ES2988507T3 - Adaptador geotérmico para uso con una bomba de calor - Google Patents

Abstract

Un adaptador geotérmico (102) para su uso con una bomba de calor incluye una cámara exterior (104) sellada al vacío y que tiene una pluralidad de disipadores de calor (106) que se extienden hacia afuera, y una cámara interior (114) colocada de manera concéntrica y dentro de la cámara exterior (104). La cámara interior (114) tiene una salida (116) configurada para acoplarse a una primera porción de un conducto de refrigerante de la bomba de calor. El adaptador geotérmico (102) también incluye una cámara central (108) colocada de manera concéntrica y dentro de la cámara interior (114), donde la cámara central (108) tiene una entrada (110) configurada para acoplarse a una segunda porción del conducto de refrigerante de la bomba de calor. La cámara central (108) se extiende a través de la cámara interior (114) hasta un extremo inferior que está abierto y en comunicación fluida con la cámara interior (114). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Adaptador geotérmico para uso con una bomba de calor

Campo de la invención

La presente invención se relaciona con sistemas de calentamiento y enfriamiento, y más particularmente, con un adaptador geotérmico para uso con una bomba de calor y métodos asociados.

Antecedentes de la invención

La industria de la calefacción y aire acondicionado es una industria bien establecida y los métodos usados son bien conocidos y documentados. El método más común para calentar un edificio utiliza la combustión de combustibles fósiles. Además, el método más común usado para enfriar un edificio es utilizar el circuito de refrigeración. Esto se conoce comúnmente como aire acondicionado.

En un esfuerzo por calentar y enfriar un edificio de manera más eficiente, la industria utiliza un circuito de refrigeración de ciclo inverso conocido como una bomba de calor. Este método absorbe energía térmica o calor desde dentro de un edificio y lo transfiere al exterior para liberar y luego inicia el ciclo de nuevo. Esto permite que el sistema enfríe y deshumidifique un edificio. Cuando el ciclo opera en orden inverso, el sistema absorbe calor o energía térmica desde el exterior y lo libera dentro del edificio. Este método se usa para calentar un edificio.

Este método de calentamiento típicamente es más eficiente y respetuoso con el medio ambiente que la combustión de combustibles fósiles que liberan grandes cantidades de dióxido de carbono y otras sustancias químicas nocivas al medio ambiente. Además, aunque el proceso de combustión típicamente es aproximadamente noventa y ocho por ciento eficiente bajo condiciones perfectas, una bomba de calor o ciclo de refrigeración opera en un coeficiente de rendimiento de tres, lo que significa que opera tres veces más eficientemente que la cantidad de electricidad suministrada para ejecutar el sistema.

Por consiguiente, el ciclo de refrigeración de una bomba de calor es extremadamente eficiente para enfriar un edificio, pero un inconveniente es que no es tan eficiente cuando se intenta calentar un edificio en climas más fríos. Durante los meses de verano, hay mucha energía térmica en el aire para que el ciclo de refrigeración absorba y transfiera desde un punto a otro. Sin embargo, en invierno, cuando hay mucha menos energía térmica en el aire, la bomba de calor debe trabajar mucho más duro para absorber la energía térmica que es mucho menos abundante en cada pie cúbico de aire. Cuando la temperatura exterior cae por debajo de 40°F (4°C), una bomba de calor todavía operará en una eficiencia bastante alta. Por esta razón las bombas de calor se usan en áreas donde los meses de invierno todavía son bastante suaves. Sin embargo, una vez que la temperatura exterior desciende por debajo de 20°F (-7°C), una bomba de calor comienza a tener dificultades para absorber suficiente energía térmica para calentar un edificio de manera eficiente. Después de que la temperatura exterior cae a un único dígito o por debajo de cero (-18°C), una bomba de calor necesita operar durante tanto tiempo y con tanta fuerza intentando absorber energía térmica desde el aire, que se vuelve mucho menos práctica, y los edificios operan de manera mucho más eficiente utilizando hornos de combustibles fósiles.

