ES2567065T3 - Sistema de ventilación y de calefacción - Google Patents

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ES2567065T3 ES12705864.2T ES12705864T ES2567065T3 ES 2567065 T3 ES2567065 T3 ES 2567065T3 ES 12705864 T ES12705864 T ES 12705864T ES 2567065 T3 ES2567065 T3 ES 2567065T3
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André Hille
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Abstract

Sistema de ventilación y de calefacción (10) para un local de estancia (26) que presenta un aparato de ventilación (12) y una unidad de pila de combustible (28) que están dispuestos y unidos entre ellos de tal forma que el aparato de ventilación (12) puede suministrar aire exterior procedente del exterior de un local de estancia (26) correspondiente, en una primera línea de aire (14), a través de un intercambiador de calor (34), en una proporción ajustable entre aire entrante directo e indirecto, así como aire entrante directo a un local de estancia (26) correspondiente al igual que suministrar aire entrante indirecto en primer lugar a la unidad de pila de combustible (28) y, dado el caso, de forma indirecta a través de esta, al local de estancia (26) correspondiente, pudiendo estar la unidad de pila de combustible (28) conectada al aparato de ventilación (12) y a un local de estancia (26) correspondiente de tal forma que una corriente de aire que sale de la unidad de pila de combustible (28) puede suministrarse en una proporción ajustable, por una parte, como aire entrante a un local de estancia (26) correspondiente y/o, por otra parte, como aire saliente, junto al aire saliente procedente de un local de estancia (26) correspondiente, a una segunda línea de aire (20) del aparato de ventilación (12), estando la segunda línea de aire (20) del aparato de ventilación (12) acoplada térmicamente a la primera línea de aire (14), a través del intercambiador de calor (34) del aparato de ventilación (12), de tal forma que el aire saliente conducido hacia fuera a través de la segunda línea de aire (20) puede emitir al menos una parte de la energía térmica contenida en su interior a través del intercambiador de calor (34) del aparato de ventilación (12) a la primera línea de aire (14) y al aire entrante llevado en esta para un local de estancia (26) correspondiente y la unidad de pila de combustible (28).

Description

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DESCRIPCION
Sistema de ventilacion y de calefaccion
La invencion se refiere a un sistema de ventilacion y de calefaccion especialmente para locales de estancia tales como salones o similares.
El objetivo de este tipo de sistemas de ventilacion y de calefaccion es crear un clima en el local que, tanto respecto a la temperatura del aire existente en el local (temperatura ambiente) como respecto a la humedad del aire existente en el local de estancia, este ajustado por ejemplo de tal forma que las personas que se encuentren en el local de estancia se sientan bien. Un problema es que el aire en el local tipicamente ha de calentarse en invierno y que ademas se ha de evacuar la humedad emitida por las personas que se encuentran en el local de estancia, de manera que es necesario un intercambio de aire incluso en caso de temperaturas exteriores desfavorables.
Por el documento DE10302217A1 se dio a conocer una calefaccion de aire con una transmision integrada de calor del aire de escape y del quemador.
La invencion tiene el objetivo de proporcionar un sistema de ventilacion y de calefaccion que cumpla de la forma mas rentable posible y de forma energeticamente favorable los requisitos en cuanto a un sistema de este tipo. Segun la invencion, este objetivo se consigue mediante un sistema de ventilacion y de calefaccion que comprende un aparato de ventilacion en combinacion con una unidad de pila de combustible, suministrando el aparato de ventilacion aire exterior procedente del exterior del local de estancia, en una primera lmea de aire, a traves de un intercambiador de calor, a la unidad de pila de combustible y, dado el caso, al local de estancia directamente como aire entrante, mientras que aire saliente de la unidad de pila de combustible se suministra junto a aire saliente del local de estancia a una segunda lmea de aire del aparato de ventilacion y dentro de este se evacua al exterior como aire de escape a traves del intercambiador de calor del aparato de ventilacion. El aire exterior suministrado al aparato de ventilacion se hace pasar, a traves de la primera lmea de aire del aparato de ventilacion, por el mismo intercambiador de calor por el que se hace pasar respectivamente aire que entra como aire saliente en la segunda lmea de aire del aparato de ventilacion y que sale del aparato de ventilacion como aire de escape.
