ES2968715T3 - Dispositivo para la realización segura de un ciclo termodinámico Clausius-Rankine de giro a la izquierda con R290 como fluido de trabajo - Google Patents

Dispositivo para la realización segura de un ciclo termodinámico Clausius-Rankine de giro a la izquierda con R290 como fluido de trabajo Download PDF

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Abstract

Dispositivo para la realización segura de un ciclo termodinámico izquierdo mediante un fluido de trabajo inflamable, que es conducido en una circulación de fluido de trabajo cerrada y herméticamente cerrada, que comprende al menos un compresor para el fluido de trabajo, al menos un dispositivo de expansión para el fluido de trabajo, al menos dos intercambiadores de calor para fluido de trabajo, cada uno con al menos dos conexiones y líneas para fluidos caloportadores, un edificio con dos conexiones y líneas para fluidos caloportadores, una carcasa cerrada, que incluye todos los dispositivos conectados a la circulación cerrada del fluido de trabajo y puede incluir otros dispositivos, siendo la carcasa instalada y ventilada fuera del edificio, las dos líneas para los fluidos de transferencia de calor desde la carcasa a través de un espacio libre son conducidas al edificio, y dos líneas para los fluidos del intercambiador de calor son conducidas desde la carcasa por encima del tierra desde la carcasa hasta la fuente de calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para la realización segura de un ciclo termodinámico Clausius-Rankine de giro a la izquierda con R290 como fluido de trabajo
La invención se refiere a un dispositivo para realizar de forma segura un ciclo termodinámico de Clausius-Rankine de giro a la izquierda que funciona con R290 como fluido de trabajo.
En particular, la invención se refiere a condiciones irregulares en circuitos de refrigeración en los que un fluido de trabajo que actúa como refrigerante se conduce en un ciclo termodinámico, tal como el ciclo de Clausius-Rankine. Se trata principalmente de bombas de calor, instalaciones de climatización y dispositivos de refrigeración que se utilizan habitualmente en edificios residenciales. Por edificios residenciales se entienden casas privadas, complejos de casas de alquiler, hospitales, hoteles, restaurantes y edificios residenciales y comerciales combinados en los que las personas viven y trabajan permanentemente, a diferencia de los dispositivos móviles como, por ejemplo, instalaciones de climatización de vehículos o cajas de transporte, o incluso instalaciones industrialeso dispositivos médicos. Lo que estos ciclos tienen en común es que utilizan energía para generar calor o frío útil y formar sistemas de desplazamiento de calor.
Los ciclos termodinámicos utilizados se conocen desde hace mucho tiempo, así como los problemas de seguridad que pueden surgir al utilizar fluidos de trabajo adecuados. Aparte del agua, los fluidos de trabajo más conocidos en aquella época eran inflamables y tóxicos. En el siglo pasado, llevaron al desarrollo de refrigerantes seguros elaborados a partir de hidrocarburos fluorados. Sin embargo, resultó que estos refrigerantes seguros provocan el calentamiento global y que su inocuidad relacionada con la seguridad conducía a un descuido en el diseño. Hasta el 70 % de las ventas se debieron a la necesidad de rellenar instalaciones con fugas y sus pérdidas por fugas, lo que se aceptó siempre que se considerara económicamente justificable en casos individuales y promoviera la necesidad de adquirir repuestos.
Por este motivo, el uso de estos refrigerantes ha estado sujeto a restricciones, en la Unión Europea por ejemplo a través del Reglamento (UE) 517/2014 sobre gases fluorados.
Por lo tanto, es extremadamente problemático, por un lado, adoptar los principios de diseño para los procesos termodinámicos que transportan refrigerante, que aparentemente han demostrado funcionar bien con refrigerantes seguros, y, por otro lado, aprovechar los conceptos de instalación de la época antes de que se introdujeran los refrigerantes seguros. Esto también se debe a que los dispositivos individuales se han convertido en instalaciones complejas, lo que ha multiplicado las posibilidades de que se produzcan fallos de funcionamiento y sus consecuencias. Para las instalaciones ubicadas en edificios existen numerosos requisitos en cuanto al concepto de seguridad, lo que supone un esfuerzo adicional considerable. Sólo en casos excepcionales, como por ejemplo en algunas bombas de calor aire/agua, se conocen formas de realización que no han sido instaladas en edificios de viviendas, aunque generan su calor o frío para edificios de viviendas.