Además, a medida que la temperatura comience a caer desde 40°F, una bomba de calor comenzará a requerir un ciclo de descongelación. El ciclo de descongelación es donde la bomba de calor retira la escarcha que se acumula en las bobinas a medida que la temperatura de las bobinas desciende por debajo de la temperatura de aire exterior lo que provoca que se forme condensación en las bobinas y subsecuentemente escarcha. Una vez que se acumula la escarcha, la bomba de calor pierde su capacidad de transferir o absorber calor desde el aire exterior. Por lo tanto, debe realizar un ciclo de descongelación para retirar esta acumulación de escarcha de tal manera que pueda continuar operando. Cuanto más frío esté el aire exterior, con mayor frecuencia se deberá realizar un ciclo de descongelación. Una vez que la temperatura exterior cae por debajo de 10°F (-12°C), los ciclos de descongelación se vuelven tan frecuentes, que usar una bomba de calor para calentar un edificio se vuelve casi imposible de hacer de una manera eficiente.

Durante el ciclo de descongelación, la bomba de calor invierte su función desde el ciclo de calentamiento a un ciclo de enfriamiento o aire acondicionado. Esto luego calienta la bobina exterior, descongelando los tubos, sin embargo durante este ciclo el sistema usa energía eléctrica para realizar el ciclo de descongelación y no produce calor para el edificio. De este modo, los calentadores de tira de elementos eléctricos dentro del manejador de aire o sección de soplador se energizan durante el ciclo de descongelación para mantener el flujo de calor hacia el edificio. Esto provoca una enorme cantidad de consumo eléctrico ya que el calentamiento por elementos eléctricos es la forma de calor más costosa. Los ciclos de descongelación hacen un gran impacto cuando se calculan los verdaderos índices de eficiencia de un sistema de bomba de calor durante temperaturas exteriores frías incluso aunque estos ciclos de descongelación solo duran varios minutos. De este modo, las bombas de calor no son el sistema de elección en climas más fríos debido a que una bomba de calor es menos eficiente para operar a medida que la temperatura exterior disminuye y requiere ciclos de descongelación más frecuentes.

En un esfuerzo por abordar estos aspectos negativos de una bomba de calor en entornos más fríos, había sido desarrollado un método conocido como extracción geotérmica. Este método o diseño de sistema describe la colocación de cientos y miles de pies de tubería a cientos de pies bajo tierra, donde el calor térmico natural de la tierra permanece alrededor de 55°F (13°C) durante todo el año. Usualmente se bombea agua a través de estos tubos para extraer el calor de cincuenta y cinco grados desde la tierra y lo transfiere al ciclo de refrigeración, eliminando que la bomba de calor intente absorber energía térmica desde el aire exterior bajo cero.

Recientemente se ha desarrollado un sistema conocido como DGX o intercambio geotérmico directo, sin embargo este método requiere una excavación enorme y cientos de pies de tubos que se entierran a cientos de pies debajo de la superficie de la tierra. Estos métodos no son prácticos para la mayoría de los propietarios de viviendas o empresas comerciales ya que requieren campos enormes, en la mayoría de los casos más grandes que un campo de fútbol y gastos poco realistas, usualmente de más de cincuenta mil dólares. Cuando se comparan los ahorros con el coste de instalación de tal sistema, la rentabilidad parece poco práctica. Por consiguiente, hay una necesidad en la técnica de un sistema de bomba de calor mejorado que sea eficiente y práctico de instalar y operar para propietarios de viviendas y empresas.

El documento CN100561104C divulga un adaptador geotérmico para uso con una bomba de calor, en el cual una cámara exterior tiene una pluralidad de disipadores térmicos que se extienden hacia afuera, una cámara interior sellada al vacío y una cámara central posicionada dentro de la cámara interior.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un adaptador geotérmico para uso con una bomba de calor como se establece de aquí en adelante en la Reivindicación 1 de las reivindicaciones anexas.

