ES2604278T3 - Sistema de acumulación térmica - Google Patents

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Abstract

Sistema de acumulación térmica con un gran número de de recipientes de acumulación (1), en los que se encuentra un medio de acumulación de calor latente, con un sistema de conducción con conductos de alimentación para alimentar calor a los recipientes de acumulación (1), con unos conductos de evacuación para evacuar calor desde los recipientes de acumulación (1), y con una o varias válvulas, mediante las cuales puede bloquearse o modificarse la circulación de al menos un conducto de alimentación al menos hasta uno de los recipientes de acumulación (1) y/o al menos de un conducto de evacuación desde al menos uno de los recipientes de acumulación (1), y con una unidad de control (10), que está unida a la o a las válvula(s) y está realizada de tal manera, que activa las mismas, en donde varios o todos los recipientes de acumulación (1) pueden activarse individualmente a través de válvulas, y caracterizado porque la unidad de control está realizada de tal manera que la misma activa individualmente a través de las válvulas varios o todos los recipientes de acumulación (1), es decir que estos se cargan selectivamente con calor o se extrae calor de los mismos, en donde la unidad de control prefija a elección un primer modo de funcionamiento, en el que se aprovecha calor sensible del medio de acumulación de calor latente, y/o un segundo modo de funcionamiento, en el que se aprovecha el calor de fusión del medio de acumulación de calor latente, y en donde la selección del modo de funcionamiento se realiza automáticamente en función de la necesidad térmica demandada y los modos de funcionamiento pueden seleccionarse unos con independencia de los otros.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de acumulacion termica
La presente invencion hace referencia a un sistema de acumulacion termica segun el preambulo de la primera reivindicacion. Un sistema de este tipo se conoce en la figura 3 del documento WO 98/40684.
Actualmente se conocen numerosas aplicaciones, como por ejemplo la puesta a disposicion de agua caliente en edificios, para las que es ventajosa la acumulacion termica y por ello debe buscarse la misma. De este modo es por ejemplo conocido acumular durante el dla el calor producido por la radiacion solar, para poder aprovechar el mismo despues cuando falta la radiacion solar o la misma es relativamente reducida.
El objeto de la presente invencion consiste en producir un sistema de acumulacion termica que funcione ventajosamente. Conforme a la invencion esta previsto un sistema de acumulacion termica segun la reivindicacion 1.
De este modo esta previsto, conforme a la invencion, que el sistema de acumulacion termica presente un gran numero de recipientes de acumulacion que comprendan un medio de acumulacion termica latente, por ejemplo un hidrato de sal o de forma preferida otro medio que cristalice durante la evacuacion termica. A traves de los conductos de alimentacion puede alimentarse calor a los acumuladores de calor latente y a traves de los conductos de evacuacion, en caso necesario, puede evacuarse calor desde los mismos.
La alimentacion y la evacuacion termica se controla o regula mediante una unidad termica, que actua sobre unas valvulas, que controla o regula la alimentacion termica o de un medio portador termico, respectivamente la evacuacion termica o del medio portador termico.
La invencion hace referencia a un sistema de acumulacion termica con uno o mas recipientes de acumulacion, en los que se encuentra un medio de acumulacion de calor latente, en donde el sistema de acumulacion termica esta realizado de tal manera que puede hacerse funcionar en un primer modo de funcionamiento, en el que se aprovecha calor sensible del medio de acumulacion de calor latente, y que puede hacerse funcionar en un segundo modo de funcionamiento, en el que se aprovecha el calor de fusion del medio de acumulacion de calor latente.
Por “calor sensible” debe entenderse el calor o el contenido calorlfico del medio de acumulacion de calor latente, que puede extraerse sin que se produzca un cambio de fase. Conforme a la invencion esta previsto, segun esta conformacion de la invencion, que el sistema de acumulacion termica pueda hacerse funcionar en el primer modo de funcionamiento o tambien en el segundo modo de funcionamiento, o tambien en ambos modos de funcionamiento. La eleccion del modo de funcionamiento se prefija mediante una unidad de control que, segun la necesidad de calor, hace funcionar el sistema de acumulacion termica en el primero, en el segundo o en ambos modos de funcionamiento, por ejemplo simultanea o consecutivamente.
