ES2680193B1 - Calefactor-refrigerador basado en el ciclo brayton inverso y procedimiento de operación. - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Calefactor-refrigerador basado en el ciclo Brayton inverso y procedimiento de operación.
Campo técnico de la invención
La presente invención denominada calefactor-refrigerador basado en el ciclo Brayton inverso pertenece al campo técnico de las máquinas de refrigeración por compresión, al de las bombas de calor y al de las máquinas de conversión de energía térmica a energía mecánica por medio de un ciclo térmico Brayton inverso (Bl).
Objetivo de la invención
La presente invención denominada calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl y procedimiento de operación, tiene por objeto utilizar el ciclo térmico Bl para suministrar calor y frío simultáneamente o alternativamente calor y frío destinados a acondicionar un ambiente. Utiliza un ciclo Bl constituido por un motor eléctrico acoplado a un compresor y un expansor por medio de un eje.
Antecedentes de la invención
Los sistemas de calefacción convencionales equipados con una bomba de calor comprimen un fluido de trabajo mediante compresión mecánica, ceden el calor del fluido de trabajo al recinto a calentar o recinto térmicamente acondicionado (foco caliente) y el retorno del fluido de trabajo enfriado durante la cesión de calor y condensado, y por tanto en estado líquido es expandido por medio de una válvula de expansión para capturar calor del foco frío, el cual retorna aspirado por el compresor para completar así el ciclo que se repite indefinidamente. Mediante un sistema de control de los flujos caliente y frío del fluido de trabajo, puede intercambiar los focos térmicos para proporcionar alternativamente calor o frío al mismo recinto, de acuerdo con las necesidades térmicas o confort de acondicionamiento.
El calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl, en cambio se caracteriza porque comprime el fluido de trabajo cediendo calor al recinto a calentar con lo cual reduce su temperatura a presión constante, y es expandido en un expansor que realiza trabajo mecánico utilizado para ayudar al compresor.
En el estado actual de la tecnología no se conoce ninguna técnica de acondicionamiento que utilice la forma descrita en el ciclo Bl.
Descripción de la invención
Breve descripción de la invención
El invento denominado CALEFACTOR-REFRIGERADOR BASADO EN EL CICLO BRAYTON INVERSO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN, consiste en una bomba de calor basada en el ciclo Bl utilizada para calentar o enfriar el recinto a acondicionar térmicamente, donde el ciclo Bl está constituido por un motor eléctrico que acciona un compresor acoplado a un expansor donde tanto el compresor como el expansor pueden ser rotativos o alternativos. Se caracteriza porque el fluido de trabajo (preferentemente helio) se comprime cediendo calor al recinto a calentar con lo cual reduce su temperatura a presión constante, y es expandido en un expansor que realiza trabajo mecánico utilizado para ayudar al compresor. Por medio de un sistema de control de los flujos caliente y frío del fluido de trabajo, puede intercambiar los focos térmicos para proporcionar alternativamente calor o frío al mismo recinto, de acuerdo con las necesidades térmicas o confort de acondicionamiento.
Descripción de las figuras
En esta sección se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes que constituyen el CALEFACTOR-REFRIGERADOR BASADO EN EL CICLO BRAYTON INVERSO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN para facilitar la comprensión donde de modo no limitativo se hace referencia a las siguientes figuras:
La figura 1 representa el CALEFACTOR-REFRIGERADOR BASADO EN EL CICLO BRAYTON INVERSO dotado de la característica de calentar un recinto de cesión de calor producido por el compresor (2) y enfriar otro recinto de absorción de calor, el cual incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Intercambiador de calor acondicionador (4) (calentador).
- Intercambiador de calor (5) (enfriador absorbedor de calor).
La figura 2 representa el calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl dotado de la alternativa de calefacción o refrigeración del mismo recinto a acondicionar, el cual incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Intercambiador de calor enfriador o calentador (4).
- Intercambiador de calor enfriador o calentador (5).
- Válvula 2/3 (dos posiciones y tres vías) (6) de distribución alternativa del fluido de trabajo caliente procedente del compresor (2) entre los recintos caliente y frío.
- Válvula 2/3 (7) de distribución alternativa del fluido de trabajo frío procedente del expansor (3) entre los recintos frío y caliente.
- Válvula 2/3 (8) de retorno alternativo del fluido de trabajo hacia el compresor (2) o expansor (3).
