ITTO20110732A1 - Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema - Google Patents

Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema Download PDF

Info

Publication number
ITTO20110732A1
ITTO20110732A1 IT000732A ITTO20110732A ITTO20110732A1 IT TO20110732 A1 ITTO20110732 A1 IT TO20110732A1 IT 000732 A IT000732 A IT 000732A IT TO20110732 A ITTO20110732 A IT TO20110732A IT TO20110732 A1 ITTO20110732 A1 IT TO20110732A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
operating fluid
heat pump
heat
condenser
cycle
Prior art date
Application number
IT000732A
Other languages
English (en)
Inventor
Gianfranco Pellegrini
Original Assignee
Innovation Factory S C A R L
Gianfranco Pellegrini
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innovation Factory S C A R L, Gianfranco Pellegrini filed Critical Innovation Factory S C A R L
Priority to IT000732A priority Critical patent/ITTO20110732A1/it
Priority to EP12761673.8A priority patent/EP2739921B1/en
Priority to CA2844340A priority patent/CA2844340A1/en
Priority to PCT/IB2012/053964 priority patent/WO2013021323A1/en
Priority to RU2014108416/06A priority patent/RU2014108416A/ru
Priority to US14/237,051 priority patent/US20140196482A1/en
Publication of ITTO20110732A1 publication Critical patent/ITTO20110732A1/it
Priority to TNP2014000049A priority patent/TN2014000049A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/02—Compression-sorption machines, plants, or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"SISTEMA A POMPA DI CALORE E METODO DI RAFFRESCAMENTO E/O RISCALDAMENTO ATTUABILE TRAMITE TALE SISTEMAâ€
Campo dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un sistema a pompa di calore e a un metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema.
Stato della tecnica
Le pompe di calore per il raffrescamento e/o il riscaldamento di ambienti e/o di fluidi oggigiorno più diffuse appartengono principalmente a due categorie: pompe di calore a compressione e pompe di calore ad assorbimento.
Nelle pompe di calore a compressione un fluido operativo allo stato di vapore viene compresso per portarlo ad una pressione superiore del ciclo. Il fluido operativo compresso condensa poi almeno parzialmente, cedendo calore, in corrispondenza di un condensatore dove avviene uno scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura superiore del ciclo. Successivamente, il fluido operativo condensato viene fatto espandere per portarlo ad una pressione inferiore del ciclo. Infine, il fluido operativo espanso evapora, assorbendo calore, in corrispondenza di un evaporatore dove avviene uno scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura inferiore del ciclo, e ritorna così alle condizioni di aspirazione del compressore.
Nelle pompe di calore ad assorbimento, invece, operano due fluidi in grado di formare una soluzione omogenea in fase liquida: un fluido a tensione di vapore più elevata, che svolge la funzione di fluido operativo e normalmente rappresenta il soluto, e un fluido ausiliario a tensione di vapore più bassa, che normalmente rappresenta il solvente. Le coppie fluido operativo - fluido ausiliario più comuni sono costituite rispettivamente da acqua e bromuro di litio (H2O-LiBr) oppure ammoniaca e acqua (NH3-H2O).
In una pompa di calore ad assorbimento il fluido operativo compie una parte del ciclo a pompa di calore, in particolare la fase di compressione, in soluzione liquida con il fluido ausiliario. In particolare, in una pompa di calore ad assorbimento la soluzione liquida contenente il fluido operativo viene pompata ad una pressione superiore del ciclo e quindi inviata ad un dispositivo - comunemente indicato con il termine di “generatore†-, nel quale almeno una frazione del fluido operativo viene separata dalla soluzione fornendo calore. In seguito, analogamente a quanto avviene in un ciclo a compressione, il fluido operativo separato, allo stato di vapore, condensa almeno parzialmente, cedendo calore, in corrispondenza di un condensatore dove avviene uno scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura superiore del ciclo. Il fluido operativo condensato viene poi fatto espandere per portarlo ad una pressione inferiore del ciclo. Il fluido operativo espanso evapora poi almeno parzialmente, assorbendo calore, in corrispondenza di un evaporatore dove avviene uno scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura inferiore del ciclo. Infine, il fluido operativo evaporato viene inviato ad un dispositivo - comunemente indicato con il termine “assorbitore" -, nel quale esso passa nuovamente in soluzione con la soluzione povera contenente il fluido ausiliario, proveniente dal generatore.
Mentre nelle pompe di calore a compressione l’energia in ingresso al ciclo, necessaria per la compressione del fluido operativo allo stato di vapore, viene fornita sotto forma di energia elettrica/meccanica, nelle pompe di calore ad assorbimento la maggior parte dell’energia in ingresso al ciclo - vale a dire, l’energia fornita in corrispondenza del generatore per separare il fluido operativo dalla soluzione, essendo l’energia richiesta per il pompaggio della soluzione liquida alla pressione superiore comparabilmente trascurabile - viene fornita sotto forma di energia termica. Tale energia termica viene messa a disposizione o appositamente, in genere bruciando un combustibile in una caldaia, oppure recuperando calore di scarto derivante da un motore primo o da altri processi, laddove disponibile a temperatura adeguata.
Oltre alla richiesta minima, e in ogni caso trascurabile rispetto alle pompe di calore a compressione, di energia elettrica, le pompe di calore ad assorbimento, per via della presenza di pochi organi in movimento, presentano, rispetto alle pompe di calore a compressione, vantaggi legati alle buone prestazioni a carichi parziali, all’elevata affidabilità e vita utile, alla bassa rumorosità e alla sostanziale assenza di vibrazioni.
Tuttavia, le pompe di calore ad assorbimento hanno coefficienti di prestazione (COP) sensibilmente inferiori rispetto a quelli oggigiorno tipici di pompe di calore a compressione di pari potenzialità. Ad esempio, per pompe di calore ad assorbimento monostadio, operanti con H2O-LiBr, si possono raggiungere valori di COP, inteso come rapporto tra energia termica fornita e energia frigorifera o termica prodotta, compresi tra 0,6 e 1 ,4, a seconda della temperatura a cui viene fornita l’energia termica al generatore.
Le pompe di calore a compressione e le pompe di calore ad assorbimento possono venire impiegate in impianti per il raffrescamento e/o il riscaldamento sia singolarmente, sia congiuntamente.
Un utilizzo congiunto di una pompa di calore a compressione e una pompa di calore ad assorbimento à ̈ ad esempio noto da JP 2004101035 A e US 4,471,630.
Questi documenti descrivono sistemi per il raffrescamento comprendenti un’unità a pompa di calore a compressione e un’unità a pompa di calore ad assorbimento in relazione di scambio termico con un circuito utilizzatore. Al fine di migliorare lo scambio termico con il circuito utilizzatore e/o di migliorare il funzionamento a carichi parziali, vengono proposte varie modalità di collegamento delle due unità a pompa di calore al circuito utilizzatore, essenzialmente riconducibili a collegamenti in serie o in parallelo di tali unità rispetto al circuito utilizzatore. In ogni caso, le due unità a pompa di calore sono presenti come unità distinte, idraulicamente e termicamente indipendenti tra loro.
I sistemi del tipo suddetto permettono, grazie all’impiego congiunto di pompe di calore a compressione e pompe di calore ad assorbimento, di migliorare la flessibilità di impiego in presenza di utenze termiche di natura differente nonché le prestazioni ai carichi parziali. Tuttavia, questi sistemi, in particolare quando l’energia termica da fornire all’unità a pompa di calore ad assorbimento non à ̈ disponibile come calore di scarto e deve pertanto essere messa a disposizione appositamente, hanno un rendimento complessivo relativamente basso. Di conseguenza, tenuto conto dei maggiori costi e della maggiore complessità dal punto di vista impiantistico, tali sistemi possono al lato pratico risultare non competitivi rispetto a soluzioni che impiegano un'unica tipologia di pompa di calore.
