ES2950030T3 - Dispositivo y procedimiento para el barrido seguro y con ahorro de energía de una carcasa - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un dispositivo y un método para el lavado seguro y con ahorro de energía de una vivienda destinada a ser instalada en un edificio residencial, y en su interior un proceso termodinámico de ciclo Clausius-Rankine zurdo en un recinto cerrado y herméticamente cerrado. Se realiza la circulación del fluido de trabajo (1) mediante un fluido de trabajo inflamable, que en estado gaseoso es más pesado que el aire en condiciones atmosféricas, que comprende al menos un compresor (2) para fluido de trabajo, al menos un dispositivo de expansión (4) para el fluido de trabajo, al menos dos intercambiadores de calor (3, 5) para el fluido de trabajo, cada uno con al menos dos conexiones (7, 8, 9, 10) para los fluidos caloportadores, una carcasa cerrada (6), que incluye todos los dispositivos conectado a la circulación cerrada del fluido de trabajo, estando la carcasa hermética cuando se aplica presión negativa o positiva,tiene una entrada de aire de purga (13), que está conectada a una entrada de aire (12), un dispositivo estrangulador y una válvula antirretorno (14), tiene una salida de aire de purga (26) que está conectada a un drenaje (22), y el drenaje (22) se conduce a una ubicación fuera del edificio, un ventilador transportador (24) está conectado entre la entrada de aire (12) y la salida de aire de purga (26) en el lado de presión o el lado de succión de la carcasa. (6), dentro de la carcasa (6) está dispuesta en el punto más bajo (15) la entrada para el extractor de aire de purga (16), un ventilador transportador (24) transporta el aire de barrido, el aire de barrido extraído se conduce a al menos un intercambiador de calor (18, 21), en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo.tiene una salida de aire de purga (26) que está conectada a un drenaje (22), y el drenaje (22) se conduce a una ubicación fuera del edificio. un ventilador transportador (24) está conectado entre la entrada de aire (12) y el salida de aire de purga (26) en el lado de presión o de aspiración de la carcasa (6), dentro de la carcasa (6) está dispuesta en el punto más bajo (15) la entrada para el extractor de aire de purga (16), un ventilador transportador (24) transporta el aire de eliminación, el aire de eliminación extraído pasa a al menos un intercambiador de calor (18, 21), en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo.tiene una salida de aire de purga (26) que está conectada a un drenaje (22), y el drenaje (22) se conduce a una ubicación fuera del edificio. un ventilador transportador (24) está conectado entre la entrada de aire (12) y el salida de aire de purga (26) en el lado de presión o de aspiración de la carcasa (6), dentro de la carcasa (6) está dispuesta en el punto más bajo (15) la entrada para el extractor de aire de purga (16), un ventilador transportador (24) transporta el aire de eliminación, el aire de eliminación extraído pasa a al menos un intercambiador de calor (18, 21), en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo.y el drenaje (22) se conduce a una ubicación fuera del edificio, un ventilador transportador (24) está conectado entre la entrada de aire (12) y la salida de aire de purga (26) en el lado de presión o el lado de succión de la carcasa (6). dentro de la carcasa (6) está dispuesta en el punto más bajo (15) la entrada para el extractor de aire de barrido (16), un ventilador transportador (24) transporta el aire de barrido, el aire de barrido extraído se conduce al menos a una sala de calor. intercambiador (18, 21), en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo.y el drenaje (22) se conduce a una ubicación fuera del edificio, un ventilador transportador (24) está conectado entre la entrada de aire (12) y la salida de aire de purga (26) en el lado de presión o el lado de succión de la carcasa (6). dentro de la carcasa (6) está dispuesta en el punto más bajo (15) la entrada para el extractor de aire de barrido (16), un ventilador transportador (24) transporta el aire de barrido, el aire de barrido extraído se conduce al menos a una sala de calor. intercambiador (18, 21), en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo.en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo.en el que el aire de eliminación se enfría o se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al ciclo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para el barrido seguro y con ahorro de energía de una carcasa
La invención se refiere a estados irregulares en circuitos de refrigeración en los que un fluido de trabajo que actúa como refrigerante se lleva en un proceso de ciclo termodinámico como, por ejemplo, el proceso de ciclo de Clausius-Rankine. Se trata principalmente de bombas de calor, instalaciones de aire acondicionado y aparatos de refrigeración tales como son usuales en edificios residenciales. Por edificios residenciales se entienden casas particulares, complejos de edificios de apartamentos, hospitales, complejos hoteleros, gastronómicos y edificios residenciales y comerciales combinados en los que viven y trabajan de forma permanente personas, a diferencia de los dispositivos móviles tales como instalaciones de aire acondicionado de automóviles o contenedores de transporte, o instalaciones industriales o aparatos médicos. Lo que estos procesos de ciclo tienen en común es que generan calor o frío útiles usando energía y forman sistemas de desplazamiento de calor.
