ES2956234T3

ES2956234T3 - Aparato de bomba de calor y red de calentamiento urbana que comprende un aparato de bomba de calor

Info

Publication number: ES2956234T3
Application number: ES19832536T
Authority: ES
Inventors: Henrik Schiøtt Sørensen; Poul Bohn Christoffersen; Gunnar Minds
Original assignee: Stac Tech Aps
Current assignee: Stac Tech Aps
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2023-12-15
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: SA521422249B1; WO2020127023A1; CN113272527A; MX2021007099A; CN113272527B; SG11202106203WA; EP3899213B1; KR20210104067A; EP3899213A1; AU2019406286A1; EP3899213C0; JP2022513231A; EP3670853A1; US20210341187A1

Abstract

La presente invención proporciona un aparato de bomba de calor que comprende un ciclo Rankine y una parte del ciclo Carnot cuando se implementa para enfriamiento. El ciclo Rankine comprende un evaporador (7) configurado para evaporar mediante evaporación directa agua recibida de una fuente de agua externa (1). Un expansor (7) recibe vapor del evaporador (21) y acciona un compresor (9) comprimiendo el fluido del ciclo de Carnot. A continuación, el fluido se condensa en un condensador (13b) y se evapora en un absorbente (18). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de bomba de calor y red de calentamiento urbana que comprende un aparato de bomba de calor

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a un aparato de bomba de calor accionado térmicamente. La bomba se acciona por un ciclo de Rankine/evaporador y parte del expansor a bajas temperaturas. Esto es posible ya que la presión interna es baja, dando como resultado, por ejemplo, una ebullición del agua a 70 °C. La energía térmica introducida en el ciclo de accionamiento puede provenir de paneles de absorción solar, calor excesivo del proceso o rejillas de calentamiento urbano o combinaciones. El fluido de gas generado pasa a través de una turbina del expansor, la cual convierte la energía térmica en energía mecánica. La energía mecánica se transfiere a través de un eje con engranaje adecuado, a un compresor de un ciclo de compresor/parte de compresor del aparato. La energía mecánica puede ser energía ulterior añadida de, por ejemplo, un motor de combustión o motor eléctrico en diversas proporciones.

El compresor genera un vacío en el lado frontal, permitiendo así la evaporación del fluido de interés. La energía térmica se extrae del líquido de evaporación que se dirige a la fase de gas. El gas se comprime, aumentando la presión interna que permite la condensación a mayores temperaturas. De este modo, se bombea energía de un lugar a otro. La temperatura elevada permite la utilización de la energía en otro proceso. La energía puede utilizarse para precalentar el ciclo de Rankine o simplemente funcionar como calentamiento. El proceso de evaporación extrae energía del fluido, volviéndolo ideal como medio de enfriamiento.

Adicionalmente, la invención se refiere a una red de calentamiento urbana que comprende un aparato de bomba de calor.

Antecedentes de la invención

Los aparatos de bomba de calor del tipo anterior se conocen a partir de los documentos US 6581384 B1, US 2018/306068 A1 y US 2014/345276 A1 que divulgan un aparato de enfriamiento y calentamiento y los documentos WO 2007/038921 A1 y WO 2011/100974 A1 que divulgan ambos un aparato de enfriamiento. En los aparatos conocidos, el fluido fluye en un ciclo cerrado, es decir, no se retira ni se añade fluido al ciclo durante el funcionamiento del aparato. En otras palabras, no se suministra líquido al ciclo del aparato a partir de una fuente externa de líquido y no se suministra líquido procedente del aparato hacia una fuente externa de líquido durante el funcionamiento del aparato. De manera adicional, antes de entrar al expansor, el líquido se calienta por intercambio térmico con una fuente externa de calor a través de una pared divisoria.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato de bomba de calor que satisface la necesidad de enfriamiento.

Un objeto adicional es proporcionar un aparato de bomba de calor versátil, que puede utilizarse para mejorar el desempeño de las plantas de calentamiento urbano.

Un objeto adicional es proporcionar un aparato de bomba de calor fiable y rentable.

La presente invención proporciona un aparato de bomba de calor que comprende:

- un evaporador, tal como un tanque de evaporación configurado para evaporar, por evaporación directa, un líquido recibido desde una fuente externa de líquido, a través de una línea de entrada de líquido y una entrada del evaporador hacia una cámara de evaporación, siendo la presión en la cámara de evaporación inferior a la presión en la línea de entrada de líquido y lo suficientemente baja para evaporar el líquido que entra en la cámara de evaporación, es decir, la presión en la cámara de evaporación es tal, que la temperatura de evaporación del líquido asociada con la presión es inferior a la temperatura del líquido que entra en la cámara de evaporación a través de la entrada del evaporador, y permitiendo la generación de un vapor presurizado que sale del evaporador a través de una salida 60 de vapor del evaporado, comprendiendo adicionalmente el evaporador una salida de líquido del evaporador,

- un expansor que tiene una entrada del expansor y una salida del expansor, teniendo la entrada del expansor una conexión de fluido hacia la salida de vapor del evaporador, para recibir vapor presurizado procedente de la evaporación para accionar el expansor,

- un compresor que tiene una entrada del compresor y una salida del compresor, estando el compresor accionado operativamente por el expansor para comprimir un gas desde un gas de entrada a baja temperatura, de baja presión, en la entrada del compresor, hasta un gas de salida a temperatura elevada, de alta presión en la salida del compresor,

- un primer condensador que tiene una primera entrada del condensador y una primera salida del condensador, teniendo la primera entrada del condensador una conexión de fluido hacia la salida del expansor y estando configurado para condensar el fluido recibido desde el expansor y estando la primera salida del condensador conectada a una primera línea de salida de líquido.

Mediante la evaporación directa del líquido recibido desde una fuente externa de calor, tal como la fuente de calor de las plantas de calentamiento urbano, el aparato de bomba de calor es adecuado para aumentar el desempeño de tales plantas y otras plantas o sistemas tales como sistemas industriales de enfriamiento y calentamiento y sistemas de líquidos residuales.

La evaporación directa debe entenderse como la evaporación proporcionada por un vacío o vacío parcial en el evaporador (tanque de evaporación).

La fuente externa de líquido debe entenderse como un líquido del cual se retiran partes y se suministran al aparato de bomba de calor, en contraste con un líquido interno que circula de manera interna de un sistema de bomba de calor, tal como los sistemas de bomba de calor anteriormente mencionados.