En una realización de la invención, un adaptador geotérmico para uso con una bomba de calor incluye una cámara exterior que está sellada al vacío y tiene una pluralidad de disipadores térmicos que se extienden hacia afuera, y una cámara interior posicionada concéntricamente y dentro de la cámara exterior. La cámara interior tiene una salida configurada para acoplarse a una primera porción de un conducto de refrigerante de la bomba de calor. El adaptador geotérmico también incluye una cámara central posicionada concéntricamente y dentro de la cámara interior, teniendo la cámara central una entrada configurada para acoplarse a una segunda porción del conducto de refrigerante de la bomba de calor. La cámara central se extiende a través de la cámara interior hasta un extremo inferior que está abierto y en comunicación fluida con la cámara interior. El adaptador geotérmico también puede incluir la zeolita mineral que rodea la pluralidad de disipadores térmicos.

El adaptador geotérmico está configurado para recibir refrigerante a una primera temperatura en la entrada de la cámara central durante un ciclo de calentamiento, y para descargar el refrigerante a una segunda temperatura mayor que la primera temperatura en la salida de la cámara interior. Además, el adaptador geotérmico está configurado para recibir refrigerante a una primera temperatura en la entrada de la cámara interior durante un ciclo de enfriamiento, y para descargar el refrigerante a una segunda temperatura menor que la primera temperatura en la salida de la cámara central.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un sistema de calentamiento y enfriamiento como se establece de aquí en adelante en la Reivindicación 11 de las reivindicaciones anexas.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, se proporciona un método de operación de un sistema de calentamiento y enfriamiento como se establece de aquí en adelante en la Reivindicación 12 de las reivindicaciones anexas.

En una realización del aspecto de método de la invención el refrigerante circula entre la bomba de calor, el manejador de aire, y el adaptador geotérmico. La dirección de flujo del refrigerante durante un ciclo de calentamiento es desde la bomba de calor al manejador de aire, al adaptador geotérmico, y de vuelta a la bomba de calor y durante un ciclo de enfriamiento la dirección de flujo de refrigerante es desde la bomba de calor al adaptador geotérmico, al manejador de aire, y de vuelta a la bomba de calor.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora además, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:

La figura 1 es un esquema de un adaptador geotérmico en el cual se pueden implementar diversos aspectos de la divulgación.

La figura 2 es un esquema de una sección transversal del adaptador geotérmico tomada en la dirección de la línea 2-2 de la figura 1.

La figura 3 es un esquema de una sección transversal del adaptador geotérmico tomada en la dirección de la línea 3-3 de la figura 1 e instalado en el suelo.

La figura 4 es un esquema de flujo de refrigerante a través del adaptador geotérmico de la figura 1 durante un ciclo de calor.

La figura 5 es un esquema del flujo de refrigerante entre una bomba de calor, el adaptador geotérmico, y manejador de aire durante un ciclo de enfriamiento.

La figura 6 es un esquema del flujo de refrigerante entre una bomba de calor, el adaptador geotérmico, y manejador de aire durante un ciclo de calentamiento.

La figura 7 es un gráfico del ciclo de absorción y almacenamiento térmico de zeolita como un mineral.

Descripción detallada de realizaciones preferidas

En el resumen de la invención, proporcionado anteriormente, y en las descripciones de ciertas realizaciones preferidas de la invención, se hace referencia a características particulares de la invención, por ejemplo, etapas de método. Debe entenderse que la divulgación de la invención en esta especificación incluye todas las combinaciones posibles de tales características particulares, independientemente de si una combinación se describe explícitamente. Por ejemplo, donde una característica particular se divulga en el contexto de un aspecto o realización particular de la invención, esa característica también se puede usar, en la medida de lo posible, en combinación con y/o en el contexto de otros aspectos y realizaciones particulares de la invención, y en la invención en general.