- Válvula 2/3 (9) de retorno alternativo del fluido de trabajo hacia el compresor (2) o expansor (3).
Descripción detallada de la invención
El calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl, consiste en un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Bl, el cual se implementa según dos configuraciones:
Calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl dotado de la característica de calentar un recinto de cesión de calor (4) producido por el compresor (2) y enfriar otro recinto de absorción de calor (5), el cual incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Intercambiador de calor acondicionador (4) (calentador)
- Intercambiador de calor (5) (enfriador).
Calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl dotado de las opciones de calefacción y refrigeración alternativamente en el mismo recinto a acondicionar, el cual incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Intercambiador calentador o enfriador (4).
- Intercambiador calentador o enfriador (5).
- Válvula 2/3 (6) (dos posiciones y tres vías) de distribución alternativa del fluido de trabajo caliente procedente del compresor (2) entre los recintos caliente y frío.
- Válvula 2/3 (7) de distribución alternativa del fluido de trabajo frío procedente del expansor (3) entre los recintos frío y caliente.
- Válvula 2/3 (8) de retorno alternativo del fluido de trabajo hacia el compresor (2) o expansor (3).
- Válvula 2/3 (9) de retorno alternativo del fluido de trabajo hacia el compresor (2) o expansor (3) .
El procedimiento de operación del calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl constituido por un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Bl sin regeneración, es tal que el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) transfiriendo el fluido de trabajo al intercambiador de calor acondicionador (4) que actúa de calentador del ambiente, donde cede calor al medio y retorna al expansor (3) donde se expande con realización de trabajo mecánico, enfriándose en concordancia con la presión alcanzada. Es evacuado a baja temperatura al intercambiador de calor (5) que actúa de captador de calor, retornando hacia el compresor (2) desde donde es aspirado para ser comprimido de nuevo completando el ciclo térmico que conforma el Bl.
El procedimiento de operación del calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl dotado de la alternativa de calefacción o refrigeración del mismo recinto a acondicionar, constituido por un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Bl sin regeneración, y equipado con las válvulas y conductos que facilitan las opciones de calefacción y refrigeración alternativamente en el mismo recinto a acondicionar, es tal que:
- En el caso de ser utilizado como calefactor, el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) siendo transferido al intercambiador de calor acondicionador (4) por medio de la válvula de 2/3 (6). Después de ceder calor a presión constante en el intercambiador de calor acondicionador (4) pasa al expansor (3) por la válvula de 2/3 (8), donde realiza trabajo mecánico con decremento de la presión y la temperatura del fluido de trabajo, siendo evacuado al intercambiador absorbedor o disipador de calor (5) a través de la válvula 2/3 (7). Del intercambiador absorbedor o disipador de calor (5) es aspirado por el compresor (2) a través de la válvula 2/3 (9), completando así el ciclo.
- En el caso de ser utilizado como enfriador, el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) siendo transferido al intercambiador de calor absorbedor o disipador de calor (5) a través de la válvula 2/3 (6). Después de ceder calor a presión constante en el intercambiador de calor acondicionador (5) pasa al expansor (3) por la válvula de 2/3 (9), donde realiza trabajo mecánico con decremento de la presión y la temperatura del fluido de trabajo, siendo evacuado al intercambiador de calor acondicionador (4) a través de la válvula 2/3 (7). Después de absorber calor en el intercambiador de calor acondicionador (4) es aspirado por el compresor (2) a través de la válvula 2/3 (8), completando así el ciclo.
Descripción de realizaciones preferentes de la invención
La configuración preferente del calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl, consiste en un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Bl, el cual se implementa según dos configuraciones:
Calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl dotado de la característica de calentar un mismo recinto de absorción de calor (4) producido por el compresor (2) y enfriar otro recinto de absorción de calor (5), el cual incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Intercambiador de calor acondicionador (4) (calentador).
- Intercambiador de calor (5) (enfriador).
El procedimiento de operación del calefactor-refrigerador basado en el ciclo Bl constituido por un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Bl sin regeneración, es tal que el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) transfiriendo el fluido de trabajo al intercambiador de calor acondicionador (4) que actúa de calentador del ambiente, donde cede calor al medio y retorna al expansor (3) donde se expande con realización de trabajo mecánico, enfriándose en concordancia con la presión alcanzada. Es evacuado a baja temperatura al intercambiador de calor (5) que actúa de captador de calor, retornando hacia el compresor (2) desde donde es aspirado para ser comprimido de nuevo completando el ciclo térmico que conforma el Bl.
