Máquina térmica de compresión mecánica capaz de aumentar simultáneamente la temperatura de uno o de dos medios en el condensador hasta un total de dos valores distintos.

La invención propone la modificación de las máquinas térmicas de compresión mecánica,

tanto si se utilizan como máquinas frigoríficas o como bombas de calor, de manera a permitir elevar la temperatura del medio o de los medios que absorben el calor generado en el elemento condensador simultáneamente hasta dos valores significativamente distintos entre sí, a la vez que también simultáneamente se disminuye la temperatura del medio que cede calor en el elemento evaporador.

Máquina térmica de compresión mecánica capaz de aumentar simultáneamente la temperatura de uno o de dos medios en el condensador hasta un total de dos valores distintos.

Sector de la técnica en el que se encuadra la invención

La invención se encuadra en el campo de la termodinámica aplicada, principalmente en el sector de la climatización. También puede ser utilizada en cualquier otro sector que requiera aplicación de calor y frío simultáneos en instalaciones industriales.

Estado actual de la técnica

Una máquina térmica de compresión mecánica, tanto si realiza la función de máquina frigorífica como si realiza la función de bomba de calor, consta de cinco elementos esenciales: evaporador, compresor, condensador, dispositivo de expansión y fluido frigorígeno. Los cuatro primeros están unidos entre sí mediante tuberías en el orden indicado, de manera a formar un conjunto cerrado y hermético por cuyo interior circula el quinto elemento, que es el fluido frigorígeno.

La figura 1 representa el esquema elemental de una máquina térmica de compresión mecánica.

El funcionamiento de dicha máquina es como sigue:

1.- en el interior del evaporador el fluido frigorígeno en estado líquido absorbe calor del medio que rodea a dicho evaporador y pasa a estado vapor.

2 - el vapor formado dentro del evaporador es aspirado por el compresor, que lo comprime y lo descarga hacia el condensador.

3.- el vapor comprimido descargado por el compresor pasa al condensador, donde pasa a

estado líquido al ceder calor al medio que rodea al condensador.

4.- el fluido frigorígeno condensado entra en el dispositivo de expansión, donde su presión

se reduce.

5.- el líquido a presión reducida que sale del dispositivo de expansión llega al evaporador,

donde tiene lugar la transformación descrita en 1. El ciclo se reinicia.

Una máquina térmica de compresión mecánica puede denominarse tanto máquina frigorífica como bomba de calor. Una y otra denominación dependen tan solo de la utilización que se le da: si lo que se busca es utilizar el frío generado en el evaporador, se habla de máquina frigorífica, pero si lo que se busca es utilizar el calor generado en el

condensador, se habla de bomba de calor. En todo lo que sigue se empleará la expresión máquina térmica para denominar al equipo que realiza cualquiera de las dos funciones. Esta expresión ha sido utilizada con este mismo sentido en el título de la invención

En las instalaciones de climatización los medios susceptibles de enfriarse en el evaporador de una máquina térmica de compresión mecánica son casi siempre el aire y el agua. En estas mismas instalaciones los medios susceptibles de calentarse en el condensador también son casi exclusivamente el aire y el agua. Una excepción a lo anterior la constituyen, por ejemplo, las máquinas térmicas reversibles geotérmicas, donde el medio enfriado por el evaporador -en invierno- y el calentado por el condensador -en verano- es el propio terreno.

Aun cuando no sean descartables otros medios, en todo lo que sigue se empleará la palabra medio para designar el aire y/o el agua utilizados como fluido para absorber el frío generado en el evaporador y el calor generado en el condensador de una máquina térmica de compresión mecánica.

El dispositivo de expansión que con mayor frecuencia se utiliza en las máquinas térmicas de compresión mecánica domésticas y comerciales realiza una expansión isoentálpica del fluido frigorígeno condensado. Debido a esto, la representación de la evolución del fluido frigorígeno en los elementos de la máquina térmica, con indicación del estado energético en cada uno de ellos - el llamado diagrama entálpico - tiene la forma mostrada en la figura 2.

El significado de los puntos numerados en el diagrama es el siguiente:

Punto 1 - estado del fluido frigorígeno a la salida del dispositivo de expansión, igual al de la entrada al evaporador

Punto 2 - estado del fluido frigorígeno al final de la vaporización en el interior del evaporador

Punto 2' - estado del fluido frigorígeno a la salida del evaporador Punto 3 - estado del fluido frigorígeno a la entrada (aspiración) del compresor Punto 4 - estado del fluido frigorígeno a la salida (descarga) del compresor, igual al de la entrada al condensador

Punto 5 - estado del fluido frigorígeno en el momento de iniciarse la condensación Punto 6 - estado del fluido frigorígeno en el momento de terminarse la condensación Punto 6' - estado del fluido frigorígeno a la salida del condensador Punto 7 - estado del fluido frigorígeno a la entrada del dispositivo de expansión