Se prefiere utilizar agua como medio en su totalidad en el sistema, aunque se prevén fácilmente otros medios, especialmente medios naturales. Al tener a los mismos medios conteniendo la energía térmica, por ejemplo, agua de calentamiento urbana, y al tener al agua en evaporación accionando el expansor, se permite una estrategia de evaporación directa que elimina la utilización de un intercambiador de calor. Al tener, por ejemplo, el agua de calentamiento urbana directamente despresurizada dentro de la unidad de evaporación, se permite una evaporación a temperaturas aproximadamente 5°C inferiores a si se utiliza un intercambiador de calor. Esta es una diferencia significativa en eficiencia, que permite una evaporación a 70 °C en comparación con 75 °C. También es posible una condensación directa al tener el mismo medio tanto en el sistema térmico como en el ciclo de Rankine/evaporador y parte del expansor del aparato. Se prevé un ejemplo donde se utiliza el agua de calentamiento urbana, de avance, (temperatura elevada) para una evaporación directa que tiene vapor entrando en el expansor y utilizar el agua de retorno (baja temperatura) para ser pulverizada directamente en el escape del expansor, dando como resultado una condensación directa. Nuevamente, permitiendo la condensación a una mayor temperatura en comparación con la utilización de un intercambiador de calor/condensador. En el lado de compresión de la invención, la condensación directa también es posible si el nivel de presión logrado es lo suficientemente elevado para permitir una condensación utilizando el agua de retorno. Con esta configuración, casi toda la energía utilizada para el accionamiento del sistema se mantiene dentro de la rejilla de calentamiento urbano. Esto también permite que la transferencia de la capacidad de enfriamiento de la invención se suministre a la rejilla de calentamiento urbano. En caso de utilizar calentamiento urbano o calentamiento en exceso procedente de, por ejemplo, procesos de producción, esta invención utiliza la línea de temperatura alta para accionar el ciclo de Rankine de dos maneras. Cuando se lleva a cabo la evaporación, la temperatura del agua de entrada disminuye, por ejemplo, de 80°C a 75°C. Esta agua se puede retornar a la rejilla, bajando la temperatura total de la cadena de avance. La línea de agua de retorno tiene un pequeño aumento de temperatura a medida que la energía de condensación se transfiere desde la tubería de avance hacia la línea de retorno. También puede implementarse la misma estrategia para una unidad accionada por energía solar. Esto dará como resultado la conformación de una energía en el sistema, lo cual no se desea en un sistema de alta eficiencia. En caso de calentamiento urbano, normalmente habrá una considerable pérdida térmica en la rejilla de la tubería, nivelando adecuadamente el aumento de energía de esta invención. La utilización exclusiva del agua de rejilla de calentamiento urbano en esta invención permitirá dos beneficios importantes. En primer lugar, ya no existe la necesidad de una condensación enfriada por aire. La unidad puede implementarse en el punto más bajo de una construcción elevada, grande, sin necesidad de acceso al aire libre. Los suelos de la parte superior y las partes altas de los techos pueden utilizarse entonces para procesos diferentes a las torres de enfriamiento. En segundo lugar, el intervalo de enfriamiento ya no depende del aire circundante o de la temperatura exterior. La diferencia de temperatura en la rejilla de energía urbana es ahora el factor limitante, no la capacidad de condensación en el aire. Si la diferencia de temperatura en la rejilla es de 30 K, una sola unidad puede enfriar los mismos 30 K. Al trabajar en serie se prevé fácilmente un efecto de cascada con una etapa de enfriamiento de 30 K por unidad independiente a la temperatura del aire.

Esta invención ayudará a optimizar la utilización de la red de energía urbana. Tradicionalmente, muchas rejillas de calentamiento funcionan con un escaso desempeño durante los periodos cálidos del año. Esta invención permite la utilización óptima en este periodo, ya que genera la necesidad de calentamiento durante las estaciones cálidas. El tener la necesidad de un mayor flujo en las tuberías aumenta también el desempeño de la rejilla como, por ejemplo, las calderas pueden funcionar en condiciones óptimas. Esta invención permite transferencias de nivel de energía mediante el ciclo del compresor. El proceso de evaporación precisa energía para producirse. Esto se realiza mediante la absorción de energía procedente del entorno, lo que da como resultado que podría utilizarse una disminución de temperatura para el enfriamiento. Los gases evaporados se comprimen con objeto de condensarse a una mayor temperatura o presión. La energía consumida por la evaporación se suministra en su totalidad en la condensación. Por lo tanto, el agua que se evapora a 60 °C puede condensarse a 70 °C. Esto permite una bomba de calor térmicamente accionada. Por ejemplo, al tener una red de calentamiento urbana de doble etapa, donde la planta de calentamiento suministra un suministro de avance de 60 °C. Se puede elevar a 70 °C al tener un ciclo de Rankine que se ejecuta a una temperatura de evaporaciones de 40 °C. Durante la compresión, la temperatura se elevará lo suficiente con objeto de transferir energía térmica hacia el ciclo de Rankine a fin de permitir la expansión total sin condensación en el expansor.

De acuerdo con un ejemplo, el aparato comprende un segundo condensador que tiene una segunda entrada del condensador y una segunda salida del condensador, teniendo la segunda entrada del condensador una conexión de fluido hacia la salida del compresor, a través de la cual el gas de salida a temperatura elevada, de alta presión, sale del compresor.

La segunda salida del condensador puede tener una conexión de fluido hacia un sistema de evaporación.

El sistema de evaporación puede comprender un absorbedor que tiene una entrada del absorbedor y una salida del absorbedor, teniendo la entrada del absorbedor una conexión de fluido hacia la segunda salida del condensador, conectándose la salida del absorbedor a la entrada del compresor, a través de la cual el gas a baja temperatura, de baja presión, entra en el compresor.

Como alternativa, el sistema de evaporación puede comprender un separador de líquido-gas que separa al líquido del gas y que tiene una primera entrada y una segunda entrada, una salida de gas del separador y una salida de líquido del separador, teniendo la salida de gas del separador una conexión de fluido hacia la entrada del compresor a través de la cual el gas a baja temperatura, de baja presión, entra en el compresor, teniendo la salida de líquido del separador una conexión de fluido hacia una entrada del absorbedor de un absorbedor que tiene una salida del absorbedor, la primera entrada del separador tiene una conexión de fluido hacia la salida del segundo condensador, y la segunda entrada del separador tiene una conexión de fluido hacia la salida del absorbedor.

A modo de ejemplo, el segundo condensador puede ser un condensador de pulverización que tiene adicionalmente una segunda entrada para suministro de líquido de un líquido que tiene una primera temperatura, y en donde la condensación de pulverización o del gas de salida a temperatura elevada, de alta presión, con el líquido que tiene la primera temperatura, proporciona un aumento de temperatura a fin de que el líquido que sale del segundo condensador a través de la salida del mismo, tenga una segunda temperatura que es superior a la primera temperatura.

El primer condensador puede ser un condensador de pulverización que adicionalmente tiene una segunda entrada (80) para suministrar líquido de un líquido que tiene una primera temperatura, y en donde la condensación de pulverización del fluido, recibida desde del expansor con el líquido que tiene la primera temperatura, proporciona un aumento de temperatura e modo que el líquido que sale del primer condensador a través de la salida del mismo, tenga una segunda temperatura que es superior a la primera temperatura.

La primera fuente externa de líquido puede ser un sistema de línea individual y la primera línea de entrada de líquido y la primera línea de salida de líquido se conectan a la misma línea individual de la primera fuente externa de líquido. A modo de ejemplo, la primera fuente externa de líquido de la primera fuente externa de fluido líquido puede ser un sistema de ciclo líquido que comprende una primera línea de suministro de fuente externa y una primera línea de retorno de fuente externa.

El líquido en la primera línea de suministro de fuente externa de la primera fuente externa de líquido puede estar más caliente que el líquido en la primera línea de retorno de fuente externa de la primera fuente externa de líquido.

