MX2011010342A

MX2011010342A - Sistema de acondicionamiento de aire a partir de calor residual.

Info

Publication number: MX2011010342A
Application number: MX2011010342A
Authority: MX
Inventors: Yuval Berson; Amir Hirshfeld
Original assignee: Linum Systems Ltd
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2012-01-25
Also published as: WO2010113158A1; EP2414739A1; JP2012522959A; CN102365499A; CN102365499B; AU2010231526A1; JP5628892B2; BRPI1006298A2; KR20120004442A; US20120023982A1; KR101667075B1; US8726677B2

Abstract

La presente descripción proporciona un método y aparato para proporcionar acondicionamiento de aire a partir de una fuente de calor residual. Se proporciona un expansor en estado de vapor que produce trabajo mecánico, y una unidad de compresión es al menos parcialmente operativa en respuesta al rendimiento del trabajo mecánico del expansor en estado de vapor. En otra modalidad ejemplar se proporciona además un segundo expansor en estado líquido que produce un trabajo mecánico, la unidad de compresión operativa responde además al trabajo mecánico del expansor en estado líquido. El aparato descrito es capaz además de proporcionar calentamiento y enfriamiento de reserva desde una fuente de energía adicional cuando la fuente de calor residual es insuficiente.

Description

SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE A PARTIR DE CALOR RESIDUAL Referencia Cruzada con las Solicitudes Relacionadas Esta solicitud reivindica la prioridad en la Solicitud de Patente Provisional de E.U. No. de Serie 51/165,533, presentada el 1 de abril de 2009, del nombre anterior, el contenido completo de la cual se incorpora en la presente mediante la referencia.

Campo Técnico La presente exposición se refiere en general al campo de acondicionamiento de aire y en particular a un sistema y método para proporcionar acondicionamiento de aire a partir de calor residual preferentemente utilizando una combinación de un expansor en fase liquida y un expansor en fase de vapor.

TÉCNICA ANTECEDENTE Muchos procesos industriales producen calor residual de baja temperatura, típicamente menos de 150°C, lo cual es típicamente demasiado bajo para utilizarse para efectuar trabajo útil. Ciertos ciclos termodinámicos , tales como refrigeración por absorción, pueden proporcionar enfriamiento ambiental a partir de fuentes de calor de bajo grado. De manera similar, la energía térmica solar, recibida en un colector solar tal como uno de tipo concentración o uno tipo tubo al vacío, típicamente es del orden de calor - - residual, y se ha empleado en enfriadores de absorción para proporcionar enfriamiento ambiental. Desafortunadamente, los ciclos de refrigeración de absorción utilizados típicamente sufren de ineficiencia y son incapaces típicamente de lograr un coeficiente térmico de desempeño (COP) mayor a aproximadamente 0.7, en donde el término COP se define como AQcold/AQin, en donde AQcold se define como el cambio en calor de la carga y AQin se define como el calor consumido por el sistema de enfriamiento. En el acondicionamiento de aire por compresión de vapor, el COP se define como AQcold/AW y se encuentra típicamente en el orden de 3 - 3.5, en donde AQcold se define como arriba y AW se define como el trabajo eléctrico consumido por el sistema de enfriamiento. Además, los sistemas A/C (acondicionamiento de aire) accionados por calor residual del estado actual de la técnica, tales como los enfriadores por absorción que utilizan el ciclo de refrigeración por absorción, son incapaces de operar en la ausencia de calor residual suficiente, y por lo tanto requieren de un sistema adicional completo de respaldo.

La Patente de E.U. 6, 581, 384, expedida el 24 de junio de 2003 para Benson, los contenidos completos de la cual se incorporan en la presente mediante la referencia, se dirige a un proceso y aparato para utilizar calor residual para alimentar un ciclo termodinámico reconfigurable que puede utilizarse para enfriar o calentar selectivamente un espacio ambientalmente controlado, tal como una habitación o un edificio. De manera desventajosa, el sistema de Benson requiere, ínter alia, una válvula de cinco vías que se suma al costo y a la complejidad. Además, el sistema de Benson exhibe un COP total bajo, es incapaz de operar en la ausencia de calor residual o energía residual y opera a temperaturas de aproximadamente 200°C (400 °F) lo que incrementa el costo.

Lo que se desea es un método y sistema para proporcionar acondicionamiento de aire a partir de calor residual que exhiba un coeficiente de desempeño total mejorado, preferentemente con la capacidad de proporcionar además calentamiento y enfriamiento de respaldo cuando la fuente de calor residual no se encuentre disponible.

SUMARIO DE LA INVENCION En vista de la exposición arriba proporciona y de otras consideraciones la presente exposición proporciona métodos y aparatos para superar algunas o . todas las desventajas de los métodos anteriores y actuales para proporcionar acondicionamiento de aire a partir de calor residual. Otras nuevas y útiles ventajas de los presentes métodos y aparatos se describirán también en la presente y pueden apreciarse por los expertos en la técnica.

En una modalidad ejemplar se proporciona un expansor en estado de vapor que produce trabajo mecánico y una unidad de compresión que es al menos parcialmente - - operativa en respuesta al rendimiento de trabajo mecánico del expansor en estado de vapor. En otra modalidad ejemplar se proporciona además un segundo expansor en estado liquido que produce trabajo mecánico, la unidad de compresión funciona además en respuesta al trabajo mecánico del expansor en estado liquido.

En una modalidad ejemplar se proporciona un aparato operativo para proporcionar acondicionamiento de aire, que comprende: un elemento de control, un primer termopermutador; un primer expansor dispuesto para producir trabajo mecánico en -respuesta a un refrigerante en un estado de vapor recalentado, estando el primer expansor acoplado a la salida del primer termopermutador; una unidad de compresión impulsada al menos parcialmente en respuesta al trabajo mecánico producido del primer expansor; un condensador; y un evaporador, en donde en un modo de enfriamiento por calor residual el elemento de control se dispone para: alimentar la salida del primer expansor hacia el condensador; alimentar una primera porción de la salida del condensador hacia el primer termopermutador; alimentar una segunda porción expandida de la salida del condensador hacia el evaporador; alimentar la salida del evaporador hacia la unidad de compresión; y alimentar la salida de la unidad de compresión hacia la entrada del condensador.

En una modalidad adicional la unidad de compresión comprende un compresor que responde al trabajo mecánico producido por el primer expansor y un compresor adicional impulsado por energía y en donde en un modo de enfriamiento por calor residual soportado por una fuente de energía adicional el elemento de control se dispone para: alimentar una primera porción de la salida del evaporador hacia el compresor en respuesta al trabajo mecánico producido por el primer expansor; y alimentar una segunda porción de la salida del evaporador hacia el compresor impulsado por energía adicional. En aún una modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente : un segundo termopermutador , dispuesto para calentar el refrigerante que fluye a través del mismo; y un segundo expansor, estando el segundo expansor dispuesto para producir trabajo mecánico en respuesta al refrigerante en un estado líquido, estando la unidad de compresión impulsada además al menos parcialmente en respuesta al trabajo mecánico producido del segundo expansor; en donde en un modo de enfriamiento por calor residual de estado dual combinado, el elemento de control se dispone para: alimentar la salida del condensador hacia el segundo termopermutador; alimentar la primera porción de la salida del condensador de la salida del segundo termopermutador hacia el primer termopermutador; alimentar la segunda porción de la salida del condensador de la salida del segundo termopermutador en un estado líquido hacia el segundo expansor; alimentar la salida del segundo expansor a la entrada del evaporador, alimentando mediante esto la segunda porción expandida al evaporador.

En aún otra modalidad adicional, en el modo de enfriamiento por calor residual de estado dual combinado, la presión de la salida del primer expansor es consonante con la presión de la salida de la unidad de compresión. En aún otra modalidad adicional el primer termopermutador y el segundo termopermutador se disponen para transferir calor desde una sola fuente de calor residual. En aún otra modalidad adicional la fuente de calor residual es un colector solar.

En una modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente una bomba que responde al elemento de control en donde en el modo de enfriamiento por calor residual de estado dual combinado, el elemento de control se dispone para impulsar el refrigerante hacia el segundo termopermutador a través de la bomba. En otra modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente una bomba que responde al elemento de control y en donde en un modo de calentamiento impulsado por calor residual, el elemento de control se dispone para: impulsar el refrigerante hacia el segundo termopermutador a través de la bomba; alimentar el refrigerante que sale del segundo termopermutador hacia el primer termopermutador; y alimentar la salida del evaporador hacia la entrada de la bomba .

. En una modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente : un segundo termopermutador, dispuesto para enfriar un refrigerante que fluye a través del mismo; y un segundo expansor, estando dispuesto el segundo expansor para producir trabajo mecánico en respuesta al refrigerante en un estado liquido, siendo la segunda unidad de compresión además impulsada al menos parcialmente en respuesta al . trabajo mecánico producido del segundo expansor, estando el segundo expansor acoplado a la salida del segundo termopermutador; en donde en un modo de enfriamiento por calor residual de estado combinado el elemento de control se dispone para: alimentar la segunda porción de la salida del condensador hacia el segundo termopermutador; y alimentar la salida del segundo expansor hacia la entrada del evaporador, alimentando mediante esto la segunda porción expandida en el evaporador.

En aún una modalidad adicional, en el modo de enfriamiento por calor residual de estado combinado, la presión de la salida del primer expansor es consonante con la presión de la salida de la unidad de compresión. En aún otra modalidad adicional el primer termopermutador se dispone para transferir calor desde un colector solar. En aún otra modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente una bomba que responde al elemento de control y en donde en un modo de calentamiento impulsado por calor residual el elemento de control se dispone para: alimentar, mediante la - - bomba, la salida del evaporador hacia el primer termopermutador ; y alimentar la salida del primer expansor hacia la entrada del evaporador.