Los procesos de ciclo termodinámico utilizados son conocidos desde hace mucho tiempo, al igual que los problemas de seguridad que pueden surgir al usar fluidos de trabajo adecuados. Aparte del agua, los fluidos de trabajo más conocidos en su día eran inflamables y tóxicos. En el siglo pasado condujeron al desarrollo de refrigerantes de seguridad que se componían de hidrocarburos fluorados. Sin embargo, resultó que estos refrigerantes de seguridad dañan la capa de ozono, conducen al calentamiento global y que su inocuidad en términos de seguridad conducía a descuidos en las construcciones. Hasta el 70% de las ventas correspondía a la necesidad de rellenar las instalaciones no estancas y sus pérdidas por fugas, lo que se toleraba mientras en el caso concreto se considerara económicamente justificable y promoviera la necesidad de adquisiciones de reemplazo.
Por esta razón, el uso de estos refrigerantes se sometió a restricciones, en la Unión Europea por ejemplo a través del reglamento de gases fluorados (EU) 517/2014.
Por lo tanto, es extremadamente problemático, por un lado, adoptar los principios de construcción para procesos termodinámicos que llevan refrigerante, que parecen haberse acreditado bien para los refrigerantes de seguridad, y, por otro lado, utilizar los conceptos de instalaciones de la época anterior a la introducción de los refrigerantes de seguridad. Esto también se debe al hecho de que entretanto los aparatos individuales se han convertido en instalaciones complejas, lo que ha multiplicado la cantidad de posibilidades de averías y sus consecuencias. De ello resultan, por ejemplo, los siguientes requisitos para el concepto de seguridad:
- Durante el funcionamiento normal, la instalación debe estar absolutamente estanca.
- Ni en caso de fuga en el condensador ni en caso de fuga en el licuador, el fluido de trabajo debe entrar en el circuito de calor útil o de frío útil acoplado.
- No debe poder escapar de forma desapercibida fluido de trabajo del circuito de refrigeración.
- En el compresor, el fluido de trabajo no debe escapar a través del cojinete.
- En el sistema de expansión, el fluido de trabajo no debe difundirse por el asiento de válvula ni conducir a fugas por cavitación.
- Las partes encapsuladas deben permanecer accesibles para fines de mantenimiento y control.
- En caso de emergencia, no debe haber peligro.
- La instalación debe poder integrarse en los recintos existentes.
- El refrigerante o fluido de trabajo debe poder vaciarse y llenarse.
El concepto de emergencia debe entenderse de manera amplia. Son concebibles causas externas tales como cortes de energía, terremotos, corrimientos de tierra, inundaciones, incendios y condiciones climáticas extremas, así como causas internas tales como errores técnicos o errores de manejo. Si las instalaciones se hacen funcionar en una red, un fallo de red o una avería de red también debe considerarse una emergencia. El dispositivo debe ser intrínsecamente seguro contra tales peligros o averías. Pero también un fallo de la energía primaria disponible puede causar una emergencia y no debe provocar ningún peligro. Todas estas emergencias también pueden ocurrir en combinación; también se debe distinguir si la emergencia solo representa un escenario de amenaza o si ya se ha producido un accidente.
Las diversas formas de construcción y casos de aplicación para tales procesos de ciclo termodinámico deben tenerse en cuenta por separado, en el caso de instalaciones estacionarios para edificios residenciales que se colocan dentro del edificio residencial, por ejemplo los siguientes:
- Refrigeradores domésticos,
- congeladores domésticos,
- secadoras domésticas,
- combinaciones de refrigeradores-congeladores domésticos,
- cámaras frigoríficas para la hostelería y la gastronomía,
- cámaras de congelación para la hostelería y la gastronomía,
- instalaciones de aire acondicionado para el hogar, la hostelería y la gastronomía,
- producción de agua caliente para el hogar, la hostelería y la gastronomía,
- calefacción para el hogar, la hostelería y la gastronomía,
- instalaciones de sauna y piscina para el hogar, la hostería y la gastronomía,
- instalaciones combinadas para las aplicaciones anteriores,
no siendo exhaustiva esta enumeración.
La energía para el funcionamiento de las instalaciones, incluida la energía térmica a desplazar, puede proceder de diversas fuentes:
- calor geotérmico de depósitos de almacenamiento geotérmico,
- calor geotérmico,
- calefacción urbana,
- energía eléctrica del suministro general de energía,
- energía solar eléctrica,
- calor solar,
- calor de escape,
- depósito de agua caliente,
- depósito de hielo,
- depósito de calor latente,
- combustibles fósiles tales como gas natural, petróleo, carbón,
- materias primas renovables tales como madera, pellets, biogás,
- combinaciones de las fuentes de energía mencionadas anteriormente,
no siendo exhaustiva tampoco esta enumeración.
