ES2201432T3 - Acumulador de calor. - Google Patents
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Abstract
SE DESCRIBE UN ACUMULADOR DE CALOR (1) CON UN DEPOSITO (2) PARA ALOJAR UN SOPORTE DE CALOR ESTRATIFICADO POR TEMPERATURAS Y CON UN CIRCUITO DE CARGA (6) QUE COMPRENDE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR (7) PREVISTO FUERA DEL DEPOSITO (2) PARA CALENTAR EL SOPORTE DE CALOR Y UNA TUBERIA ASCENDENTE QUE SE EXTIENDE POR LO MENOS A LO LARGO DE UNA PARTE DE LA ALTURA DEL DEPOSITO UNIDA CON EL DEPOSITO (2) A DIFERENTES ALTURAS, PARA EL SOPORTE DE CALOR CALENTADO. PARA CONSEGUIR UNAS CONDICIONES DE DISEÑO VENTAJOSAS SE PROPONE QUE LA TUBERIA VERTICAL (8) QUE TRANSCURRE POR EL EXTERIOR DEL DEPOSITO (2) Y ESTA UNIDA AL DEPOSITO (2) POR MEDIO DE TUBERIAS DE CONEXION (9, 10, 11) FORME CON EL INTERCAMBIADOR DE CALOR (7) UN CIRCUITO DE CARGA DE RECIRCULACION POR CONVECCION.
Description
Acumulador de calor.
La invención se refiere a un acumulador de calor
con un depósito para el alojamiento estratificado en cuanto a la
temperatura de un soporte de calor y con un circuito de carga, que
comprende un intercambiador de calor previsto fuera del depósito
para el calentamiento del soporte de calor y un conducto
ascendente, que se extiende al menos sobre una parte de la altura
del depósito, y que está conectado en cuanto a la circulación con
el depósito a diferentes alturas para el soporte de calor
calentado.
Se conoce, por ejemplo, por el documento
DE-A-196 12 191 un acumulador de
calor de este tipo.
Para poder almacenar energía térmica de agua a un
nivel de temperatura lo más alto posible, se pretende una
estratificación de la temperatura del agua almacenada en un
depósito, donde esta estratificación de la temperatura del agua no
debe ser perjudicada durante la carga del acumulador, porque
forzosamente las temperaturas de mezcla son menores que la
temperatura de la capa más caliente de las capas que se mezclan.
Para poder cargar un acumulador de agua caliente sin gasto de
control especial, a pesar de una oferta de calor irregular, que se
produce, por ejemplo, en el caso de utilización de la energía
solar, y a pesar de una temperatura de carga diferente condicionada
por ello, de manera que el agua, calentada con la ayuda de la
energía solar, de una capa de agua del acumulador sea alimentada con
una temperatura de las capas que corresponde a la temperatura de
carga respectiva, se conoce (EP 0 518 369 A1) prever en el depósito
acumulador un conducto ascendente que se extiende sobre la altura
del depósito, en el que desemboca un conducto de carga de un
circuito de carga. Este circuito de carga toma del depósito
acumulador el agua a calentar en la región del fondo, para
calentarla a través de un intercambiador de calor y alimentarla al
conducto ascendente en una región de altura media, que presenta
orificios de paso en su extremo superior y en la región por debajo
de la boca del conducto de carga, de manera que, en determinadas
relaciones de la circulación, el agua que afluye a través del
conducto de carga o bien se eleva hacia arriba o desciende hacia
abajo en el conducto ascendente, en función de su temperatura de
carga, para salir a través de los orificios de paso del conducto
ascendente a la capa de agua que está adaptada a la temperatura de
carga. No obstante, debido a la circulación forzada del agua
transportada a través del circuito de carga, apenas se pueden
mantener las relaciones de la circulación que son necesarias para el
efecto pretendido. A ello hay que añadir que el conducto ascendente
no sólo debe disponerse dentro del depósito acumulador, sino que
también debe aislarse con respecto al depósito, para impedir un
intercambio de calor, que perturba la estructura de capas, entre el
conducto ascendente y el depósito acumulador.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
configurar un acumulador de calor del tipo descrito al principio de
tal forma que se pueda garantizar, sin gasto de control, una carga
del acumulador de calor, que corresponde a la estratificación de la
temperatura, a través del circuito de carga.