En una modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente una válvula de expansión, en donde en un modo adicional de enfriamiento impulsado por energía el elemento de control se dispone para: alimentar la salida del evaporador hacia la entrada de la unidad de compresión; alimentar la salida de la unidad de compresión hacia la entrada del condensador, y alimentar la salida del condensador hacia el evaporador mediante la válvula de expansión. En otra modalidad adicional el aparato comprende adicionalmente una válvula de expansión, en donde en un modo adicional de calentamiento impulsado por energía, el elemento de control se dispone para: alimentar la salida del condensador hacia la entrada de la unidad de compresión, alimentar la salida del segundo compresor hacia la entrada del evaporador; y alimentar la salida del evaporador hacia la entrada del condensador mediante la válvula de expansión.

Independientemente las modalidades proporcionan además un método para proporcionar acondicionamiento de aire que comprende un modo de enfriamiento por calor residual, comprendiendo el modo de enfriamiento por calor residual en estado de vapor: proporcionar un refrigerante; calentar una primera porción del refrigerante proporcionado hasta un - - estado de vapor; expandir la primera porción calentada en estado de vapor del refrigerante proporcionado, para producir un primer trabajo mecánico; evaporar una segunda porción del refrigerante proporcionado para proporcionar enfriamiento; comprimir la segunda porción evaporada del refrigerante proporcionado, al menos parcialmente en respuesta al primer trabajo mecánico producido; y condensar la segunda porción comprimida y la primera porción expandida a un estado' liquido .

En una modalidad adicional la compresión responde adicionalmente a una fuente de energía adicional. En otra modalidad adicional la expansión de la primera porción calentada en estado de vapor del refrigerante proporcionado, es a una presión consonante con la presión de la segunda porción evaporada comprimida.

En una modalidad adicional el método comprende adicionalmente: presurizar el refrigerante condensado en estado líquido. En aún una modalidad adicional el modo de enfriamiento por calor residual se constituye de un modo de enfriamiento por calor residual de estado dual combinado, el modo de enfriamiento por calor en estado dual combinado comprende además: calentar la segunda porción del refrigerante proporcionado, mientras se mantiene el refrigerante proporcionado en un estado líquido; y expandir la segunda porción calentada en el estado líquido para - - producir un segundo trabajo mecánico, en donde la compresión responde además al segundo trabajo mecánico producido y en donde la evaporación es de la segunda porción calentada expandida .

En aún otra modalidad adicional, el calentamiento de la primera porción y el calentamiento de la segunda porción responden a una sola fuente de calor residual. En aún otra modalidad adicional, la fuente de calor residual es un colector solar.

En una modalidad adicional el modo de enfriamiento por calor residual se constituye de un modo de enfriamiento por calor residual de estado combinado, comprendiendo además el modo de enfriamiento por calor residual en estado combinado: enfriar la segunda porción del refrigerante proporcionado; y expandir la segunda porción enfriada para producir un segundo trabajo mecánico, en donde la compresión responde además al segundo trabajo mecánico producido y en donde la evaporación es de la segunda porción enfriada expandida. En otra modalidad adicional el método comprende adicionalmente un modo de calentamiento impulsado por calor residual, comprendiendo el modo de calentamiento impulsado por calor residual: calentar el refrigerante proporcionado, a un estado de vapor; expandir el refrigerante en estado de vapor; y condensar el refrigerante en estado de vapor expandido proporcionando mediante esto calentamiento.

En una modalidad adicional el método comprende adicionalmente un modo de enfriamiento adicional impulsado por energía, comprendiendo el modo de enfriamiento adicional impulsado por energía: comprimir el refrigerante proporcionado en un estado de vapor que responde a una fuente de energía adicional; condensar el refrigerante en estado de vapor comprimido a un estado líquido; expandir el refrigerante en estado líquido, y evaporar el refrigerante expandido al estado de vapor proporcionado mediante esto enfriamiento. En otra modalidad adicional el método comprende adicionalmente un modo de calentamiento adicional impulsado por energía, comprendiendo el modo de calentamiento adicional impulsado por energía: comprimir el refrigerante proporcionado en un estado de vapor que responde a una fuente de energía adicional; condensar el refrigerante proporcionado en estado vapor comprimido a un estado líquido para proporcionar mediante esto calentamiento; expandir el refrigerante proporcionado en estado líquido; y evaporar el refrigerante proporcionado en estado líquido expandido al estado de vapor.

Las características y ventajas adicionales de la invención serán aparentes a partir de los siguientes dibujos y descripción.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un mejor entendimiento de la invención y para - - mostrar cómo se puede llevar a cabo la misma, se hará ahora referencia, solamente a manera de ejemplo, a los dibujos acompañantes en los cuales los numerales similares designan elementos o secciones correspondientes en los mismos.

Con referencia especifica ahora a los dibujos en detalle, se hace énfasis en que los detalles mostrados son a manera de ejemplo y únicamente para propósitos de una exposición ilustrativa de las modalidades preferidas de la presente invención y se presenta a fin de proporcionar lo que se considera ser la descripción más útil y fácilmente comprensible de los principios y aspectos conceptuales de la invención. A este respecto, no se hace un intento para mostrar detalles estructurales de la invención en más 'detalle del que es necesario para una comprensión fundamental de la invención, la descripción tomada con los dibujos hacen aparente para los expertos en la materia, como se pueden incorporar en la práctica las varias formas de la invención. En los dibujos acompañantes: La Figura 1A ilustra un diagrama en bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar de un aparato dispuesto para proporcionar un ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de estado dual combinado que comprende un expansor en fase de vapor y un expansor en fase liquida.

La Figura IB ilustra un proceso termodinámico en un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A; La Figura 2A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una segunda modalidad ejemplar de un aparato dispuesto para proporcionar un ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de estado combinado que comprende un expansor en fase de vapor, un expansor en fase liquida y un termopermutador de subenfriamiento ; La Figura 2B ilustra un proceso termodinámico en un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 2A; La Figura 3A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto para proporcionar además calentamiento domestico de agua caliente; La Figura 3B ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 2A dispuesto para proporcionar además calentamiento domestico de agua caliente.

La Figura 4A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto además para proporcionar un ciclo de calentamiento impulsado por calor residual; La Figura 4B ilustra un proceso termodinámico en un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de calentamiento impulsado por calor residual de la Figura 4A; La Figura 5 ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 2A dispuesto además para proporcionar un ciclo de calentamiento impulsado por calor residual; La Figura 6 ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto además para proporcionar un ciclo adicional de enfriamiento impulsado por energía; La Figura 7 ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto además para proporcionar un ciclo adicional de calentamiento impulsado por energía; La Figura 8A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar de la operación del aparato de la Figura 2A, que utiliza únicamente un expansor en fase de vapor; y La Figura 8B ilustra un proceso termodinámico en un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 8A.

DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES Antes de explicar al menos una modalidad en detalle, debe entenderse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes establecidos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es aplicable a otras modalidades o se practica o lleva acabo en varias maneras. También debe entenderse que la fraseología o terminología empleadas en la presente es para el propósito de la descripción y no debe considerarse como limitante. En particular, el término conectado como se utiliza en la presente no pretende limitarse a una conexión directa y permite dispositivos o componentes intermediarios sin limitación. Se muestran válvulas de tres vías, cuatro vías y cinco vías como elementos únicos por simplicidad, pero pueden estar comprendidos de una pluralidad de válvulas cooperantes sin exceder el alcance.

La Figura 1A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una primera modalidad ejemplar de un aparato dispuesto para proporcionar un ciclo de acondicionamiento de aire impulsado por calor residual de estado dual combinado, comprendiendo el aparato: un elemento de control 100; una fuente de calor residual 110, ilustrada sin limitación como un colector solar; una primera bomba 120; una segunda bomba 125; un primer termopermutador 130; un segundo termopermutador 140; una primera, segunda y tercera válvula de tres vías 150; un primer expansor 160, un segundo expansor 170; un miembro impulsor 180; una válvula de expansión 190; un evaporador 200, una primer y una segunda válvula de cuatro vías 210;un primer compresor 220; un segundo compresor 230; una fuente de energía adicional 240; y un condensador 250.

El primer compresor 220 y el segundo compresor 230 forman juntos una unidad de compresión 235. La primera bomba 120 se dispone para impulsar un fluido energético de transferencia de calor, que en una modalidad no limitante se constituye de una mezcla de agua y etilenglicol , a través de la fuente de calor residual 110 y el conducto de la fuente de calor de cada uno del primero y segundo termopermutadores 130 y 140 que se conectan en un ciclo cerrado. Preferentemente, los conductos de la fuente de calor del primero y segundo termopermutadores 130 y 140 se conectan de manera serial, sin embargo la conexión serial no necesita ser directa y pueden proporcionarse tuberías de derivación y válvulas adicionales sin exceder el alcance.

Las salidas respectivas del elemento de control 100 se conectan a las entradas de control de cada una de la primera, segunda y tercera válvulas de tres vías 150, a la entrada de control de cada una de la primera y segunda válvulas de cuatro vías 210, hacia la entrada de control de la fuente de energía adicional 240, hacia la entrada de control de la primera bomba 120 y hacia la entrada de control de la segunda bomba 125. El elemento de control 100 se dispone además para recibir entradas de varios sensores de temperatura y presión (no mostrados) como se conocen por los expertos en la materia. La salida de la segunda bomba 125 se conecta a un primer extremo del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 y el segundo extremo del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 se conecta a una primera toma de la primera válvula de tres vías 150. Una segunda toma de la primera válvula de tres vías 150 se conecta a un primer extremo del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140, y un segundo extremo del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 se conecta a la entrada del primer expansor 160. Una tercera toma de la primera válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada del segundo expansor 170, y la salida del segundo expansor 170 se conecta a la entrada del evaporador 200. La salida . del primer expansor 160 se conecta a una primera toma de la segunda válvula de tres vías 150, una segunda toma de la segunda válvula de tres vías 150 se conecta a una primera toma de la segunda válvula de cuatro vías 210, y una tercera toma de una segunda válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada del evaporador 200, la conexión a la entrada del evaporador 200 se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A.

