Sistema de producción de calor combinado mediante bomba de calor y caldera con depósito acumulador.

Sistema de producción de calor aplicable al calentamiento de agua de proceso o agua caliente sanitaria que combina una bomba de calor (7) con una caldera de combustible fósil (3).

Cada uno de los sistemas de calentamiento posee un acumulador de calor, de forma que el agua a calentar alcanza en primer lugar el acumulador (5) del circuito de bomba de calor (7), para posteriormente circular hacia el acumulador (6) de la caldera (3).

Con objeto de reducir el gasto en la generación de agua caliente, el sistema presenta medios para evaluar la temperatura ambiente, la temperatura del agua contenida en el primer acumulador (5) y el coste de la energía eléctrica en un momento dado, y en función de los valores existentes, bien pone en marcha el circuito de bomba de calor (7), o bien calienta el agua únicamente en la caldera (3).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200449.

Solicitante: MAESTRE BENÍTEZ, Javier.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MAESTRE BENÍTEZ,Javier.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24D12/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24D SISTEMAS DE CALEFACCION DOMESTICA O PARA OTROS LUGARES, p. ej. SISTEMAS DE CALEFACCION CENTRAL; SISTEMAS PARA SUMINISTRAR AGUA CALIENTE DE USO DOMESTICO; SUS ELEMENTOS O PARTES CONSTITUTIVAS (prevención de la corrosión C23F; suministro de agua en general E03; 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; purgadores de agua de condensación F16T; estufas u hornillas para uso doméstico F24B, F24C; calentadores de agua o de aire que tienen medios para producir vapor F24H; sistemas combinados de calefacción y refrigeración F25B; aparatos o elementos cambiadores de calor F28; eliminación de incrustaciones F28G; elementos o disposiciones de calefacción eléctrica H05B). › F24D 12/00 Otros sistemas de calefacción central. › con más de una fuente de calor (F24D 3/18, F24D 5/12, F24D 11/02 tienen prioridad).
  • F24D3/18 F24D […] › F24D 3/00 Sistemas de calefacción central por agua caliente (F24D 10/00, F24D 11/00 tienen prioridad). › utilizando bombas de calor.
  • F24H1/00 F24 […] › F24H CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA O DE AIRE, QUE TIENEN MEDIOS PARA PRODUCIR CALOR, EN GENERAL (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor C09K 5/00; hornos de cracking térmico no catalítico C10G 9/20; dispositivos, p. ej. válvulas, para ventilación o aireación de recintos F16K 24/00; purgadores de agua de condensación o dispositivos análogos F16T; producción de vapor F22; aparatos de combustión F23; estufas domésticas u hornillas F24B, F24C; sistemas de calefacción doméstica o de otros lugares F24D; hornos, hornos de cuba, retortas F27; cambiadores de calor F28; dispositivos o elementos de calentamiento eléctrico H05B). › Calentadores de agua que tienen medios para producir calor, p. ej. caldera, calentador de agua instantáneo, calentador de agua por acumulación térmica (F24H 7/00, F24H 8/00 tienen prioridad; partes constitutivas F24H 9/00; calderas de vapor F22B; estufas u hornillas de uso doméstico con medios adicionales para calentar agua F24B 9/00, F24C 13/00).
  • F24H1/50 F24H […] › F24H 1/00 Calentadores de agua que tienen medios para producir calor, p. ej. caldera, calentador de agua instantáneo, calentador de agua por acumulación térmica (F24H 7/00, F24H 8/00 tienen prioridad; partes constitutivas F24H 9/00; calderas de vapor F22B; estufas u hornillas de uso doméstico con medios adicionales para calentar agua F24B 9/00, F24C 13/00). › con depósitos de agua sanitaria.
  • F24H4/02 F24H […] › F24H 4/00 Calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor. › Calentadores de líquidos.
  • F24H4/04 F24H 4/00 […] › Calentadores por acumulación térmica.

Descripción:

Sistema de producción de calor combinado mediante bomba de calor y caldera con depósito acumulador.

Sector de la técnica al que se refiere la invención El sector de la técnica de la presente invención es el de la generación de calor en aquellas instalaciones tanto del sector industrial como terciario o residencial donde exista una demanda regular del mismo que pueda ser cubierto total o parcialmente empleando agua caliente como fluido caloportador.

Estado de la técnica anterior a la presentación de dicha invención

Actualmente y desde hace años puede encontrarse en el mercado dispositivos de generación de calor del tipo calderas por un lado, que emplean combustible fósil (gasoil, gases licuados del petróleo, gas natural, por citar algunos) y bomba de calor, por otro, que usan electricidad, pudiendo producir esta última tanto calor como frío. Igualmente dichas tecnologías que ya se encuentran en estado de madurez vienen incorporando acumuladores de fluido térmico como accesorios allí donde se instalan, habitualmente provistos de agua en estado líquido en su interior, cuando se prefiere acumular la energía generada durante algún tiempo para entregarla posteriormente al consumo.

También desde hace algún tiempo se puede encontrar sistemas mixtos de producción de calor donde se combinan energías renovables a las tecnologías mencionadas, como la energía solar térmica, aportando una parte de la energía total demandada.

Sin embargo, por parte del inventor se desconoce la existencia de un sistema como el aquí presentado que combine bomba de calor con caldera para producción de agua caliente, sea o no agua de consumo, según un esquema de conexión del fluido a calentar en serie y por ese orden, con un depósito de acumulación para cada una de las tecnologías, y produciendo energía útil con la bomba de calor solamente en aquellos momentos en que su funcionamiento es óptimo.