Inoltre, la compresenza di due unità a pompa di calore fisicamente distinte determina nei sistemi suddetti problemi di ingombro, che ne limitano la possibilità di impiego.
Sommario dell’invenzione
Il problema tecnico alla base della presente invenzione consiste nel mettere a disposizione un sistema a pompa di calore che permetta di sfruttare sinergicamente le caratteristiche vantaggiose tipiche delle pompe di calore ad assorbimento - ovvero, più in generale, di pompe di calore in cui il fluido operativo durante una parte del ciclo termodinamico à ̈ associato ad almeno una sostanza ausiliaria in modo da formare con essa un sistema materiale, indicate nel seguito per brevità come "pompe di calore ad associazione†, - e delle pompe di calore a compressione. In particolare, si desidera un sistema a pompa di calore in grado di soddisfare, anche contemporaneamente, più utenze termiche con esigenze differenti in termini di richiesta di potenza frigorifera/termica e di temperature di esercizio, e/o di operare in condizioni di carico parziale, mantenendo elevati valori di COP.
Un ulteriore problema affrontato dalla presente invenzione consiste nel mettere a disposizione un sistema a pompa di calore con le caratteristiche suddette, il quale abbia anche ingombri il più possibile ridotti.
NeH’ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni, con l’espressione “sistema materiale†si intende indicare un insieme di sostanze che, entro determinati intervalli di temperatura e pressione, esibiscono un comportamento sostanzialmente unitario, in particolare per quanto riguarda il loro trasporto nel circuito della pompa di calore. Il sistema materiale, così come l’almeno una sostanza ausiliaria che ne fa parte assieme al fluido operativo, possono presentarsi sotto forma di fluido o di solido. In particolare, il sistema materiale può essere una soluzione o miscela liquida del fluido operativo con l’almeno una sostanza ausiliaria, come accade nelle pompe di calore ad assorbimento, o un sistema formato tramite adsorbimento del fluido operativo in una matrice solida, come accade nelle pompe di calore o refrigeratori ad adsorbimento.
La Richiedente ha trovato che i problemi suddetti possono essere risolti tramite un sistema atto a realizzare contemporaneamente un ciclo a pompa di calore ad associazione e un ciclo a pompa di calore a compressione termicamente accoppiati tra loro.
In particolare, in un suo primo aspetto, l’invenzione riguarda un sistema a pompa di calore comprendente:
un primo circuito idraulico atto a realizzare un ciclo a pompa di calore con un primo fluido operativo il quale, durante una parte di detto ciclo, Ã ̈ associato ad una sostanza ausiliaria in modo da formare con essa un sistema materiale, detto primo circuito idraulico comprendendo:
- un primo dispositivo di trattamento di detto sistema materiale, in corrispondenza del quale almeno una frazione del primo fluido operativo viene separata dal sistema materiale;
- un primo condensatore, in corrispondenza del quale il primo fluido operativo separato condensa almeno parzialmente rilasciando calore;
- un primo evaporatore, in corrispondenza del quale il primo fluido operativo condensato evapora almeno parzialmente assorbendo calore, e
- un secondo dispositivo di trattamento di detto sistema materiale, in corrispondenza del quale il primo fluido operativo evaporato viene nuovamente incorporato nel sistema materiale;
un secondo circuito idraulico atto a realizzare un ciclo a pompa di calore a compressione con un secondo fluido operativo, detto secondo circuito comprendendo:
- un secondo condensatore, in corrispondenza del quale il secondo fluido operativo condensa almeno parzialmente rilasciando calore, e
- un secondo evaporatore, in corrispondenza del quale il secondo fluido operativo evapora assorbendo calore,
caratterizzato dal fatto che detto secondo condensatore à ̈ termicamente accoppiato con detto primo dispositivo di trattamento per trasferire calore rilasciato da detto secondo fluido operativo in corrispondenza di detto secondo condensatore a detto primo dispositivo di trattamento per separare detta almeno una frazione del primo fluido operativo da detto sistema materiale.
Il sistema a pompa di calore dell’invenzione costituisce a tutti gli effetti una pompa di calore "ibrida†in cui il calore rilasciato dal secondo fluido operativo nel ciclo a pompa di calore a compressione può essere utilizzato, totalmente o in parte, nel ciclo a pompa di calore ad associazione per realizzare la separazione del primo fluido operativo dal sistema materiale formato con la sostanza ausiliaria.
Considerando il bilancio energetico del sistema a pompa di calore dell’invenzione rispetto all’ambiente esterno, si nota che, a fronte di una spesa energetica essenzialmente per la compressione del secondo fluido operativo, si ottengono come effetto utile principale la produzione di potenza frigorifera in corrispondenza dell’evaporatore e/o di potenza termica in corrispondenza del condensatore del primo circuito idraulico per la realizzazione del ciclo a pompa di calore ad associazione. Inoltre, a seconda delle specifiche configurazioni e modalità operative del sistema, si possono avere come effetto utile ulteriore la produzione di potenza frigorifera in corrispondenza dell’evaporatore del secondo circuito idraulico per la realizzazione del ciclo a pompa di calore a compressione e/o la produzione di potenza termica in corrispondenza del secondo dispositivo di trattamento del sistema materiale del primo circuito idraulico per la realizzazione del ciclo a pompa di calore ad associazione.
Vantaggiosamente, grazie alla molteplicità di effetti utili sopramenzionati, il sistema a pompa di calore dell’invenzione à ̈ in grado di gestire contemporaneamente una pluralità di utenze termiche aventi differenti esigenze in termini di richiesta di potenza frigorifera/termica e/o di temperature di esercizio, come ad esempio impianti di raffrescamento/condizionamento e/o di riscaldamento di ambienti, impianti per la produzione di acqua calda sanitaria o per il riscaldamento di volumi d’acqua per altri usi, come ad esempio acqua di piscine, impianti per il raffreddamento/riscaldamento di fluidi di processo, ecc. Tale aspetto à ̈ particolarmente vantaggioso nel caso di impiego in grandi edifici o complessi di edifici, sia per privata abitazione, come ad esempio grandi condomini, grattaceli, ecc., sia pubblici, come ad esempio ospedali, scuole, centri commerciali o sportivi, ecc.
Inoltre, la realizzazione di un ciclo a pompa di calore ad associazione e di un ciclo a pompa di calore a compressione termicamente accoppiati tra loro permette di realizzare condizioni termodinamiche di funzionamento per singoli componenti dell’impianto in generale più vantaggiose rispetto a quelle ottenibili, a parità di condizioni esterne, per gli stessi componenti operanti in cicli a pompa di calore non accoppiati. Ciò si traduce vantaggiosamente nella possibilità di ottenere COP sensibilmente più elevati rispetto a quelli tipici dei sistemi della tecnica nota, comprendenti pompe di calore ad assorbimento e a compressione come unità distinte, non accoppiate termicamente.
In particolare, simulazioni numeriche condotte dalla Richiedente con riferimento a situazioni di impiego di interesse concreto hanno mostrato che il sistema a pompa di calore dell’invenzione può raggiungere valori di COP compresi tra 3 e 15, a seconda delle condizioni operative e delle potenze frigorifere e/o termiche effettivamente utilizzate come effetto utile.