Conforme a la invencion esta previsto que varios o todos los recipientes de acumulacion puedan activarse individualmente a traves de unas valvulas. De este modo es posible activar selectivamente uno o varios de los recipientes de acumulacion, es decir “cargar” los mismos con calor o extraer calor de los mismos.
Los terminos utilizados en el marco de la invencion “cargar” y “carga” o “descargar” y “descarga” significan la alimentacion termica al medio de acumulacion de calor latente o la evacuacion de calor desde el medio de acumulacion de calor latente.
Conforme a la invencion esta previsto que la eleccion del modo de funcionamiento se produzca automaticamente y que los modos de funcionamiento puedan elegirse independientemente unos de otros.
De este modo es por ejemplo concebible que puedan ajustarse automaticamente, en funcion de la necesidad de calor, el primer modo de funcionamiento o el segundo modo de funcionamiento o simultanea o secuencialmente ambos modos de funcionamiento.
En otra conformacion de la invencion esta previsto que el sistema de acumulacion termica presente uno o varios circuitos de calor o que este unido a los mismos, a traves de los cuales puede alimentarse el calor a uno o varios consumidores de calor desde el o los recipientes de calor.
Es concebible que el sistema de acumulacion termica presente al menos un circuito de calor o este unido al menos un circuito de calor, en el que este previsto al menos un intercambiador de calor para calentar agua industrial. De este modo es por ejemplo concebible aprovechar el calor acumulado en los medios de acumulacion de calor latente para calentar agua industrial, por ejemplo en el ambito domestico.
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En otra conformacion de la invencion esta previsto que el sistema de acumulacion termica presente al menos un circuito de calor o este unido al mismo, que se use como circuito de caldeo. De esta forma es posible aprovechar el calor acumulado en los medios de acumulacion de calor latente para calentar por ejemplo un edificio.
En otra conformacion de la invencion esta previsto que la unidad de control este unida al menos a un sensor, que emita una senal representativa de la necesidad de calor de al menos un punto de consumo y/o del contenido calorlfico de al menos un recipiente de acumulacion, y que la unidad de control, en funcion de la al menos una senal de sensor, active la o las valvulas del sistema de conduction de los recipientes de acumulacion.
En otra conformacion de la invencion esta previsto que en el primer modo de funcionamiento se acople al menos un recipiente de acumulacion, si no es suficiente la cantidad de calor sensitivo de los recipientes de acumulacion que ya se han acoplado.
Asimismo puede estar previsto que se conmute del primer al segundo modo de funcionamiento, si se ha agotado el calor sensitivo del medio de acumulacion de calor latente y/o que la unidad de control este realizada de tal manera que, al cargar los recipientes de acumulacion, alimente primero al o a los recipiente(s) de acumulacion calor con un mlnimo de contenido calorlfico o uno relativamente reducido y despues de su carga, de forma preferida despues de su carga completa, se conmute a uno o varios recipientes de acumulacion adicionales, de tal manera que al mismo o a los mismos se alimente calor.
En otra conformacion de la invencion esta previsto que el recipiente de acumulacion presente una anchura o profundidad o bien un diametro < 50 cm, de forma preferida < 30 cm y en particular de forma preferida en un margen de 5 cm a 15 cm. Estas dimensiones reducidas permiten integrar en paredes de forma que ahorre espacio el sistema de acumulacion de calor latente o al menos el o los recipiente(s) de acumulacion, o al menos el o los recipiente(s) de acumulacion para el funcionamiento fijo, es decir estacionario, o llevarlo a cabo en un montaje previo en pared.