Los problemas que surgen en la concepción de seguridad de este tipo de instalaciones se describen claramente en el documento WO 2015/032905 A1. Por ejemplo, el límite inferior de ignición del propano como fluido de trabajo es de alrededor de 1,7 por ciento por volumen en aire, lo que corresponde a 38 g/m3 en aire. Si el proceso de refrigeración se lleva a cabo con el fluido de trabajo propano en un espacio circundante, cerrado herméticamente, pero por lo demás lleno de aire, se plantea el problema de la detección de una situación crítica y explosiva tras una avería en la que el fluido de trabajo sale a este espacio herméticamente cerrado. Los sensores eléctricos para la detección de concentraciones críticas son difíciles de realizar a prueba de explosiones, por lo que precisamente la detección de propano por los propios sensores aumenta significativamente el riesgo de explosión, a excepción de los sensores infrarrojos. El propano también es tóxico, y en caso de inhalación por encima de una concentración de aproximadamente 2 g/m3 se producen efectos narcóticos, dolores de cabeza y náuseas. Esto afecta a las personas que deben resolver un problema detectado en el lugar antes de que haya peligro de explosión.
El propano también es más pesado que el aire, por lo que en aire estático se hunde al suelo y se acumula allí. Por lo tanto, si una parte del propano se acumulara en una zona con poca circulación en el recinto cerrado en el que se encuentra el grupo averiado, los límites locales de explosión pueden alcanzarse mucho más rápido de lo que haría pensar el cociente del volumen total del espacio en relación con la cantidad de propano escapado. El documento WO 2015/032905 A1 intenta solucionar este problema integrando un generador para corriente eléctrica en la abertura, o en el cierre de esta, de este recinto, que al ser accionado, en un primer paso, genera y proporciona la energía eléctrica con la que se activa el sensor y que entones no libera el bloqueo en caso de alarma, sino que provoca la ventilación del recinto cerrado y solo en un segundo paso permite el desbloqueo y la apertura.
Ya en los inicios de la tecnología de las máquinas frigoríficas de compresión, se intentó formar un espacio cerrado en el que pudiera alojarse todo el equipo de forma segura y que lo encerrara por completo. El documento DE-PS 553295 describe una máquina frigorífica por compresión encapsulada en la que el compresor de refrigerante 1, su motor de accionamiento 2, el evaporador 3, el condensador 4 y la válvula de regulación 5 están encerrados en una cápsula de doble pared 6 o 7. En el espacio intermedio de la cápsula de doble pared se aplica una depresión y se aspiran las fugas que pudieran producirse en los calados para el agua refrigerante y la salmuera. El fluido de trabajo aspirado, dado el caso, se puede recuperar a continuación. Cabe señalar que dentro del espacio encapsulado no hay aire ambiente y, a causa de la depresión en la doble camisa, tampoco puede penetrar en el espacio interior encapsulado.
El documento DE 41 14529 A1 describe un dispositivo de seguridad para una instalación de refrigeración lleno de un medio peligroso, que consta de al menos un grupo de refrigeración completo que comprende un circuito de refrigerante con un evaporador, con un compresor y con un condensador, así como un motor de accionamiento. La instalación está encerrada de forma estanca a los gases, estando concebido el cercado conforme a la presión máxima técnicamente posible en caso de avería, y desde el cercado se extienden hacia fuera de forma estanca a la presión las conexiones para el fluido refrigerante, un refrigerante y las líneas de alimentación eléctrica, supervisión y control. Puede estar conectado un vaso de expansión.
El documento DE 19525064 C1 describe una máquina de refrigeración con una carcasa configurada de forma estanca al gas que aloja todos los componentes de la máquina que transportan refrigerante, un espacio que comunica el interior de la carcasa estanca al gas con una salida, y el espacio está llenado de una sustancia que absorbe el refrigerante. La cantidad de sustancia absorbente se dimensiona de tal manera que la cantidad total de refrigerante que pueda escapar puede absorberse y mantenerse alejada del medio ambiente. El espacio llenado de la sustancia absorbente está abierto hacia el entorno. En refrigerantes que son más pesados que el aire, el espacio está abierto hacia abajo, en los que son más ligeros que el aire, está abierto hacia arriba, de manera que no se requiere un soplador de transporte. El sorbente se introduce en la carcasa y encierra completamente la máquina de refrigeración o los equipos que llevan refrigerante. En su recorrido hacia fuera están previstos deflectores que impiden flujos de cortocircuito y hacen que el gas escapado pase de manera forzada a través del sorbente. También es posible una realización de doble pared, en la que el sorbente está dispuesto dentro de la doble camisa. En la salida del espacio llenado con la sustancia sorbente hacia el entorno puede preverse un equipo de medición para refrigerante.
El documento DE 195 26 980 A1 describe un dispositivo y un procedimiento para la depuración de aire en recintos cerrados que presentan una impureza gaseosa. Una vez que la impureza ha sido detectada por un sensor de gas, este excita un compresor que hace pasar el aire a través de un absorbedor situado en dicho espacio, por lo que se absorbe la impureza. El aire depurado sale del absorbedor al recinto cerrado.
