SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

Un sistema de transferencia de calor que tiene una fuente (19) de calor y una carga (1) térmica,

estando dicha fuente de calor y dicha carga térmica fluidamente conectadas al intercambiador (12) de calor, teniendo dicho intercambiador de calor un circuito primario y uno secundario dispuestos para comunicar calor entre dicha fuente de calor y dicha carga térmica y un conducto (21) de realimentación que conecta fluidamente la salida (122) del circuito secundario a la entrada (121) del circuito secundario para permitir que el fluido de salida del circuito secundario vuelva a la entrada del circuito secundario, caracterizado porque el flujo a través del conducto (21) de realimentación se puede controlar mediante una válvula (14) de control, en donde la salida de dicho circuito secundario está conectada a la entrada de dicho circuito secundario a través de dicha válvula (14) de control; estando dispuesta dicha válvula (14) de control para controlar el flujo a través de dicho conducto (21) de realimentación en respuesta a indicaciones de la temperatura en el circuito primario para regular la temperatura del circuito primario

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2004/004163.

Solicitante: EC POWER A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: SAMSOEVEJ 25 8382 HINNERUP DINAMARCA.

Inventor/es: BOGNER,Bjarne, ANDERSEN,Jens-Otto,Ravn, ABILDGAARD,Soren Stig, NIELSEN,Jan.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 30 de Septiembre de 2004.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24D11/00C4
  • F24D19/10C2

Clasificación PCT:

  • F24D11/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24D SISTEMAS DE CALEFACCION DOMESTICOS, p. ej. SISTEMAS DE CALEFACCION CENTRAL; SISTEMAS PARA SUMINISTRAR AGUA CALIENTE DE USO DOMESTICO; SUS ELEMENTOS O PARTES CONSTITUTIVAS (utilización del vapor o de los condensados provinientes, bien de la extracción o bien del escape de las plantas motrices a vapor para fines de calentamiento F01K 17/02). › Sistemas de calefacción central que utilizan el calor acumulado en masas de materiales (conjuntos de almacenamiento de calor F24D 15/02).
  • F24D19/10 F24D […] › F24D 19/00 Detalles (de calentadores de aire o de agua F24H 9/00; de dispositivos cambiadores de calor o de transferencia de calor, de aplicación general F28F). › Disposición o montaje de dispositivos de control o de seguridad (siendo controlado solamente el calentador F24H 9/20).

Clasificación antigua:

  • F24D11/00 F24D […] › Sistemas de calefacción central que utilizan el calor acumulado en masas de materiales (conjuntos de almacenamiento de calor F24D 15/02).
  • F24D19/10 F24D 19/00 […] › Disposición o montaje de dispositivos de control o de seguridad (siendo controlado solamente el calentador F24H 9/20).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre.

PDF original: ES-2359706_T3.pdf

 

Ilustración 1 de SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
Ilustración 2 de SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
Ilustración 3 de SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
Ilustración 4 de SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
Ilustración 5 de SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a sistemas de transferencia de calor y en particular a sistemas de transferencia de calor adecuados para su uso en una instalación combinada de calor y potencia (CHP o cogeneración).

Un sistema de transferencia de calor transfiere calor desde una fuente de calor a una carga térmica, como una pluralidad de radiadores. En una aplicación de calor y potencia combinadas (CHP), la fuente de calor también genera electricidad que se puede utilizar para proporcionar potencia a otros aparatos de una instalación. Por ejemplo, se puede emplear un motor de combustión interna (IC) que genera calor a partir del circuito de refrigeración del motor y que también accione un generador para producir electricidad que pueda alimentar los aparatos eléctricos dentro de una casa.

En un sistema CHP típico se utiliza un motor de combustión interna y el circuito de refrigeración del motor se conecta a una bomba. La bomba hace circular el refrigerante por varios radiadores que proporcionan calor a la instalación. El circuito está cerrado de modo que el agua de retorno, habiendo pasado a través de los radiadores, vuelve a entrar en el circuito de refrigeración del motor o, como es el caso normal, entra en un intercambiador de calor que mantiene el refrigerante del motor (circuito primario) separado del refrigerante del radiador (circuito secundario). El agua se vuelve entonces a calentar y vuelve a circular por el sistema. El motor también está conectado a un generador eléctrico que puede producir electricidad para alimentar la bomba de circulación y también otras cargas eléctricas de la instalación. En un entorno doméstico, tales unidades CHP se pueden utilizar para proporcionar todo o parte de las necesidades de calentamiento y potencia de una casa. Se pueden emplear unidades a mayor escala para hacer lo mismo en instalaciones o unidades industriales.