Vantaggiosamente, inoltre, l’accoppiamento termico tra i due cicli a pompa di calore consente anche di gestire in modo efficace condizioni operative con carichi parziali, senza ripercussioni sensibili sul COP.
Infine, sempre per via dell’accoppiamento termico tra i due cicli a pompa di calore, à ̈ possibile integrare tra loro i componenti in corrispondenza dei quali avvengono scambi termici tra i due circuiti idraulici. Il sistema a pompa di calore dell’invenzione può pertanto essere vantaggiosamente realizzato in forme più compatte rispetto ai sistemi noti comprendenti pompe di calore ad assorbimento e a compressione come unità distinte.
In un suo secondo aspetto, l’invenzione riguarda un metodo di raffrescamento e/o riscaldamento comprendente le fasi di:
a) realizzare un ciclo a pompa di calore con un primo fluido operativo il quale, durante una parte di detto ciclo, Ã ̈ associato ad una sostanza ausiliaria in modo da formare con essa un sistema materiale, detto ciclo comprendendo le fasi di:
a1) separare almeno una frazione di detto primo fluido operativo da detto sistema materiale;
a2) condensare almeno parzialmente il primo fluido operativo separato; a3) evaporare almeno parzialmente il primo fluido operativo condensato, e a4) incorporare il primo fluido operativo evaporato nuovamente in detto sistema materiale;
b) realizzare per mezzo di un secondo fluido operativo un ciclo a pompa di calore a compressione comprendente le fasi di:
b1) condensare almeno parzialmente detto secondo fluido operativo, e b2) evaporare almeno parzialmente detto secondo fluido operativo condensato,
caratterizzato dalla fase di
c) trasferire calore rilasciato da detto secondo fluido operativo durante detta fase b1) di condensazione a detto sistema materiale per separare da esso detta almeno una frazione di detto primo fluido operativo durante detta fase a1) di separazione.
Grazie al trasferimento di calore tra il primo ed il secondo fluido operativo nella fase c) e, quindi, all’accoppiamento termico tra il ciclo a pompa di calore ad associazione e il ciclo a pompa di calore a compressione, che si realizza in tale metodo, à ̈ vantaggiosamente possibile gestire più utenze termiche con esigenze differenti in termini di richiesta di potenza frigorifera/termica e di temperature di esercizio mantenendo in ogni caso elevati valori di COP, in modo analogo a quanto già descritto con riferimento al sistema a pompa di calore dell'invenzione. Forme di realizzazione preferite dei due aspetti dell’invenzione sopra descritti sono oggetto delle rispettive rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ qui integralmente incorporato per riferimento.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione di alcune sue forme di realizzazione preferite, fatta qui di seguito, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- le Figg. 1a, 1b mostrano diagrammi circuitali schematici di due varianti di una prima forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore dell’invenzione;
- le Figg. 2a, 2b mostrano diagrammi circuitali schematici di due varianti di una seconda forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore dell’invenzione;
- la Figg. 3a, 3b mostrano diagrammi circuitali schematici di due varianti di una terza forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore dell’invenzione;
- la Figg. 4a, 4b mostrano diagrammi circuitali schematici di due varianti di una quarta forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore dell'invenzione;
- la Fig. 5 à ̈ un diagramma a blocchi che mostra una prima forma di attuazione del metodo di raffrescami ento e/o riscaldamento dell’invenzione, realizzabile tramite il sistema a pompa di calore delle Figg. 1a, 1b o delle Figg. 4a, 4b;
- la Fig. 6 à ̈ un diagramma a blocchi che mostra una seconda forma di attuazione del metodo di raffrescamento e/o riscaldamento dell’invenzione, realizzabile tramite il sistema a pompa di calore delle Figg. 2a, 2b, e
- la Fig. 7 à ̈ un diagramma a blocchi che mostra una prima forma di attuazione del metodo di raffrescamento e/o riscaldamento dell’invenzione, realizzabile tramite il sistema a pompa di calore delle Figg. 3a, 3b o delle Figg. 4a, 4b.
Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell'invenzione
Nelle Figg. 1-4 un sistema a pompa di calore in accordo con la presente invenzione à ̈ complessivamente indicato con il riferimento numerico 100.
Il sistema a pompa di calore 100 comprende un primo circuito idraulico 1, indicato con linea continua spessa, atto a realizzare un ciclo a pompa di calore ad associazione con un primo fluido operativo che, durante una parte del ciclo, forma un sistema materiale con una opportuna sostanza ausiliaria, e un secondo circuito idraulico 2, indicato con linea tratto-punto spessa, atto a realizzare un ciclo a pompa di calore a compressione con un secondo fluido operativo.
Per quanto concerne il primo circuito idraulico 1, nella seguente descrizione si farà per chiarezza riferimento a forme di realizzazione preferite dell’invenzione nelle quali il ciclo a pompa di calore ad associazione realizzato in tale circuito idraulico à ̈ in particolare un ciclo a pompa di calore ad assorbimento, in cui il sistema materiale che il primo fluido operativo forma con la sostanza ausiliaria durante una parte del ciclo à ̈ una soluzione liquida.
In altre forme di realizzazione preferite dell’invenzione, qui non descritte in dettaglio, il ciclo a pompa di calore ad associazione può essere un ciclo a pompa di calore ad assorbimento, in cui il sistema materiale che il primo fluido operativo forma con la sostanza ausiliaria durante una parte del ciclo à ̈ una massa solida, ad esempio sotto forma di granuli o di pannelli, nella quale il fluido operativo à ̈ adsorbito.
In particolare, quindi, il primo circuito idraulico 1 comprende un cosiddetto “generatore†10 come primo dispositivo di trattamento della soluzione liquida (sistema materiale) formata con la sostanza ausiliaria, un condensatore 11, un dispositivo di espansione 12 del fluido operativo, ad esempio una valvola di laminazione, un evaporatore 13 e un cosiddetto “assorbitore†14 come secondo dispositivo di trattamento della soluzione liquida (sistema materiale) formata con la sostanza ausiliaria.
Nel generatore 10 almeno una frazione, e possibilmente la maggior parte, del primo fluido operativo viene separato, tramite riscaldamento, dalla soluzione liquida formata con la sostanza ausiliaria. Dal generatore 10 escono pertanto il primo fluido operativo sostanzialmente puro, allo stato di vapore nelle condizioni di temperatura e pressione superiori del ciclo, e una soluzione povera in fluido operativo, allo stato liquido, contenente sostanzialmente tutta la sostanza ausiliaria. Il primo fluido operativo separato giunge poi al condensatore 11, dove rilascia calore condensando almeno in parte tramite scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura superiore del ciclo. Il primo fluido operativo, dopo una espansione nel dispositivo di espansione 12, giunge poi all’evaporatore 13, dove assorbe calore evaporando almeno in parte tramite scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura inferiore del ciclo. Il primo fluido operativo evaporato viene poi inviato all’assorbitore 14, nel quale esso operativo passa nuovamente in soluzione con la soluzione povera, solitamente con un processo esotermico. La soluzione povera scaricata dal generatore 10 viene riportata all’assorbitore 14 per mezzo di una apposita linea di ricircolo 15. La soluzione ricca in fluido operativo così ottenuta viene poi inviata nuovamente al generatore 10 per mezzo di una pompa 16.
Preferibilmente, un scambiatore di calore rigenerativo 17 Ã ̈ predisposto tra la linea di ricircolo 15 e un ramo di mandata 18 della pompa 16, in modo da preriscaldare la soluzione ricca in ingresso al generatore 10 recuperando calore dalla soluzione povera scaricata dal generatore 10 stesso.