La primera línea de entrada de líquido puede conectarse a una primera línea de suministro de fuente externa de la primera fuente externa de fluido líquido.

La primera línea de entrada de líquido puede conectarse a una primera línea de retorno de fuente externa de la primera fuente externa de fluido líquido.

La primera línea de salida de líquido puede conectarse a una primera línea de suministro de fuente externa de la primera fuente externa de fluido líquido.

La primera línea de salida de líquido puede conectarse a una primera línea de retorno de fuente externa de la primera fuente externa de fluido líquido.

La salida de líquido del evaporador puede tener una conexión de fluido hacia la primera fuente externa de líquido y la primera salida del condensador puede tener una conexión de fluido hacia la primera fuente externa de líquido.

De acuerdo con un ejemplo, el separador de gas-líquido tiene una conexión de fluido hacia el segundo condensador y la segunda salida del condensador se conecta a la primera línea de salida de líquido que se encuentra en conexión de fluido hacia la primera fuente externa de líquido.

A modo de ejemplo adicional, la salida del compresor puede estar en conexión de fluido con el segundo condensador, que es opcionalmente un condensador de pulverización, a través de un intercambiador de calor dispuesto sobre una pared del evaporador o en la cámara de evaporador del evaporador, permitiendo así la transferencia de energía procedente del compresor hacia el expansor.

La salida del compresor puede estar en conexión de fluido con el segundo condensador, que es opcionalmente un condensador de pulverización, a través de un intercambiador de calor que intercambia calor entre la línea de salida del compresor y la línea de entrada del compresor entre el separador de gas-líquido y el compresor.

Una fuente externa de calentamiento puede disponerse en la (línea de) conexión de fluido, entre el condensador y el expansor.

En un ejemplo, dos o más expansores se disponen en serie, accionándose el primer expansor por el flujo de escape procedente del evaporador y accionándose el segundo expansor por el flujo de escape procedente del primer expansor.

Los expansores pueden conectarse en accionamiento a los respectivos compresores dispuestos en paralelo o en serie.

En un ejemplo, el primer expansor se conecta en accionamiento a un compresor y el segundo expansor se conecta en accionamiento a un generador.

En un ejemplo adicional, se dispone un intercambiador de calor entre la línea de salida de fluido procedente del compresor y la línea de escape procedente del primero hacia el segundo expansor.

En un ejemplo adicional, se disponen dos o más expansores en paralelo, estando ambos accionados directamente por los respectivos flujos de escape procedentes del evaporador y conectándose en accionamiento a los respectivos compresores dispuestos en serie, suministrándose el gas de escape procedente del primer compresor al segundo compresor.

En otro ejemplo, un motor auxiliar se conecta al expansor o compresor para ayudar a los procedimientos de encendido o durante procedimientos de funcionamiento continuo.

La presente invención proporciona adicionalmente una red de calentamiento urbana que comprende:

una primera fuente externa de líquido que es una primera rejilla y una segunda fuente externa de líquido que es una segunda rejilla, comprendiendo la primera rejilla una primera línea de suministro de rejilla y una primera línea de retorno de rejilla, y comprendiendo la segunda rejilla una segunda línea de suministro de rejilla y una segunda línea de retorno de rejilla,

siendo la primera línea de suministro de rejilla más fría que la segunda línea de suministro de rejilla y siendo la primera línea de retorno de rejilla (54) más fría que la segunda línea de retorno de rejilla,

estando las líneas de la primera y la segunda rejilla conectadas a un aparato de bomba de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, comprendiendo adicionalmente el aparato de bomba de calor:

un separador de gas-líquido, que separa al gas del líquido y que tiene una entrada de líquido y una salida de líquido y una salida de gas que tiene una conexión de fluido hacia la entrada del compresor.

De acuerdo con un ejemplo, la primera línea de entrada de líquido al evaporador tiene una conexión de líquido hacia la línea de retorno de la segunda rejilla. La entrada de líquido del separador tiene una conexión de fluido hacia la línea de suministro de la primera rejilla. La entrada del segundo condensador tiene una conexión de fluido hacia la salida de líquido del separador. La salida de líquido del evaporador tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno de la segunda rejilla. La salida de líquido del segundo condensador tiene una conexión de fluido hacia la línea de suministro de la segunda rejilla, y la línea de salida de líquido procedente del primer condensador tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno de la primera rejilla.

De acuerdo con un ejemplo adicional, la línea de entrada de líquido al evaporador tiene una conexión de fluido hacia la línea de suministro de la primera rejilla. La entrada de líquido al separador tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno de la segunda rejilla. La salida de líquido procedente del separador tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno de la segunda rejilla. La salida de líquido del evaporador tiene una conexión de fluido hacia el segundo condensador. El segundo condensador tiene una salida de fluido hacia la línea de suministro de la segunda rejilla, y la línea de salida de líquido procedente del primer condensador tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno de la primera rejilla.

Las líneas de entrada procedentes de la primera o de una segunda fuente externa de líquido están, preferentemente, provistas de medios de despresurización tales como una válvula de reducción o una válvula de mariposa con objeto de igualar la presión interna baja (parcialmente de vacío) del aparato.

Las líneas de salida del aparato hacia la primera y o una segunda fuente externa de líquido están, preferentemente, provistas de medios de presurización tales como una bomba con objeto de igualar la presión baja en el aparato con la presión más alta de la primera y segunda fuente externa de líquido.

En lugar de utilizar medios de presurización y despresurización en las líneas de salida y las líneas de entrada, respectivamente, las así llamadas bombas de arranque pueden utilizarse para presurizar el fluido en las líneas de salida y despresurizar el fluido en las líneas de entrada.

En pocas palabras, una bomba de arranque es una turbina combinada o bomba inversa y una bomba que tiene árboles mutuamente conectados. Desde una fuente de líquido, se suministra una presión elevada, por ejemplo, de 6 bares, a la entrada de la turbina que acciona la bomba. Mediante lo cual, la presión del líquido disminuye a, por ejemplo, 0,5 bares a la salida de la turbina. El líquido de 0,5 bares se puede suministrar al aparato de la presente invención. La baja presión del fluido (parcialmente de vacío) en el aparato de acuerdo con la invención, suministra un fluido de baja presión, por ejemplo, 0,5 bares, a la entrada de la bomba. La bomba aumenta la presión del fluido hasta, por ejemplo, 5,9 bares. Dado que 5,9 bares no es suficiente para bombear líquido de retorno a la fuente externa de líquido que tienen una presión de, por ejemplo, 6 bares, el líquido procedente de la salida de la bomba se suministra a una pequeña bomba que aumenta la presión, por ejemplo, 0,2 bares, hasta 6,1 bares, lo que permite bombear el líquido de retorno a la fuente externa de líquido.

En caso de tener agua de calentamiento urbano entrando en el sistema y retornando a la rejilla de energía urbana, el trabajo requerido con las bombas de arranque es una orden de magnitud inferior a tener una válvula de presión en combinación con una bomba corriente. Las redes de calentamiento urbano alrededor del mundo se diseñan con presiones de avance de 4 bares hasta por encima de 28 bares con menor presión en el agua de retorno. Incluso para un sistema conectado a un panel solar, utilizando estas bombas, se produce un significativo aumento de la eficiencia. Breve descripción de las figuras

Las realizaciones de la invención se describirán en lo sucesivo con respecto a las figuras adjuntas. Las figuras muestran una manera de implementar la presente invención y no deben considerarse como limitantes de otras posibles realizaciones.

