ES2552472T3 - Acumulador estratificado - Google Patents

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ES2552472T3
ES2552472T3 ES11009012.3T ES11009012T ES2552472T3 ES 2552472 T3 ES2552472 T3 ES 2552472T3 ES 11009012 T ES11009012 T ES 11009012T ES 2552472 T3 ES2552472 T3 ES 2552472T3
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Abstract

Acumulador estratificado (1) con un depósito acumulador (2) que presenta varias conexiones de agua (10, 11, 12, 13, 14, 15), con uno o varios medios de separación (4) horizontales que dividen el depósito acumulador de agua en varias zonas de acumulador (3), en el que un medio de separación (4) está formado por al menos dos elementos de superficie (5, 6) dispuestos de forma desplazada con una ligera distancia vertical (7) entre ellos, y en el que los elementos de superficie están formados por al menos una placa (5) y al menos una placa perforada (6) adyacente a la pared del depósito acumulador de agua, y en el que la placa (5) está dispuesta de tal forma que el agujero de la placa perforada (6) queda cubierto al menos en parte, caracterizado porque la superficie de sección transversal del agujero mide al menos el 70% de la superficie de sección transversal horizontal del depósito de agua en la zona de la placa perforada (6).

Description

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DESCRIPCION
Acumulador estratificado
La invencion se refiere a un acumulador estratificado para acumular agua caliente para fines de calefaccion y para el abastecimiento de agua caliente domestica.
Un acumulador estratificado de este tipo segun el preambulo de la reivindicacion 1 se dio a conocer por el documento US4,027,821.
Los acumuladores estratificados aprovechan las diferencias de densidad de agua a diferentes temperaturas, de manera que el agua caliente se acumula en la zona superior y el agua fna se acumula en la zona inferior del acumulador estratificado, y se dieron a conocer por ejemplo por el documento US4,598,694. La ventaja del acumulador estratificado consiste en que tanto durante la alimentacion como durante la extraccion de agua caliente, esto puede realizarse en zonas correspondientes a la temperatura correspondiente. El calentamiento del acumulador estratificado por un quemador externo se realiza de tal forma que el agua fna almacenada abajo se extrae, se calienta de modo externo y se vuelve a almacenar en la zona superior.
Es importante que se evite una mezcla no deseada de las capas. Esto se realiza por una parte de tal forma que la alimentacion y la extraccion de agua se realizan a ser posible sin arremolinamiento. Por otra parte, una o varias barreras horizontales pueden formar capas de acumulacion individuales y entorpecer de esta manera una mezcla. Por tanto, en la memoria de patente US4,598,694 se propone prever en un acumulador estratificado dos chapas de separacion que dividan el acumulador en tres capas de acumulador. Para el intercambio del agua en el acumulador estratificado, el borde exterior de las chapas de separacion, adyacente a la pared del acumulador estratificado, esta entallado, de tal forma que allf quedan formados pasos. Adicionalmente, las chapas de separacion presentan en el centro una rejilla tamiz.
La solicitud de patente FR2902863A1 muestra un acumulador estratificado en el que chapas de separacion horizontales y dispuestas respectivamente alternando con un desplazamiento lateral entorpecen una conveccion.
Sin embargo, se ha mostrado que los acumuladores estratificados con barreras horizontales segun el estado de la tecnica sf son adecuados para dividir el acumulador estratificado en distintas zonas de temperatura y reducir un intercambio no deseado de las capas de acumulador. No obstante, especialmente durante el servicio de calefaccion invernal cuando por una parte se extrae del acumulador estratificado continuamente agua caliente para la calefaccion y al mismo tiempo se calienta el agua en el acumulador estratificado mediante un quemador externo, se pueden producir arremolinamientos dentro del acumulador estratificado que influyen negativamente en la estratificacion dentro del acumulador estratificado. Precisamente aqrn tienen un efecto negativo los orificios relativamente pequenos en las chapas de separacion, ya que causan velocidades de circulacion relativamente altas. Por lo tanto, resulta un conflicto de objetivos, ya que las chapas de separacion con orificios pequenos por una parte garantizan una buena separacion de las capas de acumulador cuando no circula el agua, pero por otra parte causan arremolinamientos cuando se esta recirculando agua. Por otra parte, en el caso de orificios grandes en las chapas de separacion, los arremolinamientos producidos por el agua entrante tambien pueden repercutir en capas contiguas del acumulador.
Por lo tanto, la invencion tiene el objetivo de proporcionar un acumulador estratificado con chapas de separacion que produzca una buena separacion de las capas de acumulador, tanto con el agua en reposo como durante la circulacion en agua.
Segun la invencion, este objetivo se consigue con las caractensticas de la reivindicacion 1 porque los medios de separacion estan formados respectivamente por dos elementos de superficie, por ejemplo dos chapas de separacion, dispuestos de forma desplazada unos respecto a otros a una pequena distancia. De esta manera, por una parte, se evita que arremolinamientos dentro de una capa de acumulador repercutan en la capa de acumulador contigua. Esto se consigue de tal forma que por el desplazamiento, el intersticio entre los elementos de superficie debe ser atravesado por el agua en forma de meandro. Ademas, el intersticio presenta una alta resistencia a la circulacion. Por otra parte, la superficie de seccion transversal del intersticio es suficientemente grande para conseguir unas velocidades de flujo muy bajas durante el paso del agua de una capa de acumulador a la capa de acumulador contigua. De esta manera, durante paso se consigue una circulacion laminar con una baja velocidad de circulacion que contribuye a mantener la estratificacion de la temperatura en el acumulador estratificado.
La distancia entre los elementos de superficie de un medio de separacion es muy pequena. En una forma de realizacion preferible, la distancia es inferior al 10% de la altura interior del deposito acumulador, y en una forma
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de realizacion especialmente preferible es inferior al 5%.
En una variante se solapan los elementos de superficie dispuestos con un desplazamiento, de tal forma que la circulacion en forma de meandro y la elevada resistencia a al circulacion quedan realizadas de una forma especialmente ventajosa.