Los sistemas presentados son complejos y hasta ahora han tenido poco éxito en el mercado. Esto se puede atribuir a las siguientes razones:
- La facilidad de montaje: En el caso de modernizaciones de instalaciones de calefacción viejas, los nuevos dispositivos que han de ser instalados deben ser desmontables y transportables. Por ejemplo, deben poder llevarse a través de escaleras de sótanos a espacios de sótano de muchos rincones y de baja altura. El montaje, la puesta en servicio y el mantenimiento deben ser posibles in situ sin gran esfuerzo. Esto excluye en gran medida los recipientes a presión grandes y pesados, así como los sistemas que ya no se puedan desmontar después de un accidente.
- La facilidad de diagnóstico: Los estados de funcionamiento deben ser claramente reconocibles desde el exterior, lo que afecta la visibilidad y verificabilidad con respecto a posibles fugas e incluye el nivel de llenado del fluido de trabajo y el nivel de llenado de los sorbentes introducidos eventualmente.
- La facilidad de mantenimiento: Los diagnósticos del sistema deben ser posibles sin un gran esfuerzo adicional. Los sistemas relevantes para la seguridad deben probarse periódicamente o comprobarse su fiabilidad. Si el diagnóstico de la instalación no se puede llevar a cabo fácilmente, las piezas que puedan estar sometidas a cargas deben poder reemplazarse fácilmente por piezas nuevas.
- La seguridad contra fallos: Por un lado, el sistema debe estar protegido contra averías, pero al mismo tiempo debe poder funcionar de manera fiable, al menos en modo de emergencia. En caso de una avería externa temporal, los sistemas deben reiniciarse automáticamente o poder reiniciarse sin gran esfuerzo.
- La eficiencia energética: las instalaciones deben poder hacerse funcionar de manera energéticamente favorable, un alto nivel de autoconsumo de energía para medidas de seguridad lo contrarresta. La robustez: En caso de averías importantes, ya sean externas o internas del sistema, debe garantizarse la controlabilidad, esto se refiere, por ejemplo, a sistemas de ventilación que puedan obstruirse o a depósitos a presión que estén bajo presión o se calienten, por ejemplo en caso de un incendio.
- Los costes: Las medidas de seguridad no deben ser significativas en términos de costes de adquisición o costes corrientes y deben superar los ahorros de costes de energía en comparación con los sistemas convencionales. Deben ser económicos.
Los requisitos son en su mayoría mutuamente excluyentes y además crean una gran cantidad de conflictos de objetivo.
También es conocido el modo de simplemente evacuar al exterior fluidos de trabajo inflamables y explosivos en caso de fugas. En mayo de 2012, por ejemplo, la "Bundesfachschule Kalte Klima Technik» (Escuela técnica federal de tecnología de refrigeración y aire acondicionado) declaró que el impacto del R290 en el calentamiento global es muy pequeño y que, por tanto, purgarlo a la atmósfera era el procedimiento habitual hasta la fecha para desechar este refrigerante. Sin embargo, se deben tomar ciertas precauciones de seguridad para minimizar la aparición de una atmósfera explosiva en la medida de lo posible.
El documento DE 20 2016 10305 U1 se refiere a una bomba de calor a prueba de explosiones para termorregular fluidos portadores de calor, que se hace funcionar con un refrigerante inflamable. Presenta una carcasa que contiene todos los equipos del circuito de refrigeración, y dentro del cual está dispuesto un ventilador que está realizado a prueba de explosiones. Tan pronto como un sensor detecta una fuga, la carcasa es aspirada por el ventilador y, de esta manera, es barrida, y la dilución resultante hace que no se pueda formar una mezcla explosiva. El aire aspirado es evacuado a través de un canal de aire. Pero, dado que la carcasa intencionadamente no está realizada de forma estanqueizante, para que el aire calentado dentro de la carcasa se mantenga en intercambio con aire frío del entorno, tal dispositivo respirador no es adecuado para su colocación en interiores.
Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo y un procedimiento para el barrido seguro y con ahorro de energía de una carcasa que está colocada dentro de un edificio residencial, y en cuyo interior se realiza un proceso de ciclo termodinámico de Clausius-Rankine levógiro en un circuito de fluido de trabajo cerrado, herméticamente estanco, por medio de un fluido de trabajo inflamable que en estado gaseoso en condiciones atmosféricas es más pesado que el aire.
La invención consigue este objetivo mediante un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1. Este dispositivo permite realizar con seguridad un proceso de ciclo termodinámico Clausius-Rankine levógiro por medio de un fluido de trabajo inflamable que, en estado gaseoso en condiciones atmosféricas, es más pesado que el aire y se lleva en un circuito de fluido de trabajo cerrado, herméticamente cerrado. El dispositivo de acuerdo con la invención tiene las siguientes características:
- al menos un compresor para fluido de trabajo,
- al menos un equipo de expansión para fluido de trabajo,
- al menos dos intercambiadores de calor para fluido de trabajo, con respectivamente al menos dos conexiones para fluidos de transferencia de calor,
- una carcasa cerrada, que incluye todos los equipos conectados al circuito de fluido de trabajo cerrado,
- estando la carcasa estanca durante la aplicación de depresión o sobrepresión,
- presenta un conducto de afluencia de aire de barrido, que está conectado a una entrada de aire, un equipo de estrangulamiento y un seguro antirretorno,
- presenta una salida de aire de barrido conectada a un purgador,
- entre la entrada de aire y la salida de aire de barrido en el lado de presión o en el lado de aspiración de la carcasa está conectado un soplador de transporte,
- el conducto de afluencia para el extractor de aire de barrido está dispuesto en el punto más bajo dentro de la carcasa,
- todos los equipos de la carcasa están construidos y dispuestos de tal manera que siempre existe una vía de flujo descendente para aire desde cualquier lugar en el espacio libre de la carcasa.