Il secondo circuito idraulico 2 per la realizzazione del ciclo a pompa di calore a compressione comprende un condensatore 21, in corrispondenza del quale il secondo fluido operativo rilascia calore, condensando almeno parzialmente tramite scambio termico con un ambiente o fluido ad una temperatura superiore del ciclo, un dispositivo di espansione 22, ad esempio una valvola di laminazione, per espandere il secondo fluido operativo condensato, un evaporatore 23, in corrispondenza del quale il secondo fluido assorbe calore ed evapora tramite scambio termico con un ambiente o fluido a temperatura inferiore del ciclo, e un compressore 25 per comprimere il secondo fluido operativo evaporato e riportarlo nelle condizioni di pressione e temperatura di ingresso al condensatore 21.
In accordo con l’invenzione, il condensatore 21 del secondo circuito idraulico 2 à ̈ termicamente accoppiato con il generatore 10 del primo circuito idraulico 1, in modo tale che calore rilasciato dal secondo fluido operativo in corrispondenza del condensatore 21 possa essere trasferito al generatore 10, dove viene utilizzato per il processo di separazione del primo fluido operativo dalla soluzione nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento.
L’accoppiamento termico tra il generatore 10 e il condensatore 21 può essere concretamente ottenuto realizzando tali componenti in modo integrato, come schematicamente mostrato nelle Figg. 1a, 2a, 3a e 4a, a tutto vantaggio della riduzione degli ingombri. In alternativa, il generatore 10 e il condensatore 21 possono essere mantenuti separati ed essere posti in relazione di scambio termico tramite un circuito idraulico intermedio 4 con una pompa di circolazione 40 per la circolazione di un opportuno fluido termovettore, come mostrato schematicamente nelle Figg. 1b, 2b, 3b e 4b, nelle quali il circuito idraulico intermedio 4 à ̈ indicato con una linea continua sottile.
In una prima forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore 100, mostrata nelle Figg. 1a e 1b, vi à ̈ un ulteriore accoppiamento termico tra il ciclo a pompa di calore ad assorbimento ed il ciclo a pompa di calore a compressione, realizzato tra l’assorbitore 14 del primo circuito idraulico 1 e l'evaporatore 23 del secondo circuito idraulico 2, in modo tale che calore rilasciato in corrispondenza dell’assorbitore 14 possa essere trasferito al secondo fluido operativo in corrispondenza dell’evaporatore 23, per realizzare almeno in parte l’evaporazione di esso nel ciclo a pompa di calore a compressione.
Dal momento che il passaggio in soluzione del primo fluido operativo con la sostanza ausiliaria in un ciclo a pompa di calore ad assorbimento, o, più in generale, l'incorporazione di esso nel sistema materiale formato con la sostanza ausiliaria in un ciclo a pompa di calore ad associazione, à ̈ normalmente un processo esotermico, con questa forma di realizzazione à ̈ vantaggiosamente possibile utilizzare calore rilasciato dall 'assorbitore 14 per permettere all’evaporatore 23 di operare a temperature più elevate rispetto a quelle tipiche in cicli a pompa di calore a compressione in cui l’evaporatore à ̈ in relazione di scambio termico con l’ambiente esterno. Ciò permette di ridurre sensibilmente l’energia richiesta per la compressione del secondo fluido operativo a parità di calore rilasciato in corrispondenza del condensatore 21, e quindi vantaggiosamente di ottenere un ulteriore aumento del COP del sistema a pompa di calore 100.
Inoltre, grazie all’elevata temperatura (tipicamente attorno a 70°C) che in questa forma di realizzazione il primo fluido operativo può raggiungere in corrispondenza del condensatore 11 del primo circuito idraulico 1, nel caso di funzionamento per raffrescamento à ̈ vantaggiosamente possibile smaltire il calore rilasciato dal primo fluido operativo in corrispondenza di tale componente impiegando solamente scambiatori di calore ad aria, anche in presenza di temperature molto elevate (anche superiori a 60°C) dell’ambiente esterno. E’ pertanto possibile evitare l’impiego di torri di raffreddamento ed i relativi inconvenienti di ingombro, consumo di acqua e energia elettrica e indesiderata presenza di grandi volumi d’acqua a temperatura atta allo sviluppo di batteri o altri microorganismi dannosi. Quest’ultimo aspetto rappresenta un problema in particolare nel caso di impiego in ospedali o altre strutture sanitarie.
Questa forma di realizzazione del sistema a pompa di calore 100 può pertanto avere un impiego vantaggioso in particolare per la produzione di freddo con elevato rendimento in regioni con clima generalmente molto caldo e/o torrido, in particolare in applicazioni in cui l’impiego di torri di raffreddamento o non à ̈ possibile (ad esempio, in grattacieli) o à ̈ sconsigliabile (ad esempio, in strutture sanitarie o ospedaliere).
L’accoppiamento termico tra l’assorbitore 14 e l’evaporatore 23 può essere concretamente ottenuto realizzando tali componenti in modo integrato, come schematicamente mostrato in Fig. 1a. In alternativa, tali componenti possono essere tenuti separati e posti in relazione di scambio termico tramite un circuito idraulico intermedio 5 dotato di una pompa di circolazione 50 per la circolazione di un opportuno fluido termovettore, come mostrato schematicamente in Fig. 1b, dove il circuito idraulico intermedio 5 à ̈ indicato con una linea continua sottile.
In una seconda forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore 100, mostrata nelle Figg. 2a e 2b, il condensatore 11 del primo circuito idraulico 1 à ̈ termicamente accoppiato con l’evaporatore 23 del secondo circuito idraulico in modo tale che calore rilasciato dal primo fluido operativo in corrispondenza del condensatore 11 possa essere trasferito al secondo fluido operativo in corrispondenza dell’evaporatore 23 per realizzare almeno in parte l’evaporazione di esso nel ciclo a pompa di calore a compressione.
Questa forma di realizzazione accresce ulteriormente i vantaggi ottenibili con la forma di realizzazione precedentemente descritta per quel che riguarda l’aumento di COP derivante da una riduzione dell’energia richiesta per la compressione del secondo fluido operativo.
Un ulteriore aspetto vantaggioso di questa forma di realizzazione riguarda la possibilità di produrre sia potenza frigorifera (in corrispondenza dell’evaporatore 13) sia potenza termica ad una temperatura intermedia (in corrispondenza dell'assorbitore 14) mantenendo COP elevati. La potenza termica a temperatura intermedia può ad esempio essere impiegata per produzione di acqua calda sanitaria, deumidificazione, ecc.
L’accoppiamento termico tra il condensatore 11 e l’evaporatore 23 può essere concretamente ottenuto realizzando tali componenti in modo integrato, come schematicamente mostrato In Fig. 2a. In alternativa, tali componenti possono essere tenuti separati e posti in relazione di scambio termico tramite un circuito idraulico intermedio 6 dotato di una pompa di circolazione 60 per la circolazione di un opportuno fluido termovettore, come mostrato schematicamente in Fig. 2b, dove il circuito idraulico intermedio 6 à ̈ indicato con una linea continua sottile.
In una terza forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore 100, mostrata nelle Figg. 3a e 3b, quest’ultimo comprende un terzo circuito idraulico 3 atto a realizzare un ciclo a pompa di calore a compressione con un terzo fluido operativo, indicato nelle figure con linea tratteggiata spessa.
