El primer circuito frigorígeno 1 funciona según el modo de producción frigorífico en el caso particular donde solo se aprovecha la fuente geotérmica 300. Este modo de funcionamiento del primer circuito frigorígeno 1 es idéntico al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, que se ilustra en la figura 4B. El segundo circuito frigorígeno 101 funciona, por su parte, según el modo de recarga de la fuente geotérmica. Este modo de funcionamiento del segundo circuito frigorígeno 101 es idéntico al modo de funcionamiento de la máquina termodinámica 100 de un solo circuito frigorígeno, que se ilustra en la figura 5. En el primer circuito frigorígeno 1, el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 9 se coloca en su segunda configuración, el primer dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, el segundo dispositivo de conmutación se coloca en su primera configuración, y el segundo manorreductor 8 se cierra. El primer manorreductor 7 está abierto.
En el segundo circuito frigorígeno 101, el segundo dispositivo de gestión del fluido frigorígeno 109 se coloca en su segunda configuración, el tercer dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, el cuarto dispositivo de conmutación se coloca en su segunda configuración, y el tercer manorreductor 107 se cierra. El cuarto manorreductor 108 está abierto.
El circuito frigorígeno 1 funciona con una eficiencia energética correspondiente a las temperaturas presentes en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3 y en el elemento secundario del primer intercambiador térmico 2. El circuito frigorígeno 101 funciona por su parte con una eficiencia energética correspondiente a las temperaturas presentes en el elemento secundario del segundo intercambiador térmico 3 y en el elemento secundario del tercer intercambiador térmico 4.
La temperatura en la salida del elemento secundario del primer intercambiador 2 que transfiere la energía frigorífica hacia la carga térmica 200 y la temperatura en la salida del elemento secundario del tercer intercambiador 4 que capta la energía calorífica desde la fuente aerotérmica 400 son diferentes, cada uno de los dos circuitos frigorígenos 1 y 101 funciona con su propia eficiencia. El dispositivo de control 500 podrá activar esta combinación según los mismos criterios que para el modo de recarga de la fuente geotérmica 300 de la máquina de un solo circuito frigorígeno. De esta forma, la máquina termodinámica 100 de dos circuitos frigorígenos permite suministrar simultáneamente una energía frigorífica a la carga térmica 200 y recargar la fuente geotérmica 300, mientras optimiza la eficiencia energética general de la máquina termodinámica 100.
La máquina termodinámica 100 permite suministrar energía calorífica o energía frigorífica a la carga térmica 200, mediante el aprovechamiento de la energía calorífica o frigorífica, ya sea de una fuente geotérmica 300 o de una fuente aerotérmica 400, o simultáneamente de ambas fuentes geotérmica y aerotérmica. La máquina termodinámica 100 permite seleccionar en todo momento entre las fuentes geotérmica y aerotérmica la fuente que se aprovechará con la mejor eficiencia energética dependiendo de si el circuito de control constata que la temperatura TAIR es mayor que la temperatura TGEO o que la temperatura TAIR es menor que la temperatura TGEO.
El circuito de control 500 está configurado para gestionar de manera activa la fuente geotérmica 300. El circuito de control puede monitorear el estado de la fuente geotérmica ya sea con la ayuda de la temperatura TSOL que mide el tercer sensor de temperatura 303, o con la ayuda de la temperatura TGEO que mide el primer sensor 31 combinado con el circuito de estimación. En ciertos períodos del año, el circuito de control efectúa una recarga o una descarga de energía calorífica de la fuente geotérmica desde la fuente aerotérmica, es decir, aporta o extrae calorías. Cuando el circuito de control 500 constata que la diferencia entre la temperatura de la fuente geotérmica y la temperatura prevista alcanza una diferencia umbral, el circuito de control activa una fase de recarga o una fase de descarga. Cuando la temperatura de la fuente geotérmica es menor que la temperatura prevista y la temperatura del aire ambiente es mayor que la temperatura de la fuente geotérmica, el circuito de control activa la transferencia de calorías desde la fuente aerotérmica hacia la fuente geotérmica. Cuando la temperatura de la fuente geotérmica es mayor que la temperatura prevista y la temperatura del aire ambiente es menor que la temperatura de la fuente geotérmica, el circuito de control activa la transferencia de calorías desde la fuente geotérmica hacia la fuente aerotérmica.