Debido a que todos los equipos de la carcasa están construidos y dispuestos de tal manera que siempre existe una vía de flujo descendente para el aire desde cualquier lugar en el espacio libre de la carcasa, se puede asegurar que en caso de fuga, el fluido de trabajo que escapa, que es más pesado que el aire, se hunde hacia abajo sin poder acumularse en espacios huecos o en superficies cóncavas hacia arriba, y formar mezclas explosivas. Como resultado, siempre llega directamente desde cualquier punto del espacio interior de la carcasa a la salida de aire de barrido en el punto más bajo de la carcasa, desde donde puede ser extraído de la carcasa.
Las configuraciones de la invención se refieren al conducto de afluencia de aire de barrido, que se compone de varios componentes. Estos componentes son la entrada del aire de barrido desde el espacio exterior, la transferencia del aire de barrido al espacio interior de la carcasa con dotaciones, y la entrada del aire de barrido al espacio interior de la carcasa. En este caso, está previsto que la entrada del aire de barrido en el espacio interior de la carcasa está dispuesta en el lado superior de la carcasa y se realiza por medio de una tobera de dispersión. De esta manera, se consigue que resulte una corriente descendente lenta sin formación de rayas a través de la sección transversal de la carcasa y se minimiza la formación de vórtices.
El lugar de la entrada del aire de barrido al espacio interior de la carcasa normalmente no es idéntico al de la entrada del aire de barrido a la carcasa desde el espacio de colocación, sino que se realiza a través de una línea con equipos que también pueden prever la aspiración de aire del exterior fuera del edificio. Para evitar que la tubería de entrada se pueda obstruir, en una realización de la invención está prevista una multiplicidad de entradas, por ejemplo en forma de ranuras o a través de una chapa perforada, cuya ubicación se adapta localmente a las condiciones del lugar de colocación, y que se reúnen en un conducto colector que también está dotado de un seguro antirretorno y un estrangulamiento. La multiplicidad de entradas también se puede posicionar a cierta distancia de la carcasa.
La salida del aire de barrido desde el interior de la carcasa normalmente no es idéntica a la salida del aire de barrido en el fondo de carcasa, el punto más bajo de la carcasa, sino que se realiza a través de un conducto con equipos que también puede discurrir en parte en el interior de la carcasa. Por lo tanto, la conexión al conducto de salida de aire de barrido se puede efectuar en cualquier punto de la pared de carcasa, siendo irrelevante si el soplador de transporte se encuentra dentro o fuera de la carcasa y dentro o fuera del espacio de colocación o del edificio. En la salida del purgador fuera del edificio debe estar dispuesto un dispositivo para la dispersión, y la purga desde la carcasa también debe llevarse además a un lugar fuera del edificio, en el que no haya depresiones en el suelo, por ejemplo, rejillas de sótano o similares.
El soplador de transporte puede estar dispuesto en la zona de aspiración o en la zona de purga, en un caso genera una ligera depresión, en otro caso una ligera sobrepresión en la carcasa.
Otras configuraciones se refieren al balance de calor del aire de barrido. Si el aire de barrido se conduce desde una habitación cerrada hacia fuera del edificio, la misma cantidad de aire debe fluir desde fuera hacia el edificio. Si las temperaturas dentro y fuera del edificio son diferentes, por el aire de barrido resulta un flujo de calor, por lo que no es relevante la temperatura ambiente en el lugar de colocación. En términos prácticos, esto significa que, sin medidas adicionales correspondientes, se produciría una pérdida de calor o un aporte de calor no deseados, según el modo de funcionamiento, conforme a la diferencia de temperatura entre la temperatura interior y la temperatura exterior. Por esta razón, el aire de barrido puede tanto enfriarse como calentarse, utilizándose los equipos para el funcionamiento del proceso de ciclo.
En una configuración, por lo tanto, está previsto que el aire de barrido extraído del fondo de carcasa es guiado a una ramificación conmutable, cuyas ramas conducen a cambiadores de calor adicionales que se encuentran respectivamente en los conductos de suministro de portador de calor a los dos cambiadores de calor del proceso de ciclo. Estos cambiadores de calor adicionales pueden encontrarse dentro o fuera de la carcasa.
La invención también comprende el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que un soplador de transporte aspira el aire de barrido y, durante ello, somete la carcasa a una depresión, el aire de barrido extraído es conducido a al menos un cambiador de calor, en el que el aire de barrido o bien se enfría o bien se calienta contra un fluido de transferencia de calor que está conectado al circuito de refrigeración.
