ES2575686T3

ES2575686T3 - Dispositivo y procedimiento para una condensación eficaz

Info

Publication number: ES2575686T3
Application number: ES09768974.9T
Authority: ES
Inventors: Holger Sedlak; Oliver Kniffler
Original assignee: Efficient Energy GmbH
Current assignee: Efficient Energy GmbH
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: PL2307824T3; JP2011525607A; JP2014206372A; JP2013076566A; EP2307824B1; US20110146316A1; JP6106633B2; US9732994B2; WO2009156125A2; US20140075978A1; WO2009156125A3; EP2307824A2; JP5722930B2

Abstract

Condensador para condensar un líquido de trabajo evaporado con las siguientes características: un canal de gas (54) para alimentar vapor comprimido caliente al condensador; un conducto de descarga de condensador (57) para evacuar el líquido de trabajo del condensador; una superficie de condensador (80), sobre la que se ha de disponer un líquido de trabajo (41), estando inclinada la superficie de condensador (80) en una posición de trabajo, alimentándose el líquido de trabajo a la superficie de condensador (80) de modo que el líquido de trabajo circula de un conducto de alimentación (56) del líquido de trabajo hacia la superficie de condensador al conducto de descarga de condensador (57) desde la superficie de condensador por la fuerza de gravedad; y una pluralidad de generadores de turbulencia configurados para generar turbulencias de corriente en el líquido de trabajo que se encuentra sobre la superficie de condensador (80); estando configurado el condensador para dirigir una corriente de vapor (124), expulsada desde el canal de gas (54), hacia el líquido de trabajo (41) antes de que el líquido de trabajo salga a través del conducto de descarga de condensador (57).

Description

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Dispositivo y procedimiento para una condensacion eficaz DESCRIPCION

La presente invencion se refiere a la evaporacion o la condensacion en superficies y en particular a una aplicacion de la evaporacion y la condensacion en superficies en bombas de calor. El documento WO92/15839 muestra un proceso de condensacion con una pluralidad de generadores de turbulencia.

Una capa de lfquido producida, por ejemplo, en un evaporador de una bomba de calor, realiza debido a la formacion general de capas, que se puede observar en lfquidos y en particular en el agua como lfquido de trabajo, una distribucion del calor que consiste en que la seccion superior se enfna en el evaporador, mientras que la seccion inferior de la capa tiene casi la misma temperatura del lfquido de trabajo suministrado por una fuente de calor.

La situacion va a ser similar en condensadores de bombas de calor. Aqm, el valor comprimido y calentado de esta manera, que procede del lfquido de trabajo, por ejemplo, vapor de agua cuando se utiliza agua como lfquido de trabajo, actua sobre una capa de lfquido “fna”. Esto provoca que solo la superficie de la capa de lfquido se caliente en el condensador, mientras que la seccion inferior de la capa de lfquido en el evaporador, que no se encuentra en contacto con el vapor, no se calienta.

Ademas, en el evaporador de una bomba de calor existe el problema de que el vapor comprimido y calentado puede estar sobrecalentado, lo que significa que, a pesar de que el vapor llega al lfquido a calentar, la transmision de calor del vapor al lfquido esta limitada.

Todos estos problemas han provocado la reduccion de la eficiencia durante la evaporacion o la condensacion. A fin de producir entonces una bomba de calor, por ejemplo, con una potencia suficiente, es necesario seleccionar una superficie de seccion transversal muy grande tanto para el evaporador como para el condensador.

El objetivo de la presente invencion es desarrollar un concepto mas eficaz para la condensacion superficial.

Este objetivo se consigue mediante un condensador segun la reivindicacion 1, una bomba de calor segun la reivindicacion 14 o un procedimiento de condensacion segun la reivindicacion 15.

Segun la invencion, la eficiencia de la condensacion en el lado del condensador aumenta al preverse generadores de turbulencia sobre la superficie del condensador y al evitar o interrumpir continuamente estos generadores de turbulencia la formacion de capas de lfquido sobre la superficie del condensador. La capa caliente superior, que ha absorbido el calor del proceso de condensacion, se mueve hacia abajo y al mismo tiempo, el lfquido mas fno se mueve hacia arriba en el condensador para ser calentado por el vapor que se condensa. En otro ejemplo de realizacion, en el lado del condensador esta presente un dispositivo de laminarizacion, configurado para laminarizar el flujo de vapor dirigido hacia el lfquido de trabajo. De este modo se consigue una distribucion favorable de la temperatura del vapor en el dispositivo de laminarizacion y, por tanto, una alta eficiencia del condensador, que es casi independiente de la temperatura, con la que el vapor entra en la camara del condensador. Esto resulta ventajoso en particular en bombas de calor con compresores, porque normalmente existe un sobrecalentamiento del vapor que provoca por lo general, sin el uso de un laminarizador, una reduccion drastica de la eficiencia del condensador y por esta razon en el estado de la tecnica se usan dispositivos enfriadores de vapor. Todas estas medidas son innecesarias debido a la presencia del laminarizador que genera un perfil de temperatura que garantiza una eficiencia optima. En un ejemplo de realizacion, en el lado del condensador se usan tanto generadores de turbulencia como un laminarizador, lo que aumenta una vez mas la eficiencia del condensador.

En otro ejemplo de realizacion, la presente invencion se refiere a un condensador en una camara de condensador, presentando la camara de condensador un dispositivo de laminarizacion para laminarizar una corriente de gas dirigida hacia una superficie de lfquido en el condensador, estando configurado el laminarizador para generar en el lado de salida un flujo de gas que es al menos la mitad de turbulento que un flujo de gas alimentado al laminarizador, estando provisto el condensador de generadores de turbulencia, de modo que un flujo de agua sobre la superficie del condensador presenta turbulencias que abarcan preferentemente al menos 20 % de toda la corriente de agua.

