ITGE20130118A1

ITGE20130118A1 - Dispositivo per la gestione di fonte termica non programmabile

Info

Publication number: ITGE20130118A1
Application number: IT000118A
Authority: IT
Inventors: Stefano Barberis; Matteo Porta; Alessandro Spoladore; Alberto Traverso; Alberto Nicola Traverso
Original assignee: Alberto Nicola Traverso
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-12

Description

DESCRIZIONE (pagine 2) dell'invenzione avente per TITOLO: "DISPOSITIVO PER LA GESTIONE DI FONTE TERMICA NON PROGRAMMABILE"

DESCRIZIONE (pagine 5)

Nel campo delle energie rinnovabili rivestono particolare rilevanza i dispositivi che consentano di immagazzinare energia in modo efficiente ed economico al fine di soddisfare le esigenze delle utenze, in generale non contemporanee con la disponibilità della fonte energetica. In particolare, nel campo delle tecnologie per l'energia solare cosiddetta termodinamica, la disponibilità di calore ad alta temperatura rende particolarmente problematico ed oneroso l'immagazzinamento dell'energia termica.

L'invenzione riguarda un dispositivo di riscaldamento di un fluido di lavoro mediante sorgente termica non programmabile con possibilità di accumulo di calore.

Con "sorgente termica" si intende una qualsiasi fonte energetica capace di fornire calore, come a titolo esemplificativo ma non limitativo la fonte solare. Con "accumulo termico" si intende un qualsivoglia dispositivo capace di immagazzinare e liberare energia termica, con un bilancio pressoché nullo tra energia entrante ed energia uscente, a meno di perdite. A titolo esemplificativo ma non limitativo l'accumulo termico può essere costituito da materiale solido che scambia calore con il fluido di lavoro.

Con "orifizio calibrato" si intende un orifizio a sezione di passaggio costante o variabile.

Detta sorgente termica (C) con detto accumulo termico (D) e detto orifizio calibrato (E) vengono collegati in parallelo dal punto di vista del fluido di lavoro, secondo lo schema di Figura 1. In tale schema si definisce "sezione a temperatura alta" il tratto di tubazioni identificato dagli estremi 6-7-8-4-5 e si definisce "sezione a temperatura bassa" il tratto di tubazioni identificato dagli estremi 1-2-3-4.

Il controllo del dispositivo viene effettuato tramite i due deviatori di flusso (A) e (B), a titolo esemplificativo ma non limitativo costituiti da due valvole a tre vie modulanti oppure on-off.

Detti deviatori di flusso sono posizionati solo sulla sezione a temperatura bassa con beneficio economico e di affidabilità, dovuto al mancato utilizzo di deviatori di flusso o attuatori operanti a temperature alte. Inoltre con questo accorgimento la durata di funzionamento e la precisione dei suddetti deviatori viene incrementata.

L'orifizio calibrato, operante nella sezione a temperatura alta, ha funzione di controbilanciare le perdite di pressione dell'accumulo caldo e quindi di garantire la ripartizione di portate di fluido di progetto. Tale orifizio può essere a sezione variabile, in modo da migliorare la flessibilità di utilizzo del dispositivo e variare le perdite di pressione attraverso l'orifizio stesso, se ritenuto opportuno.

Il dispositivo inoltre può essere connesso ad altro sistema per la produzione di energia, quali, a titolo esemplificativo e non limitativo, una turbina a gas, una turbina a vapore o un motore a combustione interna, per la produzione di energia termica oppure meccanica oppure elettrica. Detto sistema per la produzione di energia scambia fluido di lavoro con il dispositivo oggetto dell'invenzione: a titolo esemplificativo e non limitativo detto sistema per la produzione di energia fornisce fluido di lavoro alla temperatura bassa al punto 1 del dispositivo e riceve fluido di lavoro a temperatura alta dal punto 5 del dispositivo.

Il dispositivo, attraverso un utilizzo controllato dell'accumulo, consente di rendere flessibile la potenza termica utile compensando la variabilità della sorgente termica. L'accumulo termico, viene preferito a uno scambiatore di calore tradizionale in quanto permette di lavorare ad un solo livello di pressione, non richiedendo quindi particolare resistenza meccanica al materiale utilizzato per l'accumulo termico. Tramite l'accumulo inoltre è possibile minimizzare i costi marginali accumulando energia termica quando può essere prodotta a basso costo dalla sorgente termica per riutilizzarla quando quest'ultima non è presente, o non è economicamente sostenibile.

Vengono definiti i tre principali modi di funzionamento del dispositivo, suddivisi in base allo scambio termico tra il fluido di lavoro e l'accumulo termico (D): carica termica, scarica termica e bypass.