La Figura 1 ilustra un primer ejemplo de un aparato de bomba de calor de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 ilustra un ejemplo que es una ligera modificación del primer ejemplo, habiéndose añadido un separador de líquido-gas al primer ejemplo.

La Figura 3 ilustra un ejemplo donde el aparato de bomba de calor se utiliza para reducir la temperatura del agua en la línea de retorno de un sistema de calentamiento urbano.

La Figura 4 ilustra un ejemplo donde se utilizan bombas de arranque.

La Figura 5 ilustra un ejemplo adicional que utiliza bombas de arranque y donde se proporciona una línea de conexión entre el separador y el segundo condensador.

La Figura 6 ilustra un ejemplo que permite la generación directa de vapor super calentado.

La Figura 7 ilustra un ejemplo con un intercambiador de calor que aumenta la temperatura de la línea de entrada al compresor.

La Figura 8 ilustra un ejemplo donde se genera vapor súper calentado mediante una fuente de generación de calor. La Figura 9 ilustra un ejemplo donde el vapor comprimido, procedente del compresor, se utiliza para calentar el evaporador.

La Figura 10 ilustra un ejemplo con múltiples expansores paralelos y compresores en serie para el aumento de una mayor presión.

La Figura 11 ilustra un ejemplo con múltiples expansores en serie y compresores que funcionan a diferentes intervalos de temperatura.

La Figura 12 ilustra un primer ejemplo de una red de calentamiento urbana, donde la bomba de calor utiliza la línea de retorno de la segunda rejilla para accionar el expansor.

La Figura 13 ilustra un segundo ejemplo de una red de calentamiento urbana, donde la bomba de calor utiliza la línea de suministro/avance de la primera rejilla para accionar el expansor.

La Figura 14 ilustra la red de calentamiento urbana donde el aparato de bomba de calor se dispone entre la primera rejilla y la segunda rejilla.

La Figura 15 ilustra un ejemplo donde se genera energía.

La Figura 16 ilustra un ejemplo adicional donde se genera energía.

Descripción detallada de la invención

La Figura 1 ilustra un ejemplo de un aparato de transferencia de energía de la superficie de absorción 18 al entorno mediante el intercambiador de calor 13b. Se proporciona agua caliente mediante la fuente de calor 1 conectada al tanque de evaporación 21 a través de una línea 5. La tubería actúa de manera simultánea como una válvula de reducción, dando como resultado una presión disminuida en el evaporador 21, lo que permite que el agua se evapore directamente. El agua no evaporada retorna y se mezcla con agua condensada procedente de 16a en la línea 16b y retornada a la fuente de calor 1. Una bomba 4a aumenta la presión del líquido adaptarse a la presión de la fuente de calor 1. En contraste con cualquier técnica anterior, el agua se evapora directamente en el evaporador 21, permitiendo la generación de vapor al nivel de temperatura más bajo posible de la fuente de calor y eliminando la utilización del intercambiador de calor 2, que enseña la técnica anterior.

El vapor procedente del evaporador 21 acciona un expansor 7 antes de condensarse en un intercambiador de calor/condensador 13a, desde donde el agua condensada retorna a la fuente de calor 1 a través de la línea 16a. El expansor 7 acciona el compresor 9 mediante el árbol de conexión mecánica 10. Una bomba pone en circulación refrigerante líquido hacia la superficie de absorción 18, donde se absorbe energía térmica del entorno. El refrigerante se convierte en una mezcla de líquido y gas en el absorbedor 18. Sin embargo, en la parte superior del mismo el gas se separa del líquido, mediante lo cual esencialmente solo fluye gas desde la salida 79 del absorbedor hacia la entrada 64 del compresor.

La Figura 2 muestra un ejemplo que es una modificación del ejemplo de la Figura 1. El ejemplo del aparato de bomba de calor mostrado en la Figura 2 proporciona transferencia de energía de la superficie de absorción 18 al entorno mediante el intercambiador de calor 13b. Se proporciona agua caliente mediante la fuente de calor 1 conectada al tanque de evaporación 21 a través de una línea 5. La tubería actúa simultáneamente como una válvula de reducción, dando como resultado una presión disminuida en 21, lo que permite que el agua se evapore directamente. El agua no evaporada es retornada y mezclada con agua condensada procedente de 16a en la línea 16b y retornada a la fuente de calor 1. Una bomba 4a aumenta la presión del líquido para adaptarse a la presión de la fuente de calor 1. En contraste con cualquier técnica anterior, el agua se evapora directamente en el evaporador 21, permitiendo la generación de vapor al nivel de temperatura más bajo posible de la fuente de calor y eliminando la utilización del intercambiador de calor 2, que se enseña en la técnica anterior. El vapor procedente del evaporador 21 acciona un expansor 7 antes de condensarse en un intercambiador de calor/condensador 13a, desde donde el agua condensada retorna a la fuente de calor 1 a través de una línea 16a. El expansor 7 acciona el compresor 9 mediante el árbol de conexión mecánica 10. Una bomba pone en circulación refrigerante líquido hacia la superficie de absorción 18, donde se absorbe la energía térmica del entorno.

El refrigerante se convierte en una mezcla de líquido y gas en el absorbedor 18. Las dos fases se separan en el tanque de separación 98 a medida que el compresor conectado retira la fase de gas mediante la aplicación de un vacío. El líquido restante se recicla entonces en este ciclo de absorción de calor. La fase de gas se conduce desde el compresor hacia un intercambiador de calor o condensador 13b 20 para su condensación. El calor procedente de este proceso se transfiere hacia el entorno en el segundo condensador 13b. En contraste con la técnica anterior, se separan dos ciclos (Rankine y Carnot) sin intercambio de material. De este modo, si se desea, se utilizan fácilmente diferentes medios de accionamiento y refrigeración.

La Figura 3 ilustra un ejemplo donde el aparato de bomba de calor se utiliza para reducir la temperatura del agua en la línea de retorno de un sistema de calentamiento urbano. El agua de retorno fluye desde la planta de calentamiento urbano en la línea de retorno 54. El agua de retorno se despresuriza y divide en un flujo en cada una de las tres líneas 5a, 5b, 5c. El flujo en la línea 5a se utiliza para condensación de pulverización en el condensador de pulverización 51. El flujo en la línea 5b se evapora en el evaporador 21, accionando el expansor 7 el vapor evaporado. El flujo en la tercera línea 5c se evapora en el separador de líquido-gas 98. El vapor evaporado entra en el compresor a través de la entrada del mismo y se bombea mediante el compresor hacia el condensador de pulverización 51 y se condensa. De este modo, el agua caliente puede bombearse hacia la línea de avance 53. Como resultado, el flujo de retorno en la línea de retorno se enfría y la planta puede obtener entonces una mejor eficiencia.