Un objetivo de la invención es proporcionar un aparato, método y sistema en el cual aumentar además la eficiencia y operaciones de un sistema de bomba de calor aún más tal como el ya altamente eficiente sistema de bomba de calor de celda térmica descrito en el documento US2020/0378652 y propiedad del mismo Solicitante en este documento.

Ahora con referencia a las figuras 1 a 3, se divulga un adaptador geotérmico de acuerdo con la invención y se designa generalmente con 102. El adaptador geotérmico 102 se puede usar como una accesorio al sistema de bomba de calor de celda térmica del Solicitante donde el adaptador geotérmico 102 está instalado entre la bomba de calor 100 y un manejador de aire interior del sistema. Sin embargo, los expertos normales en la técnica reconocerán que el adaptador geotérmico 102 se puede usar con una bomba de calor típica y no se limita a uso con la bomba de calor de celda térmica del Solicitante.

El adaptador geotérmico 102 incluye una cámara exterior 104, que comprende una pluralidad de disipadores térmicos 106 que se extienden hacia afuera desde la cámara exterior 104. Una cámara interior 114 está generalmente de manera concéntrica y dentro de la cámara exterior 104. Una cámara central 108 está de similarmente de manera concéntrica y dentro de la cámara interior 114. La cámara central 108 comprende una entrada 110 en su extremo superior 110 que está configurada para acoplarse a un conducto de refrigerante de la bomba de calor 100. La cámara central 108 se extiende a través de la cámara interior 114 hasta un extremo inferior 112 que está abierto. El extremo abierto 112 de la cámara central 108 está en comunicación fluida con la cámara interior 114. Los expertos normales en la técnica pueden apreciar que la entrada 110 de la cámara central sería una salida durante un ciclo de enfriamiento cuando la dirección de flujo de refrigerante desde la bomba de calor 100 se invierte.

En las figuras 2 y 3 se ilustra una vista en sección transversal del adaptador geotérmico 102 para mostrar su construcción. En un aspecto particular, la longitud L del adaptador geotérmico 102 puede ser aproximadamente 3.66 m (12 pies) de largo. El ancho W del adaptador geotérmico 102 puede ser aproximadamente 12.7 cm (cinco pulgadas) de ancho, donde el cuerpo de cobre que constituye cada cámara 104, 108, 114 puede comprender cobre tipo ACR o L.

Como se explicó anteriormente, el adaptador geotérmico 102 comprende tres cámaras en las cuales la cámara exterior 104 está construida de cobre de pared gruesa y revestida con una pluralidad de disipadores térmicos 106 para transferencia térmica eficiente. Esta cámara exterior 104 también está libre de aire y colocada en un estado de vacío. La pluralidad de disipadores térmicos 106 puede estar compuesta de aluminio en un aspecto particular de la invención.

La cámara interior 114 del adaptador geotérmico 102 está configurada para descargar el refrigerante a través de una salida 116 próxima a un extremo superior durante un ciclo de calentamiento. La cámara central 108 está posicionada dentro de la cámara interior 114 e incluye la entrada 110 posicionada en la parte superior del adaptador geotérmico 102. Los expertos normales en la técnica pueden apreciar que la salida 116 sería una entrada durante un ciclo de enfriamiento cuando la dirección de flujo de refrigerante desde la bomba de calor 100 se invierte.

La cámara interior 114 está configurada para ser un conducto para el refrigerante de flujo líquido desde el ciclo de calentamiento de la bomba de calor 100. Durante el ciclo de calentamiento, un diámetro de la cámara interior 114 permite que el refrigerante fluya más lentamente y absorba más energía geotérmica desde la cámara exterior 104. La cámara exterior 104 también actúa como una barrera protectora para las cámaras central e interior 108, 114. Por consiguiente, la cámara exterior 104 evita que el refrigerante escape del adaptador geotérmico 102 dado que el adaptador geotérmico 102 está sellado herméticamente.