La unidad de pila de combustible comprende un stack de pila de combustible con un catodo abierto en el que el aire refrigerante para el catodo y el aire de reaccion son el mismo caudal, a traves del que tambien se vuelve a evacuar como humedad residual el agua originada durante la reaccion en la unidad de pila de combustible. Segun la invencion, dicha humedad residual se utiliza para completar el aire exterior calentado por el aparato de ventilacion con aire saliente humedo procedente del sistema de pila de combustible, de tal forma que el aire entrante que ha de ser suministrado al local de estancia presenta tanto una temperatura de aire deseada como una humedad de aire deseada.
Para poder refrigerar eventualmente en verano el aire entrante que ha de ser suministrado al local de estancia, a la primera lmea de aire del aparato de ventilacion tambien puede estar postconectada una unidad de refrigeracion. Esta puede presentar por ejemplo un segundo intercambiador de calor y una maquina frigonfica conectada a este. Preferentemente, la maquina frigonfica es una maquina frigonfica por compresion.
La pila de combustible de la unidad de pila de combustible presenta preferentemente membranas de intercambio de protones, de manera que la pila de combustible es una pila de combustible PEM.
Otras variantes de realizacion ventajosas del sistema de ventilacion y de calefaccion segun la invencion resultan de la siguiente descripcion de ejemplos de realizacion con referencia a las figuras. Estas muestran en
la figura 1: una representacion esquematica de un sistema de ventilacion y de calefaccion con una pila de combustible que tiene un stack de pila de combustible con un catodo abierto;
la figura 2: una representacion esquematica de un sistema de ventilacion y de calefaccion similar a la figura 1 con una valvula de derivacion adicional que puentea el intercambiador de calor en la lmea de aire entrante del aparato de ventilacion; y
la figura 3: un sistema de ventilacion y de calefaccion similar a la figura 1 en el que en la lmea de aire saliente de la unidad de pila de combustible esta previsto un intercambiador de calor aire/agua, cuyo lado de agua esta conectado, a traves de un circuito, a un sumidero de calor, por ejemplo un acumulador de agua caliente.
El sistema de ventilacion y de calefaccion 10 representado en la figura 1 presenta un aparato de ventilacion 12 que presenta una primera lmea de aire 14 de una conexion de aire exterior 16 a una conexion de aire entrante 18 asf como una segunda lmea de aire 20 de una conexion de aire saliente 22 a una conexion de aire de escape 24. De estas conexiones, durante el funcionamiento, comunican con el entorno de un local de estancia, no con el local de estancia 26 mismo, la conexion de aire exterior 16 y la conexion de aire de escape 24.
La conexion de aire de escape 22 comunica, a traves de una lmea de aire saliente 30, con el local de estancia 26, de la misma manera que la conexion de aire entrante 18 comunica con el local de estancia 26 tanto directamente a
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traves de una lmea de aire entrante 32 como indirectamente a traves de una unidad de pila de combustible 28.
Tanto la primera lmea de ventilacion 14 del aparato de ventilacion 12 como la segunda lmea de ventilacion 20 del aparato de ventilacion 12 se hacen pasar por un intercambiador de calor 34 del aparato de ventilacion 12, de manera que se produce un intercambio de calor entre las corrientes de aire llevadas a traves de las dos lmeas de aire 14 y 20. En invierno, por ejemplo, el aire saliente o de escape llevado por la segunda lmea de aire 20 puede transmitir su calor al aire exterior o entrante llevado por la primera lmea de aire 14, de manera que se puede recuperar y reconducir al local de estancia 26 al menos una parte de la energfa termica que en caso contrario se evacua con la corriente de aire de escape.
La unidad de pila de combustible 28 esta conectada por el lado de entrada, a traves de una parte de la lmea de aire entrante 32, con la conexion de aire entrante 18 del aparato de ventilacion 12 y de esta manera se alimenta de aire entrante fresco que se necesita al mismo tiempo por una parte para la reaccion con el hidrogeno en la pila de combustible de la unidad de pila de combustible 28 y por otra parte como aire refrigerante para la evacuacion del calor originado durante la reaccion. La pila de combustible de la unidad de pila de combustible 28 tiene membranas de intercambio de protones (membranas PEM) a las que la corriente de aire de reaccion y la corriente de aire refrigerante no se suministran de forma separada, sino en una corriente de aire. Como consecuencia de la reaccion, dicha corriente de aire por la unidad de pila de combustible 28 absorbe agua originada en la pila de combustible y, por tanto, se humedece. La corriente de aire caliente y humedo que sale de la unidad de pila de combustible 28 se suministra totalmente o parcialmente a la lmea de aire entrante 28 y/o a la lmea de aire saliente 30.