La Figura 4 ilustra un aparato donde la fuente de calor 1 se ilustra como un sistema de calentamiento urbano con una línea de avance/suministro 53 y una línea de suministro de retorno 54. Normalmente, el flujo en la línea de avance 53 tiene una temperatura superior a el flujo en la línea de retorno 54. La línea de avance 53 se conduce a través de una bomba de arranque 40 hacia el tanque de evaporación 21. La energía obtenida del proceso de despresurización se absorbe en la bomba de arranque 40 para utilizarse en el retorno del flujo hacia la fuente de calor. En el evaporador 21, se genera vapor que pasa a través del expansor 7, haciendo que gire. El agua restante en el evaporador 21 retorna, a través de la bomba de arranque 40, a la fuente de calor 1. Al utilizar bombas de arranque, se minimiza la carga de trabajo para retornar el líquido. El agua procedente del flujo de retorno 54 se conduce a través de la bomba de arranque 42 para su condensación directa en el primer condensador 51 del vapor de escape del expansor. El líquido resultante retorna a la fuente de calor 54 a través de la bomba de arranque 40. El ciclo de Carnot en esta ilustración es similar al de la figura 2.

La Figura 5 ilustra un aparato de enfriamiento conectado a la rejilla de calentamiento urbano. Se suministra agua caliente mediante la tubería de avance (53) hacia la bomba de arranque 40. El agua despresurizada entra en el tanque de evaporación 21, permitiendo la generación de vapor. El vapor se alimenta a través del expansor 7, el cual, a través del árbol 10, acciona el compresor 9. El término árbol se debe interpretar de manera amplia y comprende todos los medios o dispositivos que son capaces de proporcionar una conexión mecánica. Esto incluye la utilización de engranajes para diferente velocidad de rotación del expansor 7 y el compresor 9. En esta y las siguientes realizaciones, el compresor 9 puede ser de cualquier geometría o tecnología similar a un compresor por centrifugado o un compresor axial. Las etapas del compresor pueden implementarse en serie o paralelo. Se asume que se genera suficiente índice de presión con objeto de ser compatible con los requisitos de condensación y eventual intercambio térmico. El escape del expansor 7 se condensa a través de condensación directa de pulverización de agua en el tanque 51. Se suministra el agua líquida en el tanque 51 mediante el agua de retorno de calentamiento urbano 54. El agua se despresuriza en una bomba de arranque 41. El condensado se bombea mediante la bomba de arranque 41 de vuelta a la rejilla de calentamiento urbano 54. El compresor 9 genera un vacío continuo en el tanque de separación de fase 98 y retira el vapor del agua. Se proporciona el enfriamiento mediante la superficie de absorción de calor 18. El calor se absorbe mediante la generación de una mezcla de agua/vapor, la cual se separa por fase en el separador 98. El gas comprimido, procedente del compresor 9, se condensa en una condensación directa de pulverización de agua en el tanque 52. Se suministra el agua líquida en el segundo condensador 52 mediante el agua de retorno de calentamiento urbano procedente de la línea de retorno 54. El agua se despresuriza en la bomba de arranque 42. El condensado se bombea mediante la bomba de arranque 42 de vuelta a la rejilla de calentamiento urbano 54.

Como alternativa, la condensación puede hacerse en el aire circundante a través de 13b. El escape procedente del expansor 7 puede condensarse, de manera similar, mediante una configuración que utiliza un primer condensador 13a. El agua sin utilizar en el evaporador 21 se bombea mediante la bomba de arranque 40 de retorno a la rejilla de calentamiento urbano 53. La línea de conexión de fluido 68 mostrada en líneas punteadas entre el separador 98 y el segundo condensador 52 es opcional en el sentido de que puede omitirse si el aparato de bomba de calor se rellena con líquido. Sin embargo, la línea de conexión es ventajosa ya que mantiene suficiente agua en el aparato de bomba de calor sin necesidad de rellenarse. Lo mismo se aplica en las líneas de conexión 68 mostradas en las Figuras 6 a 10.

La Figura 6 ilustra otra realización donde el vapor comprimido procedente del compresor 9 se conduce hacia un intercambiador de calor 55 que calienta la mezcla de gas líquido en el evaporador 21, permitiendo la generación directa de vapor super calentado, el cual se conduce hacia el expansor 7. Un motor 99 sujeto, ya sea, al expansor 7, el árbol 10 o el compresor 9, ayudaría en el proceso de encendido o permitiría también continuamente el encendido híbrido del aparato o se utilizaría para gestionar la velocidad de rotación del expansor 7, el árbol 10 y el compresor 9. El motor 99 podría funcionar como un generador de energía si se encuentra suficiente energía disponible.

La Figura 7 es una realización adicional de la ilustración de la Figura 5. Con la temperatura de escape lo suficientemente elevada, procedente del compresor 9, es posible la condensación directa, en el segundo condensador 52, utilizando el agua sobrante del evaporador 21. Esto dará como resultado un aumento de temperatura para que el agua sea bombeada de retorno a la corriente de avance en la línea de suministro 53. Esto transferirá la energía de enfriamiento absorbida hacia la corriente de avance en la línea de suministro 53, neutralizando la disminución térmica de la utilización del aparato y reduciendo el aumento de temperatura en la línea de corriente de retorno 54. El intercambiador de calor 56 aumentará la probabilidad de retirar pequeñas gotitas que se dirigen al compresor por evaporación, aumentando así la eficiencia del compresor 9. A medida que la temperatura de entrada al compresor 9 aumenta de manera secuencial, las temperaturas resultantes en el intercambiador térmico 55 también aumentan, haciendo más eficiente la transferencia de calor.

La Figura 8 ilustra una realización preferida adicional, donde el vapor super calentado se genera por un generador de microondas o infrarrojos 56 que impactan sobre el flujo. El generador 56 podría reemplazarse por cualquier fuente generadora de calor, como un quemador de gas, un efecto mecánico o calentador eléctrico.

La Figura 9 ilustra otra realización donde el vapor comprimido, procedente del compresor 9, se utiliza para calentar el tanque de evaporación 21 que entra en la conexión 57 y sale en la conexión 58. A medida que se calienta el tanque, el vapor super calentado se conduce hacia el expansor 7. El sistema puede utilizarse en una serie de unidades en cascada, donde una unidad ayuda a la siguiente unidad mediante la colocación del absorbedor 18 cerca, ya sea del condensador 51 o del segundo condensador 52, permitiendo un mayor intervalo de enfriamiento total. El proceso de condensación de la bomba de arranque 41 y el primer condensador 51 y/o la bomba de arranque 42 y el segundo condensador 52 pueden reemplazarse por condensación de aire enfriado, como se ilustra en la figura 3 por el condensador 13. La separación de fase en 98 y la absorción de energía en el absorbedor 18 pueden combinarse en una sola unidad, por ejemplo, mediante el compresor 9 aplicando vacío directamente en el absorbedor 18.