La presente invencion consigue con las medidas mas simples un aumento considerable de la eficiencia de la evaporacion y de la eficiencia del condensador, pudiendose usar este aumento para fabricar un evaporador o un condensador con una potencia mayor. Alternativamente se prefiere, sin embargo, usar este aumento sustancial de la eficiencia para un diseno esencialmente mas pequeno y mas compacto de un evaporador y un condensador, consiguiendose, no obstante, una potencia determinada. Esto resulta muy ventajoso en especial para una aplicacion en una bomba de calor destinada al calentamiento de edificios de pequeno y mediano tamano, porque en edificios y en particular en edificios residenciales, el espacio esta limitado generalmente. Ademas, una reduccion del tamano provoca un ahorro considerable de los costes debido a la cantidad reducida de material y a la manipulacion mas facil

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durante la fabricacion, lo que tiene una gran importancia en particular para el uso en bombas de calor que se pueden fabricar en grandes cantidades y que deberan tener un precio aceptable para el cliente individual. De la misma manera se pueden implementar generadores de turbulencia y laminarizadores con los medios mas simples, permitiendo las medidas simples prescindir de cualquier medio electronico/electrico.

A continuacion se explican en detalle ejemplos de realizacion preferidos de la presente invencion con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

Fig.: 1

Fig.: 2

Fig.: 3

Fig.: 4a

Fig.: 4b

Fig.: 5

Fig.: 6a

Fig.: 6b

Fig.: 7

Fig.: 8a

Fig.: 8b

Fig.: 9a

Fig.: 9b

Fig.: 10a

Fig.: 10b

una vista en planta de un condensador o evaporador con generadores de turbulencia en forma de una malla de alambre simple;

una estructura de panal para la implementacion de un laminarizador en el condensador;

una vista en planta de un lfquido de trabajo turbulento en un condensador por debajo de un evaporador;

una representacion esquematica de un evaporador;

una representacion esquematica de un condensador segun un ejemplo de realizacion preferido de la presente invencion;

una vista de conjunto para representar un licuefactor con un dispositivo de extraccion de gas segun un ejemplo de realizacion de la presente invencion;

un esquema para representar la funcion del dispositivo de extraccion de gas en un condensador segun la invencion;

una representacion detallada del dispositivo de extraccion de gas;

una representacion esquematica de una bomba de calor con un evaporador y/o un condensador segun un ejemplo de realizacion de la presente invencion;

una vista en planta de un evaporador o condensador;

una seccion longitudinal de un evaporador;

una vista en planta de un evaporador o condensador;

una representacion esquematica de la seccion transversal de un evaporador o condensador;

un corte transversal a traves de un laminarizador segun un ejemplo de realizacion de la presente invencion; y

una representacion de la temperatura a lo largo del recorrido en una celda de laminarizador del laminarizador.

Segun la invencion, en el lado del condensador se preve un dispositivo para generar remolinos. Este dispositivo generador de remolinos en el agua, que puede presentar una pluralidad de los llamados generadores de vortice (vortex generators) 40, mostrados en las figuras 4a y 4b, provoca que el flujo de agua 41, que conduce a una capa de lfquido sobre un evaporador 42 en forma de embudo o un condensador 43 en forma de embudo, circule por los generadores de vortice o “generadores de remolinos”. Esto da como resultado que el flujo de agua, que se va a evaporar o condensar, se someta continuamente a turbulencias. Por tanto, la capa inferior de la pelfcula de agua se mezcla continuamente con la capa superior de la pelfcula de agua.

Para los llamados generadores de vortice se pueden usar distintos materiales, por ejemplo, una malla de alambre mostrada esquematicamente en la figura 1. Esta malla de alambre se encuentra dispuesta en el flujo de agua, a saber, de modo que el alambre representa un obstaculo para el flujo de agua y provoca una division continua del flujo y, por asf decirlo, un “plegado” y, por consiguiente, una generacion de remolinos en la capa de agua.

La malla de alambre mostrada en la figura 1, que se puede identificar tambien como malla hexagonal, tiene celdas de turbulencia con un diametro de 0,5 mm a 3 mm y preferentemente de 1 mm, siendo la distancia entre estas celdas de turbulencia aproximadamente igual a una a diez veces el diametro de una celda de turbulencia o de un generador de vortice.

Habna que senalar que se puede usar cualquier otro generador de vortice, por ejemplo, piramides dispuestas sobre

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el evaporador en forma de embudo que, por asf decirlo, “cortan” y “pliegan” el flujo de agua, de modo que el agua se lleva de la zona inferior de la pelfcula de Kquido hacia arriba y viceversa. Esto garantiza que en el lado del evaporador, dibujado en la figura 4a, se lleve continuamente agua “mas caliente” a la superficie del evaporador y que el agua “mas fna”, o sea, el agua que ha cedido su calor, se mezcle hacia abajo.

Esto provoca un aumento considerable de la potencia en una bomba de calor. Si se consigue una potencia de evaporacion de quizas 1 a 4 kW/m2, o sea, una potencia de evaporacion por superficie de evaporador, sin generador de vortice, esta potencia de evaporacion aumenta de manera extraordinaria, espedficamente en un intervalo de 60 a 300 kW/m2, consiguiendose por lo general 100 kW/m2 con generadores de vortice simples, mostrados, por ejemplo, en la figura 1 con la “variante de la malla de alambre”. La mezcla, conseguida mediante el generador de vortice 40, destruye entonces la formacion de capas sobre el evaporador en forma de embudo y de manera analoga tambien sobre el condensador en forma de embudo.

Aunque se ha senalado que los generadores de vortice se pueden usar tanto en el evaporador como en el condensador, la potencia del condensador se puede aumentar tambien sin generador de vortice 40 cuando se usa un laminarizador de flujo de gas 48. Tal laminarizador de flujo de gas se puede implementar, por ejemplo, mediante un material de tipo panal en forma de un panal de abeja, mostrado, por ejemplo, en la figura 2. Se ha comprobado que en caso de una celda de panal con un diametro de 3 mm y una longitud de panal de 8 mm se consigue un laminarizador de flujo de gas que provoca que el flujo de gas 49, que sale del laminarizador 48, sea una corriente laminar. El grado de eficiencia del condensador en esta corriente laminar es esencialmente mas alto en comparacion con una situacion, en la que el flujo de gas no laminarizado llega a la pelfcula de lfquido del condensador en forma de embudo. Esto se debe a que se pueden detener los efectos de sobrecalentamiento en el gas, alimentado por el compresor al condensador, mostrado en la figura 4b.

