PT108520A

PT108520A - Bomba de calor com fonte de ar para a extração de calor ambiente do ar

Info

Publication number: PT108520A
Application number: PT108520A
Authority: PT
Inventors: Diogo Domingues Dos Santos Corte-Real José; Pires Gameiro Celina
Original assignee: Bosch Termotecnologia Sa
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-12-01
Also published as: AU2016270252A1; WO2016192977A1

Abstract

ESTE PEDIDO DE PATENTE DESCREVE UMA BOMBA DE CALOR COM FONTE DE AR (3) PARA EXTRAIR CALOR AMBIENTE DO AR E AQUECER UM FLUIDO DE SERVIÇO COM UM EVAPORADOR, QUE PODE SER ATRAVESSADO POR AR EM MOVIMENTO PELO VENTO, APRESENTANDO UMA UNIDADE DE ENTRADA DE AR (5) E UMA UNIDADE DE SAÍDA DE AR (6).UMA BOMBA DE CALOR COM FONTE DE AR (3) DE ACORDO COM A INVENÇÃO É CARACTERIZADA PELO FATO DE A UNIDADE DE ENTRADA DE AR (5) E/OU A UNIDADE DE SAÍDA DE AR (6) SEREM MONTADAS DE MODO MÓVEL POR MEIO DO SUPORTE MÓVEL (8) E, PELO MENOS, ESTAR COMPREENDIDA UMA UNIDADE DE REGULAÇÃO DE VENTO (9) PARA A REGULAÇÃO DA UNIDADE DE ENTRADA DE AR (5) E/OU DA UNIDADE DE SAÍDA DE AR (6).É IGUALMENTE DESCRITO UM PROCESSO DE ACORDO COM A INVENÇÃO PARA CONTROLAR UMA REGULAÇÃO DO VENTO NUMA BOMBA DE CALOR COM FONTE DE AR (3) CARACTERIZADO PELOS PASSOS DE DETECÇÃO DE UMA DIREÇÃO DO VENTO E/OU UMA VELOCIDADE DO VENTO, A DETEÇÃO DE UMA POSSÍVEL MELHOR POSIÇÃO ANGULAR DA UNIDADE DE ENTRADA DE AR (5) E/OU UNIDADE DE SAÍDA DE AR (6), BEM COMO O MOVIMENTO E DIRECIONAMENTO DA UNIDADE DE ENTRADA DE AR (5) E/OU UNIDADE DE SAÍDA DE AR (6) DE ACORDO COM A DIREÇÃO DO VENTO DETETADA.

Description

DESCRIÇÃO

"ΒΟΜΒΑ DE CALOR COM FONTE DE AR PARA A EXTRAÇÃO DE CALOR AMBIENTE DO AR"

Campo técnico 0 presente pedido divulga uma bomba de calor com fonte de ar para a extração do calor ambiente do ar e aquecimento de um fluido de serviço com um evaporador com meio refrigerante, que pode ser atravessado por ar em movimento pelo vento, apresentando uma unidade de entrada de ar e uma unidade de saida de ar.

Antecedentes

As bombas de calor são utilizadas para aquecer um fluido de serviço sob o aproveitamento de um potencial de calor de baixa temperatura (por exemplo, o calor ambiente ou o calor residual). Um circuito de meio refrigerante liga um evaporador, um compressor, um condensador e uma unidade de expansão, bem como opcionalmente outros componentes por meio de um sistema de tubos para a circulação de um meio refrigerante. No evaporador, o meio refrigerante liquido é vaporizado por transferência de calor ambiente de baixa temperatura. No compressor, o vapor do meio refrigerante é comprimido, através do qual ele aquece. No condensador, o calor ambiente previamente recolhido e a energia de compressão absorvida são transferidos agora a uma temperatura elevada do meio refrigerante para um liquido aproveitável, assim liquefazendo o meio refrigerante. No dispositivo de expansão, o meio refrigerante é expandido. Subsequentemente, o meio refrigerante é alimentado novamente no evaporador. Um dispositivo de controlo pode ser usado para monitoramento e controlo dos referidos componentes da bomba de calor com fonte de ar.

As bombas de calor podem ser utilizadas, por exemplo, em aquecimento de espaços fechados ou no aquecimento de água potável, em que a água ou o ar são aplicados como fluido de serviço. As bombas de calor usam o calor contido no ar (por exemplo, o ar exterior ou ar de exaustão) . Nesse caso, a quantidade de ar que flui através do evaporador limita a quantidade de calor que pode ser transferida para o fluido de serviço. As bombas de calor aplicadas no exterior para aquecimento de água potável sugam o ar exterior por meio de um ventilador através de uma unidade de entrada de ar, transportam o mesmo num condicionamento da bomba de calor com fonte de ar através do evaporador, e sopram novamente o ar arrefecido através de uma unidade de saída de ar. Se essas bombas de calor aplicadas no exterior estiverem aplicadas contra o vento, as condições do vento podem influenciar a quantidade de ar que atua no evaporador e, consequentemente, o rendimento térmico. 0 evaporador e o condensador são permutadores de calor e podem, em função do tipo de bomba de calor com fonte de ar, por exemplo, ser concebidos como um permutador de calor de ar-líquido ou permutador de calor líquido-líquido. Formas de realização exemplificativas de evaporadores são os permutadores de calor de lâminas e permutadores de aletas com laminações ou nervuras em chapa metálica de circulação de ar, as quais delimitam de modo termicamente condutivo as tubagens que conduzem ao meio de refrigeração.