El adaptador geotérmico 102 está configurado para utilizar las propiedades naturales de los minerales con el fin de absorber, aprovechar y transferir energía geotérmica de manera más eficiente. Por ejemplo, el resto del orificio o área vacante que rodea el adaptador geotérmico 102 dentro de un orificio se puede llenar con zeolita 120. La zeolita 120 es un mineral similar a esponja que es capaz de retener cuatro veces más calor que el agua. La zeolita 120 continuará ayudando al adaptador geotérmico 102 a derivar, aprovechar y transferir energía geotérmica a la bomba de calor 100.

La zeolita 120 está configurada para adaptarse a una temperatura de suelo de 12.8°C (cincuenta y cinco grados Fahrenheit) que típicamente se encuentra a aproximadamente 61 cm (veinticuatro pulgadas) por debajo de la superficie 118 y por debajo de la profundidad de congelación. Una vez que el adaptador geotérmico 102 comienza a enfriarse como resultado del refrigerante que fluye a través de sus cámaras, la pluralidad de disipadores térmicos 106 y cámara exterior 104 que está compuesta de cobre provocarán condensación en el exterior del adaptador geotérmico 102. Esto a su vez hará que la zeolita 120 libere energía de calor térmica que luego será absorbida mediante un proceso de transferencia térmica natural en el refrigerante que fluye a través del adaptador geotérmico 120.

La construcción del adaptador geotérmico 120 da como resultado propiedades de transferencia térmica eficientes. Por ejemplo, las cámaras exterior, interior, y central 104, 114, 108 están compuestas de cobre y la pluralidad de disipadores térmicos 106 están compuestos de un metal diferente, en este ejemplo aluminio. Además, la cámara exterior 104 del adaptador geotérmico 102 está bajo un vacío de tal manera que no hay aire presente.

Cuando la bomba de calor 100 está en su ciclo de calentamiento, el refrigerante líquido frío fluirá desde la bomba de calor 100 hacia la cámara central 108 y estará en su estado más frío. El refrigerante luego fluirá hacia a la parte inferior de la cámara central 108 y saldrá de la cámara central 108 en su extremo inferior 112 y luego comenzará su recorrido de vuelta a la cámara interior 114 en la cual fluirá a una tasa más lenta y realizará una mayor interacción superficial. El refrigerante comenzará a absorber energía térmica geotérmica desde el suelo 122 a medida que la energía térmica fluirá desde el suelo más cálido hacia el adaptador geotérmico más frío 102. El flujo de refrigerante que circula a través del adaptador geotérmico 102 y la bomba de calor puede controlarse mediante un compresor de velocidad variable.

Con referencia ahora a la figura 4, se representa un perfil térmico del adaptador geotérmico a medida que el refrigerante líquido frío fluye a través de un conducto superior y hacia la cámara central del adaptador geotérmico. El refrigerante frío comienza a absorber el calor geotérmico a medida que fluye hacia la parte inferior de la cámara central. Después de salir de la cámara central fluye hacia la cámara interior momento en el cual el volumen de líquido aumenta, pero la tasa de flujo disminuye, este proceso permite que el refrigerante líquido frío absorba más calor geotérmico desde la cámara exterior. El refrigerante líquido, que ahora ha absorbido el calor geotérmico, entonces fluye de vuelta a través de un conducto de descarga a la bomba de calor. El conducto de descarga es aproximadamente del mismo tamaño que el conducto de entrada y la tasa de flujo permanece relativamente constante mientras el refrigerante circula entre la bomba de calor y el adaptador geotérmico.

La figura 4 ilustra la ventaja del adaptador geotérmico ya que la temperatura del refrigerante que retorna a la sección exterior es bajo cero. El refrigerante ingresa al adaptador geotérmico, fluye hacia abajo hacia la cámara central, luego hacia arriba lentamente absorbiendo el calor geotérmico hasta que fluye de vuelta a la línea de líquido aislada, ha absorbido toda la rica energía geotérmica que podía absorber antes de llegar a la sección exterior. Esta energía geotérmica fue suministrada desde la tierra libre de gastos monetarios para calentar una vivienda o edificio.