Como se ha mencionado, en el caso del medio de acumulacion de calor latente se trata de forma preferida de un medio de acumulacion tal, que cristalice en el caso de evacuation de calor y en el caso de alimentation de calor pase al estado llquido.
Asimismo puede estar previsto, que el sistema de acumulacion termica este unido a una fuente de calor, en particular a una instalacion solar, a un quemador para quemar madera, granulos de madera, aceite o gas, etc. o comprenda una fuente de calor de este tipo. Esta fuente de calor esta unida al sistema de conduccion y se usa para alimentar al o a los recipiente(s) de acumulacion, en caso necesario, el calor producido de este modo.
La invencion hace referencia asimismo a un edificio o a una unidad movil, como poe ejemplo una caravana, un vehlculo de motor, etc. con al menos un sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones 1 a 4.
Se explican con mas detalle detalles y ventajas adicionales de la invencion en base a un ejemplo de realization representado en el dibujo.
La unica figura muestra un sistema de acumulacion termica conforme a la presente invencion en una vista esquematica.
El sistema de acumulacion termica conforme a la presente invencion presenta varios recipientes de acumulacion 1 llamados a partir de ahora clusteres 1. Estos clusteres 1 son particularmente apropiados para la acumulacion estacionaria a largo plazo de calor as! como para la puesta a disposition de calor relacionada con el consumo. La unidad de acumulacion de calor latente se compone, como se ha representado en la figura, de un numero cualquiera de recipientes de acumulacion o clusteres 1.
Los clusteres aislados 1 estan rellenos de un medio de acumulacion de calor latente.
El sistema de acumulacion termica conforme a la presente invencion comprende asimismo una unidad de control central 10, con el sistema de sensores y los circuitos de calor necesarios para cargar y descargar los medios de acumulacion de calor latente con calor.
Como se deduce de la figura, cada uno de los clusteres 1 puede activarse individualmente a traves de unas valvulas reunidas en un bloque de valvulas 2, es decir, a cada cluster 1 puede alimentarse selectivamente calor, respectivamente desde cada cluster 1 puede evacuarse selectivamente calor. Esto se realiza mediante la conmutacion de las valvulas situadas en el bloque de valvulas 2 que, por su lado, son activadas mediante la unidad de control 10.
Como se deduce asimismo de la figura, el calor de los medios de acumulacion de calor latente situados en los clusteres 1 puede aprovecharse para hacer funcionar un circuito de caldeo, que se ha caracterizado en la figura con
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el slmbolo de referenda 6. Este circuito de caldeo se activa a traves de la conmutacion de las valvulas correspondientes en el bloque de valvulas 3.
Adicionalmente esta previsto otro circuito de calor, que comprende el intercambiador de calor 4 que se usa para proporcionar agua caliente como agua industrial. La conexion de agua caliente, por ejemplo de una casa, esta caracterizada con el slmbolo de referencia 5.
Tambien este circuito de calor adicional puede activarse mediante unas valvulas correspondientes del bloque de valvulas 3. La activacion de las valvulas en el bloque de valvulas 3 se realiza tambien, como la de las bombas de ambos circuitos de calor, mediante la unidad de control 10.
Como se deduce asimismo de la figura, cada cluster 1 se compone de una estructura tubular que esta rellena del medio de acumulacion de calor latente, de forma preferida hidrato de sal. A traves del mismo circula un conducto, que esta relleno o por el que fluye por ejemplo de agua u otro medio portador termico, de tal manera que el agua u otro medio portador termico, como p.ej. el propio medio de acumulacion de calor latente, segun el modo de funcionamiento o bien entrega calor al medio de acumulacion de calor latente situado en el cluster 1 o lo extrae del mismo.
Las unidades de acumulacion de calor latente o los clusteres 1 entregan de forma preferida el calor acumulado, despues de su carga completa, en dos modos de trabajo separados. Los inconvenientes de “uno u otro modo de trabajo” se evitan de este modo, si bien la invencion abarca tambien un modo de funcionamiento de este tipo.