Explicación de la invención

El objeto de la invención es generar calor mediante un sistema de producción en serie que combina una bomba de calor, conectando térmicamente su condensador al serpentín, no limitativo a otros sistemas de intercambio térmico, como lo es un sistema de intercambiador de calor de placas, de un depósito acumulador con agua en su interior, de un volumen igual o cercano al volumen de agua consumido en un día, de forma que el fluido refrigerante de la bomba entregará calor al agua haciendo subir su temperatura. El agua de este primer acumulador abandonará éste desde su parte superior y circulará hacia un segundo, entrando por su parte inferior, donde estará conectada térmicamente una caldera de combustible fósil y aumentará la temperatura del segundo acumulador hasta el valor deseado de consumo.

La novedad aportada es que la bomba de calor solo funcionará en aquellas horas del día en que los factores que afectan a su rendimiento y precio de la energía útil producida, como los son la temperatura exterior ambiente, el coste de la electricidad y la temperatura del agua en el interior del primer acumulador, coincidan en un estado de funcionamiento de la bomba de calor óptimo. Con el sistema expuesto, a pesar de que el consumo de calor sea bajo o nulo, la bomba de calor podrá producir energía en los periodos óptimos de producción, que podrá ser almacenado y entregado posteriormente al consumo.

Por otro lado, cuando la bomba no se encuentre en su estado de funcionamiento óptimo, ésta permanecerá sin funcionar, Toda el agua precalentada por la bomba de calor circulará hacia el segundo acumulador, donde la caldera de combustible fósil, cuyo rendimiento es menos sensible a factores externos aportará el calor restante.

Así, la temperatura del primer acumulador se irá reduciendo progresivamente conforme se va produciendo circulación de agua de consumo, para permitir el funcionamiento de la bomba de calor de nuevo de forma cíclica cuando se den de nuevo las condiciones de funcionamiento adecuadas.

De esta forma, el precio de la energía generada por la bomba de calor será menor que el precio de la energía obtenida en la caldera de combustible fósil, reduciendo el precio global de generación de calor de la instalación respecto a un sistema que solo utilice una de ambas tecnologías.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1. Muestra un esquema de principio de los elementos que componen el sistema. El agua que entra y sale de los acumuladores puede ser tanto en circuito abierto, del tipo agua caliente sanitaria, como cerrado.

Exposición detallada de, al menos, un modo de realización de la invención A la vista de la figura comentada, puede observarse como el sistema se compone de dos elementos generadores de calor, la bomba de calor 7 y la caldera 3. La bomba de calor está compuesta por el compresor 9, el condensador sumergido en el acumulador 5 a través del serpentín 11, la válvula de expansión 8, y el evaporador 10, el cual

captará calor ambiental, gratuito, para introducirlo en el acumulador a través del fluido refrigerante que circula por el interior de la bomba de calor que no llega a entrar en contacto con el agua de consumo. La caldera precisa de la bomba 4 para poder transferir calor al acumulador 6 a través del serpentín de intercambio 12.

El funcionamiento de la bomba de calor se determinará según el precio de la electricidad, y los valores medidos en la sonda 13 que mide la temperatura del agua en el primer acumulador y de la sonda que mide la temperatura exterior ambiente 14.

El agua de consumo o proceso, entrará en el primer acumulador por 1 para abandonar el sistema por 2, donde abandona el segundo acumulador.

Indicación de la manera en que la invención es susceptible de aplicación industrial

La manera en que dicha invención es susceptible de aplicación industrial es, en aquellas instalaciones donde ya exista una caldera de combustible fósil, que es el caso más habitual, aportar el resto del sistema para llegar a la solución expuesta, con un coste total de generación de energía térmica más reducido.


 


Reivindicaciones:

1. Sistema de producción de calor combinado mediante bomba de calor y caldera con depósito acumulador caracterizado, porque comprende al menos dos dispositivos generadores de energía, al menos una bomba de calor

(7) y al menos una caldera de combustible fósil (3) , aportando calor cada generador respectivamente a los acumuladores (5) y (6) , conectados mediante serpentines (11) y (12) respectivamente o intercambiadores de calor de placas, circulando el agua de proceso o consumo a través de los acumuladores, precalentando el agua la bomba de calor en el primer acumulador, aportando la caldera el calor restante para llegar a la temperatura de consumo deseada y comprendiendo además todos los elementos y medios necesarios para el buen funcionamiento del sistema.

2. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque el volumen de acumulación (5) es igual o cercano al volumen de agua consumido en un día.

3. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque la orden de funcionamiento de la bomba de calor se determina en función de los valores de temperatura medidos en la sonda (13) y en la sonda de temperatura exterior ambiente (14) , determinando su rendimiento en el funcionamiento, así como en función del precio de la electricidad.

4. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque la caldera (3) puede funcionar en cualquier momento en que la temperatura del acumulador (6) descienda por debajo de la temperatura deseada del agua de consumo.

5. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque los acumuladores están conectados según un circuito en serie desde el punto de vista del sentido del agua de consumo y en el orden primero por el acumulador (5) y luego por el acumulador (6) .

6. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque el agua que circula a través de los acumuladores (5) y (6) puede ser tanto agua caliente sanitaria de consumo como agua de circuito primario cerrado.


 

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