El primer expansor 160 y el segundo expansor 170 se ilustran compartiendo el miembro impulsor 180 con el primer compresor 220, sin embargo esto no significa limitar de ninguna manera, y en otra modalidad como se describe adicionalmente en relación con la Figura 2A, cada uno del primer expansor 160 y el segundo expansor 170 se asocian con un compresor particular de la unidad de compresión 235, el compresor particular opera y responde al rendimiento del trabajo mecánico del expansor respectivo. La salida del evaporador 200 se conecta a una primera toma de la primera válvula, de cuatro vías 210, una segunda toma de la primera válvula de cuatro vías 210, se conecta a la entrada del primer compresor 220, una tercera toma de la primera válvula de cuatro vías 210 se conecta a la entrada del segundo compresor 230 y una cuarta toma de la primera válvula de cuatro vías 210 se conecta a la entrada de la segunda bomba 125, la conexión a la entrada de la segunda bomba 125 se ilustra como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A. La salida de la fuente de energía adicional 240 se conecta a la entrada de energía del segundo compresor 230. La salida del segundo compresor 230 se conecta a una segunda toma de la segunda válvula de cuatro vías 210, la salida del primer compresor 220 se conecta a una tercera toma de la segunda válvula de cuatro vías 210 y la entrada del condensador 250 se conecta' a una cuarta toma de la segunda válvula de cuatro vías 210. La salida del condensador 250 se conecta a una primera toma de la tercera válvula de. tres vías 150, la entrada de la segunda bomba 125 se conecta a una segunda toma de la tercera válvula de tres vías 150 y una tercera toma de la tercera válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada de la válvula de expansión 190, con la conexión a la entrada de la válvula de expansión 190 ilustrada como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A. La salida de la válvula de expansión 190 se conecta a la entrada del evaporador 200, la conexión a la entrada del evaporador 200 se ilustra como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A. En una modalidad, la primera, y segunda válvulas de cuatro vías 210 se implementan mediante distribuidores de control respectivos.

La Figura IB ilustra un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A, en el cual el eje x representa la entalpia y el eje y representa la presión. El área 900 representa la región de vapor húmedo para el refrigerante.

En operación y con referencia tanto a la Figura 1A como a la Figura IB, el fluido calentado desde la fuente de calor residual 110 se hace pasar a través del conducto de la fuente de calor de cada uno del primero y el segundo termopermutadores 130 y 140 por la primera bomba 120. El refrigerante líquido presurizado, que en una modalidad no limitantes es R-134a y en una modalidad no limitante se presuriza a 3-4 Mpa, se hace pasar hacia el conducto receptor - - de calor del primer termopermutador 130 por la segunda bomba 125 y se caliente como se muestra en el proceso 1000. Los parámetros operativos de la segunda bomba 125 se controlan mediante el elemento de control 100, de tal manera que el refrigerante liquido presurizado que sale del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 se mantiene en un estado liquido subenfriado. En una modalidad no limitante, el refrigerante liquido presurizado se caliente a una temperatura de 50-75°C mientras se pasa a través del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130. En particular, el elemento de control 100 es operativo para controlar la primera bomba 120 a fin de mantener la temperatura del lado de la fuente de calor del primer termopermutador 130 para encontrarse dentro de un rango predeterminado, definiendo asi la temperatura del refrigerante liquido presurizado que sale del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130.

El elemento de control 100 es operativo además para controlar la primera válvula de tres vías 150 a fin de pasar una porción del refrigerante liquido subenfriado que sale del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 hacia la entrada del segundo expansor 170 y el resto del refrigerante liquido subenfriado se pasa al conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140.

El segundo expansor 170, que puede implementarse - - como una máquina expansora helicoidal, espiral, de paleta giratoria o alternante única o dual, es operativa para expandir el refrigerante liquido subenfriado e impartir fuerza rotacional al miembro impulsor 180, reduciendo la presión y la temperatura del refrigerante como se muestra en el proceso 1010. En una modalidad, el segundo expansor 170 es operativo para convertir una porción del refrigerante liquido subenfriado a un estado de vapor. La salida del segundo expansor 170 se alimenta al evaporador 200, en donde se evapora completamente como se muestra en el proceso 1020 proporcionando enfriamiento para el espacio circundante. De esta manera, el segundo expansor 170 es operativo como un expansor en fase liquida dispuesto para impartir fuerza rotacional al miembro impulsor 180 como ' el rendimiento del trabajo mecánico.

La salida del evaporador 200 se divide mediante una primera válvula de cuatro vías 210 y una primera porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del primer compresor 220, y una segunda porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del segundo compresor 230. La proporción de la primera porción alimentada al primer compresor 220 hacia la segunda porción alimentada al segundo compresor 230 se determina por el elemento de control 100 que responde a la energía disponible del miembro impulsor 180. El primero y segundo compresores 220 y 230 son - - operativos para comprimir el refrigerante en vapor expandido recibido del evaporador 200, como se muestra en los procesos 1030 y 1030A, respectivamente, hasta un estado de vapor ligeramente recalentado. En una modalidad no limitante, el estado de vapor ligeramente recalentado se encuentra a una temperatura de 40-55°C.

La porción del refrigerante liguido subenfriado que pasa al conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 se calienta adicionalmente a un estado de vapor recalentado en el segundo termopermutador 140, como se muestra en el proceso 1040. En una modalidad, el refrigerante se caliente en el conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 a una temperatura de 85-115°C. El refrigerante en estado de vapor recalentado que sale del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 se alimenta al primer expansor 160, que puede implementarse como una turbina de gas o un expansor espiral o helicoidal, sin limitación y es operativo para expandir el refrigerante, reduciendo asi la presión y la temperatura del refrigerante como se muestra en el proceso 1050, mientras retiene el refrigerante en un estado ligeramente recalentado y reduce la presión del refrigerante a una presión consonante con la salida del primero y segundo compresores 220 y 230 arriba descritos. El primer expansor 160 es operativo además para producir trabajo mecánico, particularmente para impartir - - fuerza rotacional al miembro impulsor 180. De esta manera, el primer expansor 160 es operativo como un expansor en fase de vapor dispuesto para impartir fuerza rotacional al miembro impulsor 180 como un rendimiento de trabajo, que responde a una entrada de vapor, preferentemente una entrada de vapor recalentado. La operación del primero y segundo expánsores 160 y 170 se controla por el elemento de control 100. En una modalidad, el elemento de control 100 recibe una entrada indicativa de la tasa de rotación de cada uno del primero y segundo expánsores 160 y 170. En una modalidad se proporcionan válvulas de control integradas, a la entrada del primero y segundo expánsores 160 y 170, las válvulas de control integradas operan y responden al elemento de control 100, para ajustar el flujo del refrigerante que entra en el primero y segundo expánsores 160 y 170. En otra modalidad, el elemento de control 100 es operativo para controlar el primer expansor 160 al ajustar la graduación de una o más de la primera y segunda válvulas de tres vías 150 a fin de retener el refrigerante en un estado ligeramente recalentado y reducir la presión del refrigerante a una presión consonante con la salida del primero y segundo compresores 220 y 230.

La segunda válvula de cuatro vías 210 es operativa para recibir las salidas del primero y segundo compresores 220 y 230 y la salida del primer expansor 160 a través de la - - segunda válvula de tres vías 150, que como se indicó arriba se encuentran a presiones consonantes, mezclan los flujos en un vapor combinado que exhibe una temperatura y presión unitarias, como se muestra en el proceso 1060, y alimentan el refrigerante combinado en forma de vapor a la entrada del condensador 250. El condensador 250, preferentemente en cooperación con el aire ambiental u otra fuente de enfriamiento, es operativo para condensar el refrigerante combinado recibido a un estado liquido, como se muestra en el proceso 1070. El refrigerante en estado liquido que sale del condensador 250 se transfiere a una segunda bomba 125 a través de la tercera válvula de tres vías 150 y se bombea a una presión incrementada como se muestra en el proceso 1080, completando asi el ciclo. Como se describe arriba, en una modalidad no limitante la segunda bomba 125 es operativa para incrementar la presión del refrigerante liquido a una presión de 3-4 MPa.

Debe notarse que preferentemente el primer expansor 160 es operativo asi con el refrigerante que llega en el estado de vapor y el segundo expansor 170 es operativo asi con el refrigerante que llega en el estado liquido. El COP térmico de la combinación se calcula para ser mayor a 0.7, calculándose el COP como: COP= Qevaporador/ (Qcalor_fuente ) Ecuación 1 Mientras que el COP eléctrico se calcula para ser mayor a 8 con el COP calculado como: COP= Qevaporador/AW Ecuación 2 La Figura 2A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una segunda modalidad ejemplar de un aparato dispuesto para proporcionar un ciclo de acondicionamiento de aire impulsado por calor residual de estado combinado, comprendiendo el aparato: un elemento de control 100; una fuente de calor residual 110, ilustrada sin limitarse a un colector solar; una primera bomba 120; una segunda bomba 125; un termopermutador 140, una primera, segunda y tercera válvulas de tres vías 150; un primer expansor 160, un segundo expansor 170; un primer miembro impulsor 180A y un segundo miembro impulsor 180B; una válvula de expansión 190, un evaporador 200; una primera y una segunda válvulas de cinco vias 215; un primer compresor 220A impulsado por el expansor y un segundo compresor 220B impulsado por el expansor; un compresor 230, una fuente de energía adicional 240; un condensador 250; y un termopermutador 280 de subenfriamiento . El primer compresor 220A impulsado por el expansor, el segundo compresor 220B impulsado por ¦ el expansor y el compresor 230, juntos forman una unidad de compresión 235. La primera bomba 120 se dispone para impulsar un fluido termopermutador de funcionamiento, que en una modalidad no - - limitante se constituye de una mezcla de agua y etilenglicol, a través de la fuente de calor residual 110 y el conducto de la fuente de calor del termopermutador 140.