Por tanto, el gradiente de la temperatura como funcion de localizacion es muy grande en caso de una corriente no laminar en la superficie del lfquido. Sin embargo, mediante la laminarizacion, segun la invencion, de la corriente de gas se consigue un gradiente menor directamente en la superficie del lfquido. Las relaciones energeticas del gas se adaptan mejor entonces a las relaciones energeticas del lfquido, por lo que la eficiencia del proceso de condensacion aumenta considerablemente.

El dispositivo de laminarizacion se usa preferentemente en combinacion con los generadores de remolino 40 a fin de conseguir una potencia de condensador aun mayor. No obstante, sin generador de remolino en el lado del condensador o sin laminarizador 48 en el lado del condensador, la eficiencia va a aumentar de manera sostenida.

Sin embargo, segun la invencion se prefiere usar en el lado del condensador tanto los generadores de remolino 40 en la capa de lfquido como el laminarizador 48 para laminarizar la corriente de gas. Asf se pueden conseguir potencias de condensador hasta 100 veces mas altas que las potencias de condensador sin generadores de remolino y/o sin laminarizador.

La figura 1, como ya se menciono, muestra como generadores de remolino una malla de alambre que esta rodeada por agua, lo que genera turbulencias en el lfquido de trabajo, que no ha de ser necesariamente agua, pero que es preferentemente agua. Esto provoca una distribucion muy uniforme de la temperatura en la corriente de fluido saliente. Por el contrario, en una corriente laminar, o sea, sin la malla de alambre como ejemplo de generador de turbulencia, tiene lugar un enfriamiento superficial.

La estructura de panal, mostrada en la figura 2, para laminarizar la corriente de gas sirve para conseguir un gradiente de temperatura mas suave en la superficie del fluido. El resultado es una probabilidad estadfsticamente superior de localizar moleculas con la cantidad de energfa adecuada para la condensacion en la superficie. Por el contrario, si se usa un flujo de gas turbulento, suministrado por lo general desde un compresor, en particular un turbocompresor, se origina un gradiente de temperatura extremadamente empinado que obstaculiza en gran medida el proceso de condensacion.

La figura 3 muestra un agua turbulenta (fluido) sobre un condensador para aumentar la potencia del condensador.

La figura 5 muestra una disposicion de un dispositivo, identificado tambien como separador de gas 50, en el licuefactor 51 de una bomba de calor. En particular, la figura 5 muestra una bomba de calor, en la que el licuefactor esta dispuesto por encima de un evaporador, aunque esta disposicion no se ha usar necesariamente para implementar un separador de gas. El vapor de agua entra a traves de un primer canal de gas 52 en un compresor 53, se comprime aqrn y sale a traves de un segundo canal de gas 54. El gas saliente, o sea, el vapor de agua comprimido y, por tanto, caliente, se dirige preferentemente mediante un dispositivo de laminarizacion 55, segun la invencion, que puede estar disenado, por ejemplo, en forma de panal de abeja o de otra manera, hacia un agua de condensador que sale por el lateral a traves de un canal de agua de condensador 56 por un conducto de descarga de condensador 57 en forma de plato o embudo. Se ha de senalar que el conducto de descarga de condensador 57 tiene, por lo general, una simetna de rotacion y esta provisto preferentemente de un generador de turbulencia 58, segun la invencion, para aumentar la eficiencia del condensador.

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Los gases extranos, que son aspirados del evaporador mediante el motor de compresor 53, se dirigen debido a la corriente de gas a traves del laminarizador 55 hacia el agua de condensador 56 que sale por el lateral, procediendo del centro, sobre el generador de turbulencia 58 que puede estar configurado, por ejemplo, en forma de una malla de alambre. Se ha comprobado que los gases extranos se evacuan por el lateral mediante el agua de condensador entre el laminarizador 55 y la superficie de agua de condensador.

Con el fin de que los gases extranos se acumulen cerca del separador de gas 50, esta previsto un labio obturador 59 que separa la zona de gas inferior 60 respecto a la zona de gas superior 61. El labio obturador 59 no ha de proporcionar entonces necesariamente una obturacion completa. Sin embargo, garantiza que el gas extrano, transportado mediante el agua de condensador sobre el condensador 57, se acumule por debajo del conducto de descarga de condensador 57 en la zona 60. Los gases extranos caen en el separador de gas 50 por la fuerza de gravedad, porque son mas pesados que el vapor de agua. Un proceso de difusion actua, sin embargo, en contra de la fuerza de gravedad con la finalidad de que tambien los gases extranos tengan la misma concentracion en la zona 60 y en el separador de gas. Este proceso de difusion actua, por tanto, en contra del efecto de la fuerza de gravedad del separador de gas. Esto no resulta problematico relativamente, porque la acumulacion de gas extrano ya no tiene lugar en la zona, en la que tiene lugar la condensacion, sino por debajo del conducto de descarga 57. El labio obturador 59 impide que las concentraciones en la zona 60 y en la zona 6l se ajusten al mismo valor. Por tanto, la concentracion de gas extrano en el espacio 60 sera siempre mayor que en el espacio 61 y tendra lugar un buen efecto de captura de gases extranos en el separador de gas 50.

El efecto del labio obturador 59, que separa la zona situada por encima del conducto de descarga de licuefactor o del embudo de licuefactor 57 respecto a la zona situada por debajo de este elemento 57, se refuerza al estar presente el dispositivo de laminarizacion 55, porque los gases extranos, tan pronto llegan al flujo de agua 56 sobre el conducto de descarga de licuefactor 57, no pueden volver a salir, sino que son forzados, por asf decirlo, a circular en direccion al labio obturador y por debajo del labio obturador para acumularse en la cercama del separador de gas 50. Este comportamiento se refuerza aun mas mediante el generador de turbulencia 58, porque existe una corriente mas turbulenta que tiene asimismo una mayor eficiencia para capturar y arrastrar, por asf decirlo, el gas extrano que se encuentra en la zona superior 61.