La invención soluciona el cometido planteado
porque el conducto ascendente que se extiende fuera del depósito y
que está conectado con el depósito a través de conductos de
conexión forma con el intercambiador de calor un circuito de carga
circulatorio
autónomo.
autónomo.
Puesto que con el intercambiador de calor, en
oposición a los acumuladores de calor convencionales con una
circulación forzada en la región del circuito de carga, forma un
circuito de carga circulatorio autónomo, la circulación del circuito
de carga depende, con los parámetros de construcción dados,
exclusivamente de la temperatura respectiva del soporte de calor
calentado en el intercambiador de calor y de la temperatura de las
capas en el depósito en la región de los conductos de conexión. En
virtud de las diferencias de densidad dependientes de la
temperatura, el soporte de calor calentado en el intercambiador de
calor se eleva en el conducto ascendente hasta que la temperatura de
la capa en el depósito corresponde, en la región de un conducto de
conexión, a la temperatura del soporte de calor en el conducto
ascendente, de manera que debido al efecto de termosifón del
circuito de carga circulatorio autónomo, se ajusta una carga del
acumulador de calor que corresponde a la capa de temperatura
respectiva en el depósito. El circuito de carga circulatorio
autónomo requiere, en efecto, una conexión consecutiva del
intercambiador de calor y del conducto de elevación de acuerdo con
la altura, pero el medio calefactor para el intercambiador de calor
se puede conducir en una circulación forzada, de manera que se puede
aprovechar bien la oferta de calor respectiva a pesar de los
diferentes niveles de la temperatura.
Se consiguen relaciones de diseño especialmente
ventajosas cuando el intercambiador de calor forma al menos una
sección inferior del conducto ascendente, porque en este caso la
temperatura del soporte de calor se eleva en esta sección inferior
del conducto ascendente a lo largo de éste, de manera que se
consigue una adaptación adicional de la temperatura del soporte de
calor en la región del conducto ascendente a la temperatura de la
capa respectiva en el depósito. A través de la curva de la
temperatura del soporte de calor, que se eleva en la sección
inferior del conducto ascendente, se puede impedir fácilmente que
un soporte de calor, calentado a una temperatura más elevada,
circule desde el circuito de carga a través de un conducto de
conexión inferior hasta una capa de temperatura más baja en el
depósito y se perjudique la estratificación térmica en el depósito.
Con el mismo fin, con la excepción del conducto de conexión más
alto, al menos los conductos de conexión por encima del
intercambiador de calor presentan una sección que cae hacia el
depósito. Esta sección del conducto de conexión que cae hacia el
depósito solamente se puede salvar con una diferencia de la
temperatura comparativamente reducida entre el soporte de calor que
asciende por el conducto ascendente y la capa del soporte de calor
del depósito que se encuentra en la región del conducto de
conexión, por lo tanto solamente cuando el depósito debe cargarse en
la región de esta capa adyacente.
Puesto que el acumulador de calor solamente se
puede cargar en la región de una capa de temperatura a través del
conducto de conexión correspondiente cuando la temperatura del
soporte de calor en el conducto ascendente no es menor que la
temperatura de las capas, se recomienda hacer que el conducto de
conexión más alto desemboque a distancia por debajo de la cubierta
del depósito en el depósito, para que el acumulador de calor se
pueda cargar también a través del conducto de conexión más alto de
acuerdo con el nivel máximo de la temperatura.