Si la temperatura exterior es superior a la temperatura interior del edificio, hay modo de refrigeración y el aire de barrido debe ser calentado. Para ello, es guiado a un cambiador de calor que conduce el fluido portador de calor calentado hacia la zona exterior, donde cede calor al entorno. En este caso, el aire de barrido sirve como un disipador de calor adicional y contribuye al enfriamiento deseado del edificio.
Si la temperatura exterior es inferior a la temperatura interior del edificio, hay modo de calefacción y el aire de barrido debe ser enfriado antes de que salga del edificio. Para ello, es conducido a un cambiador de calor que reconduce fluido portador de calor desde la zona exterior antes de guiarlo al cambiador de calor del evaporador del proceso de ciclo. En este caso, el aire de barrido sirve como fuente de calor adicional y contribuye a la calefacción deseada del edificio.
Si el aire de barrido es aspirado fuera del edificio, no hay pérdida de calor debido a la aspiración y emisión de aire a diferentes temperaturas, pero el proceso descrito anteriormente se puede aprovechar para compensar las transferencias de calor dentro del depósito.
Por fluidos de transferencia de calor se entiende aquí cualquier medio gaseoso o líquido con el que se transfiera calor, es decir, por ejemplo, aire, agua, salmuera, aceites de transferencia de calor o similares. Si el proceso de ciclo no se hace funcionar o se realiza como bomba de calor conmutable entre el modo de enfriamiento y el modo de calefacción, o si es de varias etapas, también se pueden utilizar otros flujos de fluidos de transferencia de calor.
El aire de barrido se puede conectar ventajosamente a un equipo para la detección de fugas. En este caso, el funcionamiento de aire de barrido, en el caso normal, puede restringirse fuertemente o incluso detenerse, mientras que la cantidad de aire aumenta correspondientemente en caso de detectarse una fuga.
El soplador de transporte se puede dotar de un acumulador de reserva en caso de un fallo de corriente, y además resulta ventajosa una conexión accionada por energía solar que también puede mantener cargada siempre la batería de reserva. Si el soplador de transporte está dispuesto fuera del edificio, también resulta conveniente un modo de construcción integrado con una celda solar y un acumulador de reserva.
A continuación, la invención se explica con más detalle con la ayuda de cuatro ejemplos. Las figuras 1 a 4 muestran
esquemáticamente un circuito de refrigeración con el refrigerante propano y el dispositivo de barrido previsto tomando como ejemplo una bomba de calor doméstica, en el caso de
la figura 1: con una aspiración de aire dentro del edificio y una depresión en la carcasa,
la figura 2: con una aspiración de aire dentro del edificio y con una sobrepresión en la carcasa,
la figura 3: con una aspiración de aire fuera del edificio y con una depresión dentro de la carcasa,
la figura 4: con una aspiración de aire fuera del edificio y una sobrepresión dentro de la carcasa.
La figura 1 muestra un circuito de refrigeración convencional 1 con un compresor 2, un condensador 3, un reductor de presión 4 y un evaporador 5 en una carcasa cerrada 6. La carcasa 6 habitualmente está insonorizada y, por consiguiente, está realizada de forma estanca al aire, puede soportar una ligera depresión, por ejemplo de 20 o 50 hPa. En la construcción pueden estar integrados un depósito de agua y elementos de conmutación. Además de una conexión de corriente, no mostrada aquí, la carcasa 6 tiene conexiones de conductos para la fuente de calor, la conexión de fuente de calor 7 y el conducto de avance de fuente de calor 8, y el circuito de calefacción con el conducto de avance de disipador de calor 9 y la conexión de disipador de calor 10.
Evidentemente, el circuito de refrigeración representado aquí de forma simplificada también puede contener varios cambiadores de calor a diferentes niveles de temperatura, una reducción de presión graduada, dispositivos de conmutación para el modo de calefacción en invierno y la refrigeración en verano, así como una multiplicidad de sensores, siendo sin embargo básicamente idénticos los equipos de barrido. En lo sucesivo, se parte de que el evaporador 5 y el condensador 3 son intercambiables en cuanto a su modo de funcionamiento o que los dispositivos de conmutación no mostrados en el circuito de refrigeración pueden establecer esta funcionalidad de acuerdo con el estado de la técnica conocido, de modo que el circuito de calefacción se convierte en el circuito de refrigeración de una instalación de aire acondicionado y la fuente de calor del modo de calefacción se convierte en un disipador de calor en la climatización.
El aire de barrido entra en la carcasa 6 a través del dispositivo de dispersión 11 y se distribuye por la superficie en su lado superior. El aire de barrido es aspirado desde el interior del edificio a través de una entrada de aire 12 con varias ranuras de entrada de aire y a través de un conducto de aire con estrangulamiento 13 que está dotado de un seguro antirretorno 14. Evidentemente, en este conducto también pueden encontrarse dotaciones adicionales tales como sensores para la medición de temperatura, presión y volumen, y también se pueden prever varias entradas de aire en diferentes puntos. El estrangulamiento hace que siempre haya una depresión correspondiente dentro de la carcasa, que a causa del seguro antirretorno se mantiene incluso durante una interrupción del flujo de aire de barrido para evitar la salida de fluido de trabajo debido a fugas hacia el interior del edificio.