El aprovechamiento del calor sensible, es decir que puede sentirse, as! como del de fusion uno con independencia del otro, hace posible la puesta a disposicion de calor en breve tiempo as! como a largo plazo.
Mientras que el calor sensible se acumula de forma preferida en breve tiempo y, segun el ejemplo de realizacion aqul representado, se pone a disposicion principalmente para el agua industrial, el calor de fusion o latente puede proporcionarse a largo plazo y usarse por ejemplo para hacer funcionar un sistema de caldeo.
El comportamiento de funcionamiento con relacion a la acumulacion en breve tiempo de calor se corresponde con la tecnica de acumulacion habitual disponible en el mercado. Sin embargo, en lugar de un acumulador de agua caliente en el ejemplo de realizacion aqul representado se utiliza un intercambiador de calor de placa. Esto impide desde un principio el riesgo de impurezas o de infeccion por legionella. Ademas de esto, mediante medidas de prevencion se descartan perdidas de energla causadas por aumento de temperatura para eliminar germenes.
La carga de los clusteres 1 o de los medios de acumulacion de calor latente situados en los mismos puede llevarse a cabo a traves de todas las fuentes de calor disponibles. Pueden citarse a modo de ejemplo instalaciones termicas solares, granulos de madera, chimeneas, aceites o quemadores de gas, etc.
El proceso de carga y descarga, es decir, la alimentacion de calor a los clusteres 1 as! como la evacuacion de calor desde los clusteres 1, se controla o regula a traves del control central 10 integrado.
A este respecto puede estar previsto que, de un modo y de una manera inteligentes y previsores, se elijan y carguen o descarguen clusteres 1 aislados.
El calor sensible puede seleccionarse y proporcionarse tambien, segun sea requerido, a traves del control 10.
La acumulacion a largo plazo del calor se realiza de forma preferida en forma del caldo subfundido del hidrato de sal o de otro medio de acumulacion de calor latente apropiado. Esta acumulacion es estable a largo plazo y en cuanto a temperatura. Es concebible llevar a cabo la evacuacion de calor en clusteres de 1kWh. Es concebible llevar a cabo la evacuacion y la alimentacion de calor mediante el control central 10. A este respecto puede estar previsto llevar a cabo la evacuacion de calor con relacion al calor de fusion acumulado por medio de que un mecanismo de activacion 8 en el cluster 1 inicie el proceso de cristalizacion del hidrato de sal. A este respecto el hidrato de sal se calienta en el cluster 1 a 58 °C y a traves del circuito de calor puede proporcionarse el calor. Como es natural, en el caso de este valor solo se trata de un valor ejemplificativo, que no limita la invencion. El mecanismo de activacion 8 se activa de forma preferida automaticamente y en particular de forma preferida mediante el control 10.
Como se indica en la figura, los clusteres 1 estan realizados tubularmente. En el ejemplo de realizacion representado tienen un diametro de 10 cm. De este modo pueden integrarse para su uso fijo, de forma que ahorran espacio, por ejemplo en paredes o realizarse en el montaje previo en pared. De este modo el presente sistema es particularmente adecuado para instalarse en edificios y puede utilizarse all!, por ejemplo, para calentar agua industrial y/o formando parte o para hacer funcionar el sistema de calefaccion.
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La carga de los clusteres 1 se realiza, desde una fuente de calor no representada con mas detalle, a traves de unos controles correspondientes de las valvulas del bloque de valvulas 2. De forma preferida se alimenta calor generado termicamente por energla solar. La unidad de control central 10 selecciona un cluster 1 completamente descargado. El estado de funcionamiento se reconoce a traves de un sistema de sensores 7 en el cluster 1. A continuacion se selecciona hidraulicamente el cluster 1 seleccionado, a traves de los bloques de valvulas 2 y 3 instalados, y se interconecta en el circuito de calor de tal manera, que puede “cargarse” con calor.