La Figura 10 ilustra una realización donde se muestran múltiples etapas de compresión al tener al compresor 9' y 9” accionados por los expansores 7' y 7”. Una primera pareja de expansor 7' y compresor 9” se conectan a través de un primer eje de rotación 10' para un accionamiento síncrono, y una segunda pareja de expansor 7” y compresor 9' se conectan a través de un segundo eje de rotación 10” para un accionamiento síncrono. En contraste con la técnica anterior, los expansores se accionan en paralelo. La ventaja de tener los expansores en paralelo es que trabajarán a la misma presión, en contraste con trabajar en una configuración con una presión decreciente, dando como resultado una velocidad de rotación del eje reducida, lo que da como resultado que se forma menos presión en el compresor. El tener la misma velocidad rotacional dicta entonces que es necesario aumentar el flujo del compresor, esto se hace aumentando el tamaño del compresor. En esta realización, el enfriamiento puede llevarse a cabo a dos temperaturas diferentes, de manera simultánea, ya que los dos ciclos de enfriamiento pueden operarse a diferentes presiones de evaporación ya que los compresores 9' y 9” trabajan en paralelo. Esta realización puede ampliarse para proporcionar múltiples temperaturas de enfriamiento proporcionadas por el mismo aparato. Pueden añadirse más compresores en serie o en paralelo, ya sea a 9' o 9”.

La Figura 11 ilustra una realización que tiene los expansores 7, 7” funcionando en serie, pero que tiene los compresores 9', 9” funcionando en paralelo. El compresor 9” está aplicando vacío a un ciclo de Carnot separado en comparación con el compresor 9'. Esta realización permite la utilización de dos refrigerantes diferentes de manera simultánea. En esta realización, en el ciclo de Carnot 91, 98', 9', 51 el agua puede ser el refrigerante en un ciclo y NH3 en el ciclo 18, 98”, 9”, 91, donde el intercambiador de calor 91 permite la condensación de un refrigerante mediante la absorción de calor en el otro refrigerante. Esto permite una verdadera utilización en cascada del aparato y además puede ampliarse a múltiples etapas de compresión de refrigerantes similares o diferentes. De este modo, el intervalo de temperatura de funcionamiento se amplía drásticamente, permitiendo incluso un enfriamiento criogénico. En esta realización, el proceso de condensación directa se combina para ambos expansores 7', 7” y el compresor 9'. La conexión de fluido 92 permite el intercambio de líquido entre el ciclo de Rankine y de Carnot, disminuyendo así los requisitos de relleno de líquido del aparato. Si el líquido procedente de la fuente de calor 1, 53, 54 es adecuado para evaporarse en el evaporador 21, debe colocarse un intercambiador de calor entre la fuente de calor y la bomba de arranque (40, 41, 42). De este modo, aún puede utilizarse el medio de accionamiento ideal en el aparato. Algunos antiguos sistemas de calentamiento urbano utilizan detergentes a base de jabón, lo cual detiene las turbinas. Debería utilizarse entonces un intercambio térmico, donde la bomba de arranque (40, 41,42) aún regula la presión del líquido, controlando así donde se genera el vapor.

La Figura 12 ilustra una realización para la generación de calor. Las redes de calentamiento urbano 53', 54' y 53”, 54” son rejillas con diferente temperatura de rejilla, estando 53', 54' configuradas con una rejilla más baja que 53”, 54”. El agua de retorno 54” se introduce a través de la bomba de arranque 40 en el tanque de evaporación 21 del aparato. El tanque se calienta mediante el vapor que entra en la conexión 57 y que sale en la conexión 58 del compresor 9, permitiendo la generación directa de vapor super calentado. Este vapor se expande sobre el expansor 7 que gira el husillo 10 y el compresor conectado 9. El vapor de escape se condensa en 51 a través de la bomba de arranque 42, la cual suministra agua más fría procedente del suministro de agua de retorno 54'. A partir del suministro de avance frío 53', el agua entra en el aparato a través de una bomba de arranque 41 en el tanque de separación de fase 98. El compresor 9 aplica un vacío en el separador 98 que evapora el vapor y lo comprime. El gas comprimido calienta el tanque de evaporación 21 antes de condensarse en el segundo condensador 52, mediante condensación directa de pulverización. El agua no evaporada en el separador 98 se utiliza para el proceso en el segundo condensador 52, dando como resultado una fase de líquido más caliente. El agua caliente se bombea a través de una bomba de arranque 41 hacia la rejilla de calentamiento urbano, de avance, caliente 53”. Un motor 99 sujeto ya sea al expansor 7, al árbol 10 o al compresor 9, ayudaría en el procedimiento de encendido o permitiría también continuamente el encendido híbrido del aparato o para gestionar la velocidad de rotación del expansor 7, el árbol 10 o el compresor 9.

La Figura 13 ilustra una realización adicional que genera agua caliente para la rejilla de calentamiento urbano 53” accionada por la rejilla de avance más fría 53'. La energía se bombea desde el agua de retorno caliente 54” hacia la rejilla de avance 53”. La condensación de la expansión utiliza la rejilla de agua de retorno fría 54'. A partir de 53', el agua se suministra hacia la bomba de arranque 40 y hacia el tanque evaporador 21. El tanque se calienta mediante el vapor, que entra en la conexión 57 y sale en la conexión 58, a partir del compresor 9, permitiendo la generación directa de vapor super calentado. Este vapor se expande sobre el expansor 7 que gira el árbol 10 y el compresor conectado 9. El vapor de escape se condensa en el primer condensador 51 mediante una bomba de arranque 42, la cual suministra agua más fría, procedente del suministro de agua de retorno 54'.

A partir del suministro de retorno caliente 54”, entra agua al aparato a través de la bomba de arranque 41 hacia el tanque de separación de fase 98. El compresor 9 aplica un vacío al separador 98 que evapora el vapor y lo comprime. El gas comprimido calienta el tanque de evaporación 21 antes de condensarse en el segundo condensador 52 mediante condensación de pulverización directa. El agua no evaporada en el evaporador 21 se utiliza para el proceso de condensación en el segundo condensador 52, dando como resultado una fase de líquido más caliente. El agua caliente se bombea a través de la bomba de arranque 40 hacia la rejilla de calentamiento urbano, de avance, caliente, 53”. Un motor 99 sujeto ya sea al expansor 7, el árbol 10 o el compresor 9, ayudaría en el procedimiento de encendido o permitiría también continuamente el encendido híbrido del aparato o se utilizaría para gestionar la velocidad de rotación del expansor 7, el árbol 10 o el compresor 9. Como alternativa, la línea de retorno 54' podría conectarse a la bomba de arranque 42 y la línea de retorno 54” podría conectarse a la bomba de arranque 41.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de la colocación de la bomba de energía 80 en conexión a un sistema de suministro de agua caliente, conectado además a los usuarios finales 82 que son hogares de familias individuales, complejos de apartamentos, oficinas comerciales y/o edificios industriales. Esta invención es completamente escalable desde una sola casa hasta rejillas enteras, similares, de grupos de calentamiento urbano. Se proporciona calor en exceso mediante una planta de calentamiento urbano 81, un parque solar o industria con calor de proceso en exceso, a través de tuberías de agua caliente. En el presente documento se ilustra con 60 °C, que salen de una planta de calentamiento urbano 81 que entran en la bomba de energía 80. La energía se bombea desde, por ejemplo, el agua de retorno a 40 °C hacia la corriente de vapor, dando como resultado 70 °C y retornando 30°C a la planta de calentamiento urbano. En esta realización, la rejilla se aumenta en el extremo de ida de la rejilla de tubería. De este modo, las pérdidas debido, a la pérdida de calor de la tubería al entorno, se reducen enormemente ya que se reduce la temperatura de la corriente de avance que recorre la distancia más larga. Otra realización colocaría la bomba de energía 80 en la entrada de la planta de calentamiento urbano 81. Para algunas plantas de calentamiento urbano 81, la temperatura de retorno es crítica, especialmente para las plantas de cogeneración que proporcionan tanto energía como calor, ya que el rendimiento de la generación de energía disminuye con la temperatura elevada en el agua de retorno. Al instalar una bomba de energía 80 que utiliza el agua de retorno como entrada, la temperatura del agua de retorno disminuye mediante transferencia de energía a la tubería de salida, asegurando así niveles óptimos de temperatura para la planta.