El flujo direccional del refrigerante en el ciclo de enfriamiento de una bomba de calor 100 se muestra en la figura 5, que es desde el manejador de aire 130, a la bomba de calor 100, al adaptador geotérmico 102, y de vuelta al manejador de aire 130. Esta dirección de flujo se invertiría en el ciclo de calentamiento discutido a continuación con referencia a la figura 6. El adaptador geotérmico 102 se usa para liberar el calor del refrigerante a la tierra en lugar de que el refrigerante absorba energía geotérmica como en el ciclo de calentamiento.

Con referencia ahora a la figura 6, el flujo direccional del refrigerante en el ciclo de calentamiento de una bomba de calor 100 se muestra en contraste de la dirección de flujo cuando está en el ciclo de enfriamiento como se muestra en la figura 5. Como se explicó anteriormente, se usa el adaptador geotérmico 102 para aprovechar la energía geotérmica desde debajo de la tierra de tal manera que la dirección de flujo del refrigerante sea desde el manejador de aire 130, al adaptador geotérmico 102, a la bomba de calor 100, y de vuelta al manejador de aire 130. Por consiguiente, el adaptador geotérmico 102 ayuda a reducir los efectos negativos de un ciclo típico de bomba de calor con fuente de aire a aire y aumentará significativamente la eficiencia de la bomba de calor 100 bajo condiciones de frío extremo. Esto se debe en parte a reducir la necesidad de ciclos de descongelación de la bomba de calor 100 durante un ciclo de calor, lo cual provoca una pérdida significativa de eficiencia. De este modo, el adaptador geotérmico 102 está configurado para aumentar significativamente la capacidad de usar tecnología de bomba de calor incluso en áreas geográficas que tienen climas fríos. Además, el adaptador geotérmico 102 reducirá significativamente las emisiones de combustibles fósiles mediante hornos y quemadores de petróleo, que previamente eran el único método práctico de calentamiento en estos climas fríos.

El adaptador geotérmico 102 es adecuado para uso en ubicaciones que alguna vez se pensó que era imposible aprovechar los beneficios de la energía térmica geotérmica debido a la gran cantidad de área requerida por los sistemas geotérmicos típicos. El adaptador geotérmico 102 de acuerdo con la invención necesita aproximadamente un pie cuadrado de área para instalación de tal manera que prácticamente cualquier vivienda o edificio pueda implementar el adaptador geotérmico 102. En particular, incluso estructuras en áreas urbanas, condominios, casas adosadas, lotes pequeños, incluso viviendas urbanas, se puede implementar el adaptador geotérmico para uso con la bomba de calor.

Las características y ventajas adicionales del adaptador geotérmico 102 incluyen, pero no se limitan a, que una vez debajo de la superficie incluso las porciones superiores del adaptador geotérmico 102 absorberán calor desde el suelo. La humedad y suelo actúan como un aislante similar a la nieve contra las severas condiciones frías de la temperatura de aire. La humedad liberada debajo de la superficie 118 funciona con las propiedades de la zeolita 120 para mejorar el rendimiento del adaptador geotérmico 120. Esto contrasta con un sistema de bomba de calor convencional donde la bomba de calor usa solo la temperatura de aire ambiente para operar, y la eficiencia de la bomba de calor se afecta significativamente cuando el aire ambiente está en o por debajo de congelación.

Como se explicó anteriormente, la instalación preferida es insertar el adaptador geotérmico 102 en un orificio perforado de aproximadamente 3.66 m (12 pies) de profundidad y 15.2 cm (seis pulgadas) en diámetro con el orificio lleno hasta el nivel de superficie de suelo con zeolita 120. Las dimensiones de la instalación son suficientes para acomodar aproximadamente nueve por ciento de expansión y movimiento del suelo durante los ciclos naturales de congelación y descongelación en los cuales el suelo se expandirá y moverá.