Las salidas respectivas del elemento de control 100 se conectan a las entradas de control de cada una de la primera, segunda y tercera válvulas de tres vías 150, a la entrada de control de cada una de la primera y segunda válvula de cinco vias 215, a la entrada de control de la fuente de energía adicional 240, a la entrada de control de la primera bomba 120 y a la entrada de control de · la segunda bomba 125. El elemento de control 100 se dispone además para recibir las entradas de varios sensores de temperatura y presión (no mostrados) como se conoce por los expertos en la técnica. Lá salida de la segunda bomba 125 se conecta a una primera toma de la primera válvula de tres vías 150. Una segunda toma de la primera válvula de tres vías 150 se conecta a un primer extremo del conducto receptor de calor del termopermutador 140 y un segundo extremo del conducto receptor de calor del termopermutador 140 se conecta a la entrada del primer expansor 160. Una tercera toma de la primera válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada del termopermutador de subenfriamiento 280. La salida del termopermutador de subenfriamiento 280 se conecta a la entrada del segundo expansor 170 y la salida del segundo expansor 170 se conecta a la entrada del evaporador 200. La - - salida del primer expansor 160 se conecta a una primera toma de una segunda válvula de tres vías 150, una segunda toma de la segunda válvula de tres vías 150 se conecta a una primera toma de la segunda válvula de cinco vías 215 y una tercera toma de la segunda válvula de tres vías 150 se conecta la entrada del evaporador 200, la conexión a la entrada del evaporador 200 se ilustra como una linea punteada ya. que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 2A.

La salida del evaporador 200 se conecta a una primera toma de la primera válvula de cinco vías 215, una segunda toma de la primera válvula de cinco vías 215 se conecta a la entrada del primer compresor 220A impulsado por expansor, una tercera toma de la primera válvula de cinco vías 215 se conecta a la entrada del segundo compresor 220B impulsado por expansor, una cuarta toma de la primera válvula de cinco vias 215 se conecta a la entrada del compresor 230 y una quinta toma de la primera válvula de cinco vias 215 se conecta a la entrada de la segunda bomba 125, la conexión a la entrada de la segunda bomba 125 se ilustra como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 2A. La salida de la fuente de energía adicional 240 se conecta a la entrada de energía del compresor 230. La salida del compresor 230 se conecta a una segunda toma de la segunda válvula de cinco - - vías 215, la salida del primer compresor 220A impulsado por el expansor se conecta a una tercera toma de la segunda válvula de cinco vías 215, la salida del segundo compresor 220B impulsado por el expansor se conecta a una cuarta toma de la segunda válvula de cinco vías 215 y la entrada del condensador 250 se conecta a una quinta toma de la segunda válvula de cinco vías 215. La salida del condensador 250 se conecta a una primera toma de la tercera válvula de tres vías 150, la entrada de la segunda bomba 125 se conecta a una segunda toma de la tercera válvula de tres vias 150 y la tercera toma de la tercera válvula de tres vias 150 se conecta a la entrada de la válvula de expansión 190, con la conexión a la entrada de expansión de la válvula 190 ilustrada como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 2A. La salida de la válvula de expansión 190 se conecta a la entrada del evaporador 200, la conexión a la entrada del evaporador 200 se ilustra como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 2?. En una modalidad, la primera y segunda válvulas de cinco vias 215 se implementan por distribuidores de control respectivos. En una modalidad, el condensador 250 y el termopermutador de subenfriamiento 280, que preferentemente es un condensador, se implementan en una sola unidad, requiriendo asi un solo ventilador para ambos elementos.

La Figura 2B ilustra un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 2A, en el cual el eje x representa la entalpia y el eje y representa la presión. El área 900 representa la región de vapor húmedo para el refrigerante.

En operación y con referencia a ambas, la Figura 2A y la Figura 2B, el fluido calentado de la fuente de calor residual 110 se hace pasar a través del conducto de la fuente de calor del termopermutador 140 mediante la primera bomba 120. El refrigerante liquido presurizado, que en una modalidad no limitante es R-134a, y en una modalidad no limitante se presuriza a 3-4 Pa, se hace pasar hacia la primera válvula de tres vias 150 mediante la segunda bomba 125. El elemento de control 100 es operativo para controlar la primera válvula de tres vias 150 a fin de pasar una porción del refrigerante liquido presurizado hacia el termopermutador de subenfriamiento 280, en donde se enfria como se muestra en el · proceso 1090, y el resto del refrigerante liquido presurizado se pasa al conducto receptor de calor del termopermutador 140. El refrigerante liquido presurizado que sale del termopermutador de subenfriamiento 280 se encuentra en un estado liquido subenfriado y entra en el segundo expansor 170. Como se indicó arriba, el termopermutador de subenfriamiento 280 se integra - - preferentemente con el condensador 250 a fin de compartir un solo ventilador. El refrigerante que entra en el termopermutador de subenfriamiento 280 exhibe preferentemente una temperatura de 40-55 °C y el termopermutador de subenfriamiento 280 se dispone preferentemente para reducir la temperatura de la porción del refrigerante que fluye a través del mismo dentro de 2-5 °C arriba de la temperatura ambiental .

El segundo expansor 170, que puede implementarse como una máquina expansora helicoidal, espiral, de paleta giratoria o alternante única o dual, es operativo para expandir el refrigerante liquido subenfriado e impartir fuerza rotacional al segundo miembro impulsor 180, reduciendo la presión y la temperatura del refrigerante como se muestra en el proceso 1010. En una modalidad, el segundo expansor 170 es operativo para convertir una porción del refrigerante liquido subenfriado a un estado de vapor. La salida del segundo expansor 170 se alimenta al evaporador 200, en donde se evapora totalmente como se muestra en el proceso 1020 proporcionando enfriamiento al espacio circundante. De esta manera, el segundo expansor 170 es operativo como un expansor en fase liquida dispuesto para impartir fuerza rotacional al segundo miembro impulsor 180B como un rendimiento de trabajo mecánico, que impulsa un segundo compresor 220B impulsado por el expansor.

- - La salida del evaporador 200 se divide mediante la primera válvula de cinco vías 215 y una primera porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del primer compresor 220A impulsado por el expansor, una segunda porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del segundo compresor 220B impulsado por el expansor y una tercera porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del compresor 230. La proporción de las diversas porciones se determina por el elemento de control 100 en respuesta a la energía disponible de cada uno del primer miembro impulsor 180A y el segundo miembro impulsor 180B. Cada uno del primer compresor 220A impulsado por el expansor, el segundo compresor 220B impulsado por el expansor y el compresor 23.0 son operativos para comprimir el refrigerante en vapor expandido recibido desde el evaporador 200, como se muestra en los procesos 1030 y 1030A, respectivamente, hasta un estado de vapor ligeramente recalentado. En una modalidad no limitante, el estado de vapor ligeramente recalentado se encuentra a una temperatura de 40-55°C. Preferentemente, las porciones se controlan adicionalmente, de tal manera que la presión del refrigerante en estado de vapor que sale de cada uno de, el primer compresor 220A impulsado por el expansor, el segundo compresor 220B impulsado por el expansor y el compresor 230 sea consonante.

La porción del refrigerante líquido que pasa al - - conducto receptor de calor del termopermutador 140 se calienta a un estado de vapor recalentado en el termopermutador 140, como se muestra en el proceso 1040. En una modalidad no limitante, el refrigerante liquido presurizado se calienta a una temperatura de 85-115°C mientras pasa a través del conducto receptor de calor del termopermutador 140. El refrigerante en estado de vapor recalentado que sale del conducto receptor de calor del termopermutador 140 se alimenta al primer expansor 160, que puede implementarse como una turbina de gas o un expansor espiral o helicoidal, sin limitarse, y es operativo para expandir el refrigerante reduciendo mediante esto la presión y la temperatura del refrigerante como se muestra en el proceso 1050, mientras retiene el refrigerante en un estado ligeramente recalentado y se reduce la presión del refrigerante a una presión consonante con la salida del primer compresor 220A impulsado por el expansor, el segundo compresor 220B impulsado por el expansor y el compresor 230 descritos arriba. El primer expansor 160 es operativo adicionalmente para producir trabajo mecánico, particularmente para impartir fuerza rotacional al primer miembro impulsor 180A. Asi, el primer expansor 160 es operativo como un expansor en fase de vapor dispuesto para impartir fuerza rotacional al primer miembro impulsor 180A como un rendimiento de trabajo. La operación del primero y segundo expansores 160 y 170 se controla mediante el elemento de control 100. En una modalidad, el elemento de control 100 recibe una entrada indicativa de la tasa de rotación de cada uno del primero y segundo expansores 160 y 170. En una modalidad las válvulas de control integradas se proporcionan en la entrada del primero y segundo expansores 160 y 170, las válvulas de control integradas operan y responden al elemento de control 100 para ajustar el flujo del refrigerante que entra al primero y segundo expansores 160 y 170. En otra modalidad, el elemento de control 100 es operativo para controlar el primer expansor 160 al ajustar la graduación de una o más de la primera y segunda válvula de tres vías 150 a fin de retener el refrigerante en un estado ligeramente recalentado y reducir la presión del refrigerante a una presión consonante con las salidas respectivas del primer compresor 220A impulsado por el expansor, el segundo compresor 220B impulsado por el expansor y el compresor 230.