La Figura 15 ilustra un ejemplo de generación de energía. A partir de la fuente de calor 1, se transfiere energía térmica al aparato, a través de una conexión de fluido 5 hacia una cámara de evaporación 21, en la cual se genera una fase de gas y una fase líquida. El residuo líquido se conduce a través de la conexión 16b hacia la bomba de retorno 4a y retorna a la fuente de calor. La fase de gas se conduce a través de un expansor 7', el cual gira un compresor 9'. El escape procedente del expansor vuelve a calentarse en el intercambiador de calor 59. El compresor 9' separa la fase de gas y líquido en 98. La energía de evaporación se absorbe en el absorbedor 18. El compresor aumenta la temperatura de la fase de gas, la cual puede entonces transferir energía en el intercambiador de calor 59 hacia el ciclo de Rankine. Después de recalentar el escape procedente del expansor 7', se produce otra expansión en el expansor 7”. Cuando el expansor 7” se conecta a través del árbol 10” al generador 99, se produce energía eléctrica. El ciclo de Rankine del expansor 7” puede completarse mediante condensación de la fase de gas en el primer condensador 13a y el líquido retornado a la fuente de calor 1. Como alternativa, el proceso de recalentamiento con posterior expansión y generación de energía del gas de escape mediante intercambio térmico de un ciclo de Carnot puede repetirse numerosas veces para el máximo rendimiento posible de la generación de energía. La transferencia de energía a partir de la compresión puede provenir de un solo compresor o realizarse mediante varios compresores que introducen energía procedente de fuentes térmicas separadas, mediante absorción a través del absorbedor 18.

La Figura 16 ilustra un ejemplo de generación de energía. A partir de la fuente de calor 1, se transfiere energía térmica hacia el aparato a través de una conexión de fluido 5, hacia la cámara de evaporación 21, en la cual se genera una fase de gas y una fase líquida. El residuo líquido se conduce a través de la conexión 16b hacia la bomba de retorno 4a y de retorno a la fuente de calor. La fase de gas se conduce a través de un expansor 7', el cual gira un compresor 9'. El escape procedente del expansor se recalienta en el intercambiador de calor 59. El compresor 9' separa el gas y la fase líquida en 98. La energía para la evaporación se absorbe en 18. El compresor aumenta la temperatura de la fase de gas que puede transferir así energía en el intercambiador de calor 59 hacia el ciclo de Rankine. Después de recalentar el escape procedente del expansor 7', se produce otra expansión en el expansor 7”. Cuando el expansor 7” se conecta a través del árbol 10” al generador 99, se produce energía eléctrica. El ciclo de Rankine del expansor 7” puede completarse mediante condensación de la fase de gas en el primer condensador 13a y el líquido retornado a la fuente de calor 1. Como alternativa, el proceso de recalentamiento con posterior expansión y generación de energía del gas de escape mediante intercambio térmico de un ciclo de Carnot puede repetirse numerosas veces para el máximo rendimiento posible de generación de energía. La transferencia de energía a partir de la compresión puede ser desde un solo compresor o realizarse mediante varios compresores que introducen energía de fuentes térmicas separadas, mediante absorción a través del absorbedor 18.

Lista de números de referencia

1. línea de fuente de calor

4a. bomba

4b. bomba

5. línea de entrada de líquido

5a. primera línea

5b. segunda línea

5c. tercera línea

7. expansor

7'. expansor

7”. expansor

9. compresor

9'. compresor

10. árbol

13a. primer condensador

13b. segundo condensador

16. línea de salida

16a. primera línea de salida

16b. segunda línea de salida

16c. tercera línea de salida

18. absorbedor

21. evaporador

22. entrada del evaporador

23. salida de líquido del evaporador

24. salida de vapor del evaporador

25. entrada del expansor

26. salida del expansor

31. primera entrada del condensador

32. primera salida del condensador

33. primera línea de salida de líquido

40. bomba de arranque

41. bomba de arranque

42. bomba de arranque

51. primer condensador (condensador de pulverización)

52. segundo condensador (condensador de pulverización)

53. línea de suministro

53' línea de suministro de la primera rejilla

53” línea de suministro de la segunda rejilla

54. línea de retorno

54' línea de retorno de la primera rejilla

54” línea de retorno de la segunda rejilla

55. intercambiador de calor

56. intercambiador de calor

56. fuente de generación de calor

57. conexión

58. conexión

57-58 intercambiador de calor

59. intercambiador de calor

64. entrada del compresor

65. salida del compresor

68. línea de conexión entre el segundo condensador 52 y el separador 98 69. segunda salida del segundo condensador

70. entrada de gas del segundo condensador

71. salida de líquido del segundo condensador

73. primera entrada al separador

74. segunda entrada

75. segunda entrada (del absorbedor)

76. salida de gas del separador

77. salida de líquido del separador

78. entrada del absorbedor

79. salida del absorbedor

80. aparato de bomba de calor

81. planta de calentamiento urbano

82. usuarios

85. segunda entrada al segundo condensador

91. condensador

92. separador de entrada de líquido 98'

93. separador de entrada de líquido 98

94. segundo condensador de entrada de líquido

95. separador de salida de líquido 98

98. separador

99. motor, generador

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de bomba de calor que comprende:

- un evaporador, tal como un tanque de evaporación (21), configurado para evaporar por evaporación directa un líquido recibido de una fuente externa de líquido a través de una línea de entrada de líquido (5) y una entrada (22) del evaporador hacia una cámara de evaporación, siendo la presión en la cámara de evaporación inferior a la presión en la línea de entrada de líquido (5) y lo suficientemente baja para evaporar el líquido que entra en la cámara de evaporación, es decir, la presión en la cámara de evaporación es tal que la temperatura de evaporación del líquido asociada con la presión es inferior a la temperatura del líquido que entra en la cámara de evaporación a través de la entrada (22) del evaporador y que permite la generación de un vapor presurizado que sale del evaporador a través de una salida de vapor (24) del evaporador, comprendiendo adicionalmente el evaporador una salida de líquido (23) del evaporador,

- un expansor (7) que tiene una entrada (25) del expansor y una salida (26) del expansor, teniendo la entrada (25) del expansor una conexión de fluido hacia la salida de vapor (24) del evaporador para recibir vapor presurizado, procedente de la evaporación para accionar el expansor (7),

- un compresor (9) que tiene una entrada (64) del compresor y una salida (65) del compresor, estando el compresor (9) operativamente accionado por el expansor (7) para comprimir un gas a partir de un gas de entrada a baja temperatura, de baja presión en la entrada (64) del compresor hasta un gas de salida a temperatura elevada, de alta presión, en la salida (65) del compresor,

- un primer condensador (13a, 51) que tiene una primera entrada (31) del condensador y una primera salida (32) del condensador, teniendo la primera entrada (31) del condensador una conexión de fluido hacia la salida del expansor (26) y estando configurada para condensar el fluido recibido del expansor (7) y estando la primera salida (32) del condensador conectada a una primera línea de salida de líquido (16a, 33).