Si el aire entrante que sale del aparato de ventilacion 12 es mas seco que el aire ambiente deseado, es decir, si hay que suministrarle humedad, a este aire entrante se suministra una parte o la totalidad del aire que sale de la unidad de pila de combustible 28. Para ello, la salida de la unidad de pila de combustible 28 esta conectada con la lmea de aire entrante 32 a traves de una primera lmea de pila de combustible 36 con una valvula de retencion 38.
En cambio, si el aire entrante 18 que sale del aparato de ventilacion 14 ya es suficientemente humedo, el aire que sale de la unidad de pila de combustible 28 se suministra de forma controlada a la lmea de aire saliente 30 a traves una segunda lmea de salida de pila de combustible 40, a traves de una valvula de ventilacion 42 dispuesta en esta, y por tanto se reconduce al aparato de ventilacion 12. Esto ofrece la ventaja de que el calor de reaccion evacuado con el aire que sale de la unidad de pila de combustible 28 se hace pasar con la corriente de aire de escape por el intercambiador de calor 34 del aparato de ventilacion 12, de manera que tambien esta energfa termica puede volver a extraerse al menos en parte a la corriente de aire de escape y suministrarse a la corriente de aire entrante.
En la lmea de aire entrante 32 esta dispuesta una segunda valvula de retencion 44. Por las valvulas de retencion 38 y 44, a traves de la valvula de ventilacion 42 tambien se puede ajustar que cantidad del aire entrante que sale del aparato de ventilacion 12 se ha de suministrar directamente al local de estancia 26 y que cantidad se suministra al aire de la unidad de pila de combustible 28 y por tanto eventualmente de forma indirecta al aire ambiente en el local de estancia 26.
Segun el lugar de uso y las temperaturas a esperar, en la lmea de aire entrante 32 puede estar prevista una unidad de refrigeracion que presente un intercambiador de calor refrigerador 46 dispuesto directamente en la lmea de aire entrante 32 asf como un grupo refrigerador 48 conectado a este. El grupo refrigerador 48 puede ser por ejemplo una maquina refrigeradora por compresion.
La unidad de refrigeracion esta dispuesta en una seccion de la lmea de aire entrante 32 que se encuentra corriente abajo del lugar en el que la primera lmea de salida de pila de combustible 36 incide en la lmea de aire entrante 32.
En el modo de funcionamiento conducido por calor, descrito hasta ahora, el control del sistema de ventilacion y de calefaccion 10 y especialmente de la valvula de ventilacion 42 se realiza de forma guiada por la temperatura del aire y la humedad del aire en el local de estancia 26. Para el control, al final de la lmea de aire entrante 32 estan dispuestos un sensor de humedad del aire 50 y un sensor de temperatura del aire 52.
Alternativamente a un modo de funcionamiento conducido por calor, el sistema de ventilacion y de calefaccion 10 tambien se puede hacer funcionar en un modo conducido por corriente, en el que el sistema de ventilacion y de calefaccion 10 funciona como central electrica de regulacion y la absorcion de potencia o la emision de potencia del sistema de ventilacion y de calefaccion 10 se ajustan de la manera que por parte de la red electrica resulta deseable para compensar fluctuaciones de carga. Entonces, dado el caso, el calor producido de mas puede emitirse al entorno a traves de la segunda lmea de salida de pila de combustible 40, la lmea de salida 30 y el aparato de ventilacion 12.
La variante de realizacion de un sistema de ventilacion y de calefaccion 10' representada en la figura 2 se diferencia de la variante representada en la figura 1 en que en la lmea de ventilacion 14' del aparato de ventilacion 12' esta prevista una valvula de derivacion 60 que puentea el intercambiador de calor 34' del aparato de ventilacion 12'. Dicha valvula de derivacion 60 esta controlada de tal forma que al aire de escape llevado en la segunda lmea de ventilacion 20' se extrae justo el calor suficiente para que en ningun caso se produzca una congelacion del aparato de ventilacion 12'. Por lo tanto, a bajas temperaturas, una parte o la totalidad del aire exterior o entrante llevado por la primera lmea de aire 14' se hace pasar delante del intercambiador de calor 34', de manera que el intercambiador
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de calor 34' no se congela por ejemplo como consecuencia de la congelacion de agua de condensacion.
