1. Equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico,

constituido por un equipo termodinámico (1) compuesto por un compresor (6), un elemento de expansión (7), un condensador (5) en contacto con el fluido a calentar así como los elementos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento, y caracterizado por contar con un evaporador combinado constituido por un panel solar (2) ubicado en el exterior, que llevará a cabo la evaporación gracias a la captación de energía solar y ambiental; así como por un captador geotérmico (3) constituido por un circuito soterrado, el cual garantiza la evaporación cuando las condiciones exteriores no permitan que se den en el evaporador solar, siendo este proceso regulado por los medios de control del equipo, los cuales actuarán sobre las válvulas de corte (8) correspondientes que permitan el paso hacia el panel solar y/o hacia el evaporador geotérmico.

2. Equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico, igual a la reivindicación anterior y caracterizado por incorporar un sistema compuesto por una válvula de cuatro vías (13) la cual realiza la inversión del ciclo termodinámico, permitiendo que el equipo se utilice para el enfriamiento de fluidos, siendo regulado este proceso por los medios de control del equipo, los cuales a la vez que invierten el ciclo, actúan sobre las válvulas de corte (8) que permiten aislar los paneles, y únicamente el gas a alta presión y temperatura alcance el evaporador geotérmico

Equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con las energías renovables, concretamente con el aprovechamiento de la energía solar, ambiental y la contenida en el terreno o geotérmica, para su posterior aplicación en instalaciones de calefacción, climatización, agua caliente, y en general con aquellas que necesiten del calentamiento o enfriamiento de un fluido, a partir de sistemas termodinámicos.

Antecedentes de la invención

Son sobradamente conocidos en el estado actual de la técnica, los equipos de generación de energía térmica que utilizan bombas de calor para conseguir tal fin, y consisten en un ciclo de compresión en el que el condensador es un intercambiador en contacto con el fluido a calentar, siendo el evaporador generalmente un intercambiador de calor forzado por aire.

Análogamente, existen sistemas de producción de energía térmica que utilizan una bomba de calor cuyo evaporador es un panel exterior de expansión directa expuesto a la radiación solar y la energía ambiental. Estos equipos consiguen aumentar el rendimiento del proceso gracias a que las condiciones ambientales externas sumadas a la ganancia solar favorecen la evaporación, si bien esta eficiencia se ve disminuida cuando las temperaturas son bajas, ya que la fuerza impulsora de tal cambio de estado, es decir, la diferencia de temperatura entre el fluido refrigerante y el ambiente es menor, afectando a la producción de energía. Así mismo, existen sistemas de bomba de calor que utilizan el terreno como foco para la captación de energía, debido a que éste presenta una elevada inercia térmica, presentando temperaturas constantes durante todo el año.

Sin embargo, por parte del inventor no se tiene conocimiento alguno de un dispositivo como el que presenta dicha solicitud ideado para producir energía térmica con un alto rendimiento y bajo consumo energético, al presentar un evaporador combinado, configurado por un panel solar de expansión directa y un captador geotérmico, de modo que la evaporación se dará en aquel foco en el que las condiciones sean más favorables, lo que garantiza que el equipo funcione siempre en condiciones óptimas. De esta forma, cuando los niveles de radiación solar y/o la temperatura ambiente sean elevados, el equipo funcionará utilizando como evaporador o punto de captación de energía al panel o paneles solares. Sin embargo, cuando las condiciones climáticas sean desfavorables, la evaporación se derivará hacia el captador geotérmico, con la ventaja de que las temperaturas bajo tierra permanecen en un rango constante a lo largo del año.

De este modo se obtiene la ventaja de disponer de un sistema de bomba de calor capaz de trabajar en un amplio rango de condiciones climáticas, siempre asegurando un máximo aprovechamiento tanto de la radiación solar, la energía ambiental y la energía geotérmica, contando con un funcionamiento estable que garantice una eficiencia óptima.

Como resultado final se ha obtenido un equipo de bomba de calor con aprovechamiento solar, ambiental y geotérmico, cuya evaporación se dará prioritariamente en el panel evaporador solar siempre que las condiciones exteriores; sean adecuadas, y cuando las temperaturas sean bajas y se dificulte tal cambio de fase en el exterior, podrá darse de forma óptima en el intercambiador ubicado bajo el suelo. De este modo, el equipo resultante es capaz de generar energía térmica destinada al calentamiento de aire o agua con una superior independencia de las condiciones climatológicas, ya que se garantiza siempre la correcta evaporación. Esta etapa es fundamental ya que condiciona la eficiencia del equipo en condiciones externas desfavorables. Tales características sumadas al bajo consumo que proporcionan los ciclos de compresión, en función a la potencia térmica que son capaces de suministrar, convierten a este equipo en un medio limpio y eficaz para obtener aire o agua caliente, generando un ahorro energético, que se traduce en económico. Además el mismo equipo puede incorporar un sistema inversor de ciclo, el cual le permita generar frío.