En el documento JPÜ 2000 283 597 A se presenta una instalación que muestra una bomba de calor instalada en el exterior con un ciclo termodinámico de giro a la izquierda, que conduce un fluido caloportador del circuito a un edificio residencial y otro fluido caloportador del circuito a una fuente de calor. Sin embargo, la bomba de calor no funciona con un fluido de trabajo inflamable y, por lo tanto, no es necesario tomar precauciones para evitar que las salidas de fluido de trabajo relacionadas con fugas contaminen el fluido de transferencia de calor o provoquen una mezcla explosiva en la carcasa instalada en el exterior.
El documento EP 3312531 A1 describe una bomba de calor que funciona con un fluido de trabajo inflamable y en la que el aire fluye como portador de calor a través de una unidad exterior que contiene todas las piezas que contienen el fluido de trabajo. La unidad exterior está conectada a una unidad interior en un edificio con un fluido caloportador, calentándose el fluido caloportador en la caja exterior. El documento WO 2010/070842 A1 también describe una bomba de calor que funciona con un fluido de trabajo inflamable y en la que se hace circular aire como portador de calor a través de una unidad exterior, que contiene todas las piezas que contienen el fluido de trabajo. La unidad exterior está conectada a una unidad interior en un edificio con un fluido caloportador, a través del cual también fluye aire para disipar el calor dentro del edificio.
Por lo tanto, el objetivo de la invención, basándose en el estado de la técnica conocido, es ahorrar el considerable esfuerzo necesario para las bombas de calor instaladas en edificios residenciales. El concepto también debería ser aplicable a otras aplicaciones que lleven a cabo ciclos correspondientes, como por ejemplo:
• refrigeradores domésticos,
• congeladores domésticos,
• secadora doméstica,
• combinaciones de frigorífico y congelador domésticos,
cámaras de refrigeración para hoteles y restaurantes,
cámaras congeladoras para hoteles y restaurantes,
instalaciones de climatización para el hogar, hostelería y restauración,
generación de agua caliente para viviendas, hoteles y restaurantes,
calefacción para casas, hoteles y restaurantes,
sistemas de piscinas y saunas para viviendas, hoteles y restaurantes,
instalaciones combinadas para las aplicaciones antes mencionadas,
aunque esta lista no está completa.
La invención resuelve este problema mediante un dispositivo para la implementación segura de un ciclo termodinámico de Clausius-Rankine de giro a la izquierda, que funciona con R290 como fluido de trabajo y que se conduce en una circulación de fluido de trabajo cerrada y herméticamente sellada que presenta
• al menos un compresor para el fluido de trabajo,
• al menos un dispositivo de expansión para el fluido de trabajo,
• al menos dos intercambiadores de calor para el fluido de trabajo, cada uno con al menos dos conexiones y conductos para salmuera como fluido caloportador
• un edificio con dos conexiones y líneas para salmuera como fluido caloportador,
• una carcasa cerrada,
<o>que incluye todos los dispositivos conectados a la circulación cerrada del fluido de trabajo y puede incluir otros dispositivos,
<o>y que está cerrada de tal manera que no puedan entrar animales ni objetos extraños, ni personas no autorizadas puedan abrirlo fácilmente,
<o>también está insonorizada, pero no es estanca a los gases, y tiene una pequeña abertura de salida en la zona inferior,
• colocándose la carcasa fuera del edificio,
• los dos conductos para salmuera como fluido intercambiador de calor son conducidos desde la carcasa a través de un espacio libre hasta el edificio, y
• que dos conductos para salmuera como fluido intercambiador de calor se guían fuera de la carcasa por encima del suelo desde la carcasa hasta la fuente de calor,
• se proporciona un condensador de doble pared (3), cuya rendijade fuga está conectado a un desgasificador (18), y
• la purga del desgasificador (18) se realiza en la carcasa (6).