Il terzo circuito idraulico 3, analogamente al secondo circuito idraulico 2, comprende un condensatore 31, in corrispondenza del quale il terzo fluido operativo rilascia calore, condensando almeno parzialmente, un dispositivo di espansione 32, ad esempio una valvola di laminazione, per espandere il secondo fluido operativo condensato, un evaporatore 33, in corrispondenza del quale il secondo fluido assorbe calore ed evapora, e un compressore 35 per comprimere il secondo fluido operativo evaporato e riportarlo nelle condizioni di pressione e temperatura di ingresso al condensatore 31.
Il condensatore 31 à ̈ termicamente accoppiato con l’evaporatore 23 del secondo circuito idraulico 2 in modo tale che calore rilasciato dal terzo fluido operativo in corrispondenza del condensatore 31 possa essere trasferito al secondo fluido operativo in corrispondenza dell’evaporatore 23.
Vantaggiosamente, in questa forma di realizzazione il secondo e il terzo circuito idraulico 2, 3 tra loro in relazione di scambio termico come descritto definiscono nel complesso un’unità a pompa di calore a compressione a doppio stadio, in grado di produrre calore ad alta temperatura (in corrispondenza del condensatore 21) anche con temperature di evaporazione del (terzo) fluido operativo molto basse (in corrispondenza dell’evaporatore 33). Tale unità à ̈ quindi particolarmente adatta all’accoppiamento termico con un ciclo a pompa di calore ad assorbimento o, in generale, ad associazione, per fornire il calore necessario per il processo di separazione del fluido operativo dalla soluzione, che, nelle forme di realizzazione dell’invenzione qui descritte, ha luogo nel generatore 10.
Inoltre, questa forma di realizzazione permette di produrre potenza frigorifera in corrispondenza sia dell’evaporatore 13 del primo circuito idraulico 1 sia dell’evaporatore 33 del terzo circuito idraulico 3, e potenza termica a due differenti temperature rispettivamente in corrispondenza dell’assorbitore 14 e del condensatore 11 mantenendo COP elevati. La potenza termica a temperatura relativamente inferiore recuperata dall’assorbitore 14 può ad esempio essere impiegata per produzione di acqua calda sanitaria, deumidificazione, ecc. La potenza termica a temperatura relativamente superiore recuperata dal condensatore 11 può inoltre essere impiegata per riscaldamento.
Anche l’accoppiamento termico tra il condensatore 31 del terzo circuito idraulico 3 con l’evaporatore 23 del secondo circuito idraulico 2 può essere concretamente ottenuto realizzando tali componenti in modo integrato, come schematicamente mostrato nella Figg. 3a e 3b, oppure con componenti separati e posti in relazione di scambio termico tramite un circuito idraulico intermedio (non mostrato nelle figure).
Le Figg. 4a e 4b mostrano una quarta forma di realizzazione preferita del sistema a pompa di calore 100. Questa forma di realizzazione differisce dalla terza forma di realizzazione sopra descritta per la configurazione del secondo circuito idraulico 2, al quale in questo caso à ̈ idraulicamente connesso anche l’assorbitore 14 del primo circuito idraulico 1. In particolare, l’assorbitore 14 à ̈ connesso nel secondo circuito idraulico 2 tra l’evaporatore 23 e il compressore 25.
In questo modo à ̈ vantaggiosamente possibile realizzare con il medesimo impianto due modalità di funzionamento differenti, a seconda che il compressore 35 nel terzo circuito idraulico 3 sia acceso o spento.
In particolare, se il compressore 35 à ̈ acceso, e pertanto il ciclo a pompa di calore a compressione nel terzo circuito idraulico 3 à ̈ attivo, la modalità di funzionamento di questa forma di realizzazione coincide sostanzialmente con quella realizzabile con la terza forma di realizzazione sopra descritta del sistema a pompa di calore 100. In più, in questo caso, il secondo fluido operativo può subire un ulteriore riscaldamento prima della compressione grazie al passaggio nell’assorbitore 14. Se invece il compressore 35 à ̈ spento, e pertanto il ciclo a pompa di calore a compressione nel terzo circuito idraulico 3 non à ̈ attivo, la modalità di funzionamento di questa forma di realizzazione coincide con quella realizzabile con la prima forma di realizzazione sopra descritta del sistema a pompa di calore 100.
In tutte le forme di realizzazione sopra descritte, a seconda del tipo fluido scelto come primo fluido operativo, per realizzare il ciclo a pompa di calore ad assorbimento entro l’intervallo di temperature desiderato può essere necessario utilizzare pressioni inferiori a quella atmosferica. In questi casi il primo circuito idraulico 1 deve essere realizzato a tenuta stagna. Il grado di vuoto desiderato potrà essere creato tramite una pompa per vuoto esterna, temporaneamente connessa al primo circuito idraulico 1, o anche tramite una pompa per vuoto dedicata e integrata nel sistema a pompa di calore 100 dell'invenzione. Questa seconda soluzione può essere vantaggiosa nel caso di impianti di grande taglia e/o nel caso si preveda la necessità di periodici cambi di condizioni operative nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento.
Con riferimento alle Figg. 5-7 verranno ora descritte forme di attuazione preferite del metodo di raffrescamento e/o riscaldamento in accordo con la presente invenzione, attuabile tramite il sistema a pompa di calore 100 sopra descritto.
Anche in questo caso si farà per chiarezza riferimento a forme di attuazione del metodo dell’invenzione nelle quali il ciclo a pompa di calore ad associazione à ̈ in particolare un ciclo a pompa di calore ad assorbimento, in cui il sistema materiale che il primo fluido operativo forma con la sostanza ausiliaria durante una parte di tale ciclo à ̈ una soluzione liquida.
Le Figg. 5-7 mostrano schematicamente sotto forma di diagrammi a blocchi quei componenti del sistema a pompa di calore 100 sopra descritto che intervengono negli scambi di energia sia interni al sistema (frecce tratteggiate) sia con l’ambiante esterno (frecce continue) rilevanti ai fini della descrizione del metodo dell'invenzione e dei suoi vantaggi. Vengono quindi tralasciati componenti sostanzialmente passivi, come ad esempio i dispositivi di espansione, e componenti con influenza relativamente trascurabile nel bilancio energetico complessivo del sistema a pompa di calore 100, come ad esempio le pompe di circolazione, il cui consumo di energia elettrica à ̈ trascurabile rispetto a quello dei compressori.
In tali figure, i componenti mostrati del sistema a pompa di calore 100 sono disposti a differenti livelli rispetto ad una scala di temperatura, per indicare visivamente le differenti temperature nell’introno delle quali sono possibili i rispettivi scambi termici.
Inoltre, i componenti sono raggruppati in colonne a seconda del ciclo in cui essi operano. In particolare, nella colonna di destra sono rappresentati i componenti che operano nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento e nei quali il primo fluido operativo circola da solo, ovvero il condensatore 11 e l’evaporatore 13. Nella colonna centrale sono rappresentati i componenti che operano nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento e nei quali il primo fluido operativo circola in soluzione con la sostanza ausiliaria, ovvero il generatore 10 e l’assorbitore 14. Infine, nella colonna di sinistra sono rappresentati i componenti che operano nel/nei ciclo/i a pompa di calore a compressione, ovvero il condensatore 21, l’evaporatore 23 e il compressore 25 e, eventualmente, il condensatore 31 l’evaporatore 33 e il compressore 35.
In una prima fase del metodo di raffrescamento e/o riscaldamento dell'invenzione si realizza un ciclo a pompa di calore ad assorbimento per mezzo di un primo fluido operativo in grado di formare una soluzione con una predeterminata sostanza ausiliaria. Questa fase può essere attuata tramite il primo circuito idraulico 1 del sistema a pompa di calore 100 più sopra descritto.