La segunda válvula de cinco vías 215 es operativa para recibir las salidas del primer compresor 220A impulsado por el expansor, el segundo compresor 220B impulsado por el expansor, el compresor 230 y la salida del primer expansor 160 a través de la segunda válvula de tres vías 150, que como se indicó arriba se encuentran a presiones consonantes, mezclan los flujos en un vapor combinado que exhibe una temperatura y presión unitaria, como se muestra en el proceso - - 1060, y alimentan el refrigerante combinado en forma de vapor a la entrada del condensador 250. El condensador, 250, preferentemente en cooperación con el aire ambiental y otra fuente de enfriamiento, es operativo para condensar el refrigerante combinado recibido a un estado liquido, como se muestra en el proceso 1070. El refrigerante en estado liquido que sale del condensador 250 se transfiere a la segunda bomba 125 a través de la tercera válvula de tres vías 150 y se bombea a una presión incrementada como se muestra en el proceso 1080, completando asi el ciclo. Como se describe arriba, en una modalidad no limitante la segunda bomba 125 es operativa para incrementar la presión del refrigerante liquido a una presión de 3-4 MPa.

Debe notarse que preferentemente el primer expansor 160 es asi operativo con el refrigerante que llega en el estado de vapor y el segundo expansor 170 es operativo con el refrigerante que llega en el estado liquido.

El COP térmico de la combinación se calcula que sea mayor a 0.72, calculándose el COP como se describe arriba en relación a la Ecuación.1. El COP eléctrico se calcula que sea mayor a 10 calculándose el COP como se describe arriba con relación a la Ecuación. 2.

La Figura 3A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto para proporcionar además calentamiento domestico de agua caliente, el aparato comprende además: una cuarta válvula de tres vías 150; un tanque de agua caliente 310 que comprende un termopermutador 320; y un sistema domestico de agua caliente 330. La cuarta válvula de tres vías 150 se inserta dentro del ciclo cerrado de la primera bomba 120, la fuente de calor residual 110 y el lado de la fuente de calor del primero y segundo termopermutadores 130 y 140. En particular una primera toma de la cuarta válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada del conducto de la fuente de calor del segundo termopermutador 140 y una segunda toma de la cuarta válvula de tres vías 150 se conecta a la salida de la fuente de calor residual 110. Una tercera toma de la cuarta válvula de tres vías 150 se conecta a una entrada de un conducto de fuente de calor del termopermutador 320 localizado dentro del tanque de agua caliente 310 y la salida del conducto de la fuente de calor del termopermutador 320 se conecta a la entrada de la primera bomba 120. La entrada de control de la cuarta válvula de tres vías 150 se conecta a una salida de control del elemento 100. El agua dentro del tanque de agua caliente 310 se calienta mediante el fluido caliente que fluye a través del conducto de la fuente de calor del termopermutador 320, y de esta manera se encuentra disponible para el sistema domestico de agua caliente 330.

Las salidas respectivas del elemento de control 100 se encuentran además en comunicación con uno o más de la - - fuente de calor residual 110, el tanque de agua caliente 310 y la cuarta válvula de tres vías 150, los cuales preferentemente se proporcionan con un sensor de temperatura en el tanque de agua caliente 310. El elemento de control 100 que responde a la información de temperatura y otros parámetros del sistema, es operativo para ajustar la graduación de la cuarta válvula de tres vias 150 a fin de hacer fluir al menos una porción del fluido calentado bombeado por la primera bomba 120 a través del tanque de agua caliente 310.

La Figura 3B ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 2A dispuesto para proporcionar además calentamiento domestico de agua caliente, el aparato comprende además: una cuarta válvula de tres vias 150; un tanque de agua caliente 310 que comprende un termopermutador 320; y un sistema domestico de agua caliente330. La cuarta válvula de tres vias 150 se inserta dentro del ciclo cerrado de la primera bomba 120, de la fuente de calor residual 110 y el lado de la fuente de calor del termopermutador 140. En particular una primera toma de la cuarta válvula de tres vias 150 se conecta a la entrada del conducto de la fuente de calor del termopermutador 140 y una segunda toma de la cuarta válvula de tres vias 150 se conecta a la salida de la fuente de calor residual 110. Una tercera toma de la cuarta válvula de tres - - vías 150 se conecta a una entrada del conducto de la fuente de calor del termopermutador 320 localizado dentro del tanque de agua caliente 310 y la salida del conducto de la fuente de calor del termopermutador 320 se conecta a la entrada de la primera bomba 120. La entrada de control de la cuarta válvula de tres vías 150 se conecta a una salida del elemento de control 100. El agua dentro del tanque de agua caliente 310 se calienta mediante el fluido .calentado que fluye a través del conducto de la fuente de calor del termopermutador 320 y de esta manera se encuentra disponible para el sistema doméstico de agua caliente 330. Para mayor simplicidad, el primero y segundo expansores 160 y 170 se ilustran compartiendo el miembro impulsor 180 que impulsa al compresor 220, como se describe arriba en relación a la Figura 1A, sin embargo esto no pretende ser limitante de ninguna manera. En otra modalidad el primero y segundo expansores 160, 170 cada uno impulsa un miembro impulsor respectivo asociado con un compresor respectivo, sin exceder el alcance.

Las salidas respectivas del elemento de control 100 se encuentran además en comunicación con uno o más de la fuente de calor 110, el tanque de agua caliente 310 y la cuarta válvula de tres vías 150, que se proporciona preferentemente con un sensor de temperatura en el tanque de agua caliente 310. El elemento de control que responde a la información de temperatura y otros parámetros del sistema, es operativo para ajustar la graduación de la cuarta válvula de tres vías 150 a fin de hacer fluir al menos una porción del fluido calentado bombeado mediante la primera bomba 120 a través del tanque de agua caliente 310.

La Figura 4A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto además para proporcionar un ciclo de calentamiento impulsado por calor residual. Las conexiones entre cada uno de: la tercera toma de la primera válvula de tres vías 150 y la entrada del segundo expansor 170; la salida del segundo exp.ansor 170 y la entrada del evaporador 200; la segunda toma de la segunda válvula de tres vías 150 y la primera toma de la segunda válvula de cuatro vias 210; la segunda toma de la primera válvula de cuatro vias 210 y la entrada del primer compresor 220; la tercera toma de la primera válvula de cuatro vias 210 y la entrada del segundo compresor 230; la salida del segundo compresor 230 y la segunda toma de la segunda válvula de cuatro vias 210, la salida del primer compresor 220 y la tercera toma de la segunda válvula de cuatro vias 210; la entrada del condensador 250 y la cuarta toma de la segunda válvula de cuatro vias 210; la salida del condensador 250 y la primera toma de la tercera válvula de tres vias 150; la tercera toma de la tercera válvula de tres vias 150 y la entrada de la válvula de expansión 190; y la salida de la válvula de expansión 190 y la entrada del evaporador 200 se ilustran como lineas punteadas ya que no se utilizan en el ciclo de calentamiento impulsado por calor residual de la Figura 4A.

La Figura 4B ilustra un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de calentamiento impulsado por calor residual de la Figura 4A, en el cual el eje x representa la entalpia y el eje y representa la presión. El área 900 representa la región de vapor húmedo para el refrigerante.

En operación y con referencia tanto a la Figura 4A como a la Figura 4B, el fluido calentado de la fuente de calor . residual 110 se hace pasar a través del conducto de la fuente de calor de cada uno del primero y segundo termopermutadores 130 y 140 mediante una primera bomba 120. El refrigerante liquido presurizado que en una modalidad no limitante es R-134a, y en una modalidad no limitante se presuriza a 1.5-2.5 MPa, se hace pasar hacia el conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 mediante la segunda bomba 125. Debe notarse que la presión del liquido refrigerante que entra en el conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 no requiere ser la misma que la presión en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 1A y en la modalidad ilustrativa es menor .

La primera válvula de tres vías 150 se gradúa para responder al elemento de control 100 para pasar - - preferentemente todo el refrigerante liquido presurizado que sale del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 hacia la entrada del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140. Asi el refrigerante liquido presurizado se calienta mediante las acciones del primero y segundo termopermutadores 130 y 140, como se muestra en el proceso 200, hasta un estado de vapor recalentado.. En una modalidad no limitante, la temperatura del refrigerante liquido presurizado que sale del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 es de 50-70°C, que representa un estado liquido subenfriado. El refrigerante subenfriado se calienta entonces mediante el segundo termopermutador 140 y la temperatura del refrigerante liquido presurizado que sale del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 es de 70-85°C, dependiendo de la presión, lo que representa el estado de vapor recalentado mencionado arriba. Los parámetros operativos de la primer y segunda bombas 120 y 125 se controlan mediante el elemento de control 100, de tal manera que el refrigerante liquido presurizado que sale del segundo termopermutador 140 se mantienen en el estado de vapor recalentado deseado.

El refrigerante en estado de vapor recalentado que sale del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 se alimenta al primer expansor 160, que puede implementarse como una turbina de gas o como un - - expansor espiral o helicoidal, sin limitación, y es operativo para expandir el refrigerante reduciendo mediante esto la presión y la temperatura del refrigerante como se muestra en el proceso 2010, mientras que retiene el refrigerante en un estado de vapor ligeramente recalentado a una temperatura apropiada para su uso con el evaporador 200. El refrigerante en estado de vapor recalentado realiza además trabajo mecánico haciendo girar el miembro impulsor 180, sin embargo el trabajo mecánico no se utiliza en el sistema y se elimina, preferentemente por medio de un embrague mecánico (no mostrado) . El elemento de control 100 es operativo para controlar la operación del primer expansor 160 a fin de lograr la presión y temperatura de salida deseadas. En una modalidad no limitante, la temperatura de salida deseada del primer expansor 160 en el ciclo de calentamiento impulsado por calor residual es de aproximadamente 30-45°C.