La figura 6a muestra una representacion esquematica del funcionamiento mostrado por medio de la bomba de calor o del licuefactor de bomba de calor 51 de la figura 5. En la figura 6a se destaca en particular como el espacio 260 situado por debajo del conducto de descarga 57 se separa de la zona superior 61 mediante el labio obturador 59. Esta separacion no tiene que ser hermetica, como se puede observar claramente tambien en la figura 6a, si existe una mayor probabilidad de que los gases extranos sigan el vapor de agua turbulento, laminarizado, sin embargo, mediante el laminarizador 55, como aparece representado con flechas 69, en el recorrido hacia la zona inferior 60, indicado mediante una flecha 60, con una mayor probabilidad, espedficamente en comparacion con la probabilidad de que los gases extranos vuelvan a entrar en la zona superior 61. En la zona 60 tendra lugar entonces una acumulacion de gases extranos, de modo que el efecto de difusion se reduce, por asf decirlo, a partir del separador de gas 50 y la eficiencia del separador de gas no se ve afectada esencialmente.

En dependencia de la implementacion se prefiere configurar el separador de gas de manera similar a la figura 6b. Con este fin, el separador de gas tiene un cuello 70, relativamente largo, que se extiende entre el deposito colector 71 y una zona de entrada 72, existente preferentemente, que puede tener forma de embudo. Sin embargo, no es esencial la longitud del cuello 70, sino que al menos la parte inferior del deposito colector 10 este dispuesto en una zona fna, por ejemplo, el evaporador 2 de la bomba de calor. Esto significa que el vapor de agua caliente, procedente de la zona 60 del licuefactor, entra en contacto con una superficie fna del deposito colector 1, lo que provoca una condensacion del vapor de agua. Por tanto, se origina una corriente de vapor de agua continua hacia el embudo 72 a lo largo del cuello 70 hacia el interior del deposito colector, porque el vapor de agua se condensa en la zona 60 en la pared fna del deposito colector, situado en el evaporador 2. La corriente resultante de esto hacia el interior del separador de gas sirve, por una parte, para arrastrar tambien gases extranos hacia el deposito colector y sirve a la vez para acumular agua en el deposito colector, que se puede calentar a continuacion mediante el dispositivo generador de presion 1 en forma de una espiral de calefaccion para provocar la salida del vapor. En el orificio del embudo esta situado tambien preferentemente un dispositivo de laminarizacion 73, por ejemplo, en forma de una estructura de panal de abeja, para mejorar la eficiencia del separador de gas.

La forma de realizacion preferida de disponer una pared del deposito colector 10 en el evaporador, o expresado en general, en una zona fna del sistema se puede implementar de manera particularmente ventajosa si la bomba de calor esta configurada de modo que el licuefactor queda dispuesto por encima del evaporador. En esta implementacion, el cuello 70 se extiende a traves del licuefactor hacia abajo hasta el evaporador para crear una pared de condensacion fna que provoca, por una parte, un flujo de gas continuo hacia el separador de gas y garantiza siempre, por la otra parte, que en el separador de gas haya siempre agua que se puede calentar para aumentar la presion en el deposito colector de tal modo que en determinadas situaciones es posible una salida de gases extranos.

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La figura 7 muestra una representacion esquematica de una bomba de calor para el calentamiento de edificios. La bomba de calor para el calentamiento de edificios esta disenada preferentemente de modo que permite calentar viviendas unifamiliares o viviendas multifamiliares mas pequenas. La bomba de calor para el calentamiento de edificios segun un ejemplo de realizacion de la presente invencion debe estar destinada preferentemente para calentar viviendas mas pequenas con menos de 10 apartamentos y preferentemente con menos de 5 apartamentos. La bomba de calor comprende un evaporador con una carcasa de evaporador 42' con generadores de turbulencia. El vapor generado en el evaporador se alimenta a un compresor 102 a traves de un conducto de vapor 100. El compresor 102 comprime el vapor y conduce el vapor comprimido a traves de un conducto de vapor de vapor comprimido, identificado con el numero 104, hacia un condensador segun la invencion con una carcasa de condensador 43' que presenta generadores de turbulencia o un laminarizador o preferentemente ambos dispositivos para realizar una condensacion mas eficaz. El evaporador recibe el lfquido a evaporar a traves de un conducto de alimentacion 106 y el condensador conduce el lfquido condensado a traves de un conducto de descarga 108. Ademas, el condensador 43 tiene un conducto de avance 110a con temperaturas, por ejemplo, en el intervalo de 40° para un sistema calefactor de suelo y un conducto de retorno 110b desde el sistema calefactor de edificio. En el cuerpo calefactor, por ejemplo, del sistema calefactor de suelo o de un elemento calefactor de pared, puede circular el mismo lfquido que en el condensador, sin la prevision de un intercambiador de calor. Alternativamente, puede estar previsto tambien un intercambiador de calor, de modo que el conducto de avance 110a y el conducto de retorno 110b conducen hacia un intercambiador de calor no mostrado en la figura 7 y no hacia un cuerpo calefactor real. El conducto de descarga 108 puede conducir en caso de un sistema abierto hacia una reserva de agua abierta, por ejemplo, agua subterranea, agua de mar, agua salina, agua de no, etc. Asimismo, en este tipo de sistema abierto, el conducto de alimentacion 106 puede proceder de agua subterranea, agua de mar, agua de no, agua salina, etc. Alternativamente se puede usar tambien un sistema cerrado, indicado con lmeas de union discontinuas en forma de un elemento de union 110. En este caso, el elemento de union 110 garantiza que el lfquido, condensado en el condensador, se vuelva a alimentar al evaporador, teniendose en cuenta diferencias de presion correspondientes.

Se ha de senalar ademas que en un sistema semiabierto, el lfquido 106 en el conducto de alimentacion lleva el calor procedente del agua subterranea, pero no es, sin embargo, agua subterranea, estando dispuesto en este caso un intercambiador de calor en una reserva de agua subterranea para calentar el agua circulante a continuacion en el conducto 106, disenado como conducto de alimentacion y retorno, y conducir entonces el calor transmitido por el agua subterranea hacia el conducto de avance de calefaccion 110a mediante el proceso de bomba de calor.