Una valvula de derivacion 50 controlada de esta manera hace superflua una calefaccion anticongelante necesaria eventualmente en caso contrario que cuando se pasa por debajo de una temperatura exterior determinada (p. ej. 0 °C) se conecta a traves de un termostato precalentando asf de forma electrica el aire exterior. Es que una calefaccion anticongelante de este tipo reducina el grado de recuperacion de calor y provocana costes energeticos adicionales.
Para el funcionamiento del sistema de ventilacion y de calefaccion representado en la figura 3 resultan por ejemplo las dos variantes que se describen a continuacion.
O bien, el aire exterior o entrante llevado en la primera lmea de aire 14' se hace pasar en parte delante del intercambiador de calor aire/aire 34' por medio de la valvula de derivacion 60. En este caso, a causa de la temperatura de aire entrante mas baja, la pila de combustible de la unidad de pila de combustible 28 tiene que recalentar algo mas la pila de combustible de la unidad de pila de combustible 28. Si la unidad de pila de combustible 28 presenta una pila de combustible con un catodo abierto y si el aire de escape de la unidad de pila de combustible 28 se mezcla directamente con el aire entrante, el aire entrante tambien se humedece en mayor medida en dfas de invierno secos, lo que resulta deseable.
O bien, la corriente de aire saliente del local de estancia 26 y la corriente de aire de escape procedente de la unidad de pila de combustible 28 y llevada a traves de la valvula de ventilacion 42 se eleva de tal forma que el aire saliente o de escape llevado a traves de la segunda lmea de aire 20 mantenga una temperatura superior al lfmite de helada. De esta manera, se consigue mantener un buen grado de recuperacion de calor.
La variante de realizacion representada en la figura 2 permite prescindir de calefacciones anticongelantes necesarias tfpicamente y, por tanto, trabajar con una mayor eficiencia energetica sin mermar el confort de la instalacion de ventilacion. Adicionalmente, en el caso de una unidad de pila de combustible 28, con una pila de combustible con un catodo abierto, con la ayuda de la valvula de derivacion 60 se puede ajustar la humedad del aire que debe llegar al local de estancia 26, sin tener que modificar para ello un numero de revoluciones de ventilador.
La variante de realizacion de un sistema de ventilacion y de calefaccion 19' representada en la figura 3 se diferencia del sistema de ventilacion y de calefaccion representado en la figura 1 en que en el punto o adicionalmente al intercambiador de calor refrigerador 46 esta previsto un intercambiador de calor aire/agua 62 dispuesto en la corriente de aire saliente (por ejemplo en la lmea de salida de pila de combustible 40), cuyo lado de aire es atravesado por el aire saliente procedente de la unidad de pila de combustible 28 y cuyo lado de agua esta unido, a traves de un circuito, a un sumidero de calor, por ejemplo un acumulador de agua caliente.
La variante de realizacion representada en la figura 3 es ventajosa por ejemplo en el caso de casas de bajo consumo energetico que de todas formas poseen siempre una instalacion de ventilacion y en verano no necesitan calor de calefaccion, pero sf energfa electrica y un calentamiento de agua domestica. En este caso, la unidad de pila de combustible 28 puede suministrar tanto la energfa electrica necesaria como el calor para el calentamiento del agua domestica. De esta manera, en caso de un exceso de oferta de calor de escape procedente de la unidad de pila de combustible 28, este calor puede desacoplarse en parte y usarse por ejemplo para el calentamiento de agua domestica. De esta manera, aumenta el grado de aprovechamiento del hidrogeno durante el funcionamiento conducido por corriente de la unidad de pila de combustible 28.