Existen, sin embargo, varios problemas asociados a los sistemas de transferencia de calor de la técnica anterior, particularmente a las aplicaciones CHP.

En primer lugar, la eficiencia de una unidad CHP puede variar considerablemente con la carga eléctrica y la carga térmica, así como con otros factores como la edad y eficiencia de los componentes del circuito. Un área particular de potencial ineficiencia de las plantas CHP está dentro del intercambiador de calor que se emplea para separar los circuitos de refrigeración primario y secundario. Una razón por la que los circuitos se mantienen separados es evitar que entre contaminación del circuito del radiador al circuito del motor.

La eficiencia de un intercambiador de calor puede descender rápidamente a medida que las superficies de las tuberías internas se degradan debido a la calcificación y/o corrosión. Cuando se emplea un intercambiador de calor con agua dura (es decir, agua con un alto contenido en calcio), los conductos o tuberías internas pueden acabar recubiertos con una capa de cal que reduce las propiedades de transferencia de calor del intercambiador de calor. Aislar las superficies internas reduce el coeficiente de transferencia de calor entre los dos fluidos, reduciendo así la eficiencia global del intercambiador de calor. Así, esto reduce la capacidad de la unidad CHP para satisfacer las necesidades de calentamiento de la instalación. Los problemas debido a la degradación del intercambiador de calor frecuentemente sólo son descubiertos cuando el intercambiador de calor es desmontado para su mantenimiento y se quita la capa de cal o cuando el sistema falla completamente.

Otro área de ineficiencia está relacionada con el funcionamiento de la fuente de calor en conjunto con el intercambiador de calor. Los sistemas de transferencia de calor y las unidades CHP pueden ser extremadamente ineficientes durante el funcionamiento cuando hay fluctuaciones de la demanda de calor y potencia. Las fluctuaciones de la demanda dan como resultado una fluctuación correspondiente del funcionamiento de la fuente de potencia y calor, por ejemplo, un motor de combustión interna que está constantemente tratando de ajustar suministro y demanda. En circunstancias extremas, la fuente de calor puede encenderse y apagarse intermitentemente para satisfacer las demandas de la instalación, lo que resulta en una elevada ineficiencia.

Es deseable mantener la fuente de calor y potencia en un nivel constante en el que pueda operar eficientemente. También es deseable, cuando el sistema está funcionando, mantener la máxima capacidad de transferencia de calor posible entre la fuente de calor y la carga térmica, de modo que las demandas de la carga se puedan satisfacer lo más rápidamente y eficientemente posible. Demandas intermitentes y/o inestables a la fuente de calor y/o potencia implican que no se consigan las máximas temperaturas de operación de la fuente.

La fiabilidad y eficiencia de los sistemas de transferencia de calor industriales y domésticos, como las unidades CHP, son críticas cuando existen limitaciones en otras fuentes de calor o potencia. Este es el caso particular de instalaciones donde se ha seleccionado una unidad CHP como la fuente de calor y potencia principal o única.

Existe por tanto la necesidad de un sistema de transferencia de calor que tenga una eficiencia y fiabilidad mejoradas con relación a sistemas de la técnica anterior.

El documento US-A-5819843 describe un sistema según el preámbulo de la reivindicación 1.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de transferencia de calor que tiene una fuente de calor y una carga térmica, estando dicha fuente de calor y dicha carga térmica fluidamente conectadas a un intercambiador de calor, teniendo dicho intercambiador de calor un circuito primario y un circuito secundario dispuestos para comunicar calor entre dicha fuente de calor y dicha carga térmica, y un conducto de realimentación que conecta fluidamente la salida del circuito secundario con la entrada del circuito secundario, permitiendo así que el fluido de salida del circuito secundario vuelva a la entrada del circuito secundario, caracterizado porque el flujo a través de dicho conducto de realimentación está controlado por lo que la temperatura del circuito primario puede ser regulada, en donde el flujo a través de dicho conducto de realimentación es controlado en respuesta a las indicaciones de la temperatura en el circuito primario por medio de una válvula de control que conecta la salida de dicho circuito secundario con la carga térmica y con el conducto de realimentación, y la válvula de control está dispuesta para recibir las señales de control para controlar selectivamente el flujo a través de dicho conducto de realimentación.