Descrição geral

Uma bomba de calor com fonte de ar, de acordo com o descrito no presente pedido, para a extração de calor ambiente do ar e aquecimento de um fluido de serviço com um evaporador de meio refrigerante, que é movido pelo ar em movimento pelo vento, apresenta uma unidade de entrada de ar e uma unidade de saida de ar. Nesse caso, prevê-se que a unidade de entrada de ar e/ou a unidade de saída de ar sejam montadas de modo móvel e que, pelo menos, seja compreendida uma unidade de requlação de vento para a regulação da unidade de entrada de ar e/ou da unidade de saída de ar de acordo com a direção do vento. Assim, consegue-se que a unidade de entrada de ar ou a unidade de saída de ar, ou tanto a unidade de entrada de ar como a unidade de saída de ar movam-se e orientem-se de acordo com um movimento de vento atmosférico existente do ar, e que esse movimento do vento provoque uma pressão ou fluxo de passagem de ar no evaporador ou, pelo menos, o suporte e reforce. Nesse caso, o vento pode soprar, dependendo das condições atmosféricas, de diferentes direções (a partir de ângulos diferentes, por exemplo medido como um ângulo em relação ao norte) . Por meio do armazenamento móvel e da unidade de regulação de vento, a unidade de entrada de ar e/ou a unidade de saída de ar podem mover-se e ajustar-se de acordo com a direção do vento. Assim, o ar flui facilmente sob pressão do vento e em grande parte sem impedimento ao longo de uma seção transversal de entrada de ar aberta para a unidade de entrada de ar e, portanto, para o interior da bomba de calor, flui através do evaporador de meio refrigerante, onde transfere o seu calor ambiente para o meio refrigerante, e flui de modo particularmente fácil e em grande parte sem impedimento através de uma secção transversal de saida de ar aberta, a partir da unidade de saida de ar e, portanto, a partir da bomba de calor de volta para o exterior. Assim, a regulação compreende também um movimento, bem como um direcionamento correspondente a uma direção do vento. 0 direcionamento nesse contexto significa um movimento orientado da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar para uma posição em ângulo de acordo com a direção do vento. A regulação de acordo com a direção do vento ou o direcionamento de acordo com a direção do vento pode significar aqui que a unidade de entrada de ar e/ou a unidade de saída de ar podem movimentar-se ou rodar, ou ajustar de modo a assumirem uma posição em ângulo predeterminado em relação à direção do vento. Uma posição angular pode ser medida, por exemplo, como um ângulo em relação à direção norte. Isso permite a maximização de um fluxo de ar através da bomba de calor e do evaporador e a otimização de uma eficiência da bomba de calor.

Numa outra forma de realização alternativa, a unidade de regulação de vento compreende um sensor de direção do vento para a deteção de uma direção do vento e/ou um sensor de velocidade do vento para a deteção de uma velocidade do vento. Pode ser um único sensor para detetar a direção do vento ou dois sensores separados que detetam separadamente a direção do vento e a velocidade do vento, ou pode ser um sensor combinado que deteta a direção do vento e velocidade do vento conjuntamente. Sensores de direção do vento e/ou sensores de velocidade do vento geram, com base na direção do vento e/ou velocidade do vento detetadas, sinais de posicionamento que causam uma regulação da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar. Nesse caso, a geração dos sinais de posicionamento pode basear-se diretamente numa pressão associada ao vento, ou indiretamente com uma conversão da direção do vento e/ou velocidade do vento detetadas num tipo diferente de forma de energia de sinal (por exemplo, por conversão de um valor físico diretamente associado à direção do vento e/ou velocidade do vento num sinal elétrico). Assim, a unidade de entrada de ar e/ou a unidade de saída de ar regulam-se em conformidade com a direção do vento. Por exemplo, a bomba de calor pode compreender um dispositivo de controlo, que recebe os sinais provenientes do sensor de direção do vento e/ou do sensor de velocidade de vento e processa-os adicionalmente, pelo que, por fim, uma regulação da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar é tornada possível. Esse dispositivo de controlo pode ser o mesmo que é usado para monitorizar e controlar os componentes da bomba de calor com fonte de ar. 0 dispositivo de controlo causa, por meio da regulação, um fluxo de ar maximizado da bomba de calor e evaporador e uma eficácia otimizada da bomba de calor.

Numa outra forma de realização alternativa, a unidade de regulação de vento compreende um sistema de posicionamento, fazendo assim com que o sistema de posicionamento acione um movimento da unidade de entrada de ar e/ou da unidade de saída de ar em função do sinal de posicionamento. 0 sistema de posicionamento pode nesse caso compreender uma unidade de acionamento tal como um motor para gerar o movimento e/ou uma unidade de transmissão tal como uma engrenagem para transmitir o movimento para a unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar.

Noutras formas de realização possíveis, o sistema de posicionamento provoca um movimento por princípio mecânico, elétrico, magnético, eletromotriz e/ou hidráulico. A regulação é então efetuada, através de forças mecânicas, elétricas, magnéticas, eletromotrizes e/ou hidráulicas, que são, por exemplo, forças de alavanca geradas pela pressão do vento, forças de atração elétricas ou magnéticas, ou torques transmitidos por motores elétricos ou dispositivos hidráulicos.