La salida del primer expansor 160 se alimenta al evaporador 200 mediante la segunda válvula de tres vías 150, y el evaporador 200 sirve como un condensador en el ciclo de calentamiento impulsado por calor residual. En particular, el refrigerante en estado de vapor ligeramente recalentado que entra en el evaporador 200 pasa calor al aire que circunda el evaporador 200, enfriando el refrigerante que actúa para cambiar la fase a un estado liquido como se muestra en el proceso 2020, mientras que calienta el espacio - - objetivo. El refrigerante liquido que sale del evaporador 200 se transfiere a una segunda bomba 125 a través de la primera válvula de cuatro vías 210 y se bombea a una presión incrementada como se muestra en el proceso 2030, completando de esta manera el ciclo. Como se describe arriba, en una modalidad no limitante la segunda bomba 125 es operativa para incrementar la presión del refrigerante liquido a una presión de 1.5-2.5 MPa .

El COP del ciclo de calentamiento impulsado por calor residual se calcula para ser mayor a 2.5, calculándose el COP como se describe arriba en relación a la Ecuación. 1.

La Figura 5 ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 2A dispuesto adicionalmente para proporcionar un ciclo de calentamiento impulsado por calor residual. Las conexiones entre cada uno de: la tercera toma de la primera válvula de tres vias 150 y la entrada del termopermutador de subenfriamiento 280; la salida del intercambiador de subenfriamiento 280 y la entrada del segundo expansor 170; la salida del segundo expansor 170 y la entrada del evaporador 200; la segunda toma de la segunda válvula de tres vias 150 y la primera toma de la segunda válvula de cuatro vias 210; la segunda toma de la primera válvula de cuatro vias 210 y la entrada del primer compresor 220; la tercera toma de la primera válvula de cuatro vias 210 y la entrada del segundo - - compresor 230; la salida del segundo compresor 230 y la segunda toma de la segunda válvula de cuatro vías 210; la salida del primer compresor 220 y la tercera toma de la segunda válvula de cuatro vías 210; la entrada del condensador 250 y la cuarta toma de la segunda válvula de cuatro vías 210; la salida del condensador 250 y la primera toma de la tercera válvula de tres vías 150; la tercera toma de la tercera válvula de tres vías 150 y la entrada de .la válvula de expansión 190; y la salida de la válvula de expansión 190 y la entrada del evaporador 200 se ilustran como una línea punteada ya que no se utilizan en el ciclo de calentamiento impulsado por calor residual de la Figura 5. Para mayor simplicidad, el primero y segundo expansores 160 y 170 se ilustran compartiendo el miembro impulsor 180 que impulsa el compresor 220 como se describe arriba con relación a la Figura 1A, sin embargo esto no significa que se limite de ninguna manera. En otra modalidad el primero y segundo expansores 160, 170 cada uno impulsa un miembro impulsor respectivo, cada uno asociado con un compresor respectivo, sin exceder el alcance.

La operación del aparato de la Figura 5 es en todos los aspectos similar a la operación del aparato de la Figura 4A, descrita arriba en cooperación con la Figura 4B, con la excepción de que el refrigerante se calienta a través de únicamente un termopermutador, i.e. el termopermutador 140 y por lo tanto para mayor brevedad no se describirá adicionalmente .

La Figura 6 ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto además para proporcionar un ciclo de enfriamiento impulsado por energía adicional. En una modalidad no limitante, la energía adicional es energía eléctrica, como se muestra conectada a la fuente de energía 240. Las conexiones entre cada uno de: la primera bomba 120 y la fuente de calor residual 110 el primero y segundo termopermutadores 130 y 140; la salida de . la segunda bomba 125 y el primer extremo del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130; y el segundo extremo del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 y la primera toma de la primera válvula de tres vías 150; la segunda toma de la primera válvula de tres vías 150 y el primer extremo del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140; el segundo extremo del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 y la entrada del primer expansor 160, la tercera toma de la primera válvula de tres vías 150 y la entrada del segundo expansor 170; la salida del segundo expansor 170 y la entrada del evaporador 200; la salida del primer expansor 160 y la primera toma de la segunda válvula de tres vías 150; la segunda toma de la segunda válvula de tres vías 150 y la primera toma de la segunda válvula de - - cuatro vías 210; la tercera toma de la segunda válvula de tres vías 150 y la entrada del evaporador 200; la segunda toma de la primera válvula de cuatro vías 210 y la entrada del primer compresor 220; la cuarta toma de la primera válvula de cuatro vías 210 y la entrada de la segunda bomba 125; la salida del primer compresor 220 y la tercera toma de la segunda válvula de cuatro vías 210; y la entrada de la segunda bomba 125 y la segunda toma de la tercera válvula de tres vías 150 se ilustran como una línea punteada ya que no se utilizan en el ciclo de enfriamiento impulsado por energía adicional de la Figura 6.

La fuente de energía adicional 240 puede representar energía en base a medios eléctricos, o energía operada por baterías sin limitaciones. Debe notarse que la operación del ciclo de enfriamiento impulsado por energía adicional de la Figura 6 es en todos los aspectos similar al ciclo común de enfriamiento de acondicionamiento de aire y por lo tanto por brevedad no se describirá adicionalmente .

La Figura 7 ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 1A dispuesto además para proporcionar un ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional. En una modalidad no limitante, la energía adicional es energía eléctrica. Debe notarse que se' agregan ciertos elementos no presentes en el aparato de la Figura 1A, sin embargo estos elementos pueden - - agregarse al aparato de la Figura 1A con las válvulas apropiadas sin impactar la operación del aparato de la Figura 1A. El aparato de la Figura 7 comprende: un elemento de control 100; una fuente de calor residual 110, ilustrada sin limitación como un colector solar; una primera bomba 120 y una segunda bomba 125; un primer termopermutador 130; un segundo termopermutador 140; una primera, segunda y tercera válvulas de tres vias 150; un primer expansor 160; un segundo expansor 170; un miembro impulsor 180; una válvula de expansión 190, un evaporador 200; una primera y segunda válvulas de cuatro vias 210; un primer compresor 220; un segundo compresor 230; una fuente de energía adicional 240; un condensador 250; una válvula de expansión 26.0; y una válvula de dos vías 270. El primer compresor 220 y el segundo compresor 230 juntos forman una unidad de compresión 235. La primera bomba 120 se dispone para impulsar un fluido energético de transferencia de calor, que en una modalidad no limitante se constituye de una mezcla de agua y etilenglicol , a través de la fuente de calor residual 110 y el conducto de la fuente de calor de cada uno del primero y segundo termopermutadores 130 y 140 que se conectan en un ciclo cerrado, se ilustra la conexión como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de enfriamiento impulsado por energía adicional de la Figura 6. Preferentemente, los conductos de la fuente de calor del primero y el segundo - - termopermutadores 130 y 140 se conectan en serie, sin embargo la conexión serial no necesariamente es directa y pueden proporcionarse tuberías de derivación y válvulas adicionales sin exceder el alcance.

Las salidas respectivas del elemento de control 100 se conectan a las entradas de control de cada una de la primera, segunda y tercera válvulas de tres vías 150, hacia la entrada de control de cada una de la primera y la segunda válvulas de cuatro vías 210, hacia la entrada de control de la fuente de energía adicional 240, hacia la entrada de control de la primera bomba 120, hacia la entrada de control de la segunda bomba 125, y hacia la entrada de control de la válvula de dos vías 270. El elemento de control 100 se dispone además para recibir entradas de varios sensores de temperatura y presión (no mostrados) como se conocen por los expertos en la materia. La salida de la segunda bomba 125 se conecta a un primer extremo del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130, se ilustra la conexión en línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7, y un segundo extremo del conducto receptor de calor del primer termopermutador 130 se conecta a una primera toma de la primera válvula de tres vías 150, se ilustra la conexión como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7.

- - Una segunda toma de la primera válvula de tres vias 150. se conecta a un primer extremo del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140, la conexión se ilustra como una linea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7, y un segundo extremo del conducto receptor de calor del segundo termopermutador 140 se conecta a la entrada del primer expansor 160, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7. Una tercera toma de la primera válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada del segundo expansor 170, la conexión se ilustra como una línea . punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de' la Figura 7 y la salida del segundo expansor 170 se conecta a la entrada del evaporador 200, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7.

La salida del primer expansor 160 se conecta¦ a una primera toma de una segunda válvula de tres vías 150, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7, una segunda toma de la segunda válvula de tres vías 150 se conecta a una primera toma de la segunda válvula de cuatro vías 210, y una tercera toma de la - - segunda válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada del evaporador 200. El segundo expansor 170 y el primer expansor 160 comparten el miembro impulsor 180 con el primer compresor 220. La salida del evaporador 200 se conecta a una primera toma de la primera válvula de cuatro vías 210, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7, una segunda toma de la primera válvula de cuatro vías 210 se conecta a la entrada del primer compresor 220, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7 y una tercera toma de la primera válvula de cuatro vías 210 se conecta a la entrada del segundo compresor 230. La salida de la fuente de energía adicional 240 se conecta a la entrada de energía del segundo compresor 230. La salida del segundo compresor 230 se conecta a una segunda toma de la segunda válvula de cuatro vías 210, la salida del primer compresor 220 se conecta a una tercera toma de la segunda válvula de cuatro vías 210, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7, y la entrada del condensador 250 se conecta a una cuarta toma de la segunda válvula de cuatro vías 210, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por - - energía adicional de la Figura 7. La entrada del condensador 250 se conecta además a la salida de la válvula de expansión 260. La salida del condensador 250 se conecta a una primera toma de la tercera válvula de tres vías 150, la entrada de la segunda bomba 125 se conecta a una segunda toma de la tercera válvula de tres vías 150, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7 y una tercera toma de la tercera válvula de tres vías 150 se conecta a la entrada de la válvula de expansión 190, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7. La segunda toma de la tercera válvula de tres vías 150 se conecta además a la cuarta toma de la primera válvula de cuatro vías 210. La salida de la válvula de expansión 190 se conecta a la entrada del evaporador 200, la conexión se ilustra como una línea punteada ya que no se utiliza en el ciclo de calentamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7. Un segundo extremo de la válvula de expansión 260 se conecta a una primera toma de la válvula dos vías 270 y una segunda toma de la válvula de dos vías 270 se conecta a la salida del evaporador 200.