Este modo de funcionamiento es posible tambien en el entretiempo (por ejemplo en primavera y en otono), porque una pequena parte de la energfa termica del aire saliente de la unidad de pila de combustible 28 se suministra directamente para la calefaccion en el local de estancia 26 y el calor restante se puede acumular a traves del intercambiador de calor aire/agua 62 y por ejemplo un acumulador de agua caliente conectado a este
Se entiende que la valvula de derivacion 60 representada en la figura 2 y/o el intercambiador de calor aire/agua 62 representado en la figura 3 pueden estar integrados individualmente o en combinacion entre ellos en el sistema de ventilacion y de calefaccion representado en la figura 1.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de ventilacion y de calefaccion (10) para un local de estancia (26) que presenta un aparato de ventilacion (12) y una unidad de pila de combustible (28) que estan dispuestos y unidos entre ellos de tal forma que el aparato de ventilacion (12) puede suministrar aire exterior procedente del exterior de un local de estancia (26) correspondiente, en una primera lmea de aire (14), a traves de un intercambiador de calor (34), en una proporcion ajustable entre aire entrante directo e indirecto, asf como aire entrante directo a un local de estancia (26) correspondiente al igual que suministrar aire entrante indirecto en primer lugar a la unidad de pila de combustible (28) y, dado el caso, de forma indirecta a traves de esta, al local de estancia (26) correspondiente, pudiendo estar la unidad de pila de combustible (28) conectada al aparato de ventilacion (12) y a un local de estancia (26) correspondiente de tal forma que una corriente de aire que sale de la unidad de pila de combustible (28) puede suministrarse en una proporcion ajustable, por una parte, como aire entrante a un local de estancia (26) correspondiente y/o, por otra parte, como aire saliente, junto al aire saliente procedente de un local de estancia (26) correspondiente, a una segunda lmea de aire (20) del aparato de ventilacion (12), estando la segunda lmea de aire (20) del aparato de ventilacion (12) acoplada termicamente a la primera lmea de aire (14), a traves del intercambiador de calor (34) del aparato de ventilacion (12), de tal forma que el aire saliente conducido hacia fuera a traves de la segunda lmea de aire (20) puede emitir al menos una parte de la energfa termica contenida en su interior a traves del intercambiador de calor (34) del aparato de ventilacion (12) a la primera lmea de aire (14) y al aire entrante llevado en esta para un local de estancia (26) correspondiente y la unidad de pila de combustible (28).
  2. 2. Sistema de ventilacion y de calefaccion segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la unidad de pila de combustible presenta una o varias pilas de combustible con una o varias membranas de intercambio de protones (membranas PEM).
  3. 3. Sistema de ventilacion y de calefaccion segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque en la lmea de aire entrante (32) esta dispuesta una unidad de refrigeracion (48).
  4. 4. Sistema de ventilacion y de calefaccion segun la reivindicacion 3, caracterizado porque la unidad de refrigeracion (48) presenta un intercambiador de calor refrigerador (46) dispuesto directamente en la lmea de aire entrante asf como un grupo refrigerador conectado a este.
  5. 5. Sistema de ventilacion y de calefaccion segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el sistema de ventilacion y de calefaccion presenta un intercambiador de calor aire/agua (62) que esta dispuesto de tal forma que el lado de aire del intercambiador de calor aire/agua es atravesado por aire saliente de pila de combustible que sale de la unidad de pila de combustible (28), estando el lado de agua del intercambiador de calor aire/agua conectado a un acumulador de calor.
  6. 6. Sistema de ventilacion y de calefaccion segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el aparato de ventilacion (12') presenta una valvula de derivacion (60) que esta dispuesta de tal forma que puede hacer pasar aire exterior, llevado en la primera lmea de aire (14'), opcionalmente en su totalidad o en parte delante del intercambiador de calor (34') del aparato de ventilacion (12'), pudiendo ser controlada la valvula de derivacion (60), en funcion de una temperatura de aire exterior y, dado el caso, de una temperatura de aire de escape, de tal forma que al aire de escape llevado en la segunda lmea de ventilacion se extraiga solo la cantidad de calor necesaria para que no se produzca una congelacion del aparato de ventilacion (12').
ES12705864.2T 2011-02-25 2012-02-24 Sistema de ventilación y de calefacción Active ES2567065T3 (es)

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DE102011004734 2011-02-25
DE102011004734 2011-02-25
DE102011076650A DE102011076650A1 (de) 2011-02-25 2011-05-27 Lüftungs- und Heizsystem
DE102011076650 2011-05-27
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ES2567065T3 true ES2567065T3 (es) 2016-04-19

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