El proceso de carga prosigue hasta que el sistema de sensores 7 situado sobre o el cluster 1 detecta la disolucion completa del medio de acumulacion de calor latente. Despues de esto ha terminado el proceso de carga.
Si se dispone de calor adicional procedente de una fuente de calor, se realiza la selection de otro cluster 1 y su carga puede realizarse como se ha descrito.
Una vez finalizada la carga, el medio de acumulacion de calor latente se calienta hasta una temperatura de aprox. 70 °C a 80 °C. A causa de la protection calorlfuga el calor sensitivo puede acumularse en breve tiempo y aprovecharse para obtener agua caliente.
Si se demanda agua caliente, esto lo detecta la unidad de control 10 mediante el sistema de sensores en el intercambiador de calor 4 y selecciona un cluster 1. Este se interconecta seguidamente con el intercambiador de calor de placa 4 a traves de los bloques de valvulas 2 y 3 o a traves de la position de valvula de las valvulas situadas dentro de los mismos. Mediante la evacuation del calor sensitivo mediante un medio portador termico se enfrla el medio de acumulacion de calor latente del cluster 1 seleccionado de forma correspondiente y se encuentra despues, segun la cantidad de calor evacuado, por ejemplo en el estado de un caldo subfundido.
Debido a que el proceso de cristalizacion no se ha iniciado todavla, el calor de fusion acumulado en el mismo sigue estando disponible.
Si la cantidad de calor de un cluster 1 no fuera suficiente para cubrir la demanda de agua caliente, pueden interconectarse clusteres 1 adicionales. Si el acumulador de todos los clusteres 1 estuviese agotado en cuando a cantidad de calor sensitivo, el exceso de demanda puede cubrirse a traves de la descarga del calor de fusion, como se describe a continuacion.
El caldo subfundido puede acumular energla calorlfica durante periodos de tiempo de cualquier longitud. Si se necesita este calor acumulado para cubrir la demanda, la unidad control central 10 selecciona uno o varios clusteres 1.
A traves del mecanismo de activation 8 representado se inicia el proceso de cristalizacion del medio de acumulacion de calor latente. El cluster 1 se interconecta hidraulicamente a traves de los bloques de valvulas 2 y 3 y se acopla a la fuente de demanda. En el caso de la fuente de demanda puede tratarse del intercambiador de calor de placa 4, es decir de calor que se necesita para proporcionar agua industrial, o de un circuito de caldeo 6. Tambien se contemplan otros consumidores de calor.
De este modo es concebible que se seleccione un cluster 1 tras otro, para extraer calor del mismo. Tambien es concebible que la carga y/o la descarga del cluster 1 se realice por grupos, que por lo tanto se cargue y/o descargue simultaneamente mas de un cluster 1.
Como se deduce asimismo de la figura, el sistema de conduction situado en el cluster 1 para el medio portador termico puede presentar un intercambiador de calor 9, que se usa en primera llnea para proporcionar agua caliente. Este medio portador termico, o bien el situado en el mismo o que fluye a traves del mismo, aprovecha en primera llnea el calor sensitivo del medio de acumulacion de calor latente situado en el cluster 1. En el ejemplo de realization representado anteriormente se demandaba el calor de fusion del hidrato de sal, despues de que se agotase el calor sensitivo del medio de acumulacion de calor latente. Basicamente es tambien concebible, como es natural, llevar a cabo estos procesos no de forma secuencial, sino simultaneamente. De este modo es por ejemplo concebible utilizar uno o algunos clusteres para obtener agua industrial o para un disipador de calor, para el que es suficiente el calor sensitivo, y uno o varios clusteres para el funcionamiento de caldeo o para un disipador de calor, para el que se necesita el calor que se libera durante la modification de fase.