Claims (2)
1a. CALEFACTOR-REFRIGERADOR BASADO EN EL CICLO BRAYTON INVERSO, caracterizado por dos configuraciones:
Calefactor-refrigerador basado en el ciclo Brayton inverso dotado de la característica de calentar un recinto de cesión de calor (4) producido por el compresor (2) y enfriar otro recinto de absorción de calor (5), cuyo conjunto incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Intercambiador de calor acondicionador (4) (calentador).
- Intercambiador de calor (5) (enfriador).
Calefactor-refrigerador basado en el ciclo Brayton inverso dotado de las opciones de calefacción y refrigeración alternativamente en el mismo recinto a acondicionar, cuyo conjunto incluye los siguientes componentes:
- Motor eléctrico (1) de impulsión del compresor.
- Compresor (2) (rotativo o alternativo).
- Expansor (3) (turbo-expansor) o (cilindro-expansor alternativo).
- Válvula 2/3 (6) (dos posiciones y tres vías) de distribución alternativa del fluido de trabajo caliente procedente del compresor (2) entre los recintos caliente y frío.
- Válvula 2/3 (7) de distribución alternativa del fluido de trabajo frío procedente del expansor (3) entre los recintos frío y caliente.
- Válvula 2/3 (8) de retorno alternativo del fluido de trabajo hacia el compresor (2) o expansor (3).
- Válvula 2/3 (9) de retorno alternativo del fluido de trabajo hacia el compresor (2) o expansor (3).
2a.Procedimiento de operación del CALEFACTOR-REFRIGERADOR BASADO EN EL CICLO BRAYTON INVERSO según reivindicación primera, donde el procedimiento de operación del calefactor-refrigerador basado en el ciclo Brayton inverso constituido por un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Brayton inverso sin regeneración, es tal que el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) transfiriendo el fluido de trabajo al intercambiador de calor acondicionador (4) que actúa de calentador del ambiente, donde cede calor al medio y retorna al expansor (3) donde se expande con realización de trabajo mecánico, enfriándose en concordancia con la presión alcanzada. Es evacuado a baja temperatura al intercambiador de calor (5) que actúa de captador de calor, retornando hacia el compresor (2) desde donde es aspirado para ser comprimido de nuevo completando el ciclo térmico que conforma el Brayton inverso.
Y donde el procedimiento de operación del calefactor-refrigerador basado en el ciclo Brayton inverso dotado de la alternativa de calefacción o refrigeración del mismo recinto a acondicionar, constituido por un motor eléctrico (1) acoplado por medio de un eje a un compresor (2) y un expansor (3), configurado como un ciclo térmico Brayton inverso sin regeneración, y equipado con las válvulas y conductos que facilitan las opciones de calefacción y refrigeración alternativamente en el mismo recinto a acondicionar, es tal que:
- En el caso de ser utilizado como calefactor, el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) siendo transferido al intercambiador de calor acondicionador (4) por medio de la válvula de 2/3 (6). Después de ceder calor a presión
constante en el intercambiador de calor acondicionador (4) pasa al expansor (3) por la válvula de 2/3 (8), donde realiza trabajo mecánico con decremento de la presión y la temperatura del fluido de trabajo, siendo evacuado al intercambiador absorbedor o disipador de calor (5) a través de la válvula 2/3 (7). Del intercambiador absorbedor o disipador de calor (5) es aspirado por el compresor (2) a través de la válvula 2/3 (9), completando así el ciclo.
- En el caso de ser utilizado como enfriador, el compresor (2) impulsado por el motor eléctrico (1) comprime el fluido de trabajo (helio) siendo transferido al intercambiador de calor absorbedor o disipador de calor (5) a través de la válvula 2/3 (6). Después de ceder calor a presión constante en el intercambiador de calor acondicionador (5) pasa al expansor (3) por la válvula de 2/3 (9), donde realiza trabajo mecánico con decremento de la presión y la temperatura del fluido de trabajo, siendo evacuado al intercambiador de calor acondicionador (4) a través de la válvula 2/3 (7). Después de absorber calor en el intercambiador de calor acondicionador (4) es aspirado por el compresor (2) a través de la válvula 2/3 (8), completando así el ciclo.
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