Con referencia ahora a la figura 7, se ilustra el ciclo de absorción y almacenamiento térmico de las propiedades de zeolita como un mineral y se designa generalmente con 200. La zeolita comprende propiedades físicas que son explotadas por el adaptador geotérmico para transferir eficientemente la energía geotérmica natural de la tierra al refrigerante. En particular, la zeolita actúa como una esponja mineral para almacenar hasta cuatro veces más calor que el agua debido a que la zeolita tiene la capacidad de absorber agua y al absorber agua produce calor en la forma de vapor. La zeolita es duradera y es un mineral de origen natural. Por consiguiente, en 202, cuando se añade calor, la zeolita está seca y fría, en 204. Luego se añade agua, en 206, y la zeolita se vuelve húmeda y caliente, en 208, y se repite el ciclo.

Cuando el refrigerante está fluyendo a través de la cámara interior de cobre 114 y la cámara central 108 y la pluralidad de disipadores térmicos de aluminio 106 están en contacto con la zeolita 120 que está a aproximadamente 12.8°C (cincuenta y cinco grados Fahrenheit) debido al calor geotérmico de la tierra, la pluralidad de disipadores térmicos 106 y el cobre comenzarán a formar condensación muy por debajo de la superficie, incluso en los días más fríos. Esta condensación fluirá como agua en y reaccionará con la zeolita 120. Esta reacción a cambio libera calor para ser absorbido por el refrigerante líquido aumentando además la eficiencia del refrigerante y capacidad de realizar transferencia térmica incluso en las condiciones más desafiantes.

El refrigerante retorna rico en energía térmica desde el adaptador geotérmico 102 en lugar de intentar absorber calor de las condiciones exteriores más frías utilizando y absorbiendo calor de la tierra. Por consiguiente, independientemente de lo frío que pueda estar el aire exterior, la temperatura bajo tierra se mantendrá alrededor de 12.8°C (cincuenta y cinco grados Fahrenheit). La bomba de calor 100 puede operar con la máxima eficiencia independientemente de las temperaturas o condiciones exteriores cuando se usa el adaptador geotérmico 102. De este modo, los sistemas de bomba de calor con el adaptador geotérmico 102 se pueden instalar en algunas de las ubicaciones más frías del mundo y permanecerán en la máxima eficiencia debido a que el adaptador geotérmico 102 no tiene partes móviles y es fiable.

Un método de operación de un sistema de calentamiento y enfriamiento que utiliza el adaptador geotérmico descrito anteriormente incluye circular refrigerante entre la bomba de calor 100, el manejador de aire 130, y el adaptador geotérmico 102. La dirección de flujo del refrigerante durante un ciclo de calentamiento es desde la bomba de calor 100 al manejador de aire 130, al adaptador geotérmico 102, y de vuelta a la bomba de calor 100. Durante un ciclo de enfriamiento, la dirección de flujo del refrigerante es desde la bomba de calor 100 al adaptador geotérmico 102, al manejador de aire 130, y de vuelta a la bomba de calor 100.

El adaptador geotérmico 102 reduce los ciclos de descongelación requeridos por la bomba de calor 100 y acentúa los aspectos positivos de la operación de una bomba de calor 100 mientras que reduce los aspectos negativos. Además, dado que la instalación del adaptador geotérmico 102 requiere un orificio poco profundo relativamente pequeño, es rentable instalar y puede utilizarse en entornos residenciales, comerciales e industriales, independientemente de la ubicación o suelo.