In maggior dettaglio, tale fase comprende: separare almeno una frazione del primo fluido operativo dalla soluzione formata con la sostanza ausiliaria in corrispondenza del generatore 10; condensare almeno parzialmente il primo fluido operativo separato in corrispondenza del condensatore 11; evaporare almeno parzialmente, in corrispondenza dell’evaporatore 13, il primo fluido operativo condensato e successivamente sottoposto a espansione nel dispositivo di espansione 12; far passare il primo fluido operativo evaporato nuovamente in soluzione con la sostanza ausiliaria in corrispondenza dell’assorbitore 14.
In una seconda fase del metodo, almeno in parte simultanea alla prima fase, si realizza un ciclo a pompa di calore a compressione per mezzo di un secondo fluido operativo. Questa fase può essere attuata tramite il secondo circuito idraulico 2 del sistema a pompa di calore 100 più sopra descritto.
In maggior dettaglio, tale fase comprende: condensare almeno parzialmente, in corrispondenza del condensatore 21, il secondo fluido operativo precedentemente compresso tramite il compressore 25; evaporare, in corrispondenza dell’evaporatore 23, il secondo fluido operativo condensato e successivamente sottoposto a espansione nel dispositivo di espansione 22.
In una terza fase del metodo, almeno in parte simultanea alla prima e alla seconda fase sopra descritte, calore rilasciato dal secondo fluido operativo durante la condensazione nel ciclo a pompa di calore a compressione viene trasferito alla soluzione nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento per realizzare la separazione di almeno una frazione del primo fluido operativo dalla soluzione (v. freccia H1 nelle Figg. 5-7).
Questa fase può essere attuata nel sistema a pompa di calore 100 dell'invenzione grazie all’accoppiamento termico già descritto tra il condensatore 21 del secondo circuito idraulico 2 e il generatore 10 del primo circuito idraulico 1.
Preferibilmente, la temperatura di condensazione TC2 del secondo fluido operativo nel ciclo a pompa di calore a compressione à ̈ compresa tra circa 70°C e circa 95°C, più preferibilmente tra circa 75°C e circa 85°C.
Poiché il passaggio del primo fluido operativo in soluzione con la sostanza ausiliaria nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento - o, più in generale, l'incorporamento di esso nel sistema materiale in un ciclo a pompa di calore ad associazione - à ̈ tipicamente un processo esotermico, in una sua prima forma di attuazione preferita, mostrata in Fig. 5, il metodo dell’invenzione può inoltre comprendere una quarta fase, almeno in parte simultanea alle fasi precedentemente descritte, di trasferimento di calore rilasciato nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento a seguito del passaggio del primo fluido operativo in soluzione al secondo fluido operativo durante l’evaporazione di quest’ultimo nel ciclo a pompa di calore a compressione (v. freccia H2 in Fig. 5).
Questa fase può essere in particolare attuata tramite le forme di realizzazione del sistema a pompa di calore 100 dell’invenzione precedentemente descritte con riferimento alle Figg. 1a, 1b, nonché alle Figg. 4a, 4b nel caso in cui il compressore 35 sia spento, grazie all’accoppiamento termico tra l’assorbitore 14 del primo circuito idraulico 1 e l’evaporatore 23 del secondo circuito idraulico 2. Il calore rilasciato a seguito del passaggio in soluzione del primo fluido operativo in soluzione à ̈ tipicamente disponibile a temperature comprese tra circa 35°C e circa 55°C.
In questa forma di attuazione preferita del metodo dell’invenzione, a fronte della spesa di potenza elettrica (freccia E1) per il funzionamento del compressore 25 nel secondo circuito idraulico 2, si possono ottenere come effetto utile, insieme o in alternativa, la produzione di potenza frigorifera (freccia C1) in corrispondenza dell’evaporatore 13 e di potenza termica (freccia H3) in corrispondenza del condensatore 11 del primo circuito idraulico 1. Pertanto, in questo caso con il sistema a pompa di calore 100 si possono alternativamente ottenere i seguenti COP:
COP1= (H3 C1)/E1;
COP2= H3/E1;
COP3= C1/E1.
In una seconda forma di attuazione preferita del metodo dell'invenzione, mostrata in Fig. 6, in luogo della quarta fase sopra descritta, si prevede una fase di trasferimento di calore rilasciato dal primo fluido operativo durante la condensazione nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento al secondo fluido operativo durante l’evaporazione di quest’ultimo nel ciclo a pompa di calore a compressione (v. freccia H3 in Fig. 6).
Questa fase può essere in particolare attuata tramite le forme di realizzazione del sistema a pompa di calore 100 dell’invenzione precedentemente descritte con riferimento alle Figg. 2a, 2b, grazie all’accoppiamento termico tra il condensatore 11 del primo circuito idraulico 1 e l’evaporatore 23 del secondo circuito idraulico 2. Preferibilmente, in questa forma di attuazione, la temperatura di condensazione TC1 del primo fluido operativo nel ciclo a pompa di calore ad assorbimento compresa tra circa 40°C e circa 70°C, più preferibilmente tra circa 50°C e circa 60°C.
Vantaggiosamente, l’evaporazione del secondo fluido operativo in corrispondenza dell’evaporatore 23 può così avvenire a temperature corrispondentemente più elevate rispetto a quelle raggiunte in altre forme di attuazione del metodo dell'invenzione, per cui, a parità delle altre condizioni, il salto termico realizzato nel ciclo a pompa di calore a compressione viene ridotto, con conseguente aumento del COP.
In questa forma di attuazione preferita del metodo dell’invenzione, a fronte della spesa di potenza elettrica (freccia E1) per il funzionamento del compressore 25 nel secondo circuito idraulico 2, si possono ottenere come effetto utile, insieme o in alternativa, la produzione potenza frigorifera (freccia C1) in corrispondenza dell’evaporatore 13, e la produzione di potenza termica a temperatura intermedia (freccia H2) in corrispondenza dell’assorbitore 14 del primo circuito idraulico 1.
Pertanto, in questo caso con il sistema a pompa di calore 100 si possono alternativamente ottenere i seguenti COP:
COP4= (H2 C1 )/E1 ;
COP5= H2/E1 , nonché ancora
COP3= C1/E1.
In una terza forma di attuazione preferita, mostrata nella Fig. 7, il metodo dell’invenzione comprende ulteriormente una quinta e una sesta fase, almeno in parte simultanee alle fasi sopra descritte.
In particolare, nella quinta fase del metodo si realizza, per mezzo di un terzo fluido operativo, un ulteriore ciclo a pompa di calore a compressione. Tale ciclo à ̈ analogo al ciclo a pompa di calore a compressione sopra descritto con riferimento alla seconda fase del metodo, ma à ̈ realizzato in un intervallo di temperature inferiore.
Nella sesta fase del metodo, calore rilasciato dal terzo fluido operativo durante la condensazione in detto ulteriore ciclo a pompa di calore a compressione viene trasferito al secondo fluido operativo durante l’evaporazione di quest’ultimo nel ciclo a pompa di calore a compressione (v. freccia H4 in Fig. 7).
Vantaggiosamente in questo modo, i due cicli a pompa di calore a compressione sono termicamente accoppiati in modo da realizzare un ciclo a pompa di calore a compressione a doppio stadio.