Uma unidade de regulação de vento vantajosa é concebida de tal modo que uma secção transversal da entrada de ar da unidade de entrada de ar fica direcionada na ou para barlavento do vento, e/ou de tal modo que uma secção transversal da saida de ar da unidade de saida de ar fica direcionada para sota-vento do vento. Isso é feito, por exemplo, com um sensor de direção do vento para a deteção de um barlavento e/ou sota-vento, cujos sinais de posicionamento provocam um movimento de um dispositivo de posicionamento e, consequentemente, um direcionamento da secção transversal de entrada de ar e/ou da secção transversal de saida de ar. Isso assegura que na secção transversal da entrada de ar forma-se uma pressão dinâmica ou sobrepressão tão grande quanto possível contra a pressão atmosférica e o ar em movimento pelo vento pode fluir diretamente sem perdas desnecessárias de fluxo através da secção transversal de entrada de ar na unidade de entrada de ar para o interior do evaporador. Por outro lado, isso garante que na secção transversal de saida de ar forme-se uma pressão de sucção ou subpressão de dimensão tão grande quanto possível contra a pressão atmosférica e o ar que deixa o evaporador pode fluir diretamente sem perdas de fluxo desnecessárias, através da secção transversal da saída de ar a partir da unidade de saída de ar. Assim, o evaporador integrado entre a unidade de entrada de ar e a unidade de saída de ar é atravessado por ar em movimento pelo vento.

Numa forma de realização alternativa, o suporte móvel da unidade de entrada de ar e unidade de saída de ar é formado como um suporte rotativo, de preferência, como suporte rotativo com um eixo de rotação vertical. Isso é particularmente vantajoso na regulação de acordo com os movimentos de vento geralmente horizontais.

Numa forma de realização alternativa, a unidade de entrada de ar e a unidade de saida de ar são concebidas como duas unidades independentes uma da outra. Elas podem ser concebidas para movimentos separados, ou seja, independentes uns dos outros, ou para movimentos acoplados entre si. Assim, são frequentemente possíveis modalidades do suporte móvel com dimensões estruturalmente menores.

Numa forma de realização opcional da bomba de calor com fonte de ar, a unidade de entrada de ar e/ou a unidade de saída de ar são concebidas por um cotovelo de sucção e/ou cotovelo de insuflagem colocados numa secção superior da bomba de calor com fonte de ar, por exemplo sob a forma de cotovelos tubulares de 90 graus. Assim, é conseguida uma conceção simples de componentes com possibilidades de conectividade simples para um fluxo de ar dentro de um acondicionamento de bomba de calor com fonte de ar, através do evaporador. Nesse caso, cada cotovelo pode ser movido individualmente, ou ambos os cotovelos podem ser movidos de modo conjuntamente ligado por uma razão de transmissão.

Numa forma de realização alternativa, a unidade de entrada de ar e unidade de saída de ar são formadas como uma unidade de uma só peça e são montadas em conjunto e de modo móvel como uma unidade. Assim, pode ser conseguido que a secção transversal da entrada de ar e secção transversal da saída de ar estejam sempre colocadas de modo oposto uma à outra, sendo um direcionamento de acordo com o vento, por exemplo, um direcionamento a barlavento/sota-vento particularmente simples.

Numa forma de realização opcional, o sensor de direção do vento e/ou o sensor de velocidade do vento são selecionados a partir de um grupo compreendendo cata-vento, sensor de direção do vento, anemoscópio, antena anemométrica, sonda de pressão dinâmica, tubo de Pitot, tubo de Prandtl, anemómetro. As combinações desses sensores de medição são também concebíveis. Assim, pode ser conseguida uma deteção simples, robusta e fiável da direção do vento e/ou a velocidade do vento.

Numa forma de realização opcional, a bomba de calor com fonte de ar compreende um ventilador para deslocar o ar através do evaporador de meio refrigerante, em que o torque do ventilador pode ser regulado em função da velocidade do vento e/ou de uma taxa de fluxo de ar através do evaporador e/ou uma potência de aquecimento de uma bomba de calor com fonte de ar e/ou uma temperatura do fluido de serviço. Nesse caso, a velocidade do vento e/ou taxa de fluxo de ar e/ou potência de aquecimento de uma bomba de calor com fonte de ar e/ou temperatura do fluido de serviço são de preferência valores atuais calculados ou medidos ou assumidos. 0 ventilador provoca a taxa de fluxo de ar necessária para um requisito de aquecimento atual de um fluido de serviço através do evaporador quando, por exemplo, o movimento de ar atmosférico inexistente ou fraco por ausência de vento ou numa velocidade fraca do vento não consegue provocar uma taxa de fluxo de ar necessária. Ou o ventilador apoia e aumenta uma taxa de fluxo de ar associada ao vento através do evaporador. Por exemplo, a velocidade do vento ou a taxa de fluxo de ar é medida ou calculada pelo evaporador ou uma potência de aquecimento da bomba de calor com fonte de ar ou uma temperatura do fluido de serviço e é comparada com um valor necessário. Se o valor necessário não for alcançado, então o ventilador é ligado ou o torque do ventilador é aumentado. Em seguida, mais ar atinge o evaporador, uma capacidade de evaporação de meio refrigerante é aumentada, e mais calor ambiente pode ser recuperado e aproveitado a partir do ar. Por exemplo, um dispositivo de controlo monitoriza ou mede ou deteta a velocidade do vento, a taxa de fluxo de ar através do evaporador, a potência da bomba de calor com fonte de ar e/ou a temperatura do fluido de serviço e regula em função daquelas o torque do ventilador. Como resultado, o dispositivo de controlo assegura uma taxa de fluxo de ar mínima independente do vento através do evaporador. 0 fluxo de ar através do evaporador pode ser também maximizado por meio do dispositivo de controlo e do ventilador, com o objetivo de maximizar a potência de aquecimento da bomba de calor com fonte de ar.