En general, la descripción anterior se proporciona con propósitos de ejemplo e ilustrativos; la presente invención no se limita necesariamente a ello. Más bien, los expertos en la técnica apreciarán que modificaciones adicionales, así como adaptaciones para circunstancias particulares, caerán dentro del alcance de la invención como se define mediante las reivindicaciones anexas a la presente.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un adaptador geotérmico (102) para usar con una bomba de calor (100), comprendiendo el adaptador geotérmico:

una cámara exterior (104) que está sellada al vacío y que tiene una pluralidad de disipadores térmicos (106) que se extienden hacia afuera;

una cámara interior (114) posicionada concéntricamente y dentro de la cámara exterior (104), teniendo la cámara interior una salida (116) configurada para acoplarse a una primera porción de un conducto de refrigerante de la bomba de calor (100); y

una cámara central (108) posicionada concéntricamente y dentro de la cámara interior (114), teniendo la cámara central (108) una entrada (110) configurada para acoplarse a una segunda porción del conducto de refrigerante de la bomba de calor (100);

la cámara central (108) se extiende a través de la cámara interior (114) hasta un extremo inferior (112) que está abierto y en comunicación fluida con la cámara interior (114).

2. El adaptador geotérmico de la reivindicación 1, en donde la cámara exterior (104) comprende cobre.

3. El adaptador geotérmico de la reivindicación 1 o 2, en donde las cámaras interiores (114) y central (108) comprenden cobre.

4. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, en donde la pluralidad de disipadores térmicos (106) comprenden aluminio.

5. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, en donde una longitud del adaptador geotérmico (102) es aproximadamente 3.65 m (12 pies).

6. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, en donde un ancho del adaptador geotérmico (102) es aproximadamente 12.7 cm (cinco pulgadas).

7. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, que comprende además zeolita (120) que rodea la pluralidad de disipadores térmicos (106)

8. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, en donde el adaptador geotérmico (102) está configurado para recibir refrigerante a una primera temperatura en la entrada de la cámara central (108) durante un ciclo de calentamiento, y para descargar el refrigerante a una segunda temperatura mayor que la primera temperatura en la salida de la cámara interior (114).

9. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, en donde el adaptador geotérmico (102) está configurado para recibir refrigerante a una primera temperatura en la entrada de la cámara interior (114) durante un ciclo de enfriamiento, y para descargar el refrigerante a una segunda temperatura menor que la primera temperatura en una salida de la cámara central (108).

10. El adaptador geotérmico de cualquier reivindicación precedente, en donde las cámaras exteriores (104), interior (114), y central (108) comprenden cobre tipo ACR o L.

11. Un sistema de calentamiento y enfriamiento que comprende:

una bomba de calor (100);

un manejador de aire (130); y

un adaptador geotérmico (102) como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes acoplado entre la bomba de calor (100) y el manejador de aire (130) y posicionado bajo tierra.

12. Un método de operación de un sistema de calentamiento y enfriamiento que comprende una bomba de calor (100), un manejador de aire (130), y un adaptador geotérmico (102) acoplado entre la bomba de calor (100) y el manejador de aire (130) y posicionado bajo tierra, el adaptador geotérmico (102) que comprende una cámara exterior (104) que está sellada al vacío y que tiene una pluralidad de disipadores térmicos (106) que se extienden hacia afuera, una cámara interior (114) posicionada concéntricamente y dentro de la cámara exterior (104), y una cámara central (108) posicionada concéntricamente y dentro de la cámara interior (114), en donde la cámara central (108) se extiende a través de la cámara interior (114) hasta un extremo inferior que está abierto y en comunicación fluida con la cámara interior (114), cuyo método comprende circular refrigerante entre la bomba de calor (100), el manejador de aire (130), y el adaptador geotérmico (102).

13. El método de la reivindicación 12, en donde una dirección de flujo del refrigerante durante un ciclo de calentamiento es desde la bomba de calor (100) al manejador de aire (130), al adaptador geotérmico (102), y de vuelta a la bomba de calor (100).

14. El método de la reivindicación 13, en donde una dirección de flujo del refrigerante durante un ciclo de enfriamiento es desde la bomba de calor (100) al adaptador geotérmico (102), al manejador de aire (130), y de vuelta a la bomba de calor (100).