Il funzionamento in "carica termica" consiste nell'immagazzinamento della potenza termica della sorgente termica nell'accumulo, veicolando il fluido di lavoro, per mezzo dei deviatori di flusso, attraverso i circuiti in Figura 1 identificati dagli estremi 1-2-6-7-3-4-5 e 1-2-6-7-8-4-5.11 fluido viene indirizzato attraverso il deviatore (A) e riscaldato passando dalla temperatura bassa alla temperatura alta grazie alla sorgente termica (C) nel tratto 2-6. Viene successivamente costretto almeno parzialmente a passare attraverso il tratto 7-3 a causa delle perdite di carico che l'orifizio calibrato (E) produce nel tratto 8-4. Nel passaggio attraverso l'accumulo termico (D) il fluido di lavoro cede potenza termica all'accumulo termico. Infine grazie al deviatore (B) il fluido percorre il tratto identificato dagli estremi 3-4-5 fino all'uscita dal dispositivo. La rimanente porzione di fluido passa direttamente attraverso l'orifizio calibrato e si miscela nel punto 4 alla porzione di fluido passata attraverso l'accumulo termico.

Il funzionamento in "carica termica" è possibile fino alla condizione di livello termico massimo nell'accumulo termico. Tale livello massimo può essere definito, a titolo esemplificativo e non limitativo, in base alle temperature rilevate nell'accumulo termico stesso.

Il funzionamento in "scarica termica" serve ad utilizzare il contenuto energetico precedentemente accumulato nell'accumulo termico (D) nella fase di carica per aumentare la temperatura del fluido di lavoro consentendo l'incremento dalla temperatura bassa alla temperatura alta. Il fluido di lavoro in questo modo di scarica termica percorre il circuito identificato dagli estremi 1-2-3-7-8-4-5. In questo caso il deviatore (A) impedisce il passaggio attraverso la sorgente termica mentre il deviatore (B) costringe il flusso attraverso l'accumulo termico con ingresso dalla sezione a bassa temperatura. Nell'attraversamente dell'accumulo il fluido passa dalla temperatura bassa alla temperatura alta: infine percorrendo il tratto identificato dagli estremi 7-8-4-5 il fluido esce dal dispositivo. Il funzionamento in "scarica termica" è possibile fino alla condizione di livello termico minimo nell'accumulo termico. Tale livello minimo può essere definito, a titolo esemplificativo e non limitativo, in base alle temperature rilevate nell'accumulo termico stesso.

La modalità di funzionamento "bypass" consiste nella possibilità di non scambiare calore con l'accumulo termico. Si distinguono due casi. Nel primo caso, modo "bypass freddo", i deviatori (A) e (B) costringono il fluido a percorrere il circuito identificato dagli estremi 1-2-3-4-5: il fluido viene quindi reso all'uscita 5 alla temperatura bassa. Nel modo di funzionamento bypass freddo il tratto 4-5 è attraversato da un fluido alla temperatura bassa. Nel secondo caso, modo "bypass caldo", i deviatori (A) e (B) costringono il fluido a percorrere il circuito identificato dagli estremi 1-2-6-7-8-4-5: il fluido viene quindi reso all'uscita 5 alla temperatura alta. Nel modo di funzionamento bypass caldo il tratto 4-5 è attraversato da un fluido alla temperatura alta.

Claims

RIVENDICAZIONI (pagine 2) 1. Dispositivo di riscaldamento di un fluido di lavoro mediante sorgente termica dotato di accumulo di calore; il dispositivo è costituito da una sorgente termica (C), un accumulo termico (D), un orifizio calibrato (E) e due deviatori di flusso (A) e (B); il dispositivo presenta una sezione a temperatura alta ed una a temperatura bassa; i due deviatori di flusso sono posizionati nella sezione a temperatura bassa; l'orifizio calibrato è posizionato nella sezione a temperatura alta; la sorgente termica e l'accumulo termico sono collegati da un lato alla sezione alla temperatura bassa e dall'altro lato alla sezione a temperatura alta.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, che riceve il fluido a temperatura bassa e lo restituisce alla temperatura alta; il dispositivo è regolato secondo tre modi di funzionamento, distinti secondo lo scambio termico tra il fluido di lavoro e l'accumulo termico: carica termica, scarica termica e bypass; in detti modi di funzionamento l'accumulo termico preleva energia termica dal fluido (carica), oppure rilascia energia termica al fluido (scarica), oppure non scambia energia con il fluido (bypass).
3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2, in cui la sorgente termica fornisce l'energia termica in ingresso; detta energia termica in ingresso può essere accumulata nell'accumulo termico durante il modo di funzionamento di carica termica dello stesso; detta energia termica in ingresso può anche essere resa disponibile direttamente al fluido in uscita durante il modo di funzionamento di carica termica o di dell'accumulo termico; detta energia termica in ingresso può anche essere integrata o completamente sostituita dall'energia termica ottenibile dall'accumulo termico, durante la fase di scarica termica dello stesso.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui nel modo di funzionamento di bypass il fluido viene riscaldato dalla sorgente termica.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui nel modo di funzionamento di bypass il fluido non viene riscaldato dalla sorgente termica.
6. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui l'orifizio calibrato è costituito da un orifizio a sezione variabile.
7. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui l'accumulo termico è costituito da materiale solido che scambia calore con il fluido di lavoro.
8. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la sorgente termica è costituita dalla fonte solare.
9. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, che scambia la totalità oppure una frazione del fluido di lavoro con un sistema di generazione di energia termica oppure meccanica oppure elettrica.