Ainda de acordo com a tecnologia agora divulgada, o processo para controlar uma regulação do vento de uma unidade de entrada de ar e/ou uma unidade de saída de ar numa bomba de calor com fonte de ar de acordo com a tecnologia descrita, que é movida pelo ar em movimento pelo vento, é caracterizado por compreender os passos de deteção de uma direção do vento e/ou uma velocidade do vento, a deteção de uma possível melhor posição angular da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar, bem como o movimento e direcionamento da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar de acordo com a melhor posição angular detetada. Isso assegura que o fluxo de ar em movimento pelo vento flua com um mínimo de perdas de fluxo através da seção transversal de entrada de ar na unidade de entrada de ar, passe pelo evaporador de meio refrigerante, e flua para fora da secção transversal de saida de ar a partir da unidade de saída de ar. Uma melhor posição angular significa nesse contexto, uma posição angular da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saida de ar, na qual o ar em movimento pelo vento desloca-se mais facilmente e com menor perda de fluxo na unidade de entrada de ar e/ou a partir da unidade de saida de ar e o evaporador é atravessado por mais ar em movimento pelo vento.

Um processo alternativo é caracterizado por a deteção de uma direção do vento ser realizada por meio de um cata-vento móvel em torno de um eixo vertical, em que o cata-vento se direciona automaticamente sob influência do vento, no sentido sota-vento do vento.

Num processo alternativo, a deteção de uma direção do vento e/ou de uma velocidade do vento ocorre por meio da determinação de uma pressão dinâmica máxima por meio de um sensor de pressão dinâmica rotativo em torno de um eixo vertical. Nesse caso, é medida uma primeira pressão dinâmica do sensor de pressão dinâmico numa primeira posição angular, uma segunda pressão dinâmica numa segunda posição angular desviada, por exemplo, em 45 graus no sentido horário a partir da primeira posição angular, e uma terceira pressão dinâmica numa terceira posição angular desviada, por exemplo, em 45 graus no sentido anti-horário da primeira posição angular, em que a primeira posição angular do sensor de pressão dinâmica é idêntica à posição angular atual da secção transversal de entrada de ar, e em que uma pressão dinâmica máxima é determinada com os dados sobre a posição angular e tamanho por interpolação a partir das pressões dinâmicas medidas. 0 movimento do sensor de pressão dinâmica é realizado de acordo com o mesmo principio ou semelhante que o movimento da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saida de ar. Se necessário, os movimentos do sensor de pressão dinâmica, unidade de entrada de ar e/ou unidade de saida de ar estão acoplados em conjunto. Assim, um processo simples é fornecido por meio do qual uma pressão dinâmica máxima, uma direção do vento atual e uma velocidade do vento atual podem ser determinadas.

Um processo alternativo é caracterizado por a deteção de uma possível melhor posição angular da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar em função de um desvio angular entre uma posição angular atual da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar e uma direção do vento detetada, bem como em função da velocidade do vento. 0 termo posição angular da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar é compreendido, por exemplo, como uma direção angular de uma direção a barlavento/sota-vento da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar, em relação a uma direção norte. Nos desvios angulares iguais ou superiores a um limite de desvio (por exemplo 5 graus) e/ou a velocidades de vento superiores ou iguais a um valor limite de velocidade (por exemplo, 2 metros por segundo), é detetada uma possível melhor posição angular da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar. A melhor posição angular é idêntica à direção do vento detetada. Assim se garante que as mudanças maiores na direção do vento e maiores velocidades do vento causam uma regulação da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar, essas mudanças de vento têm o potencial de causar impacto na taxa de fluxo de ar do evaporador controlada pelo vento. Pequenas mudanças de direção do vento e pequenas velocidades do vento podem não ser respeitadas, ou seja, nenhum movimento ou direcionamento são assumidos pela unidade de entrada de ar e/ou unidade de salda de ar, porque elas têm pouca ou nenhuma influência sobre a taxa de fluxo de ar do evaporador acionada pelo vento. 0 movimento e direcionamento da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saida de ar de acordo com a direção do vento, de forma vantajosa, a unidade de entrada de ar a barlavento do vento e/ou a unidade de saida de ar a sota-vento, ocorre por principio mecânico, elétrico, magnético, eletromotriz e/ou hidráulico, em função dos sinais de posicionamento por parte do sensor de direção do vento e/ou do sensor de velocidade do vento.

Um processo alternativo é caracterizado pelo fato de o movimento e direcionamento de uma unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar ocorrer por meio de um cata-vento que se move em torno de um eixo vertical, em que o referido cata-vento direciona a barlavento ou sota-vento a unidade de entrada de ar e/ou a unidade de saída de ar automaticamente sob a influência do vento. Nesse caso, uma ligação direta do cata-vento e da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar pode ser uma vantagem.