En el estado actual de la técnica, las máquinas térmicas de compresión mecánica domésticas y comerciales utilizadas en instalaciones de climatización, así como las que se encuentran en las instalaciones de distintos sectores de la técnica, realizan alguna de las siguientes funciones:

1.- utilizar el frío generado por el fluido frigorígeno en el evaporador entre los puntos 1 y 2 para enfriar un único medio a una temperatura dada (máquina frigorífica)

2.- utilizar el calor generado por el fluido frigorígeno en el condensador entre los puntos 4 y

6 para calentar un único medio a una temperatura dada (bomba de calor)

3.- realizar simultáneamente las dos funciones anteriores

En el estado actual de la técnica, la temperatura a la cual se calienta un caudal másico determinado del medio (único) con el calor cedido por el fluido frigorígeno en el condensador tiene un valor único en cada condición de funcionamiento de cada máquina térmica.

Explicación de la invención

La invención para la cual se solicita patente permite obtener simultáneamente dos valores distintos de temperatura, significativamente alejados el uno del otro, en el medio empleado para absorber el calor generado en el condensador. Se entiende por "significativamente alejados el uno del otro" una diferencia del orden de 10 a 15 K como mínimo, siendo el K (Kelvin) la unidad de diferencia de temperaturas en el sistema internacional de unidades SI. Todo ello sin menoscabo de la función realizada por el evaporador, que es la de enfriar el medio en contacto con dicho elemento.

Para entender como se consiguen los dos valores distintos de temperatura hay que fijarse en la evolución de la temperatura del fluido frigorígeno desde la descarga del compresor hasta la salida del condensador. El compresor descarga el fluido frigorígeno en estado vapor a alta temperatura (punto 4 de la figura 2). La temperatura de condensación del fluido frigorígeno depende del caudal y de la temperatura del medio utilizado en el condensador. Esta temperatura de condensación, siempre inferior a la temperatura del vapor en la descarga del compresor, corresponde a la de los estados del fluido frigorígeno desde el punto 5 hasta el punto 6 y es constante. Para cuantificar el valor de la temperatura que el fluido frigorígeno alcanza en los distintos puntos de su ciclo elegimos el ejemplo de una máquina térmica de compresión mecánica trabajando en una instalación de climatización: la temperatura de descarga del compresor (punto 5) es del orden de 90-100°C, la temperatura de condensación (entre los puntos 5 y 6) es del orden de 40-50 °C y la temperatura a la salida del condensador (punto 6) es unos 2-3 K inferior a la de condensación.

En su circulación desde la entrada hasta la salida del condensador el vapor de fluido frigorígeno cede en primer lugar calor sensible al medio entre los puntos 4 y 5 y disminuye su temperatura desde el valor en la descarga del compresor (90-100 °C en el ejemplo) hasta el valor de condensación (40-50°C en el ejemplo). A continuación el fluido frigorígeno cede calor latente al medio y pasa de 100% vapor -punto 5- a 100% líquido -punto 6- manteniendo constante su temperatura (40-50 °C en el ejemplo). Finalmente, el fluido frigorígeno líquido -punto 6- cede calor sensible al medio (aire o agua) y disminuye su temperatura hasta el valor correspondiente a la salida del condensador (punto 6, unos 2-3 K por debajo de la temperatura de condensación en el ejemplo).

La innovación que introduce la invención para la cual se solicita patente consiste en utilizar dos condensadores conectados en serie entre sí, es decir, conectados de manera que el

fluido frigorígeno circule en primer lugar por el interior de uno de ellos y a continuación por el interior del segundo. En el primer condensador el medio absorbe el calor sensible necesario para enfriar el vapor desde la descarga del compresor hasta el principio de su condensación (en la figura 2, puntos 4 y 5 respectivamente)....

1.- Máquina térmica de compresión mecánica constituida esencialmente por los siguientes cinco elementos: evaporador, compresor, condensador, dispositivo de expansión y fluido frigorígeno, caracterizada porque el elemento condensador está formado por dos condensadores conectados en serie entre sí y por cuyo interior el fluido frigorígeno circula siempre en el mismo sentido.

2.- Máquina térmica de compresión mecánica según la reivindicación 1 caracterizada porque el medio que circula por el exterior de cada condensador puede ser el mismo en los dos o distinto en uno y en otro.

3.- Máquina térmica de compresión mecánica según la reivindicación 1 caracterizada porque los dos condensadores son del mismo tipo o de tipo diferente, con independencia de su tamaño.

4.- Máquina térmica de compresión mecánica según las reivindicaciones 2 y 3 caracterizada porque todos sus elementos están contenidos en una única carcasa o envolvente.

5.- Máquina térmica de compresión mecánica según las reivindicaciones 2 y 3 caracterizada porque sus elementos se instalan en espacios o dependencias distintos.