El aire de barrido es extraído en el punto 15 más bajo de la carcasa 6 por medio de un extractor 16. Los equipos dentro de la carcasa están dispuestos de tal manera que no se pueden formar concavidades o ahondamientos en los que se pueda acumular fluido de trabajo que haya escapado debido a fugas. Debido al ligero flujo hacia abajo, preferentemente sin vórtices, del aire de barrido, los componentes gaseosos más pesados son transportados de forma segura hacia abajo al extractor 16 y son extraídos.
En el conducto de aire de barrido 19, detrás del extractor 16, que discurre dentro de la carcasa 6, se encuentran las dos válvulas de tres vías 17 y 20 que conducen a los cambiadores de calor de aire de barrido 18 y 21. Este es solo uno de los muchos ejemplos de disposición posibles, tanto las derivaciones como el conducto de aire de barrido y el cambiador de calor pueden disponerse fuera de la carcasa 6. Dependiendo de si la instalación de bomba de calor está en modo de calefacción o en modo de refrigeración, el aire de barrido es conducido respectivamente a uno de los intercambiadores de calor de aire de barrido 18 o 21.
En el modo de calefacción, es el cambiador de calor de aire de barrido 21. En este caso, el aire de barrido emite calor a la conexión de fuente de calor 7 que es más fría que el aire de barrido caliente. Si la bomba de calor doméstica obtiene su calor del aire exterior, la conexión de fuente de calor tendría aproximadamente la temperatura exterior y el aire de barrido evacuado tendría una temperatura justo por encima de esta antes de ser evacuado a la zona exterior. De esta manera, se recuperaría la mayor parte del calor del aire de escape, ya que posteriormente llega al proceso de ciclo.
En el modo de refrigeración, es el cambiador de calor de aire de barrido 21. En este caso, el aire de barrido absorbe calor de la conexión de disipador de calor 10 que está más caliente que el aire de barrido, si la temperatura exterior es superior a la temperatura interior del edificio. También sería concebible un cambiador de calor de aire de barrido en el conducto de alimentación de disipador de calor 9, lo que en el modo de refrigeración tendría la ventaja de una mayor diferencia de temperatura, pero conllevaría la desventaja de que surgiría una mayor carga en el proceso de ciclo, por lo que la recuperación de energía sería menor. Sin embargo, esto sería ventajoso en el caso de que en el modo de refrigeración los disipadores de calor se utilizaran para la preparación de agua caliente. El experto seleccionará a este respecto la integración más favorable en cada caso individual, pudiendo emplearse evidentemente también un tercer intercambiador de calor de aire de barrido.
A continuación, el aire de barrido es transportado por del conducto de purga 22, a través de un seguro antirretorno 23 que, al igual que el seguro antirretorno 14, asegura que la carcasa 6 se mantenga bajo presión, por medio del soplador de transporte de aire de barrido 24 hacia fuera del muro exterior 25 del edificio y es distribuido a través de un dispositivo de dispersión 26. En el improbable caso de un accidente en el que pudiera establecerse una sobrepresión en la carcasa, esta ruta también sirve como purgador de emergencia.
La figura 2 muestra el caso en el que el soplador de transporte 24 se dispone en el lugar de la aspiración de aire 12 dentro del edificio. Esto tiene la ventaja de que, en caso de fuga, no se aspira ninguna mezcla de aire y gas contaminada, y la inflamabilidad se reduce aún más si existe riesgo de explosión. La carcasa 6 se somete en este caso bajo una ligera sobrepresión. Los demás equipos corresponden a la representación de la figura 1.
La figura 3 muestra el caso en el que el soplador de transporte 24, como se muestra en la figura 1, se dispone dentro del conducto de purga. Sin embargo, la aspiración de aire 12 se realiza fuera del edificio, lo que reduce las pérdidas de energía. No obstante, al pasar por la bomba de calor, tiene lugar una compensación de calor, que se puede compensar de la misma manera que durante la aspiración del aire dentro del edificio, como se describe en la figura 1. La carcasa funciona durante ello a una depresión.
La figura 4 muestra el caso en el que el soplador de transporte 24 se dispone en el lugar de la aspiración de aire 12 fuera del edificio. En este caso, en cuanto a la inflamabilidad es aplicable lo mismo como se describe en la figura 2, y en cuanto a la posibilidad de compensación de calor, como se describe en la figura 3.