La fuente de energía adicional 240 puede representar energía en base a medios eléctricos o energía - - operada por baterías sin limitantes. Debe notarse que la operación del ciclo de enfriamiento impulsado por energía adicional de la Figura 7 es en todos los aspectos similar a un ciclo normal de modo de calentamiento de acondicionamiento de aire, con el condensador 250 que actúa como un evaporador y así por brevedad no se detalla adicionalmente .

La Figura 8A ilustra un diagrama de bloques de alto nivel de una modalidad ejemplar del aparato de la Figura 2A, que únicamente utiliza un solo expansor. Las conexiones entre cada uno de: la tercera toma de la primera válvula de tres vías 150 y la entrada del termopermutador de subenfriamiento 280; la salida del termopermutador de subenfrimiento 280 y la entrada del segundo expansor 170; la salida del segundo expansor 170 y la entrada del evaporador 200; la tercera toma de la segunda válvula de tres vías 150 y la entrada del evaporador 200; y la cuarta toma de la primera válvula de cuatro vías 210 y la entrada de la segunda bomba 125 se ilustran como líneas punteadas ya que no se utilizan en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 8A. El segundo expansor 170 y el subenfriador 280 se ilustran adicionalmente con líneas punteadas ya que no se utilizan en la modalidad de la Figura 8A. Para mayor simplicidad, el primero y segundo expansores 160 y 170 y las válvulas asociadas, se ilustran como se describe arriba en relación a la Figura 1A, sin embargo esto no significa que - - sea limitante de ninguna manera. En otra modalidad el primero y segundo expansores 160, 170 cada uno impulsa un miembro impulsor respectivo asociado cada uno con un compresor respectivo, sin exceder el alcance.

La Figura 8B ilustra un diagrama de entalpia de presión para el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de la Figura 8A, en el que el eje x representa la entalpia y el eje y representa la presión. El área 900 representa la región de vapor húmedo para el refrigerante.

En operación, y con referencia tanto a la Figura 8A como a la Figura 8B, el fluido calentado desde la fuente de calor residual 110 se hace pasar a través del conducto de la fuente de calor del termopermutador 140 mediante la primera bomba 120. El refrigerante liquido presurizado,¦ que en una modalidad no limitante es R-134a, y en una modalidad no limitante se presuriza a 3-4 MPa, se hace pasar hacia la primera válvula de tres vias 150 mediante la segunda bomba 125. El elemento de control 100 es operativo para controlar la primera válvula de tres vias 150 a fin de pasar el refrigerante liquido presurizado hacia el conducto receptor de calor del termopermutador 140, en donde se calienta a un estado de vapor recalentado, como se muestra en el proceso 1040. En una modalidad, el refrigerante se calienta en el conducto receptor de calor del termopermutador 140 hasta una temperatura de 85-115°C.

- - El refrigerante en estado de vapor recalentado que sale del conducto receptor de calor del termopermutador 140 se alimenta al primer expansor 160, que puede implementarse como una turbina de gas o un expansor en espiral o helicoidal, sin limitación, y es operativo para expandir el refrigerante reduciendo mediante esto la presión y la temperatura del refrigerante como se muestra en el proceso 1050, mientras que retiene el refrigerante en un estado de vapor ligeramente recalentado y reduciendo la presión del refrigerante a una presión consonante con la salida del primero y segundo compresores 220 y 230 descritos abajo. El primer expansor 160 es operativo además para producir trabajo mecánico, particularmente para impartir fuerza rotacional al miembro impulsor 180. La operación del primer expansor 160 se controla mediante el elemento de control 100. En una modalidad, el elemento de control 100 recibe una entrada que indica la tasa de rotación del primer expansor 160. En Una modalidad se proporciona una válvula de control integrada en la entrada del primer expansor 160, la válvula de control integrada es operativa y responde al elemento de control 100 para ajusfar el flujo de refrigerante que entra al segundo expansor 170. En otra modalidad, el elemento de control 100 es operativo para controlar el primer expansor 160 al ajusfar la graduación de una o más de la primera y segunda válvulas de tres vías 150 a fin de retener el refrigerante en ' un - - estado ligeramente recalentado y reducir la presión del refrigerante a una presión consonante con la salida del primero y segundo compresores 220 y 230.

El refrigerante que sale del primer expansor 160 se pasa hacia el condensador 250 y se condensa en un estado liquido, como se muestra en el proceso 1070. Una porción del refrigerante liquido que sale del condensador 250 se transfiere hacia la segunda bomba 125 y se bombea a una presión incrementada como se muestra en el proceso 1080. El resto del refrigerante liquido que sale del condensador 250 se hace pasar hacia la válvula de expansión 190, en donde se expande como se muestra en el proceso 1100. En una modalidad, la válvula de expansión 190 es operativa para convertir una porción del refrigerante liquido a un estado de vapor. La salida de la válvula de expansión 190 se alimenta al evaporador 200, en donde se evapora completamente como se muestra en el proceso 1020 proporcionando enfriamiento al espacio circundante.

La salida del evaporados 200 se divide mediante la válvula de cuatro vías 210 y una primera porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del primer compresor 220 y una segunda porción de la salida del evaporador 200 se alimenta a la entrada del segundo compresor 230. La proporción de la primera porción alimentada al primer compresor 220 con la de la segunda porción alimentada - - al segundo compresor 230 se determina mediante el elemento de control 100 en respuesta a la energía disponible del miembro impulsor 180. El primero y segundo compresores 220 y.230 son operativos para comprimir el refrigerante en vapor expandido recibido desde el evaporador 200, como se muestra en los procesos 1030 y 1030A, respectivamente, a un estado de vapor ligeramente recalentado. En una modalidad no limitante, el estado de vapor ligeramente recalentado se encuentra a una temperatura de 40-55°C.

La segunda válvula de cuatro vías 210 es operativa para recibir las salidas del primero y segundo compresores 220 y 230 y la salida del primer expansor 160 a través de la segunda válvula de tres vías 150, las cuales como se indica arriba se encuentran a presiones constantes, mezclan los flujos en un vapor combinado que exhibe una temperatura y presión unitarias, como se muestra en el proceso 1060, y alimentan el refrigerante combinado en forma de vapor a la entrada del condensador 250. El condensador 250, preferentemente en cooperación con el aire ambiental u otra fuente de enfriamiento, es operativo para condensar el-refrigerante combinado recibido a un estado líquido, como se muestra en el proceso 1070. Una porción del refrigerante en estado líquido que sale del condensador 250 se transfiere a la segunda bomba 125 a través de la tercera válvula de tres vías 150, y se bombea a una presión incrementada como se - - muestra en el proceso 1080, completando así el ciclo. Como se describe arriba, en una modalidad no limitante la segunda bomba 125 es operativa para incrementar la presión del refrigerante líquido a una presión de 3-4 MPa. El resto del refrigerante en estado líquido que sale del condensador 250 se hace pasar a la válvula de expansión 190, como se describe arriba.

De esta manera la válvula de expansión 190 realiza la función de expansión del segundo expansor 170 como se describe arriba en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual en estado dual combinado de la Figura 1A y en el ciclo de enfriamiento impulsado por calor residual de estado combinado de la Figura 2A, sin proporcionar trabajo mecánico adicional. De esta manera, la eficiencia se reduce, sin embargo se ahorra el costo del segundo expansor 170.

De esta manera, las presentes modalidades permiten la provisión de acondicionamiento de aire a partir de calor residual con un COP mejorado, preferentemente mediante el uso de un expansor en fase de vapor y además preferentemente en cooperación con un expansor adicional de fase líquida. El arreglo exhibe flexibilidad permitiendo la operación en cooperación con una fuente de energía adicional en la ausencia de calor residual suficiente.

Se aprecia que ciertas características de la invención, que por claridad, se describen en el contexto de - - modalidades separadas, pueden también proporcionarse en combinación en una sola modalidad. De manera inversa, varias características de la invención que por brevedad, se describen en el contexto de una sola modalidad, también pueden proporcionarse de manera separada o en cualquier sub-combinación adecuada.

Al menos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente tienen los mismos significados que se entienden comúnmente por alguien de habilidad ordinaria en la materia a la que pertenece esta invención. Aunque pueden utilizarse métodos similares o equivalentes a los descritos en la presente durante la práctica o la prueba de la presente invención, se describen en la presente métodos adecuados.

Todas las publicaciones, solicitudes de patentes, patentes, y otras referencias mencionadas en la presente se incorporan en su totalidad mediante la referencia. En caso de conflicto, prevalecerá la especificación de la patente, incluyendo las definiciones. Además, los materiales, métodos y ejemplos únicamente son ilustrativos y no pretenden ser limitantes .

Los términos "incluye", "comprende" y "tiene" y sus conjugaciones como se utilizan en la presente significan "incluyen pero no necesariamente se limitan a". El término "conectado" no se limita a una conexión directa y la conexión - - a través de dispositivos intermediarios se incluye específicamente .