Queste fasi ulteriori possono essere in particolare attuate tramite le forme di realizzazione del sistema a pompa di calore 100 dell’invenzione precedentemente descritte con riferimento alle Figg. 3a, 3b, nonché alle Figg. 4a, 4b quando il compressore 35 à ̈ attivo, grazie all’accoppiamento termico tra il condensatore 31 del terzo circuito idraulico 3 e l’evaporatore 23 del secondo circuito idraulico 2. Preferibilmente, la temperatura di condensazione TC3 del terzo fluido operativo in detto ulteriore ciclo a pompa di calore ad compressione à ̈ compresa tra circa 30°C e circa 60°C, più preferibilmente tra circa 35°C e circa 50°C.
In questa forma di attuazione preferita del metodo dell’invenzione, a fronte della spesa delle potenze elettriche per il funzionamento dei compressori 25 e 35 (frecce E1, E2) rispettivamente nel secondo 2 e nel terzo 3 circuito idraulico si possono ottenere come effetto utile, insieme o in alternativa, la produzione potenza frigorifera in corrispondenza sia dell’evaporatore 13 (freccia C1) del primo circuito idraulico 1 sia dell’evaporatore 33 (freccia C2) del terzo circuito idraulico 3, la produzione di potenza termica a temperatura intermedia in corrispondenza dell’assorbitore 14 (freccia H2) del primo circuito idraulico 1 e la produzione di potenza termica a temperatura più elevata in corrispondenza del condensatore 11 (freccia H3) del primo circuito idraulico 1. Pertanto, in questo caso con il sistema a pompa di calore 100 si possono alternativamente ottenere i seguenti COP:
COP6= (C1 C2 H2 H3)/(E1 E2);
COP7= (H2 C1 C2)/(E1 E2);
COP8= (H3 C1 C2)/(E1 E2);
COP9= (C1 C2)/(E1 E2);
COP1= (H2 H3)/(E1 E2);
COP1= H2/(E1 E2);
COP12= H3/(E1 E2);
COP13= C1/(E1 E2);
COP14= C2/(E1 E2).
Il primo fluido operativo e la relativa sostanza ausiliaria per il ciclo a pompa di calore ad associazione, il secondo e il terzo fluido operativo nei due cicli a pompa di calore a compressione e i fluidi termovettori per circuiti idraulici intermedi eventualmente interposti tra i componenti termicamente accoppiati come più sopra descritto, possono essere scelti dal tecnico del settore tra quelli noti in base a specifiche esigenze applicative.
Sempre in base alle esigenze applicative, il tecnico del settore potrà scegliere il secondo e il terzo fluido operativo uguali o differenti tra la loro.
Nel caso in cui il ciclo a pompa di calore ad associazione à ̈ in particolare un ciclo a pompa di calore ad assorbimento, come primo fluido operativo e sostanza ausiliaria vengono preferibilmente scelti acqua e bromuro di litio, rispettivamente. Per il/i ciclo/i a pompa di calore a compressione viene preferibilmente scelto R600 (n-butano).
Per gli eventuali circuiti idraulici intermedi vengono preferibilmente scelti fluidi diatermici o acqua.

Claims (13)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema a pompa di calore (100) comprendente: un primo circuito idraulico (1) atto a realizzare un ciclo a pompa di calore con un primo fluido operativo il quale, durante una parte di detto ciclo, Ã ̈ associato ad almeno una sostanza ausiliaria in modo da formare con essa un sistema materiale, detto primo circuito idraulico (1) comprendendo: - un primo dispositivo di trattamento (10) di detto sistema materiale, in corrispondenza del quale almeno una frazione del primo fluido operativo viene separata da detto sistema materiale; - un primo condensatore (11), in corrispondenza del quale il primo fluido operativo separato condensa almeno parzialmente rilasciando calore; - un primo evaporatore (13), in corrispondenza del quale il primo fluido operativo condensato evapora almeno parzialmente assorbendo calore, e - un secondo dispositivo di trattamento (14) di detto sistema materiale , in corrispondenza del quale il primo fluido operativo evaporato viene nuovamente incorporato in detto sistema materiale; un secondo circuito idraulico (2) atto a realizzare un ciclo a pompa di calore a compressione con un secondo fluido operativo, detto secondo circuito (2) comprendendo: - un secondo condensatore (21), in corrispondenza del quale detto secondo fluido operativo condensa almeno parzialmente rilasciando calore, e - un secondo evaporatore (23), in corrispondenza del quale detto secondo fluido operativo evapora assorbendo calore, caratterizzato dal fatto che detto secondo condensatore (21) Ã ̈ termicamente accoppiato con detto primo dispositivo di trattamento (10) per trasferire calore rilasciato da detto secondo fluido operativo in corrispondenza di detto secondo condensatore (21) a detto primo dispositivo di trattamento (10) per separare detta almeno una frazione del primo fluido operativo da detto sistema materiale.
  2. 2. Sistema a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto secondo dispositivo di trattamento (14) Ã ̈ termicamente accoppiato con detto secondo evaporatore (23) per trasferire calore rilasciato in corrispondenza di detto secondo dispositivo si trattamento (14) a detto secondo fluido operativo in corrispondenza di detto secondo evaporatore.
  3. 3. Sistema a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo condensatore (11) Ã ̈ termicamente accoppiato con detto secondo evaporatore (23) per trasferire calore rilasciato da detto primo fluido operativo in corrispondenza di detto primo condensatore (11) a detto secondo fluido operativo in corrispondenza di detto secondo evaporatore (23).
  4. 4. Sistema a pompa di calore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un terzo circuito idraulico (3) atto a realizzare un ciclo a pompa di calore a compressione con un terzo fluido operativo, in cui detto terzo circuito idraulico (3) comprende un terzo condensatore (31), in corrispondenza del quale detto terzo fluido operativo rilascia calore condensando almeno parzialmente, e in cui detto terzo condensatore (31) Ã ̈ termicamente accoppiato con detto secondo evaporatore (23) per trasferire calore rilasciato da detto terzo fluido operativo in corrispondenza di detto terzo condensatore (31) a detto secondo fluido operativo in corrispondenza di detto secondo evaporatore (23).
  5. 5. Metodo di raffrescamento e/o riscaldamento per mezzo di un sistema a pompa di calore (100), comprendente le fasi di: a) realizzare un ciclo a pompa di calore con un primo fluido operativo il quale, durante una parte di detto ciclo, Ã ̈ associato ad almeno una sostanza ausiliaria in modo da formare con essa un sistema materiale, detto ciclo comprendendo le fasi di: a1) separare almeno una frazione di detto primo fluido operativo da detto sistema materiale; a2) condensare almeno parzialmente il primo fluido operativo separato; a3) evaporare almeno parzialmente il primo fluido operativo condensato, e a4) incorporare il primo fluido operativo evaporato nuovamente in detto sistema materiale; b) realizzare per mezzo di un secondo fluido operativo un ciclo a pompa di calore a compressione comprendente le fasi di: b1) condensare almeno parzialmente detto secondo fluido operativo, e b2) evaporare almeno parzialmente detto secondo fluido operativo condensato, caratterizzato dalla fase di c) trasferire calore rilasciato da detto secondo fluido operativo durante detta fase b1) di condensazione a detto sistema materiale per separare da esso detta almeno una frazione di detto primo fluido operativo durante detta fase al ) di separazione.
  6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui in detta fase b1) detto secondo fluido operativo ha una temperatura compresa tra circa 70°C e circa 95°C.
  7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6, comprendente la fase di: d) trasferire calore rilasciato a seguito dell’incorporamento di detto primo fluido operativo in detto sistema materiale durante detta fase a4) di incorporamento a detto secondo fluido operativo in detta fase b2) di evaporazione.