Es particularmente ventajoso que los procesos de descarga as! como del proceso de carga del o de los clusteres se realicen mediante el control 10 de forma totalmente automatica.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de acumulacion termica con un gran numero de de recipientes de acumulacion (1), en los que se encuentra un medio de acumulacion de calor latente, con un sistema de conduccion con conductos de alimentacion para alimentar calor a los recipientes de acumulacion (1), con unos conductos de evacuacion para evacuar calor
    5 desde los recipientes de acumulacion (1), y con una o varias valvulas, mediante las cuales puede bloquearse o modificarse la circulation de al menos un conducto de alimentacion al menos hasta uno de los recipientes de acumulacion (1) y/o al menos de un conducto de evacuacion desde al menos uno de los recipientes de acumulacion (1), y con una unidad de control (10), que esta unida a la o a las valvula(s) y esta realizada de tal manera, que activa las mismas, en donde varios o todos los recipientes de acumulacion (1) pueden activarse individualmente a traves 10 de valvulas, y caracterizado porque la unidad de control esta realizada de tal manera que la misma activa individualmente a traves de las valvulas varios o todos los recipientes de acumulacion (1), es decir que estos se cargan selectivamente con calor o se extrae calor de los mismos, en donde la unidad de control prefija a election un primer modo de funcionamiento, en el que se aprovecha calor sensible del medio de acumulacion de calor latente, y/o un segundo modo de funcionamiento, en el que se aprovecha el calor de fusion del medio de acumulacion de 15 calor latente, y en donde la selection del modo de funcionamiento se realiza automaticamente en funcion de la necesidad termica demandada y los modos de funcionamiento pueden seleccionarse unos con independencia de los otros.
  2. 2. Sistema de acumulacion termica segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el sistema de acumulacion termica presenta uno o varios circuitos de calor o esta unido a los mismos, a traves de los cuales puede alimentarse
    20 calor a uno o varios consumidores de calor desde el o los recipientes de calor (1).
  3. 3. Sistema de acumulacion termica segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el sistema de acumulacion termica presenta al menos un circuito de calor o esta unido al menos un circuito de calor, en el que este previsto al menos un intercambiador de calor de forma preferida para calentar agua industrial
  4. 4. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de 25 acumulacion termica presenta al menos un circuito de calor o esta unido al menos a un circuito de calor, que se usa
    como circuito de caldeo.
  5. 5. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de control esta unida al menos a un sensor, que emite una senal representativa de la necesidad de calor de al menos un punto de consumo, y porque la unidad de control, en funcion de la al menos una senal de sensor, activa la o las
    30 valvula(s) del sistema de conduccion de los recipientes de acumulacion (1).
  6. 6. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el primer y/o segundo modo de funcionamiento se acopla al menos un recipiente de acumulacion (1), si no es suficiente la cantidad de calor sensitivo o del calor latente de los recipientes de acumulacion (1) que ya se han acoplado.
  7. 7. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se conmuta 35 del primer al segundo modo de funcionamiento, si se ha agotado el calor sensitivo del medio de acumulacion de
    calor latente.
  8. 8. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de control (10) esta realizada de tal manera que durante la alimentacion de calor a los recipientes de acumulacion (1), alimenta primero al o a los recipiente(s) de acumulacion calor con un mlnimo de contenido calorlfico o uno
    40 relativamente reducido y, despues de su carga, se conmuta al menos a otro recipiente de acumulacion (1), de tal manera que se alimenta calor al al menos un recipiente de acumulacion (1) adicional.
  9. 9. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el recipiente de acumulacion (1) presenta una anchura o profundidad o bien un diametro < 50 cm, y de forma preferida < 30 cm
  10. 10. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de 45 acumulacion de calor latente esta realizado de tal manera, que cristaliza en el caso de evacuacion de calor.
  11. 11. Sistema de acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de acumulacion de calor esta unido a una fuente de calor, en particular a una instalacion solar, a un quemador para quemar madera, granulos de madera, aceite o gas, etc. o comprende una fuente de calor de este tipo.
  12. 12. Edificio o una unidad movil, como una caravana, un vehlculo de motor, etc. con al menos un sistema de 50 acumulacion termica segun una de las reivindicaciones anteriores.
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