Se apreciará por los expertos en la materia que la presente invención no se limita a lo que se ha mostrado y descrito particularmente arriba en la presente. Más bien, el alcance de la presente invención se define mediante las reivindicaciones anexas e incluye tanto combinaciones como sub-combinaciones de las diversas características descritas arriba en la presente así como variaciones y modificaciones de las mismas que puedan ocurrirse a las personas con habilidad en la materia al leer la descripción anterior.

Claims

- - REIVINDICACIONES

1. Un aparato operativo para proporcionar acondicionamiento de aire que comprende: un elemento de control; un primer termopermutador; un primer expansor dispuesto para producir trabajo mecánico en respuesta a un refrigerante en estado de vapor recalentado, estando dicho primer expansor acoplado a la salida de dicho primer termopermutador; una unidad de compresión impulsada al menos parcialmente que responde a dicho trabajo mecánico producido de dicho primer expansor; un condensador; y un evaporador, en donde en un modo de enfriamiento por calor residual dicho elemento de control se dispone para: alimentar la salida de dicho primer expansor a dicho condensador; alimentar una primera porción de la salida de dicho condensador a dicho primer termopermutador; alimentar una segunda porción expandida de la salida de dicho condensador a dicho evaporador; alimentar la salida de dicho evaporador a dicha unidad de compresión; y alimentar la salida comprimida de dicha unidad de - - compresión a la entrada de dicho condensador.

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha unidad de compresión comprende un compresor que responde a dicho trabajo mecánico producido de dicho primer expansor y un compresor impulsado por energía adicional, y en donde en un modo de enfriamiento por calor residual soportado por una fuente de energía adicional dicho elemento de control se dispone para: alimentar una primera porción de la salida de dicho evaporador a dicho compresor que responde a dicho trabajo mecánico producido de dicho primer expansor; y alimentar una segunda porción de la salida de dicho evaporador a dicho compresor impulsado por energía adicional.

3. El aparato de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además: un segundo termopermutador, dispuesto para calentar el refrigerante que fluye a través del mismo, y un segundo expansor, estando dispuesto dicho segundo expansor para producir trabajo mecánico en respuesta al refrigerante en un estado líquido, siendo dicha unidad dQ compresión impulsada adicionalmente al menos parcialmente en respuesta a dicho trabajo mecánico producido de dicho segundo expansor; en donde en un modo de enfriamiento por calor residual en estado dual combinado dicho elemento de control - - se dispone para: alimentar la salida de dicho condensador a dicho segundo termopermutador; alimentar la primera porción de la salida de dicho condensador desde la salida de dicho segundo termopermutador hacia dicho primer termopermutador; alimentar la segunda porción de la salida de dicho condensador desde la salida de dicho segundo termopermutador en un estado liquido hacia dicho segundo expansor; y alimentar la salida de dicho segundo expansor a la entrada de dicho evaporador, alimentando mediante esto la segunda porción expandida a dicho evaporador.

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en donde en el modo de enfriamiento por calor residual en estado dual combinado la presión de la salida de dicho primer expansor es consonante con la presión de la salida de dicha unidad de compresión.

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicho primer termopermutador y dicho segundo termopermutador se disponen para transferir calor desde una sola fuente de calor residual.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicha fuente de calor residual es un colector solar.

¦7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además una bomba que responde a dicho elemento - - de control, en donde en el modo de enfriamiento por calor residual en estado dual combinado dicho elemento de control se dispone para impulsar el refrigerante hacia dicho segundo termopermutador a través de dicha bomba.

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además una bomba que responde a dicho elemento de control, y en donde en un modo de calentamiento impulsado por calor residual dicho elemento de control se encuentra dispuesto para: impulsar el refrigerante hacia dicho segundo termopermutador a través de dicha bomba; alimentar el refrigerante que sale de dicho segundo termopermutador a dicho primer termopermutador; y alimentar la salida de dicho evaporador a la entrada de dicha bomba.

9. El aparato de acuerdo con ya sea la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además: un segundo termopermutador, dispuesto para enfriar el refrigerante que fluye a través del mismo; y un segundo expansor, estando dispuesto dicho segundo expansor para producir trabajo mecánico en respuesta al refrigerante en un estado liquido, dicha unidad de compresión impulsada además al menos parcialmente en respuesta a dicho trabajo mecánico producido de dicho segundo expansor, estando acoplado dicho segundo expansor a la salida - - de dicho segundo termopermutador; en donde en un modo de enfriamiento por calor residual de estado combinado dicho elemento de control se dispone para: alimentar la segunda porción de la salida de dicho condensador a dicho segundo termopermutador; y alimentar la salida de dicho segundo expansor a la entrada de dicho evaporador, alimentando mediante esto la i segunda porción expandida a dicho evaporador.

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, en donde en el modo de enfriamiento por calor residual en estado combinado la presión de la salida de dicho primer expansor es consonante con la presión de la salida de dicha unidad de compresión.

11. El aparato de la reivindicación 9, en donde dicho primer termopermutador se dispone para transferir calor desde un colector solar.

12. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9 que comprende además una bomba que responde a dicho elemento de control y en donde en un modo de calentamiento impulsado por calor residual dicho elemento de control se dispone para: alimentar, a través de dicha bomba, la salida de dicho evaporador a dicho primer termopermutador; y alimentar la salida de dicho primer expansor a la entrada de dicho evaporador.

13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una válvula de expansión, en donde en un modo de enfriamiento impulsado por energía adicional dicho elemento de control se dispone para: alimentar la salida de dicho evaporador a la entrada de dicha unidad de compresión; alimentar la salida de dicha unidad de compresión a la entrada de dicho condensador; y alimentar la salida de dicho condensador a dicho evaporador a través de dicha válvula de expansión.

14. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una válvula de expansión, en donde en un modo de calentamiento impulsado por energía adicional dicho elemento de control se dispone para: alimentar la salida de dicho condensador a la entrada de dicha unidad de compresión; alimentar la salida de dicha unidad de compresión a la entrada de dicho evaporador, y alimentar la salida de dicho evaporador a la entrada de dicho condensador a través de dicha válvula de expansión .

15. Un método para proporcionar acondicionamiento de aire que comprende un modo de enfriamiento por calor residual, comprendiendo el modo de enfriamiento por calor residual : - - proporcionar un refrigerante; calentar una . primera porción de dicho refrigerante proporcionado a un estado de vapor; expandir dicha primera porción calentada en estado de vapor de dicho refrigerante proporcionado para producir un primer trabajo mecánico; evaporar una segunda porción de dicho refrigerante proporcionado para proporcionar enfriamiento; comprimir dicha segunda porción evaporada de dicho refrigerante proporcionado al menos parcialmente en respuesta a dicho primer trabajo mecánico producido; y condensar dicha segunda porción comprimida y dicha primera porción expandida a un estado liquido.

16. El método de la reivindicación 15, en donde dicha compresión responde además a una fuente adicional de energía .

17. El método de la reivindicación 15, en donde dicha expansión de dicha primera porción calentada en estado de vapor de dicho refrigerante proporcionado es a una presión consonante con la presión de dicha segunda porción evaporada comprimida .

18. El método de la reivindicación 15, que comprende además: presurizar dicho refrigerante en estado líquido condensado.

19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en donde dicho, modo de enfriamiento por calor residual se constituye de un modo de enfriamiento por calor residual en estado dual combinado, comprendiendo además el modo de enfriamiento por calor residual en estado dual combinado: calentar dicha segunda porción de dicho refrigerante proporcionado mientras se mantiene dicho refrigerante proporcionado en un estado liquido; y expandir dicha segunda porción calentada en el estado liquido para producir un segundo trabajo mecánico, en donde dicha compresión responde además a dicho segundo trabajo mecánico producido y en donde dicha evaporación es de dicha segunda porción calentada expandida.

20. El método de la reivindicación 19, en donde dicho calentamiento de dicha primera porción y dicho calentamiento de dicha segunda porción responden a una sola fuente de calor residual.

21. El método de la reivindicación 20, en donde dicha fuente de calor residual es un colector solar.

.22. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en donde dicho modo de enfriamiento por calor residual se constituye de un modo de enfriamiento por calor residual de estado combinado, comprendiendo además el modo de enfriamiento por calor residual de estado - - combinado: enfriar dicha segunda porción de dicho refrigerante proporcionado; y expandir dicha segunda porción enfriada, para producir un segundo trabajo mecánico, en donde dicha compresión responde además a dicho segundo trabajo mecánico producido y en donde dicha evaporación es de dicha segunda porción enfriada expandida.

23. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, que comprende además un modo de calentamiento impulsado por calor residual, comprendiendo el modo de calentamiento impulsado por calor residual: calentar dicho refrigerante proporcionado a un estado de vapor; expandir dicho refrigerante en estado de vapor; y condensar dicho refrigerante en estado de vapor expandido proporcionando mediante esto calentamiento.

24. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, que comprende además un modo de enfriamiento impulsado por energía adicional, comprendiendo el modo de enfriamiento · impulsado por energía adicional: comprimir dicho refrigerante proporcionado en un estado de vapor en respuesta a una fuente de energía adicional ; condensar dicho refrigerante en estado de vapor - - comprimido a un estado liquido; expandir dicho refrigerante en estado liquido; y evaporar dicho refrigerante expandido al estado de vapor proporcionando mediante esto enfriamiento.

25. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18 que comprende además un modo de calentamiento impulsado por energía adicional, comprendiendo el modo de calentamiento impulsado por energía adicional: comprimir dicho refrigerante proporcionado en un estado de vapor en respuesta a una fuente de energía adicional; condensar dicho refrigerante proporcionado en estado de vapor comprimido a un estado líquido para proporcionar mediante esto calor; expandir dicho refrigerante proporcionado en estado líquido; y evaporar dicho refrigerante proporcionado en estado líquido expandido al estado de vapor.