Num processo alternativo, um torque de um rotor de um ventilador para o transporte de ar através do evaporador de meio refrigerante em função da velocidade do vento e/ou uma taxa de fluxo de ar através do evaporador de meio refrigerante e/ou uma potência de aquecimento da bomba de calor com fonte de ar e/ou uma temperatura do fluido de serviço é regulado. A bomba de calor com fonte de ar compreende um ventilador com torque do rotor comutável e/ou ajustável, o qual então suporta e parcialmente ou completamente assume pelo menos um transporte de ar através do evaporador, quando o vento não é suficiente para proporcionar ao evaporador uma quantidade suficiente de ar para uma demanda existente de aquecimento. 0 fato de uma taxa de fluxo de ar acionada pelo vento não ser suficiente, é reconhecido por sensores opcionalmente disponíveis para a medição da velocidade do vento, medição da taxa de fluxo de ar, medição da potência de aquecimento ou medição da temperatura do fluido de serviço. Por exemplo, o torque do ventilador é aumentado quando a velocidade do vento e/ou a taxa de fluxo de ar e/ou a potência de aquecimento da bomba de calor com fonte de ar e/ou a temperatura do fluido de serviço está abaixo de um valor definido.

Breve descrição das figuras

Para uma mais fácil compreensão da técnica junta-se em anexo uma figura, a qual, representa uma realização preferencial do invento que, contudo, não pretende limitar o objeto do presente pedido.

As Figuras la e lb mostram um aparelho de aquecimento da bomba de calor de acordo com o estado da técnica.

As Figuras 2a e 2b mostram uma bomba de calor com fonte de ar de acordo com a invenção. A Figura 3 mostra uma secção superior de uma bomba de calor com fonte de ar de acordo com a invenção. A Figura 4 mostra uma secção superior de uma bomba de calor com fonte de ar de acordo com a invenção. A Figura 5 mostra uma secção superior de uma bomba de calor com fonte de ar de acordo com a invenção. A Figura 6 mostra uma secção superior de uma bomba de calor com fonte de ar de acordo com a invenção. A Figura 7 mostra uma secção superior de uma bomba de calor com fonte de ar de acordo com a invenção. A Figura 8 mostra um fluxograma de um processo de acordo com a invenção. A Figura 9 mostra um fluxograma de um processo de acordo com a invenção.

Descrição de formas de realização

Fazendo referência às figuras, algumas formas de realização vão ser agora descritas de forma mais pormenorizada, as quais não pretendem contudo limitar o âmbito do presente pedido. A Figura la mostra um aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) de acordo com o estado da técnica em corte longitudinal, a Figura lb mostra esse aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) numa vista em planta. Na secção inferior do aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) encontra-se um depósito de água quente (2) para armazenar um fluido de serviço. Na secção superior, encontra-se a própria bomba de calor com fonte de ar (3) com um evaporador de meio refrigerante (4), uma unidade de entrada de ar (5), uma unidade de saída de ar (6) e um ventilador (7) . 0 ventilador (7) suga ar a baixa temperatura a partir do meio ambiente circundante à instalação do aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) através da unidade de entrada de ar (5), transporta o mesmo através do evaporador (4), e sopra o ar arrefecido através da unidade de saída de ar (6) novamente para o exterior. Um compressor não ilustrado aquece um meio refrigerante em circulação e transporta o mesmo para um condensador (não ilustrado), onde o calor é transferido para o fluido de serviço. Para isso, o fluido de serviço é sugado por meio de uma bomba de circulação (não ilustrada) a partir do depósito (2), flui através do condensador e é transportado de volta para o depósito. 0 fluido de serviço aquecido (por exemplo, água potável quente, água para aquecimento, etc.) pode ser removido do depósito (2) para efeitos de aproveitamento. A Figura 2a mostra um aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) com uma forma de realização duma bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com a invenção na seção superior, a Figura 2b mostra a vista em planta correspondente. A bomba de calor com fonte de ar (3) extrai calor ambiente do ar e aquece um fluido de serviço. A bomba de calor com fonte de ar (3) pode ser atravessada por ar em movimento pelo vento, compreende uma unidade de entrada de ar (5) e uma unidade de saída de ar (6), em que a unidade de entrada de ar (5) e/ou a unidade de saída de ar (6) são suportadas de forma móvel. No exemplo ilustrado, cada uma delas tem um suporte de movimento (8), por exemplo, um suporte de esferas ou suporte deslizante, e estão montadas de modo rotativo sobre um eixo vertical de rotação. Além disso, a bomba de calor com fonte de ar (3) compreende uma unidade de regulação de vento (9), que permite a regulação da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saida de ar (6) de acordo com a direção do vento. A unidade de entrada de ar (5) e a unidade de saída de ar (6) são concebidas como duas unidades independentes entre si na forma de cotovelos tubulares de 90 graus como o cotovelo de sucção e cotovelo de insuflagem, respetivamente. Diretamente no cotovelo de sucção está rigidamente conectado um cata-vento (9). No cotovelo de insuflagem estão rigidamente ligados dois cata-ventos (9). Os cata-ventos (9) são sensores de direção do vento e detetam a direção do vento. Dependendo da velocidade do vento, uma pressão do vento é exercida sobre os cata-ventos (9) e gira os próprios cata-ventos (9), e com eles o cotovelo de sucção e cotovelo de insuflagem e direciona-os de acordo com a direção do vento. Assim, a pressão do vento gera, com uma força sobre a superfície do cata-vento (9), um torque em torno do eixo vertical de rotação, que corresponde a um sinal de posicionamento. O cata-vento (9) também é igualmente um sistema de posicionamento, que se movimenta e direciona tal como o cotovelo de sucção e cotovelo de insuflagem de acordo com o torque correspondente à direção do vento. Assim direcionado, o ar em movimento pelo vento flui sem quaisquer perdas adicionais de fluxo através da unidade de entrada de ar (5) para o evaporador (4), transferindo o seu calor de baixa temperatura para o meio refrigerante, continua a fluir para a unidade de saída do ar (6) e, refrigerado, deixa a bomba de calor (3) . A regulação da unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída de ar (6) de acordo com a direção do vento serve para a maximização de uma quantidade de ar movida pelo vento através do evaporador (4) . Um torque do rotor de um ventilador (7), o qual é utilizado para o transporte de ar através do evaporador (4), pode ser reduzido quando ar em movimento pelo vento é suficiente para fluir através do evaporador (4) . Assim, a energia elétrica para acionar o ventilador (7) pode ser poupada.