Mediante el uso de varios circuitos frigorígenos, es posible suministrar energía calorífica o energía frigorífica a la carga térmica 200 mediante el aprovechamiento de la fuente geotérmica 300 o la fuente aerotérmica 400 que conduce a la mejor eficiencia energética, mientras se efectúa una recarga calorífica o frigorífica de la fuente geotérmica 300 desde la fuente aerotérmica, pudiéndose realizar esta última operación con una alta eficiencia energética en cuanto las condiciones del aire ambiente son favorables. Se usan los mismos criterios que usa la comparación de las temperaturas TAIR y TGEO.
De manera ventajosa, la máquina termodinámica 100 está configurada para producir una energía calorífica sobre la carga térmica 200 para aplicaciones de calefacción y/o de producción de agua caliente sanitaria, por ejemplo, que necesitan la calefacción de un fluido caloportador a una temperatura comprendida entre 20 °C y 100 °C. La máquina termodinámica también está configurada para producir una energía frigorífica para aplicaciones de refrigeración de un fluido caloportador preferentemente en el intervalo 0 °C - 20 °C.
Aun cuando la invención se ha descrito en referencia a un modo de realización particular, no se limita en modo alguno a este modo de realización. La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Máquina termodinámica, que comprende:
- un primer intercambiador de calor (2) diseñado para cooperar con una carga térmica (200) y que posee al menos un circuito primario y al menos un circuito secundario;
- un segundo intercambiador de calor (3) diseñado para cooperar con una fuente geotérmica (300) y que posee al menos un circuito primario y al menos un circuito secundario;
- un tercer intercambiador de calor (4) diseñado para cooperar con una fuente aerotérmica (400) y que posee al menos un circuito primario y al menos un circuito secundario;
- un compresor (5) y manorreductores primero y segundo (7, 8);
al menos un primer circuito frigorígeno (1) en el interior del cual circula al menos un fluido frigorígeno, conectando el al menos un primer circuito frigorígeno (1) los circuitos primarios del primer intercambiador de calor (2), del segundo intercambiador de calor (3) y del tercer intercambiador de calor (4), el compresor (5) y los manorreductores primero y segundo (7, 8);
donde el al menos un circuito frigorígeno (1) comprende:
- un primer dispositivo de gestión de fluido frigorígeno (9) y un primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19); - un primer nodo de enlace (15) que une la salida del compresor (5) al primer dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) y al primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19);
- un segundo nodo de enlace (16) que une una segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor (2) a un primer terminal del primer manorreductor (7);
- un tercer nodo de enlace (17) que une una segunda entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3) a un segundo terminal del primer manorreductor (7);
- un cuarto nodo de enlace (18) que une la entrada del compresor (5) al dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9);
donde el primer dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración,
- la primera configuración que une la salida del compresor (5) con una primera entrada/salida del primer intercambiador de calor (2) y que une la entrada del compresor (5) con una primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3), y
- la segunda configuración que une la salida del compresor (5) con la primera entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3) y que une la entrada del compresor (5) con la primera entrada/salida del primer intercambiador de calor (2);
donde el primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración, uniendo la primera configuración el primer nodo de enlace (15) a la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4), uniendo la segunda configuración la primera entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4) al cuarto nodo de enlace (18);
caracterizada por qué:
- el al menos un primer circuito frigorígeno (1) comprende, además, un segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20);
- el segundo nodo de enlace (16) une la segunda entrada/salida del primer intercambiador de calor (2) al primer terminal del primer manorreductor (7) y al segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20);
- el tercer nodo de enlace (17) une la segunda entrada/salida del segundo intercambiador de calor (3) al segundo terminal del primer manorreductor (7) y al segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20);
- el cuarto nodo de enlace (18) une la entrada del compresor (5) al dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) y al primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19);
- la primera configuración del primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) impide la circulación del fluido frigorígeno con el cuarto nodo de enlace (18), y la segunda configuración del primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) impide la circulación del fluido frigorígeno con el primer nodo de enlace (15); y
por que
- el segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20) está configurado para definir de manera selectiva una primera configuración o una segunda configuración, uniendo la primera configuración el segundo nodo de enlace (16) a la segunda entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4) a través del segundo manorreductor (8) e impidiendo la circulación del fluido frigorígeno con el tercer nodo de conexión (17), uniendo la segunda configuración la segunda entrada/salida del tercer intercambiador de calor (4) al tercer nodo de enlace (17) a través del segundo manorreductor (8) e impidiendo la circulación del fluido frigorígeno con el segundo nodo de enlace (16).
2. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, caracterizada por que comprende un circuito de control (500) configurado para definir de manera selectiva:
- un primer modo de funcionamiento donde el primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) está en la segunda configuración, estando el segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20) y el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) en la primera configuración para transferir calorías de la fuente geotérmica y/o de la fuente aerotérmica (400) hacia la carga térmica (200);
- un segundo modo de funcionamiento donde el segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20) está en la segunda configuración, estando el primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) y el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) en la primera configuración para transferir calorías de la fuente geotérmica (300) hacia la fuente aerotérmica (400);
- un tercer modo de funcionamiento donde el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9) está en la segunda configuración, estando el primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) y el segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20) en la primera configuración para transferir calorías desde la carga térmica (200) hacia la fuente geotérmica (300) y/o la fuente aerotérmica (400);
- un cuarto modo de funcionamiento donde el dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (9), el primer dispositivo de conmutación (10, 11, 19) y el segundo dispositivo de conmutación (12, 13, 20) están en la segunda configuración para transferir calorías desde la fuente aerotérmica (400) hacia la fuente geotérmica (300).
3. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, que comprende:
- un primer sensor de temperatura (31) configurado para medir la temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3);
- un segundo sensor de temperatura (41) configurado para medir la temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4);
donde el primer manorreductor (7) y el segundo manorreductor (8) presentan un grado de apertura variable y donde el circuito de control (500) está configurado para controlar el grado de apertura del primer manorreductor (7) y el grado de apertura del segundo manorreductor (8) y ajustar la potencia calorífica o frigorífica transmitida respectivamente a través del segundo intercambiador de calor (3) y el tercer intercambiador de calor (4) en función de los valores de temperatura (TGEO, TAIR) medidos en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3) y en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4).
4. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para cerrar el primer manorreductor (7) en el primer modo de funcionamiento cuando el circuito de control (500) constata que el valor de temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3) es menor que el valor de temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4).
5. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para cerrar el segundo manorreductor (8) en el primer modo de funcionamiento cuando el circuito de control (500) constata que el valor de temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3) es mayor que el valor de temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4).
6. Máquina termodinámica según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para cerrar el primer manorreductor (7) en el tercer modo de funcionamiento cuando el circuito de control (500) constata que el valor de temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3) es mayor que el valor de temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4).
7. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para cerrar el segundo manorreductor (8) en el tercer modo de funcionamiento cuando el circuito de control (500) constata que el valor de temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3) es menor que el valor de temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4).
8. Máquina termodinámica según una de las reivindicaciones 2 a 7, que comprende medios para medir la temperatura de la fuente geotérmica (300) y donde el circuito de control (500) comprende un modelo predictivo de la temperatura de la fuente geotérmica (300) a lo largo del tiempo, estando el circuito de control (500) configurado para activar el segundo modo de funcionamiento o el cuarto modo de funcionamiento cuando el circuito de control (500) constata que la temperatura de la fuente geotérmica (300) se desvía de la temperatura del modelo predictivo más allá de un valor umbral.
9. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, donde los medios para medir la temperatura de la fuente geotérmica (300) están formados por el primer sensor de temperatura (31) y un dispositivo de estimación configurado para estimar la temperatura de la fuente geotérmica a partir de la temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3).
10. Máquina termodinámica según la reivindicación 8, donde los medios para medir la temperatura de la fuente geotérmica (300) están formados por un tercer sensor de temperatura (303) diseñado para instalarse en el subsuelo cerca de la fuente geotérmica.
11. Máquina termodinámica según una de las reivindicaciones 8 a 9, donde el circuito de control (500) está configurado para activar el segundo modo de funcionamiento solo cuando el circuito de control (500) constata que la temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4) es menor que la temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3) y/o para activar el cuarto modo de funcionamiento solo cuando el circuito de control (500) constata que la temperatura (TAIR) en la entrada del al menos un circuito secundario del tercer intercambiador de calor (4) es mayor que la temperatura (TGEO) en la entrada del al menos un circuito secundario del segundo intercambiador de calor (3).
12. Máquina termodinámica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un segundo circuito frigorígeno (101) distinto del primer circuito frigorígeno (1), en el interior del cual circula un segundo fluido frigorígeno, conectando el segundo circuito frigorígeno (101) el primer intercambiador de calor (2), el segundo intercambiador de calor (3) y el tercer intercambiador de calor (4), teniendo el segundo circuito frigorígeno (101) un segundo dispositivo de gestión del fluido frigorígeno (109), un compresor (105), un primer manorreductor (107) y un segundo manorreductor (108), un primer nodo de enlace (115), un segundo nodo de enlace (116), un tercer nodo de enlace (117), un cuarto nodo de enlace (118), un primer dispositivo de conmutación (110, 111, 119), un segundo dispositivo de conmutación (112, 113, 120) dispuestos de manera similar al primer circuito frigorígeno (1).