De manera ventajosa, la medida en la que se solapan los elementos de superficie es mayor que la distancia de los elementos de superficie entre ellos.
Segun la invencion, los elementos de superficie estan conformados y dispuestos de tal manera que un elemento de superficie anular, unido a la pared del deposito acumulador, actua en conjunto con un elemento de superficie que ha de ser cubierto por el agujero formado por el elemento de superficie.
Segun la invencion, los elementos de superficie estan dimensionados de tal forma que la superficie de seccion transversal del agujero del elemento de superficie anular mide al menos el 70% de la superficie de seccion transversal horizontal del acumulador estratificado en esta zona.
En otra variante de realizacion, el acumulador estratificado presenta una seccion transversal redonda, y tambien el agujero y el elemento de superficie que cubre el agujero son redondos y estan dispuestos de forma concentrica con respecto al acumulador estratificado.
A continuacion, la invencion se describe en detalle con la ayuda de la figura.
Muestra:
la figura 1:un acumulador estratificado segun la invencion.
La figura 1 muestra un acumulador estratificado 1 segun la invencion. El acumulador estratificado 1 presenta un deposito acumulador 2 en el que esta almacenada agua caliente por capas, de tal manera que el agua caliente se encuentra arriba y el agua mas fna se encuentra abajo. En el acumulador estratificado 1 estan previstos dos medios de separacion 4 permeables que dividen el acumulador estratificado 2 en tres capas de acumulador 3. El deposito acumulador 2 es calentado por una fuente de calor 21. Para ello, una bomba 29 hace pasar el agua fna en la zona inferior del acumulador estratificado 1, a traves de la conexion de agua 14, por la fuente de calor, la caliente allf y a continuacion la transporta, a traves de la conexion de agua 15, a la zona superior caliente del acumulador estratificado 1. Como fuente de calor pueden usarse un quemador y/o un colector solar y/o el calor de escape de una planta de cogeneracion. En el caso de varias fuentes de calor, estan previstas correspondientemente varias conexiones de agua 14 y 15 que tambien pueden desembocar en diferentes capas de acumulador 3 del acumulador estratificado 1.
Ademas, al acumulador estratificado 1 estan unidos varios disipadores calor. Se trata de una calefaccion 23 que a traves de las conexiones de agua 12 y 13 y una bomba 22, esta conectada a la zona de acumulacion 3 central del acumulador estratificado 1. Ademas, se trata de un intercambiador de calor de agua potable 25 que a traves de las conexiones de agua 10 y 11 y una bomba 24 esta conectado a las zonas superior e inferior del acumulador estratificado y que a traves del tubo entrada de agua fresca 26 calienta el agua entrante y a traves de la tubena de agua potable 27 calienta agua saliente.
Durante el servicio de calefaccion invernal, al acumulador estratificado 1 se extrae agua caliente a traves de la conexion de agua del tubo de alimentacion de calefaccion 12 en la zona central del acumulador y se realimenta a traves de la conexion de agua del tubo de retorno de calefaccion 13. Las conexiones de agua 12 y 13 desembocan en el acumulador estratificado 1 respectivamente cerca de un medio de separacion 4.
A causa del agua entrante y saliente, en la zona de las conexiones de agua se producen corrientes y arremolinamientos que pueden conducir a una mezcla de las capas de acumulador escalonadas termicamente. Esto se impide mediante el medio de separacion 4. El medio de separacion 4 esta formado por una placa perforada 6 anular, introducida horizontalmente en el deposito acumulador 2, asf como mediante una placa 5 que recubre el agujero de la placa perforada 6. La placa perforada 6 esta unida a la pared del deposito acumulador 2. La placa 5 se encuentra a una pequena distancia 7 por encima o por debajo de la placa perforada 6. Preferentemente, el deposito acumulador 2, la placa perforada 6 y la placa 5 son redondos y estan dispuestos de forma concentrica. Sin embargo, segun la invencion tambien son posibles otras secciones transversales. Segun la invencion, tambien pueden emplearse mas de dos elementos de superficie, por ejemplo puede estar prevista otra placa perforada por encima de la placa 5. De esta manera, aumenta el efecto que impide la mezcla. El diametro de la placa 5 es ligeramente mas grande que el diametro del agujero de la placa perforada 6. De esta manera, la
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placa 5 y la placa perforada 6 se solapan en la medida de solape 8. Preferentemente, la medida de solape 8 es mas grande que la distancia 7, de manera que entre la placa 5 y la placa perforada 6 queda formado un intersticio estrecho. Mediante este intersticio se impide que corrientes o arremolinamientos producidos por el agua entrante o saliente repercutan en una zona contigua del acumulador.
Durante el funcionamiento, el agua contenida en el acumulador estratificado 1 es calentada de forma dclica o periodica por la fuente de calor 21. Para ello, en la zona inferior del acumulador estratificado 1 se toma agua enfriada, se calienta y se vuelve a almacenar en la zona superior. Durante ello, por el agua almacenada en la zona superior del acumulador estratificado, el contenido del acumulador estratificado queda desplazado hacia abajo. A traves del intersticio estrecho que se extiende a lo largo de una gran circunferencia entre las placas 5 y las placas perforadas 6, el agua puede circular de forma laminar y a una baja velocidad de flujo a la respectiva zona de acumulador 3 situada por debajo, impidiendo arremolinamientos o mezclas, de manera que se mantiene la estratificacion termica.
Lista de signos de referencia
1 Acumulador estratificado
2 Deposito acumulador
3 Capa de acumulador
4 Medio de separacion
5 Primer elemento de superficie (placa)
6 Segundo elemento de superficie (placa perforada)
7 Distancia
8 Medida de solape
10 Conexion de agua toma de agua caliente agua potable
11 Conexion de agua tubo de retorno agua potable
12 Conexion de agua tubo de alimentacion calefaccion
13 Conexion de agua tubo de retorno calefaccion
14 Conexion de agua tubo de alimentacion fuente de calor
15 Conexion de agua tubo de retorno fuente de calor
20 Bomba circuito de fuente de calor
21 Fuente de calor
22 Bomba circuito de calefaccion
23 Calefaccion
24 Bomba intercambiador de agua potable
25 Intercambiador de calor de agua potable
26 Tubo de entrada de agua fresca
27 Tubena de agua potable