Na formal de realização ilustrada, os cata-ventos (9 estão alinhados com a direção de sucção ou direção de insuflagem dos dois cotovelos. Assim, quando existe uma pressão de vento suficiente, ocorre um direcionamento do cotovelo de sucção a barlavento e do cotovelo de insuflagem a sota-vento do vento. 0 aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) pode, por exemplo, ter um acondicionamento em forma cilíndrica ou retangular, no qual estão dispostos os componentes da bomba de calor (3), numa secção superior, bem como o depósito (2) (por exemplo, um recipiente de água quente potável ou depósito de aquecimento) numa secção inferior. A unidade de entrada de ar (5) e/ou a unidade de saída de ar (6) podem ser dispostas numa parte do acondicionamento orientada para cima ou numa periferia do acondicionamento. Numa forma de realização opcional da presente invenção, toda a bomba de calor com fonte de ar (3) pode ser montada de forma rotativa. A unidade de entrada de ar (5) compreende uma secção transversal de entrada de ar como secção transversal aberta ou abertura para o influxo de ar. A unidade de saída de ar (6) compreende uma secção transversal de saída de ar como secção transversal aberta ou abertura para o fluxo de saída do ar. Pelo menos uma dessas aberturas pode ser protegida por uma rede, filtros ou coberturas contra a penetração indesejada de pó, folhas, outros objetos, animais ou a introdução acidental das mãos. Uma regulação e direcionamento da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saída de ar (6) pode significar, em particular, que a secção transversal de entrada de ar e/ou a secção transversal da saída de ar ficam direcionadas de modo perpendicular a barlavento e/ou sota-vento, pelo que uma entrada e saída do ar em movimento pelo vento mostra-se particularmente isenta de perdas de fluxo. A Figura 3 mostra uma outra modalidade da bomba de ar (3) com a unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída de ar (6) concebidas novamente como cotovelos tubulares de 90 graus. Esses são concebidos como uma unidade de uma só peça e armazenados em conjunto, como uma unidade móvel (suporte de rotação (8)). Diretamente nas unidades está rigidamente ligado um cata-vento (9), que regula a unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída de ar (6) em conformidade sob pressão de vento da direção do vento. A Figura 4 revela uma forma de realização alternativa da bomba de ar (3), em que a unidade de entrada de ar (5) e a unidade de saída de ar (6) estão dispostas na superfície de revestimento da cobertura (10) da secção superior do aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) . Um cata-vento (9) na superfície superior gera sob pressão do vento um torque em torno do eixo vertical de rotação e gira toda a cobertura (10) e/ou toda a secção superior do aparelho de aquecimento da bomba de calor (1) em torno do suporte de rotação (8). A Figura 5 mostra uma outra modalidade da bomba de ar (3), em que a unidade de entrada de ar (5) está disposta na superfície de revestimento da cobertura (10) da secção superior do aparelho de aquecimento da bomba de calor (1). A unidade de saida de ar (6), bem como o cata-vento (9) estão dispostos sobre a superfície superior. 0 cata-vento 9 produz, sob pressão do vento, um torque em torno do eixo de rotação vertical e gira toda a cobertura (10) com a unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída de ar (6 em torno do suporte de rotação (8). A Figura 6 revela uma outra forma de realização da bomba de calor com fonte de ar (3) com a unidade de entrada de ar (5), unidade de saída de ar (6), e dois suportes de rotação (8) . Na unidade de entrada de ar (5) está previsto um sensor do vento (11) para a deteção de uma direção do vento e/ou para a deteção de uma velocidade do vento e/ou mesmo para a deteção da pressão dinâmica, esses sensores gerando sinais de posicionamento correspondentes. A unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída de ar (6) são movidas e direcionadas segundo uma direção do vento detetada. Para isso, está previsto um sistema de posicionamento (12), que é controlado por um dispositivo de controlo (13) e desloca e direciona tanto a unidade de entrada de ar (5) , como a unidade de saída de ar (6). 0 dispositivo de controlo (13) recebe sinais de posicionamento do sensor do vento (11) processa-os, fornece comandos de controlo ao sistema de posicionamento (12) para deslocar e direcionar a unidade de entrada de ar (5) e a unidade de saída de ar (6). A Figura 7 mostra uma outra forma de realização da bomba de ar (3) com a unidade de entrada de ar (5), unidade de saída de ar (6), e dois suportes de rotação (8) . Na bomba de calor com fonte de ar (3), está previsto um sensor do vento (11) para a deteção de uma direção do vento e/ou para a deteção de uma velocidade do vento e/ou mesmo para a deteção da pressão dinâmica. 