13. Máquina termodinámica según la combinación de las reivindicaciones 2 y 12, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para definir de manera selectiva para el segundo circuito frigorígeno (101) los modos de funcionamiento primero, segundo, tercero y cuarto similares al primer, segundo, tercero y cuarto modo de funcionamiento del primer circuito frigorígeno (1).
14. Máquina termodinámica según la reivindicación anterior, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno (1) está en el primer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el segundo manorreductor (8) del primer circuito frigorígeno (1), y el segundo circuito frigorígeno (101) está en el segundo modo de funcionamiento.
15. Máquina termodinámica según una de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno (1) está en el primer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el primer manorreductor (7) del primer circuito frigorígeno (1), y el segundo circuito frigorígeno (101) está en el cuarto modo de funcionamiento.
16. Máquina termodinámica según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno (1) está en el tercer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el primer manorreductor (7) del primer circuito frigorígeno (1), y el segundo circuito frigorígeno (101) está en el segundo modo de funcionamiento.
17. Máquina termodinámica según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizada por que el circuito de control (500) está configurado para definir una configuración donde el primer circuito frigorígeno| (1) está en el tercer modo de funcionamiento, manteniéndose cerrado el segundo manorreductor (8) del primer circuito frigorígeno (1), y el segundo circuito frigorígeno (101) está en el cuarto modo de funcionamiento.
18. Procedimiento de funcionamiento de una máquina termodinámica que comprende las etapas de: - suministrar una máquina termodinámica según una de las reivindicaciones 1 a 11;
- operar la máquina termodinámica en un modo de funcionamiento seleccionado de entre:
(i) un montaje paralelo del tercer intercambiador de calor (4) y del segundo intercambiador de calor (3), funcionando el tercer intercambiador de calor (4) y el segundo intercambiador de calor (3) como evaporadores, entre la salida del primer intercambiador de calor (2) que funciona como condensador de fluido frigorígeno, y la entrada del compresor (5),
(ii) un montaje en serie del tercer intercambiador de calor (4), que funciona como condensador de fluido frigorígeno, y del segundo intercambiador de calor (3) que funciona como evaporador de fluido frigorígeno, entre la salida del compresor (5) y la entrada del compresor (5),
(iii) un montaje paralelo del tercer intercambiador de calor (4) y el segundo intercambiador de calor (3), funcionando el tercer intercambiador de calor (4) y el segundo intercambiador de calor (3) como condensadores de fluido frigorígeno, entre la salida del compresor (5) y la entrada del primer intercambiador de calor (2) que funciona como evaporador de fluido frigorígeno,
iv) un montaje en serie del segundo intercambiador de calor (3) que funciona como condensador de fluido frigorígeno, y del tercer intercambiador de calor (4) que funciona como evaporador de fluido frigorígeno, entre la salida del compresor (5) y la entrada del compresor (5).
19. Procedimiento de funcionamiento de una máquina termodinámica que comprende las etapas de:
suministrar una máquina termodinámica según una de las reivindicaciones 12 a 19;
operar la máquina termodinámica en al menos uno de los modos de realización seleccionados de entre
(i) el primer intercambiador de calor (2) condensa el primer fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor (3) vaporiza el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor (4) condensa el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el tercer intercambiador de calor (4), y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor (2);
ii) el primer intercambiador de calor (2) condensa el primer fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor (4) vaporiza el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor (3) condensa el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el segundo intercambiador de calor (3) y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor (2);
iii) el primer intercambiador de calor (2) vaporiza el primer fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor (4) condensa el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor (3) vaporiza el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el segundo intercambiador de calor (3) y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor (2);
iv) el primer intercambiador de calor (2) vaporiza el primer fluido frigorígeno, el segundo intercambiador de calor (3) condensa el primer fluido frigorígeno y el segundo fluido frigorígeno, el tercer intercambiador de calor (4) vaporiza el segundo fluido frigorígeno, el primer fluido frigorígeno no atraviesa el tercer intercambiador de calor (4) , y el segundo fluido frigorígeno no atraviesa el primer intercambiador de calor (2).
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