  8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6, comprendente la fase di: e) trasferire calore rilasciato da detto primo fluido operativo durante detta fase a2) di condensazione a detto secondo fluido operativo in detta fase b2) di evaporazione.
  9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui in detta fase a2) detto primo fluido operativo ha una temperatura media compresa tra circa 40°C e circa 70°C.
  10. 10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 9, comprendente le fasi di: f) realizzare per mezzo di un terzo fluido operativo un ulteriore ciclo a pompa di calore a compressione comprendente la fase di: f1 ) condensare almeno parzialmente detto terzo fluido operativo; g) trasferire calore rilasciato da detto terzo fluido operativo durante detta fase f1) di condensazione a detto secondo fluido operativo in detta fase b2) di evaporazione.
  11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui in detta fase g) detto terzo fluido operativo ha una temperatura media compresa tra circa 30°C e circa 60°C.
  12. 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 11, in cui detto ciclo a pompa di calore realizzato con detto primo fluido operativo à ̈ un ciclo a pompa di calore ad assorbimento.
  13. 13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 11, in cui detto ciclo a pompa di calore realizzato con detto primo fluido operativo à ̈ un ciclo a pompa di calore ad adsorbimento.
IT000732A 2011-08-05 2011-08-05 Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema ITTO20110732A1 (it)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000732A ITTO20110732A1 (it) 2011-08-05 2011-08-05 Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema
EP12761673.8A EP2739921B1 (en) 2011-08-05 2012-08-02 Heat pump system and method of cooling and/or heating by means of said system
CA2844340A CA2844340A1 (en) 2011-08-05 2012-08-02 Heat pump system and method of cooling and/or heating by means of said system
PCT/IB2012/053964 WO2013021323A1 (en) 2011-08-05 2012-08-02 Heat pump system and method of cooling and/or heating by means of said system
RU2014108416/06A RU2014108416A (ru) 2011-08-05 2012-08-02 Система теплового насоса и способ охлаждения и/или нагревания с помощью указанной системы
US14/237,051 US20140196482A1 (en) 2011-08-05 2012-08-02 Heat pump system and method of cooling and/or heating by means of said system
TNP2014000049A TN2014000049A1 (en) 2011-08-05 2014-02-04 Heat pump system and method of cooling and/or heating by means of said system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000732A ITTO20110732A1 (it) 2011-08-05 2011-08-05 Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITTO20110732A1 true ITTO20110732A1 (it) 2013-02-06

Family

ID=44584502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000732A ITTO20110732A1 (it) 2011-08-05 2011-08-05 Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20140196482A1 (it)
EP (1) EP2739921B1 (it)
CA (1) CA2844340A1 (it)
IT (1) ITTO20110732A1 (it)
RU (1) RU2014108416A (it)
TN (1) TN2014000049A1 (it)
WO (1) WO2013021323A1 (it)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012101804A1 (ja) * 2011-01-27 2012-08-02 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の制御方法
CN104034083A (zh) * 2014-06-23 2014-09-10 周永奎 一种自驱动热压缩式热泵制冷方法及其装置
US10436480B2 (en) * 2014-07-29 2019-10-08 Applied Research Associates, Inc. Thermally driven environmental control unit
EP3051233B1 (en) * 2015-01-29 2020-08-26 Mihail-Dan Staicovici Hybrid compression heat pumping cycles based plants
DE102015010856B4 (de) 2015-08-18 2022-12-08 Christian Blank Kombination einer modifizierten Absorptionskältemaschine mit einer Wärmekraftmaschine zur Umwandlung einer vorliegenden und/oder herbeigeführten thermischen Energie in mechanische Arbeit
US11486612B2 (en) * 2016-10-05 2022-11-01 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP Heat pump for a HVACandR system
IL260159B (en) * 2018-06-19 2022-02-01 N A M Tech Ltd A cooling system consisting of multiple cascades
FR3086040B1 (fr) * 2018-09-18 2021-02-26 Commissariat Energie Atomique Systeme de climatisation comprenant une machine a absorption et une machine a compression mecanique

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE386863C (de) * 1920-06-17 1923-12-17 Siemens Schuckertwerke G M B H Anlage zum Heben von Waerme auf hoehere Temperaturen mittels zweier zusammengeschalteter Kaeltemaschinen
US4285211A (en) * 1978-03-16 1981-08-25 Clark Silas W Compressor-assisted absorption refrigeration system
JP2010243082A (ja) * 2009-04-07 2010-10-28 Daikin Ind Ltd 冷凍装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58129172A (ja) 1982-01-29 1983-08-02 株式会社日立製作所 冷却設備
JP4273727B2 (ja) 2002-09-06 2009-06-03 ダイキン工業株式会社 冷凍システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE386863C (de) * 1920-06-17 1923-12-17 Siemens Schuckertwerke G M B H Anlage zum Heben von Waerme auf hoehere Temperaturen mittels zweier zusammengeschalteter Kaeltemaschinen
US4285211A (en) * 1978-03-16 1981-08-25 Clark Silas W Compressor-assisted absorption refrigeration system
JP2010243082A (ja) * 2009-04-07 2010-10-28 Daikin Ind Ltd 冷凍装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2739921B1 (en) 2019-10-09
CA2844340A1 (en) 2013-02-14
EP2739921A1 (en) 2014-06-11
TN2014000049A1 (en) 2015-07-01
US20140196482A1 (en) 2014-07-17
RU2014108416A (ru) 2015-09-10
WO2013021323A1 (en) 2013-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITTO20110732A1 (it) Sistema a pompa di calore e metodo di raffrescamento e/o riscaldamento attuabile tramite tale sistema
CN101329118B (zh) 能够大幅提升余热温度、紧凑型吸收式热泵装置
CN100535551C (zh) 两端与多端供热的第二类吸收式热泵
JP6526639B2 (ja) ヒートポンプ装置を動作させる方法、及びヒートポンプ装置
CN103269778B (zh) 用于干燥和/或冷却气体的设备
CN104048447B (zh) 一种以克努森压缩机为核心的制冷系统
JP5958819B2 (ja) ヒートポンプシステムおよびそれを用いた冷却システム
CN101825369A (zh) 一种高效紧凑型高温吸收式热泵机组
JP2019124456A (ja) 熱回収装置
ITPD20090298A1 (it) Dispositivo di riscaldamento a ciclo termodinamico irreversibile per impianti di riscaldamento ad alta temperatura di mandata
WO2010009673A1 (zh) 吸收式热泵附加高温供热端的方法
WO2015017873A2 (en) Multi-cycle power generator
CN101825374A (zh) 一种具有液态中温热源及双低温热源的复叠式高温热泵
CN101182961B (zh) 异级复合第一类吸收式热泵
WO2007029680A1 (ja) 蒸気発生システム
CN210951965U (zh) 一种烘干除湿用热泵系统
CN106568236A (zh) 一种驱动热源全热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置
CN113418320B (zh) 提升低温热源温度的装置及其使用方法
CN205536282U (zh) 一种蒸发式与风冷相结合的热泵空调系统
CN103791652B (zh) 一种双温热源热泵系统
CN101825364A (zh) 一种具有气态中温热源及双低温热源的复叠式高温热泵
JP5954581B2 (ja) 蒸気発生システム
CN103383165A (zh) 中间不完全冷却两级压缩单级吸收的复合热泵
CN219264605U (zh) 无冷凝热排放的耦合热泵双循环节能系统和三循环节能系统
CN104006570B (zh) 基于正逆循环耦合的吸收-压缩复合式制冷系统及方法