0 sensor do vento (11) gera um sinal de posicionamento. A unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída do ar (6) são movidas e direcionadas segundo uma direção do vento detetada. Para isso, estão previstos dois sistemas de posicionamento (12), que são controlados por um dispositivo de controlo (13) e deslocam e direcionam tanto a unidade de entrada de ar (5), como a unidade de saída de ar (6) . 0 sensor do vento (11) tem um suporte de rotação (14) e um sistema de posicionamento (15) . Ele deteta uma direção do vento e/ou uma velocidade do vento, na medida em que uma pressão dinâmica máxima e uma posição angular associada sejam determinadas. A posição angular da pressão dinâmica máxima é idêntica ao ângulo de direção do vento. A Figura 8 mostra um fluxograma do processo de acordo com a invenção para controlar uma regulação do vento de uma unidade de entrada de ar (5) e/ou de uma unidade de saída de ar (6) em que uma bomba de calor com fonte de ar (3) pode ser atravessada por fluxo de ar em movimento pelo vento. 0 processo compreende os passos: a deteção de uma direção do vento e/ou de uma velocidade do vento (16); a deteção de uma possível melhor posição angular da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar (17); e movimento e direcionamento da unidade de entrada de ar e/ou unidade de saída de ar de acordo com a direção do vento detetada (18) . Estes passos (16, 17, 18) são executados repetidamente com uma periodização histórica predeterminada. A Figura 9 mostra um fluxograma de uma forma de realização detalhada do processo. 0 sensor do vento (11) deteta uma direção do vento e/ou uma velocidade do vento, na medida em que uma pressão dinâmica máxima e uma posição angular associada sejam determinadas. Para esse efeito, no passo 16.1, uma primeira pressão dinâmica é medida numa posição angular do sensor do vento (11) correspondente à posição angular atual da unidade de entrada de ar (5) . Nos Passos 16.2 e 16.3, uma segunda e uma terceira pressões dinâmicas são medidas em segundas e terceiras posições angulares que se desviam em, por exemplo, 45 graus no sentido horário e no sentido anti-horário. No passo 17, a pressão dinâmica máxima e a posição angular associada são determinadas e calculadas a partir das pressões dinâmicas, para permitir que exista uma possível melhor posição angular, que deva ser proporcionada. A posição angular da pressão dinâmica máxima é idêntica ao ângulo de direção do vento. No passo 18, a unidade de entrada de ar (5) e a unidade de saída de ar (6) são direcionadas com a direção do vento. No passo 19.1, um temporizador responsável pela periodicidade do processo é definido para zero; no passo 19.2 esse temporizador determina uma pausa e uma subsequente execução repetida dos passos 16 a 18. 0 processo de acordo com a invenção permite uma reorientação contínua da unidade de entrada de ar (5) e unidade de saída de ar (6) de uma bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com a invenção em função da direção do vento quando se deteta que é possível uma melhor posição angular. Então, o evaporador (4) da bomba de ar (3) é mais facilmente, e portanto de modo aumentado, atravessado por ar em movimento pelo vento, de modo que a potência do ventilador para o transporte de ar pode ser reduzida proporcionalmente. A invenção prevê que a bomba de calor com fonte de ar (3) tem um sensor do vento (11), pelo que as seguintes vantagens adicionais podem ser conseguidas. A partir da experiência é sabido que a humidade a temperaturas baixas pode resultar na formação de gelo ou no congelamento do evaporador, o que reduz a eficiência da bomba de calor, e que as velocidades de ar mais elevadas acarretam uma menor formação de gelo. Agora, por exemplo, com base na velocidade do vento medida ou detetada, opcionalmente em conjunção com um sensor de temperatura e/ou um sensor de humidade, pode ser feito um prognóstico de uma taxa de formação de gelo no lado do ar do evaporador (4). Com base no prognóstico da taxa de formação de gelo e, por exemplo, de um tempo de funcionamento, pode ser feito o prognóstico de formação de gelo absoluto. Dai, um sinal pode ser então fornecido a um operador da bomba de calor (3), com o qual ele fica ciente de tal crosta de gelo e de uma necessidade de descongelar o evaporador (4).