En un ejemplo de realizacion preferido de la presente invencion, el lfquido de trabajo en el evaporador y en el condensador es agua. Alternativamente se pueden usar tambien otros lfquidos de trabajo, por ejemplo, lfquidos portadores de calor previstos especialmente para bombas de calor. No obstante, se prefiere el agua debido a su idoneidad especial para el proceso. Otra ventaja considerable del agua es que es carbono neutral.

Para evaporar agua a temperaturas de 10 °C aproximadamente, el evaporador 42 esta provisto de una carcasa de evaporador, configurada para mantener una presion en el evaporador al menos en el entorno de la superficie del evaporador, en el que se evapora el agua circulante en el conducto de alimentacion 106. Si se usa agua como lfquido de trabajo, las presiones en el evaporador seran inferiores a 30 mbar e incluso estaran situadas en el intervalo por debajo de 10 mbar.

En el lado del condensador, las presiones seran superiores a 40 mbar e inferiores a 200 o 150 mbar. En este sentido esta configurada una carcasa de condensador para mantener estas presiones correspondientes. Se prefieren presiones a temperaturas de condensacion de 30 °C o inferiores o de 22 °C o inferiores.

La figura 8A muestra una vista en planta de un evaporador o condensador con secciones de alambre como generadores de turbulencia. La figura 8B muestra una seccion longitudinal del evaporador que, de manera analoga al respecto, podna ser tambien el condensador, si se tienen en cuenta conductos de avance/retorno, etc., y el lfquido de condensador no se alimenta ni se evacua externamente, sino que circula.

El evaporador comprende una superficie de evaporador o superficie de condensador 80, sobre la que estan dispuestos generadores de turbulencia 40. Los generadores de turbulencia 40 son secciones de alambre individuales, configuradas conjuntamente, por ejemplo, como espiral 82. A la vez, los generadores de turbulencia podnan estar configurados tambien como anillos de alambre mas o menos concentricos y separados entre sf. No obstante, el uso de una espiral es mas facil en relacion con la manipulacion y el montaje. Preferentemente, en la direccion de flujo del lfquido de trabajo, indicada con las flechas simbolicas 83, estan situadas a una distancia Dd secciones de alambre contiguas 84a, 84b que tienen en cada caso un diametro d, siendo la distancia Dd mayor que el diametro d de una seccion de alambre y preferentemente menor que el triple del diametro. Aunque las secciones de alambre en la figura 8A estan dibujadas con seccion transversal circular, las secciones de alambre pueden presentar una seccion transversal cualquiera.

La figura 8B muestra en la seccion longitudinal un evaporador o condensador en forma de embudo o una superficie

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de evaporador o superficie de condensador 80 en forma de embudo. Sobre esta superficie 80 se han fijado directamente las secciones de alambre. Alternativamente, las secciones de alambre pueden estar separadas tambien, si se logra un posicionamiento relativo de los generadores de turbulencia 40 respecto a la superficie 80 de tal modo que actua sobre el lfquido de trabajo, presente sobre la superficie 80, con los generadores de turbulencia para producir turbulencias.

La superficie 80 tanto del evaporador como del condensador esta conformada preferentemente de modo que el lfquido de trabajo, alimentado a traves de un conducto de alimentacion de lfquido de trabajo 86, no solo esta sobre la superficie 80, lo que ocurrina si la superficie fuera completamente horizontal y estuviera presente un conducto de alimentacion casi inexistente, sino que el lfquido de trabajo circula sobre la superficie por la fuerza de gravedad. Con este fin, la superficie 80 comprende al menos un plano inclinado. Preferentemente, la superficie tiene forma de embudo y el orificio de alimentacion 86 esta dispuesto en el centro o de tal modo respecto a la superficie de trabajo que el lfquido de trabajo no solo sale por un lateral respecto al orificio de alimentacion, sino hacia todos los lados. Alternativamente, se podna usar tambien, sin embargo, una implementacion para determinadas aplicaciones, en la que esta presente, por ejemplo, una superficie plana que esta dispuesta como plano inclinado y en cuyo punto maximo esta dispuesto el conducto de alimentacion 86, de modo que el lfquido de trabajo no se encuentra en varios lados del conducto de alimentacion, sino que circula esencialmente en un sector limitado, por ejemplo, 30°, 60° o 90° con respecto al conducto de alimentacion sobre la superficie, para actuar aqu con los generadores de turbulencia 40.

Alternativamente, la superficie de trabajo puede tener tambien forma piramidal o conica o puede ser plana o curvada en la seccion transversal, si en la posicion de trabajo del evaporador o del condensador, el lfquido de trabajo supera una diferencia de altura debido al efecto de la fuerza de gravedad.

Las figuras 9A y 9B muestran una vista en planta de una superficie alternativa 80 de un evaporador o condensador, en el que no existen secciones de alambre como en la figura 8A, sino elevaciones o depresiones en la superficie de trabajo. La figura 9B muestra solo elevaciones. No obstante, las depresiones van a estar implementadas de manera similar, pero en cierto modo “en negativo” respecto a las elevaciones mostradas. Los generadores de turbulencia 40 sobresalen de la superficie o estan mas abajo respecto a la superficie, o sea, son en cierto modo “agujeros” en la superficie 80, sobresaliendo preferentemente los generadores de turbulencia 40 tan fuertemente de la superficie que al menos con su punta sobresalen mas alla de un nivel del lfquido de trabajo 41 sobre la superficie 80. Ademas, los generadores de turbulencia 40 pueden tener una forma cualquiera, como se indica en la figura 9B. Cuanto mas abruptas son las formas, mas “remolinos” o turbulencias se generan. Sin embargo, los generadores de turbulencia pueden estar configurados simultaneamente tambien para conseguir con formas especiales una “division” y un “plegado” del flujo de agua.