Descripción de la invención

Concretamente, el objeto de la invención es un equipo para generar agua o aire caliente mediante un ciclo de compresión termodinámico, el cual contará con evaporador combinado compuesto por uno o varios paneles evaporadores exteriores seguidos de un evaporador geotérmico, para asegurar el correcto funcionamiento del proceso según las condiciones ambientales que existan.

El equipo consta de un circuito de compresión que se encargará de captar y transportar la energía solar, ambiental o geotérmica, cediéndola al fluido que precise ser calentado. Esta bomba de calor se compone de un compresor encargado de aspirar gas refrigerante procedente del evaporador e impulsarlo a alta presión y temperatura hasta un intercambiador que ejerce de condensador. Al entrar en contacto el gas con el fluido a calentar, a menor temperatura, el refrigerante cambia de estado a fase líquida cediendo su calor latente al fluido a calentar. Una vez líquido, el refrigerante alcanza la válvula de expansión situada el interior del equipo y al disminuir su presión, comienza su evaporación.

La evaporación tiene lugar en el evaporador, en este caso combinación de paneles solares y captadores geotérmicos, de forma que trabajarán unos u otros, en función de las condiciones exteriores. De este modo, en condiciones climatológicas favorables y altas temperaturas, la evaporación del fluido tendrá lugar en el panel o paneles solares. Sin embargo, en lugares fríos o estaciones invernales, donde se alcanzan bajas temperaturas, no podrá tener lugar un intercambio suficiente de energía a través del panel o paneles exteriores, por lo que el fluido al no poder evaporarse en éstos, logrará este cambio de estado en el captador o captadores geotérmicos.

Los paneles exteriores son de tipo metálico y cuentan con un circuito para la circulación del fluido refrigerante. En su superficie han de incorporar un revestimiento que capte la radiación solar.

Los captadores geotérmicos son redes de tuberías soterradas, instaladas a una profundidad suficiente en la que la temperatura del terreno sea estable.

El equipo termodinámico incluirá además del compresor y el elemento de expansión, todos los elementos auxiliares, eléctricos y de control, necesarios para su correcto funcionamiento.

El sistema de control de la unidad regulará el funcionamiento de las llaves de corte que permiten que el gas refrigerante evapore, o bien en los paneles solares o bien en los captadores geotérmicos. Este control irá regido según la temperatura exterior.

Así mismo, el equipo puede incorporar un dispositivo para invertir el ciclo termodinámico de modo que actúe como sistema enfriador de agua o aire. De esta forma, el intercambiador que actúa como condensador será el evaporador, y el evaporador actuará como condensador. En este modo de funcionamiento, las válvulas de corte cerrarán el paso de gas hacia los paneles, por lo que los captadores geotérmicos actuarán como sumidero de calor. Esto es debido a que para que la condensación tenga lugar de forma eficiente ha de disiparse la energía contenida en el fluido refrigerante, por lo que al pasar por los paneles exteriores generalmente calentados por la radiación solar, el efecto sería contrario al deseado.

La estética final del equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico, puede ser tan diversa como diseños se quieran hacer del mismo manteniendo siempre los requisitos técnicos indispensables para su funcionamiento.

Entendemos por lo tanto, que la mejora con elementos accesorios o diferentes formas del objeto que aquí se presenta no son elementos que vengan a crear de éste invento otro nuevo y distinto con suficiente novedad inventiva.

No se considera necesario hacer más extenso el contenido de esta descripción para que un experto en la materia pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de la misma.

Descripción de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las peculiaridades del equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico que proponemos, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de los dibujos dispuestos en las páginas siguientes en los cuales, con...

1. Equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico, constituido por un equipo termodinámico (1) compuesto por un compresor (6), un elemento de expansión (7), un condensador (5) en contacto con el fluido a calentar así como los elementos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento, y caracterizado por contar con un evaporador combinado constituido por un panel solar (2) ubicado en el exterior, que llevará a cabo la evaporación gracias a la captación de energía solar y ambiental; así como por un captador geotérmico (3) constituido por un circuito soterrado, el cual garantiza la evaporación cuando las condiciones exteriores no permitan que se den en el evaporador solar, siendo este proceso regulado por los medios de control del equipo, los cuales actuarán sobre las válvulas de corte (8) correspondientes que permitan el paso hacia el panel solar y/o hacia el evaporador geotérmico.

2. Equipo termodinámico con evaporador combinado solar y geotérmico, igual a la reivindicación anterior y caracterizado por incorporar un sistema compuesto por una válvula de cuatro vías (13) la cual realiza la inversión del ciclo termodinámico, permitiendo que el equipo se utilice para el enfriamiento de fluidos, siendo regulado este proceso por los medios de control del equipo, los cuales a la vez que invierten el ciclo, actúan sobre las válvulas de corte (8) que permiten aislar los paneles, y únicamente el gas a alta presión y temperatura alcance el evaporador geotérmico.