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Acumulador estratificado (1) con un deposito acumulador (2) que presenta varias conexiones de agua (10, 11, 12, 13, 14, 15), con uno o varios medios de separacion (4) horizontales que dividen el deposito acumulador de agua en varias zonas de acumulador (3), en el que un medio de separacion (4) esta formado por al menos dos elementos de superficie (5, 6) dispuestos de forma desplazada con una ligera distancia vertical (7) entre ellos, y en el que los elementos de superficie estan formados por al menos una placa (5) y al menos una placa perforada (6) adyacente a la pared del deposito acumulador de agua, y en el que la placa (5) esta dispuesta de tal forma que el agujero de la placa perforada (6) queda cubierto al menos en parte, caracterizado porque la superficie de seccion transversal del agujero mide al menos el 70% de la superficie de seccion transversal horizontal del deposito de agua en la zona de la placa perforada (6).
  2. 2. - Acumulador estratificado segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la distancia (7) mide menos del 10% de la altura interior del deposito acumulador (2).
  3. 3. - Acumulador estratificado segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la distancia (7) mide menos del 5% de la altura interior del deposito acumulador (2).
  4. 4. - Acumulador estratificado segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de superficie (5,6) se solapan al menos en parte en la medida de solape (8) horizontal.
  5. 5. - Acumulador estratificado segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la medida de solape (8) es mayor que la distancia (7).
  6. 6. - Acumulador estratificado segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el deposito de agua (2) presenta horizontalmente una seccion transversal redonda y porque el agujero de la placa perforada (6) y la placa (5) son respectivamente redondos y estan orientados coaxialmente con respecto al deposito de agua (2).
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