En las configuraciones de la invención está previsto que como fuente de calor esté conectado un circuito de salmuera con conductos enterrados o un circuito de agua con aprovechamiento de aguas subterráneas y un intercambiador de calor intermedio. Como fuente de calor también se puede conectar una fuente de calor tendida en la superficie, como por ejemplo, colectores solares térmicos en un garaje o en el tejado. Por supuesto, todas las configuraciones también se pueden utilizar en combinación.
Otras configuraciones se refieren al caso en el que podría escaparse fluido de trabajo inflamable a causa de una fuga. Es importante evitar que el fluido de trabajo filtrado se acumule o fluya hacia los sumideros. Para ello puede estar previsto que la carcasa esté elevada y no se encuentre cerca de sumideros del suelo. Además, el fluido de trabajo que caede la carcasa puede salir de la carcasa por la abertura de salida según la invención en la zona inferior de la carcasa.
Dado que la circulación del fluido de trabajo normalmente está bajo una presión más alta que la circulación del fluido caloportador, las fugas en el evaporador o condensador provocarían que el fluido de trabajo burbujee en el portador de calor y, si no es soluble, formará una fase gaseosa. Esta fase gaseosa se elimina con un desgasificador según la invención, realizándose la desgasificación final al aire libre, ya que entonces no existe riesgo de ignición debido a la fuerte dilución con aire. Sin embargo, si el gas se ventila directamente al exterior en caso de heladas severas, existe el riesgo de que se forme hielo y sería necesario calentar el circuito. Por lo tanto, según lo previsto en el marco de la invención, es mejor disponer también el desgasificador en la carcasa.
Por lo tanto, se utiliza un intercambiador de calor de doble pared como condensador. Las placas individuales se componen de dos placas extremadamente finas y forman así una ranura de fuga estrecha y segura. Normalmente no está presurizado, mientras que tanto el fluido de trabajo como el fluido caloportador están bajo presión. En caso de defecto, por ejemplo rotura de placa o corrosión, se garantiza que el fluido de trabajo o el fluido caloportador, según dónde se produzca la fuga, se dirija visiblemente hacia el exterior sin que pueda producirse una mezcla. A continuación, el fluido de trabajo gaseoso que sale también se descarga a la fuerza en la carcasa y se ventila fuera de allí.
La invención se explica con más detalle a continuación mediante tres bocetos básicos. Muestran aquí:
figura 1, una primera variante de realización para una bomba de calor de agua/salmuera instalada en el exterior,
figura 2, una segunda variante de realización para una bomba de calor de agua y salmuera instalada en el exterior,
figura 3, una tercera variante de realización para una bomba de calor agua/agua instalada en el exterior.
La figura 1 muestra una primera variante de realización para una bomba de calor instalada en el exterior con ayuda de un boceto básico. Aquí se muestra un circuito de refrigeración 1 con un compresor 2, un condensador 3, un reductor de presión 4 y un evaporador 5 en una carcasa 6, que juntos forman la bomba de calor. Toda la carcasa 6 está situada sobre el suelo 7 en el exterior de un edificio 8. El flujo de disipador de calor 9 y la conexión del disipador de calor 10 salen de la parte superior de la carcasa 6 y se conducen al edificio 8, donde se conectan con el dispositivo de calefacción y agua caliente 11. El tendido de conducto es arbitrario, pero los conductos deben estar bien aislados.
La conexión a la fuente de calor se realiza al lado de la carcasa 6. Para ello, la carcasa presenta una conexión de fuente de calor 12 y un flujo de fuente de calor 13. La fuente de calor es salmuera, que circula en un circuito de salmuera 14 en conductos que normalmente están tendidos en el suelo.
La carcasa 6 está cerrada de modo que no puedan entrar animales ni objetos extraños, ni personas no autorizadas puedan abrirla fácilmente. También es insonorizado, pero no estanco a los gases. Una buena ventilación y una pequeña abertura de salida 15 en la zona inferior de la carcasa 6 garantizan que en el interior de la carcasa 6 no pueda formarse ninguna mezcla inflamable de aire con fluido de trabajo inflamable, ni siquiera en caso de fugas en el proceso de refrigeración 1.