Lista de signos de referencia
1 Circuito de refrigeración
2 Compresor
3 Condensador
4 Reducción de presión
5 Evaporador
6 Carcasa
7 Conexión fuente de calor
8 Conducto de avance de fuente de calor
9 Conducto de avance de disipador de calor
10 Conexión de disipador de calor
11 Dispositivo de dispersión
12 Entrada de aire
13 Conducto de aire con estrangulamiento
14 Seguro antirretorno
15 Punto más bajo
16 Extractor de aire de barrido
17 Válvula de tres vías
18 Cambiador de calor de aire de barrido
19 Conducto de aire de barrido
20 Válvula de tres vías
21 Cambiador de calor de aire de barrido
22 Conducto de purga
23 Seguro antirretorno
24 Soplador de transporte de aire de barrido
25 Muro exterior
26 Dispositivo de dispersión
Claims (8)
1. Dispositivo para el barrido seguro y con ahorro de energía de una carcasa (6) que está previsto para ser colocada dentro de un edificio residencial y en cuyo interior se realiza un proceso de ciclo termodinámico de Clausius-Rankine levógiro en un circuito de fluido de trabajo (1) cerrado, herméticamente estanco, por medio de un fluido de trabajo inflamable que en estado gaseoso en condiciones atmosféricas es más pesado que el aire, que presenta
- al menos un compresor (2) para fluido de trabajo,
- al menos un equipo de expansión (4) para fluido de trabajo,
- al menos dos intercambiadores de calor (3, 5) para fluido de trabajo, con respectivamente al menos dos conexiones (7, 8, 9, 10) para fluidos de transferencia de calor,
- una carcasa cerrada (6) que comprende todos los equipos conectados al circuito de fluido de trabajo (1) cerrado,
en el cual
- la carcasa (6) está estanca cuando se aplica una depresión o sobrepresión,
- presenta un conducto de afluencia de aire de barrido (13) que está conectado a una entrada de aire (12), un dispositivo de estrangulamiento y un seguro antirretorno (14),
- presenta una salida de aire de barrido (26) que está conectada a un purgador (22),
- entre la entrada de aire (12) y la salida de aire de barrido (26) en el lado de presión o en el lado de aspiración de la carcasa (6) está conectado un soplador de transporte (24),
- el conducto de afluencia para el extractor de aire de barrido (16) está dispuesto en el punto más bajo (15) dentro de la carcasa (6),
- todos los equipos de la carcasa (6) están construidos y dispuestos de tal manera que siempre existe una vía de flujo descendente para aire desde cualquier lugar en el espacio libre de la carcasa (6).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la entrada (11) del aire de barrido al espacio interior de la carcasa (6) está dispuesta en el lado superior de la carcasa y se realiza por medio de una tobera de dispersión.
3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que está prevista una multiplicidad de entradas de aire de barrido (12) para el aire de barrido desde la zona exterior de la carcasa (6), que se reúnen en un conducto colector que también está dotado de un seguro antirretorno y un estrangulamiento.
4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se prevé al menos un intercambiador de calor (18, 21) para el fluido de transferencia de calor y el aire de barrido, que está conectado al flujo de aire de barrido del extractor de aire de barrido (16) y a uno de los fluidos de transferencia de calor (7, 8, 9, 10). 5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el flujo de barrido extraído por el extractor de aire de barrido (16) está conectado a una ramificación (17, 20) conmutable, cuyas ramas están conectadas a intercambiadores de calor (18, 21) que se encuentran respectivamente en los conductos de conductos de portador de calor (7, 10) a los dos cambiadores de calor (3,
5) del proceso de ciclo (1).
6. Procedimiento para el barrido con ahorro de energía de una carcasa, que al menos comprende
- al menos un circuito de refrigeración (1) cerrado con un fluido de trabajo,
- al menos un compresor (2) para fluido de trabajo,
- al menos un equipo de expansión (4) para fluido de trabajo,
- al menos dos intercambiadores de calor (3, 5) para fluido de trabajo, con respectivamente al menos dos conexiones (7, 8, 9, 10) para fluidos de transferencia de calor,
- una carcasa (6) cerrada que comprende todos los equipos conectados al circuito de refrigeración (1) cerrado y por la que circula aire,
- la carcasa (6) presenta un conducto de afluencia de aire de barrido (13) que tiene un dispositivo de estrangulamiento y un seguro antirretorno (14),
- la carcasa presenta una salida de aire de barrido a la que está conectado un soplador de transporte (24), que
está conectado a un purgador (22),
- y el purgador (22) conduce a un lugar fuera de un edificio, y
- estando dispuesto el conducto de afluencia para el extractor de aire de barrido (16) en el punto más bajo (15) dentro de la carcasa (6),
en el cual
- un soplador de transporte (24) aspira el aire de barrido y somete la carcasa a una depresión,
- el aire de barrido extraído es conducido a al menos un cambiador de calor de aire de barrido (18, 21), - en el cual el aire de barrido o bien se enfría o bien se calienta contra un fluido de transferencia de calor (7, 10) que está conectado al circuito de refrigeración (1).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el aire de barrido extraído es enfriado cuando la temperatura exterior es inferior a la temperatura interior del edificio.
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el aire de barrido extraído es calentado cuando la temperatura exterior es superior a la temperatura interior del edificio.
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