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un segundo condensador (13b, 52) que tiene una segunda entrada de gas (70) del condensador y una segunda salida de líquido (71) del condensador, teniendo la segunda entrada de gas (70) del condensador una conexión de fluido hacia la salida (65) del compresor, a través de la cual el gas de salida a temperatura elevada, de alta presión, sale del compresor (9).

3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la segunda salida (71) del condensador tiene una conexión de fluido hacia un sistema de evaporación.

4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el sistema de evaporación comprende un absorbedor (18) que tiene una entrada (78) del absorbedor y una salida (79) del absorbedor, teniendo la entrada (78) del absorbedor una conexión de fluido hacia la segunda salida (71) del condensador, estando la salida (79) del absorbedor conectada a la entrada (64) del compresor, a través de la cual entra en el compresor el gas a baja temperatura, de baja presión.

5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el sistema de evaporación comprende un separador de líquido-gas (98) que separa al líquido del gas y que tiene una primera entrada (73) y una segunda entrada (75), una salida de gas (76) del separador y una salida de líquido (77) del separador,

teniendo la salida de gas (76) del separador una conexión de fluido hacia la entrada (64) del compresor, a través de la cual el gas a baja temperatura, de baja presión, entra en el compresor (9),

teniendo la salida de líquido (77) del separador una conexión de fluido hacia una entrada (78) del absorbedor de un absorbedor que tiene una salida (79) del absorbedor

la primera entrada (73) del separador (98) tiene una conexión de fluido hacia la segunda salida (71) del condensador, y

la segunda entrada (75) del separador (98) tiene una conexión de fluido hacia la salida del absorbedor (18).

6. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-5, en donde el segundo condensador es un condensador de pulverización (52) que tiene adicionalmente una segunda entrada (74) de suministro de líquido de un líquido que tiene una primera temperatura, y donde la condensación de pulverización del gas de salida a temperatura elevada, de alta presión, con el líquido que tiene la primera temperatura, proporciona un aumento de temperatura de modo que el líquido que sale del segundo condensador (52) a través de una segunda salida de líquido (69) del mismo tenga una segunda temperatura que es superior a la primera temperatura.

7. Un aparato de acuerdo con las reivindicaciones precedentes, en donde la fuente externa de líquido es un sistema de ciclo de líquido que comprende una primera línea de suministro de fuente externa (53) y una primera línea de retorno de fuente externa (54).

8. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, en donde el separador de gas-líquido (98) tiene una conexión de fluido hacia el segundo condensador (52) y la segunda salida de líquido (69) del segundo condensador se conecta a la primera línea de salida de líquido (33) que está en conexión de fluido con la fuente externa de líquido.

9. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-6 y 8, en donde la salida (65) del compresor se conecta fluídicamente con el segundo condensador (13b, 52), que es opcionalmente un condensador de pulverización (52) a través de un intercambiador de calor (55; 57-58) dispuesto sobre una pared del evaporador (21) o en la cámara de evaporador del evaporador (21).

10. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dos o más expansores (7', 7'') se disponen en serie, estando el primer expansor (7') accionado por el flujo de escape del evaporador (21) y estando el segundo expansor (7'') accionado por el flujo de escape del primer expansor.

11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el primer expansor (7') se conecta en accionamiento a un compresor (9') y el segundo expansor (7'') se conecta en accionamiento a un generador (99).

12. Aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en donde un intercambiador de calor (59) se dispone entre la línea de salida de fluido del compresor (9) y la línea de escape del primer al segundo expansor (7', 7'').

13. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde uno o más expansores (7', 7'') se disponen en paralelo, estando ambos configurados para ser accionados por los respectivos flujos de escape del evaporador (21) y configurados para conectarse en accionamiento a los respectivos compresores (9', 9''), dispuestos en serie, suministrándose gas de escape procedente del primer compresor hacia el segundo compresor.

14. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde un motor auxiliar (99) se conecta al expansor o compresor para ayudar en los procedimientos de encendido o durante los procedimientos de funcionamiento continuo.

15. Red de calentamiento urbana que comprende:

una primera fuente externa de líquido que es una primera rejilla y una segunda fuente externa de líquido que es una segunda rejilla, comprendiendo la primera rejilla una primera línea de suministro de rejilla (53') y una primera línea de retorno de rejilla (54'), y comprendiendo la segunda rejilla una segunda línea de suministro de rejilla (53'') y una segunda línea de retorno de rejilla (54''),

siendo la primera línea de suministro de rejilla (53') más fría que la segunda línea de suministro de rejilla (53'') y siendo la primera línea de retorno de rejilla (54'') más fría que la segunda línea de retorno de rejilla (54''), estando las líneas de la primera y la segunda rejilla conectadas a un aparato de bomba de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, comprendiendo adicionalmente el aparato de bomba de calor:

un separador de gas-líquido (98), configurado para separar gas del líquido y que tiene una entrada de líquido (93) y una salida de líquido (92) y una salida de gas (76) que tiene una conexión de fluido hacia la entrada del compresor (64).

16. Red de calentamiento urbana de acuerdo con la reivindicación 15, en donde

la primera línea de entrada de líquido (5) al evaporador (21) tiene una conexión de líquido hacia la línea de retorno (54'') de la segunda rejilla,

la entrada de líquido (93) del separador (98) tiene una conexión de fluido hacia la línea de suministro (53') de la primera rejilla,

una entrada de líquido (94) del segundo condensador (52) tiene una conexión de fluido hacia la salida de líquido (92) del separador (98),

la salida de líquido (23) del evaporador (21) tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno (54')' de la segunda rejilla,

la segunda salida de líquido (33) del segundo condensador (52) tiene una conexión de fluido hacia la línea de suministro (53'') de la segunda rejilla, y

la línea de salida de líquido (33) del primer condensador (51) tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno (54') de la primera rejilla.

17. Red de calentamiento urbana de acuerdo con la reivindicación 15, en donde

la línea de entrada de líquido (5) al evaporador (21) tiene una conexión de fluido hacia la línea de suministro (53') de la primera rejilla,

la entrada de líquido (93) al separador (98) tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno (54'') de la segunda rejilla,

la salida de líquido (92) del separador (98) tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno (54'') de la segunda rejilla,

la salida de líquido (23) del evaporador tiene una conexión de fluido hacia el segundo condensador (52), el segundo condensador (52) tiene una salida de fluido hacia la línea de suministro (53'') de la segunda rejilla y la línea de salida de líquido (33) del primer condensador (51) tiene una conexión de fluido hacia la línea de retorno (54') de la primera rejilla.