Ademas de las implementaciones representadas, los generadores de turbulencia se pueden implementar tambien, por ejemplo, mediante elementos que penetran en el lfquido de trabajo, por ejemplo, varillas, etc., que no estan unidos fijamente a la superficie 80, sino suspendidos, por ejemplo, por encima de la superficie 80. Estas varillas se pueden mover tambien, en dependencia de la implementacion, para generar turbulencias particularmente fuertes. Por consiguiente, las turbulencias se pueden generar de muchas maneras distintas, pudiendo estar unidos fijamente los generadores de turbulencia a la superficie de trabajo 80 para generar estas turbulencias o posicionandose los mismos tambien de manera estatica o dinamica respecto a la superficie de trabajo, si preferentemente al menos 20 % de toda la corriente de agua se somete a turbulencias. En ejemplos de realizacion especiales se prefiere proveer lo mas posible de generadores de turbulencia a casi toda la superficie de trabajo del evaporador o del condensador, de modo que entre el 90 % y casi el 100 % de toda la corriente es turbulento o, respecto a la zona de la superficie 80, mas del 80 % o mas del 90 % del lfquido sobre la superficie 80 es turbulento.

La figura 10A muestra un corte transversal a traves de un dispositivo de laminarizacion con diversas celdas de laminarizador 120. Por encima de las celdas de laminarizador 120 hay vapor turbulento con una temperatura Sd, como se indica esquematicamente con las flechas de vapor 122, no dirigidas. Por debajo de las celdas de laminarizador 120 esta representado, sin embargo, vapor laminarizado 124 que tiene una temperatura aproximadamente igual a Sw por encontrarse cerca del lfquido del condensador sobre la superficie de condensador 80. El valor de 9w es menor que $d. El desarrollo de la temperatura en una celda de laminarizador de x=0 a x=L esta representado esquematicamente en la figura 10B. Se puede observar una relacion exponencial, siendo la temperatura en x=0 aproximadamente igual a 9w y obteniendose la temperatura Sd mediante una relacion aproximadamente exponencial en x=L. Esta relacion esta caracterizada por una constante de posicion K, dibujada en la figura 10B. Con el fin de que tenga lugar una buena laminarizacion y, por tanto, una buena distribucion de la temperatura, se prefiere disenar una celda de laminarizador 120 al menos con una longitud tan grande que la longitud es mayor que o igual a 2K.

Ademas, en la presente invencion, la temperatura del vapor no dirigido Sd puede ser mucho mayor que la temperatura del agua Sw. Sin embargo, no se necesitan enfriadores de vapor, etc., porque el laminarizador 48 con las celdas de laminarizador individuales 120, separadas entre sf por paredes 121, fuerza la distribucion de

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temperature mostrada en la figura 10b. En el ejemplo de realizacion, el laminarizador tiene forma de panal o esta fabricado de un material tubular, si estan presentes celdas de laminarizador individuals 120, mas o menos orientadas en paralelo y preferentemente lisas en el interior, que provocan una laminarizacion, como esta representado mediante la corriente de vapor dirigida 124.

El laminarizador no ha de conseguir necesariamente un 100 % de laminarizacion perfecta si el flujo de gas en la salida del laminarizador es menos turbulento que el flujo de gas en la entrada del laminarizador. Las celdas de laminarizador o todo el laminarizador se disenan preferentemente de modo que la corriente de vapor laminarizada saliente es al menos la mitad de turbulenta que la corriente de vapor turbulenta en el lado de entrada.

Para el uso en un condensador con una bomba de calor operada con agua como lfquido de trabajo se prefiere que una celda de laminarizador 120 tenga una longitud aproximada de 10 mm, si el diametro de la celda de laminarizador es igual a 5 mm. Cuanto mayor sea el diametro de una celda individual, mayor debera ser tambien la longitud L para conseguir tambien una laminarizacion suficiente en presencia de diametros mayores. Al mismo tiempo existe un lfmite inferior de longitud en caso de diametros menores con el fin de evitar un efecto de tobera que puede provocar una deslaminarizacion. Para mantener la resistencia al flujo del gas lo mas baja posible se prefiere prever una superficie de laminarizador grande y configurar lo mas pequeno posible el grosor de las paredes 121 entre las celdas de laminarizador 120 en la figura 10A. La longitud es preferentemente mayor que 1 mm cuando el diametro es menor que 1 mm. Otras dimensiones favorables a modo de ejemplo son: si el diametro es mayor que 5 mm, la longitud es mayor que 10 mm y si el diametro es menor que 5 mm, la longitud es menor que 10 mm.

Con el objetivo de garantizar tambien en una laminarizacion incompleta que una corriente, en cierto modo laminarizada, llegue al lfquido sobre la superficie del condensador, se prefiere que la distancia Dl a configurar entre la salida de las celdas de laminarizador 120 y la superficie del lfquido sea relativamente pequena y en particular menor que 50 mm, preferentemente menor que 25 mm o preferentemente menor que 6 mm. Esto obliga asimismo a que el gas o el lfquido de trabajo evaporado tenga, al abandonar las celdas de laminarizador 120, una temperatura casi igual o solo ligeramente mayor que la temperatura del agua. De esta manera se garantiza que las partfculas de vapor que se encuentran en la corriente no “reboten” del agua o actuen a su vez como generadores de vapor, sino que sean absorbidas por condensacion en el agua, porque solo asf tendra lugar una transmision de calor particularmente eficaz del vapor al agua.