En el conducto de flujo de disipador de calor 9, en el que el fluido caloportador calentado es conducido al dispositivo de calefacción y agua caliente 11, está previsto un desgasificador 18 que, en caso de fuga, extrae el fluido de trabajo del condensador 3 del fluido caloportador y lo descarga en la carcasa 6. Para proteger contra fugas, el condensador 3 está realizado con doble pared.
La figura 2 muestra una segunda variante de realización para una bomba de calor de agua/salmuera instalada en el exterior, que se diferencia de la bomba de calor de agua/ salmuera de la figura 1 únicamente en la disposición tendida en la superficie de los conductos de fuente de calor 14, aquí representados en el tejado de un garaje.
La figura 3 muestra una tercera variante de realización para una bomba de calor de agua/agua instalada externamente, que se diferencia de la bomba de calor de agua/salmuera de la figura 1 sólo en que presenta en la carcasa 6 un intercambiador de calor intermedio 16, que separa el agua subterránea circulante 16 del circuito de refrigeración 1. Cuando se utiliza agua subterránea como fuente de calor especialmente eficiente, los componentes del agua subterránea deben mantenerse alejados del evaporador de la bomba de calor, por lo que se necesita un intercambiador de calor intermedio 17.
Por supuesto, las tres fuentes de calor también se pueden combinar entre sí, siempre que la forma de realización resultante incluya todas las características de la reivindicación independiente 1 adjunta, y también sea posible invertir el proceso de enfriamiento para producir aire acondicionado frío en lugar de calor.
Lista de símbolos de referencia
1 circuito de refrigeración
2 compresor
3 condensador
reducción de presión
evaporador
carcasa
suelo
edificio
flujo del disipador de calor
conexión del disipador de calor
Aparato de calefacción y agua caliente.
conexión de fuente de calor
flujo de fuente de calor
ciclo de salmuera
abertura de salida
agua subterránea
intercambiador de calor intermedio
desgasificador

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para realizar de forma segura un ciclo termodinámico de Clausius-Rankine de giro a la izquierda (1) que se hace funcionar con R290 como fluido de trabajo, que se conduce en un circuito de fluido de trabajo cerrado y herméticamente sellado, que presenta
- al menos un compresor (2) para el 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 de ellos con al menos dos conexiones y conductos para salmuera como fluido caloportador (9, 10, 12, 13),
- un edificio (8) con dos conexiones y conductos para salmuera como fluido caloportador (9, 10),
- una carcasa cerrada (6),
- que comprende todos los equipos conectados al circuito cerrado de fluido de trabajo (1) y puede comprender equipos adicionales,
- y que esté cerrada de manera que no puedan entrar animales ni cuerpos extraños y que personas no autorizadas no puedan abrirlo fácilmente,
- además está insonorizada, pero no es estanca a los gases, y tiene una pequeña abertura de descarga en la zona inferior,
caracterizado por que
- la carcasa (6) está situada fuera del edificio (8),
- los dos conductos (9, 10) para la salmuera como fluido intercambiador de calor son conducidos desde la carcasa (6) a través de un espacio hacia el edificio (8),
-por quedos conductos (12, 13) para salmuera como fluido intercambiador de calor se guían fuera de la carcasa (6) por encima del suelo (7) desde la carcasa (6) hasta la fuente de calor (14, 16), - está previsto un condensador de doble pared (3), cuya rendija de fuga está conectada a un desgasificador (18), y
- la purga del desgasificador (18) se realiza en la carcasa (6).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,caracterizado por quecomo fuente de calor está conectado un circuito de salmuera (14) con conductos enterrados.
3. Dispositivo según la reivindicación 1,caracterizado por quecomo fuente de calor está conectado un circuito de salmuera (14) con conductos tendidos en la superficie.
4. Dispositivo según la reivindicación 1,caracterizado por quecomo fuente de calor está conectado un circuito de agua que utiliza agua subterránea (16) y un intercambiador de calor intermedio (17).
5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por quela carcasa (6) está elevada.
6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por queel desgasificador (18) también está previsto en un conducto (9), que conduce al edificio (8) con la conexión de transferencia de calor.
ES20162002T 2019-04-01 2020-03-10 Dispositivo para la realización segura de un ciclo termodinámico Clausius-Rankine de giro a la izquierda con R290 como fluido de trabajo Active ES2968715T3 (es)

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