Por tanto, por medio de la invención se permite controlar la recirculación del refrigerante del circuito secundario. La eficiencia de la fuente de calor mejora enormemente si funciona en un nivel de salida elevado y en particular si la fuente de calor se mantiene en una temperatura alta y estable. Controlar la recirculación del circuito secundario permite controlar la temperatura del circuito primario, ya que permite controlar la temperatura del refrigerante secundario (y por tanto el diferencial entre la temperatura de los circuitos de refrigeración primario y secundario).

La fuente de calor puede ser de cualquier forma adecuada de calor, como una caldera. Preferiblemente, la fuente principal es una fuente de calor y electricidad como, por ejemplo, un motor diesel de combustión interna acoplado a un generador eléctrico. El calor del motor es transferido al intercambiador de calor de la unidad CHP por el refrigerante primario que fluye alrededor del bloque del motor y que se comunica con el circuito primario del intercambiador de calor. Se proporciona energía eléctrica por medio de un generador eléctrico conectado al motor que está conectado a la carga eléctrica del sistema CHP, por ejemplo, una televisión o tetera eléctrica en una casa. El refrigerante secundario fluye por la instalación (por ejemplo, por radiadores) y a través del circuito secundario del intercambiador de calor donde el calor es transferido desde el circuito primario.

El flujo a través de la tubería o conducto de realimentación es fácilmente controlable por medio de la válvula de control, que puede ser una válvula de control de tres vías. La válvula de control de mezclado puede tener una entrada para recibir fluido del intercambiador de calor, y también puede tener una salida para comunicar fluido a la carga o instalación (por ejemplo, a un tanque de almacenamiento de calor o radiador)... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de transferencia de calor que tiene una fuente (19) de calor y una carga (1) térmica, estando dicha fuente de calor y dicha carga térmica fluidamente conectadas al intercambiador (12) de calor, teniendo dicho intercambiador de calor un circuito primario y uno secundario dispuestos para comunicar calor entre dicha fuente de calor y dicha carga térmica y un conducto (21) de realimentación que conecta fluidamente la salida (122) del circuito secundario a la entrada (121) del circuito secundario para permitir que el fluido de salida del circuito secundario vuelva a la entrada del circuito secundario, caracterizado porque el flujo a través del conducto (21) de realimentación se puede controlar mediante una válvula (14) de control, en donde la salida de dicho circuito secundario está conectada a la entrada de dicho circuito secundario a través de dicha válvula (14) de control; estando dispuesta dicha válvula (14) de control para controlar el flujo a través de dicho conducto (21) de realimentación en respuesta a indicaciones de la temperatura en el circuito primario para regular la temperatura del circuito primario.

2. Un sistema de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, donde el circuito primario está dotado de un sensor (24) de temperatura.

3. Un sistema de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, donde la fuente (19) de calor es un motor (19) de combustión interno y donde el circuito primario está dispuesto para fluir a través del circuito de refrigeración del mismo.

4. Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, donde el circuito secundario también está conectado a un almacén (9) de calor.

5. Un método para operar un sistema de transferencia de calor que tiene una fuente (19) de calor y una carga (1) térmica, estando dicha fuente de calor y dicha carga térmica fluidamente conectadas a un intercambiador (12) de calor, teniendo dicho intercambiador de calor un circuito primario y uno secundario dispuestos para comunicar calor entre dicha fuente de calor y dicha carga térmica y un conducto (21) de realimentación que conecta fluidamente la salida (122) del circuito secundario a la entrada (121) del circuito secundario para permitir que fluido de salida del circuito secundario vuelva a la entrada del circuito secundario, caracterizado porque el flujo a través de dicho conducto de realimentación está controlado en respuesta a indicaciones de la temperatura en el circuito primario, de modo que se puede regular la temperatura del circuito primario.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, donde el flujo a través de dicho conducto (21) de realimentación está controlado por una válvula (14) de control que conecta la salida (122) de dicho circuito secundario a la carga (1) térmica y el circuito de realimentación.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, donde la válvula (14) de control está dispuesta para recibir señales de control para controlar selectivamente el flujo a través de dicho conducto de realimentación.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, 6 ó 7, donde la fuente (19) de calor tiene una temperatura de operación máxima y donde la temperatura del circuito primario está regulada para mantener la temperatura de operación de la fuente de calor por debajo de dicho máximo.

 

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