El laminarizador, segun la invencion, proporciona un aumento considerable de la eficiencia durante la condensacion. En el estado de la tecnica sin laminarizador, la eficiencia en potencia por superficie disminuyo fuertemente cuanto mayor era la temperatura del vapor respecto a la temperatura del lfquido de condensador. Se puede decir entonces que en caso de un sobrecalentamiento del vapor de 10° era posible solo 10 % de la potencia de condensador. Por tanto, esto dio como resultado potencias de condensador de 2 a 3 kW por m2 en caso de una condensacion superficial o evaporacion tfpica. Segun la invencion, en una misma superficie se consigue una potencia considerablemente mayor que puede ser de 40 a 200 kW/m2 o incluso mayor, en dependencia de la implementacion. Esto significa al menos un aumento de la eficiencia en un factor 20 con medidas simples. Otra ventaja es que el grado de eficiencia es relativamente independiente de la temperatura del vapor no dirigido. Por consiguiente, segun la invencion es posible condensar facilmente un vapor con una temperatura, por ejemplo, superior a 150 °C, con agua a una temperatura, por ejemplo, de 40 °C. El laminarizador permite asf separar la eficiencia del condensador de la temperatura del vapor en la salida del compresor. El compresor se puede dimensionar entonces segun sus requerimientos y no se han de considerar durante el dimensionamiento del compresor segun la presente invencion las condiciones termicas que son necesarias para la condensacion.

A diferencia de los ejemplos de realizacion descritos arriba, los generadores de turbulencia y el dispositivo de laminarizacion se pueden configurar no como dos elementos separados, sino tambien mediante un mismo elemento. Por ejemplo, sobre la superficie del evaporador o la superficie del condensador se puede colocar un tejido de fibras o una estera de fibras, hechos preferentemente de fibras no absorbentes, sobresaliendo la superficie del tejido de fibras por encima del nivel de lfquido, preferentemente mas de 3 mm y en particular mas de 5 mm. El lfquido circula alrededor de las fibras, lo que genera turbulencias. Las fibras, rodeadas por el lfquido, representan los generadores de turbulencia. Las fibras, que sobresalen del lfquido y no son rodeadas por el lfquido, representan en cambio el dispositivo de laminarizacion. La friccion del vapor en las fibras, que no tienen que estar necesariamente orientadas, da como resultado una laminarizacion del vapor. El material de las fibras es plastico o metal y el tejido de fibras es, por ejemplo, lana metalica o en particular lana de acero. La ventaja de esta implementacion radica en que esta implementacion es autoajustable, porque la division en generador de turbulencia y dispositivo de laminarizacion es automatica y esta definida por el nivel de lfquido actual. Ademas, el montaje resulta particularmente simple y, por tanto, economico.

A continuacion se describen ejemplos de realizacion que no pertenecen a la invencion.

Ejemplos de realizacion se refieren a un evaporador 42 para evaporar un lfquido de trabajo 41 con las siguientes caractensticas: una superficie de evaporador 80, sobre la que se ha de disponer el lfquido de trabajo que ha de

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evaporarse y una pluralidad de generadores de turbulencia 40, configurados para generar turbulencias en el Ifquido de trabajo que ha de evaporarse sobre la superficie de evaporador 80.

Un ejemplo de realizacion del evaporador comprende una carcasa de evaporador 42', en la que esta dispuesta la superficie de evaporador 80 y que esta configurada para mantener en la carcasa de evaporador, en la superficie de evaporador 80, una presion tal que el lfquido de trabajo presenta, al llegar el lfquido de trabajo a la superficie de evaporador, una temperature de ebullicion o una temperature con un intervalo que se extiende de una temperature igual a la temperature de ebullicion de -10 kelvin a una temperature igual a la temperature de ebullicion de +10 kelvin.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, la carcasa de evaporador 42' comprende un conducto de alimentacion 106 para el lfquido de trabajo y un orificio de evacuacion 100 para un vapor del lfquido de trabajo, estando configurado el orificio de evacuacion 100 de modo que se puede acoplar a una entrada de un compresor 102 para la compresion del vapor.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, la superficie de evaporador 80 esta inclinada en una posicion de trabajo, alimentandose el lfquido de trabajo a la superficie de evaporador 80 de modo que el lfquido de trabajo circula de un conducto de alimentacion 86a a un conducto de descarga 86b de la superficie de evaporador 80 por la fuerza de gravedad.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, la superficie de evaporador tiene forma de piramide, cono, embudo o la forma de un plano inclinado, siendo el plano inclinado plano o no.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, un conducto de alimentacion para el lfquido de trabajo esta rodeado por la superficie de evaporador 80 de tal modo que el lfquido de trabajo circula 83 en varios lados del conducto de alimentacion sobre la superficie de evaporador 80.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, los generadores de turbulencia 40 estan configurados mediante un componente 82, separado de la superficie de evaporador, o mediante elevaciones o depresiones 90 en la superficie de evaporador 80.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, los generadores de turbulencia 40 estan configurados mediante secciones de alambre 84a, 84b sobre la superficie de evaporador, que estan fijadas o dispuestas respecto a la superficie de evaporador de tal modo que una direccion de flujo 83 del lfquido de trabajo interseca una direccion en la que estan dispuestas las secciones de alambre.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, los generadores de turbulencia estan configurados como secciones de alambre en espiral, unidas entre sf, siendo una distancia entre dos secciones de alambre contiguas en la direccion de flujo 83 del lfquido de trabajo mayor que el diametro de una seccion de alambre y menor que el triple del diametro de la seccion de alambre.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, las elevaciones 90 o las depresiones estan dimensionadas de modo que se pueden generar turbulencias en un lfquido de trabajo incidente.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, las elevaciones 90 tienen una altura, con la que se extienden sobre la superficie, mayor que un nivel del lfquido de trabajo sobre la superficie de evaporador 80 en un modo operativo del evaporador.

En un ejemplo de realizacion del evaporador, los generadores de turbulencia estan configurados de modo que un flujo de agua sobre la superficie de evaporador presenta turbulencias que comprenden preferentemente al menos 20 % de toda la corriente de lfquido sobre el evaporador.

En un ejemplo de realizacion del evaporador o del condensador, el lfquido de trabajo es agua.

Un ejemplo de realizacion se refiere a un procedimiento para la evaporacion 42 de un lfquido de trabajo 41 con las siguientes etapas: disponer un lfquido de trabajo que ha de evaporarse sobre una superficie de evaporador 80 y generar turbulencias 40 en el lfquido de trabajo que ha de evaporarse sobre la superficie de evaporador 80.

Aunque se han descrito determinados elementos como caractensticas del dispositivo, esto debe representar al mismo tiempo una descripcion de una etapa de procedimiento correspondiente.