Como ya se ha indicado, el circuito de carga
circulatorio autónomo fuerza una disposición del intercambiador de
calor y del conducto ascendente uno encima del otro de acuerdo con
la altura, para que el intercambiador de calor pueda formar de una
manera ventajosa con el tubo ascendente una unidad estructural, que
se conecta lateralmente en el depósito a través de los conductos de
conexión. De esta manera resultan condiciones sencillas de diseño,
que permiten el empleo de un circuito de carga circulatorio
autónomo de este tipo en diferentes acumuladores de calor, sin tener
que modificar el diseño del acumulador de calor.
En el dibujo se representa a modo de ejemplo el
objeto de la invención. En este caso:
La figura 1 muestra un acumulador de calor según
la invención, que está conectado en un colector solar, en un
diagrama esquemático de bloques, y
La figura 2 muestra el circuito de carga para
este acumulador de calor en una sección parcial simplificada a una
escala ampliada.
El intercambiador de calor 1 según el ejemplo de
realización representado presenta un depósito estacionario 2, que
recibe para el tratamiento del agua caliente una serpentina tubular
3, que está conectada por abajo en un circuito de agua fría 4 y por
arriba en un circuito de extracción de agua caliente 5. Este
acumulador de calor 1 se carga a través de un circuito de carga 6,
que está constituido por un intercambiador de calor 7 y por un
conducto ascendente 8. La unidad estructural formada por el
intercambiador de calor 7 y el conducto ascendente 8 está conectada
lateralmente, a través de conductos de conexión 9, 10, 11 y 12 al
depósito 2. El intercambiador de calor 7 propiamente dicho presenta,
según la figura 2, una carcasa 13 con un inserto de circulación 14
coaxial, de manera que resulta para el soporte de calor,
habitualmente agua, que afluye desde el depósito 2 para el conducto
de conexión 12 más bajo, un canal de circulación 15 de forma
circular en la sección transversal, en el que está tendida una
serpentina tubular 16 para un medio calefactor, con preferencia
igualmente agua. Esta serpentina tubular 16 está conectada en la
salida 17 y en el retorno 18 de un colector solar 19. El medio
calefactor calentado a través del colector solar 19 es conducido
con la ayuda de una bomba de circulación 20 a través de un conducto
de alimentación 21 aislado térmicamente a la serpentina tubular 16
del intercambiador de calor 7 y calienta a contracorriente el
soporte de calor que se encuentra en el espacio anular 15 para el
acumulador de calor 1. La reducción de la densidad del soporte de
calor implicada con el calentamiento conduce a una circulación
ascendente del soporte de calor en el canal anular 15 y a través
del conducto ascendente 8 que prolonga el canal anular 15, para ser
reconducido, por ejemplo, a través del conducto de conexión más alto
9 de retorno al depósito 2. No obstante, la carga del depósito 2 a
través del conducto de conexión más alto 9, que desemboca a
distancia por debajo de la cubierta 22 del depósito en el depósito
2, solamente es posible cuando la temperatura de la capa de soporte
de calor en el depósito 2 en la región del conducto de conexión 9 es
menor que la del soporte de calor calentado a través del
intercambiador de calor 7. Si se reduce la temperatura del soporte
de calor debido a una oferta reducida de calor a través del medio
calefactor por debajo de la temperatura de las capas en la región
del conducto de conexión 9, entonces se lleva a cabo la carga del
depósito 2 a través de uno de los conductos de conexión 10, 11 en
la región de aquella capa de soporte de calor, que presenta una
temperatura de la capa que está adaptada a la temperatura de la
carga respectiva.
Como se puede reconocer especialmente a partir de
la figura 2, el conducto de conexión 10 entre el conducto de
conexión más alto 9 y el intercambiador de calor 7 está provisto
con una sección 23 que cae hacia el depósito 2, que impide, en el
caso de una carga del depósito 2 a través del conducto de conexión
más alto 9, que una parte del soporte de calor calentado fluya desde
el conducto ascendente 8 a través del conducto de conexión 10 al
depósito 12 y perturbe allí la estratificación de la temperatura.