Por outro lado, é sabido que um evaporador (4) é contaminado por partículas de ar e por conseguinte deve ser limpo a intervalos regulares. Com base na velocidade do vento medida ou detetada, é agora possível uma inversão do volume de fluxo de ar, que flui através do evaporador (4) . Com base no volume de fluxo de ar assim determinado e, por exemplo, num tempo de funcionamento pode ser feito um prognóstico de uma quantidade de ar e, consequentemente, uma contaminação correlacionada esperada do evaporador (4). Daí, um sinal pode ser então fornecido a um operador da bomba de calor (3) , com o qual ele fica ciente de tal contaminação e de uma necessidade de limpeza.

Lisboa, 01 de junho de 2015

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba de calor com fonte de ar (3) com um evaporador de meio refrigerante (4) para a extração de calor ambiente a partir do ar e aquecimento de um fluido de serviço, em que a bomba de calor com fonte de ar (3) pode ser atravessada por ar em movimento pelo vento, apresentando uma unidade de entrada de ar (5) e uma unidade de saída de ar (6), caraterizada por a unidade de entrada de ar (5) e/ou a unidade de saída de ar (6) serem montadas de modo móvel e estar compreendida, pelo menos, uma unidade de regulação de vento (9) para regular a unidade de entrada de ar (5) e/ou a unidade de saída de ar (6).
2. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com a reivindicação 1, caraterizada por a unidade de regulação de vento (9) compreender um sensor do vento (11) para a deteção de uma direção do vento e/ou para a deteção de uma velocidade do vento e/ou da pressão dinâmica, em que o sensor do vento (11) é concebido para gerar sinais de posicionamento que causam uma regulação da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saída de ar (6).
3. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por a unidade de regulação de vento (9) compreender um sistema de posicionamento (12), em que o sistema de posicionamento (12) é concebido para provocar um movimento da unidade de entrada de ar (5) e/ou da unidade de saída de ar (6) em função do sinal de posicionamento.
4. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com a reivindicação 3, caraterizada por o sistema de posicionamento (12) ser concebido para causar um movimento da unidade de entrada de ar (5) e/ou da unidade de saída de ar (6) segundo um princípio mecânico, elétrico, magnético, eletromotriz e/ou hidráulico.
5. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por a unidade de regulação de vento (9) ser concebida para direcionar uma secção transversal de entrada de ar da unidade de entrada de ar (5) a barlavento do vento, e/ou uma secção transversal de saida de ar da unidade de saída de ar (6) a sota-vento do vento.
6. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por o suporte móvel (8) da unidade de entrada de ar (5) e unidade de saida de ar (6) ser um suporte de rotação (8), de preferência um suporte de rotação (8) com eixo de rotação vertical.
7. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por a unidade de entrada de ar (5) e a unidade de saída de ar (6) serem concebidas como duas unidades separadas entre si e serem adaptadas para movimentos independentes, ou movimentos acoplados entre si.
8. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por a unidade de entrada de ar (5) e a unidade de saida de ar (6) serem concebidas como uma unidade de uma só peça e serem montadas em conjunto e de modo móvel como uma unidade.
9. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por a unidade de entrada de ar (5) e/ou a unidade de saída de ar (6) serem concebidas através de cotovelo de sucção e/ou cotovelo de insuflagem colocados numa secção superior da bomba de ar (3).
10. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 9, caraterizada por o sensor do vento (11)) ser selecionado a partir de um grupo compreendendo cata-vento, sensor de direção do vento, anemoscópio, antena anemométrica, sonda de pressão dinâmica, tubo de Pitot, tubo de Prandtl, anemómetro.
11. Bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caraterizada por a bomba de calor com fonte de ar (3) compreender um ventilador (7) para deslocar o ar através do evaporador de meio refrigerante (4) , em que o torque do ventilador pode ser regulado em função da velocidade do vento e/ou de uma taxa de fluxo de ar através do evaporador de meio refrigerante (4) e/ou uma potência de aquecimento de uma bomba de calor com fonte de ar e/ou uma temperatura do fluido de serviço.
12. Um processo para controlar uma regulação do vento de uma unidade de entrada de ar (5) e/ou uma unidade de saída de ar (6) numa bomba de calor com fonte de ar (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, a qual pode ser atravessada por ar em movimento pelo vento, caraterizado por compreender os passos de: • deteção de uma direção do vento e/ou velocidade do vento (16), • deteção de uma possível melhor posição angular da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saída de ar (6) (17), bem como • movimento e direcionamento da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saída de ar (6) de acordo com a melhor posição angular detetada (18).
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caraterizado por a deteção de uma direção do vento ocorrer por meio de um cata-vento (9) móvel em torno de um eixo vertical, em que o cata-vento direciona-se automaticamente a sota-vento do vento sob a influência do vento.
14. Processo de acordo com a reivindicação 12, caraterizado por a deteção de uma direção do vento e/ou de uma velocidade do vento ser realizada por determinação de uma pressão dinâmica máxima, bem como da posição angular associada, por meio de um sensor de pressão dinâmica móvel em torno de um eixo vertical, em que: • uma primeira pressão dinâmica é medida numa primeira posição angular do sensor de pressão dinâmica; • uma segunda pressão dinâmica é medida numa segunda posição angular do sensor de pressão dinâmica, que se desvia horizontalmente de um ângulo A no sentido horário a partir da primeira posição angular, e • uma terceira pressão dinâmica é medida numa terceira posição angular do sensor de pressão dinâmica, que se desvia horizontalmente num ângulo A no sentido anti-horário a partir da primeira posição angular, em que a primeira posição angular do sensor de pressão dinâmica é idêntica à posição angular atual da secção transversal de entrada de ar, em que o ângulo A é um ângulo predeterminado ou predeterminável e está no intervalo entre 10 graus e 180 graus, de preferência no intervalo entre 25 graus e 65 graus, mais preferivelmente no intervalo entre 40 graus e 50 graus, e em que a pressão dinâmica máxima, bem como a correspondente posição angular é determinada pela medição e/ou interpolação das pressões dinâmicas e posições angulares medidas.
15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caraterizado por a deteção de uma possivel melhor posição angular da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saida de ar (6) ser realizada em função de um desvio angular entre uma posição angular real da unidade de entrada de ar (5) e/ou unidade de saida de ar (6) e uma direção do vento detetada, bem como em função da velocidade do vento, em que no caso de desvios angulares superiores ou iguais a um valor limite de desvio e/ou em caso de velocidades do vento maiores ou iguais a um valor limite de velocidade, é detetada uma possivel melhor posição angular, e em que a melhor posição angular é idêntica à direção do vento detetada.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caraterizado por o torque de um ventilador (7) para o transporte de ar através do evaporador de meio refrigerante (4) ser regulado em função da velocidade do vento e/ou de uma taxa de fluxo de ar através do evaporador de meio refrigerante (4) e/ou uma potência de aquecimento da bomba de calor com fonte de ar e/ou uma temperatura do fluido de serviço.
17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caraterizado por o torque do ventilador ser aumentado quando a velocidade do vento e/ou a taxa de fluxo de ar e/ou a potência de aquecimento da bomba de calor com fonte de ar e/ou a temperatura do fluido de serviço estiverem abaixo de um valor definido. Lisboa, 01 de junho de 2015