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REIVINDICACIONES

1. Condensador para condensar un Ifquido de trabajo evaporado con las siguientes caractensticas:

un canal de gas (54) para alimentar vapor comprimido caliente al condensador;

un conducto de descarga de condensador (57) para evacuar el lfquido de trabajo del condensador;

una superficie de condensador (80), sobre la que se ha de disponer un lfquido de trabajo (41), estando inclinada

la superficie de condensador (80) en una posicion de trabajo, alimentandose el lfquido de trabajo a la superficie

de condensador (80) de modo que el lfquido de trabajo circula de un conducto de alimentacion (56) del lfquido de

trabajo hacia la superficie de condensador al conducto de descarga de condensador (57) desde la superficie de

condensador por la fuerza de gravedad; y

una pluralidad de generadores de turbulencia configurados para generar turbulencias de corriente en el lfquido de trabajo que se encuentra sobre la superficie de condensador (80);

estando configurado el condensador para dirigir una corriente de vapor (124), expulsada desde el canal de gas (54), hacia el lfquido de trabajo (41) antes de que el lfquido de trabajo salga a traves del conducto de descarga de condensador (57).
2. Condensador segun la reivindicacion 1, con las siguientes caractensticas:

una carcasa de condensador (43'), en la que la superficie de condensador (80) esta dispuesta y configurada para mantener en la carcasa de condensador en la superficie de condensador una presion tal que un lfquido de trabajo condensado tiene una temperature minima predeterminada.
3. Condensador segun la reivindicacion 2, en el que la temperatura minima es mayor que o igual a 22 °C.
4. Condensador segun la reivindicacion 1, en el que la superficie de condensador tiene forma de piramide, cono, embudo o la forma de un plano inclinado, siendo el plano inclinado plano o no.
5. Condensador segun una de las reivindicaciones 1 o 4, en el que un conducto de alimentacion para el lfquido hacia la superficie de condensador esta rodeado por la superficie de condensador de tal modo que el lfquido de trabajo circula por varios lados del conducto de alimentacion (41) sobre la superficie de condensador (80).
6. Condensador segun una de las reivindicaciones 1 a 5, que presenta tanto los generadores de turbulencia (40) como un dispositivo de laminarizacion (48) que esta configurado para laminarizar la corriente de gas (124) expulsada desde el canal de gas (54) y dirigida hacia la superficie de condensador (80), de modo que un vapor laminarizado por el dispositivo de laminarizacion (48) llega al lfquido de trabajo (41), estando dispuesto el dispositivo de laminarizacion (48) de tal modo que el vapor laminarizado (124) llega a las turbulencias del lfquido, generadas por los generadores de turbulencia (40), sobre la superficie de condensador (80).
7. Condensador segun la reivindicacion 6, en el que tanto los generadores de turbulencia (40) como el dispositivo de laminarizacion (48) estan formados por un mismo elemento.
8. Condensador segun la reivindicacion 7, en el que el elemento presenta un tejido de fibras que sobresale de un nivel de lfquido sobre la superficie de condensador.
9. Condensador segun la reivindicacion 8, en el que el tejido de fibras es una lana de plastico con fibras no absorbentes o una lana metalica.
10. Condensador segun una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que la distancia entre el dispositivo de laminarizacion (48) y el lfquido de trabajo sobre la superficie de condensador (80), que ha de recorrer el vapor laminarizado, es menor que 25 mm.
11. Condensador segun la reivindicacion 10, que esta configurado a partir de material en forma de panal o material tubular con celdas de laminarizador (120), estando configurada una longitud de una celda de laminarizador en relacion con un diametro de la celda de laminarizador (120) de tal modo que en el lado de salida se genera un flujo de gas que es al menos la mitad de turbulento que un flujo de gas que se alimenta al dispositivo de laminarizacion (48).
12. Condensador segun la reivindicacion 11, en el que una celda de laminarizador (120) tiene una longitud mayor que 10 mm, si tiene un diametro mayor que 5 mm, y una longitud mayor que un 1 mm, si tiene un diametro menor que 1 mm.
13. Condensador segun una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que esta presente una reserva de lfquido, a la que se conduce el lfquido evacuado de la superficie de condensador (80) y desde la que se puede alimentar lfquido mas

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fno, en comparacion con el Ifquido evacuado, como flujo de Kquido (41) a la superficie de condensador (80).
14. Bomba de calor con las siguientes caractensticas:

un evaporador (42) para evaporar un lfquido de trabajo (41), con las siguientes caractensticas:

una superficie de evaporador (80), sobre la que se ha de disponer el lfquido de trabajo que ha de evaporarse;

y

una pluralidad de generadores de turbulencia (40) configurados para generar turbulencias en el lfquido de trabajo que ha de evaporarse sobre la superficie de evaporador (80);

un condensador (43) segun una de las reivindicaciones 1 a 13; y

un compresor (102) para comprimir el lfquido de trabajo evaporado por el evaporador (42), estando acoplado el compresor (10) al condensador (43) para alimentar vapor comprimido al condensador (43), y presentando ademas el condensador (43') un conducto de avance de calefaccion (110a) para suministrar lfquido de calefaccion caliente y un conducto de retorno de calefaccion (110b) para suministrar lfquido de calefaccion fno al condensador (43').
15. Procedimiento para condensar un lfquido de trabajo evaporado con las siguientes etapas:

disponer lfquido de trabajo (41) sobre una superficie de condensador (80), estando inclinada la superficie de condensador (80) en una posicion de trabajo, alimentandose el lfquido de trabajo a la superficie de condensador (80) de modo que el lfquido de trabajo circula de un conducto de alimentacion de lfquido de trabajo hacia la superficie de condensador a un conducto de descarga de lfquido de trabajo desde la superficie de condensador por la fuerza de gravedad;

generar turbulencias (40) en el lfquido de trabajo dispuesto sobre la superficie de condensador (80); y dirigir una corriente de vapor (124), expulsada desde el canal de gas (54), hacia el lfquido de trabajo (41) antes de que el lfquido de trabajo salga a traves de un conducto de descarga de condensador (57).