El soporte de calor más frío en el conducto de conexión 10 de
acuerdo con la capa de temperatura existente en el depósito 2
contrarresta una bajada del soporte de calor más caliente, que
asciende por el conducto ascendente 8, sobre la sección descendente
23. No es necesaria una medida similar para el conducto de conexión
11, porque este conducto de conexión 11 se encuentra en la región
del canal anular 15 del intercambiador de calor 7 y el soporte de
calor en el canal anular 15 en la región del conducto de conexión 11
no se ha calentado todavía a un nivel de temperatura que pueda
poner en peligro el proceso de carga, que perjudica la
estratificación del depósito, a través del conducto de conexión 11.
Debido a la conexión del conducto de conexión 11 en el
intercambiador de calor 7 en la región de su canal anular 15, el
canal anular 15 forma la sección inferior del conducto ascendente
8.
El acumulador de calor 2 no sólo se puede cargar
a través del circuito de carga 6. En general, es posible prever
adicionalmente una carga a través de una caldera de calefacción,
cuya salida se designa con 24 y cuyo retorno se designa con 25 en la
figura 1. Puesto que durante la carga del acumulador de calor 1 a
través de una caldera de calefacción se puede partir de temperaturas
de carga constantes, no es necesario para esta carga ningún
circuito de carga circulatorio autónomo.
No es necesario resaltar especialmente que la
invención no está limitada al ejemplo de realización representado.
Solamente es importante que en el caso de una oferta de calor
variable para el circuito de carga 6, se prevea un circuito de carga
circulatorio autónomo con un intercambiador de calor 7 y un
conducto ascendente 8 fuera del depósito 2, que se conecta en el
conducto ascendente 8 o bien en el intercambiador de calor 7 a
través de conductos de conexión 9, 10, 11, 12 que están
distribuidos de acuerdo con la altura. La estructura del acumulador
de calor 1 propiamente dicho es independiente de la carga a través
del circuito de carga 6 circulatorio autónomo. Además, se pueden
emplear diferentes intercambiadores de calor 7 para el circuito de
carga 6, porque solamente se trata de calentar el soporte de calor
extraído desde la región del fondo del acumulador de calor 1 de tal
forma que se pueda conducir de nuevo de retorno a una capa de
temperatura más alta, sin poner en peligro la estratificación de la
temperatura en el depósito 2 del acumulador de calor 1.
Claims (5)
1. Acumulador de calor (1) con un depósito (2)
para el alojamiento estratificado en cuanto a la temperatura de un
soporte de calor y con un circuito de carga (6), que comprende un
intercambiador de calor (7) previsto fuera del depósito (2) para el
calentamiento del soporte de calor y un conducto ascendente (8),
que se extiende al menos sobre una parte de la altura del depósito,
y que está conectado en cuanto a la circulación con el depósito (2)
a diferentes alturas para el soporte de calor calentado,
caracterizado porque el conducto ascendente (8) que se
extiende fuera del depósito (2) y que está conectado con el
depósito (2) a través de conductos de conexión (9, 10, 11) forma con
el intercambiador de calor (7) un circuito de carga circulatorio
autónomo.
2. Acumulador de calor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el intercambiador de calor (7) forma al
menos una sección inferior del conducto ascendente (8).
3. Acumulador de calor según la reivindicación 1
ó 2, caracterizado porque con la excepción del conducto de
conexión (9) más alto, al menos los conductos de conexión (10) por
encima del intercambiador de calor (7) presentan una sección (23)
que cae hacia el depósito (2).
4. Acumulador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el conducto de
conexión (9) más alto desemboca a distancia por debajo de la
cubierta (22) del depósito en el
depósito (2).
depósito (2).
5. Acumulador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el
intercambiador de calor (7) forma con el tubo ascendente (8) una
unidad estructural que se puede conectar lateralmente en el
depósito (2).
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