IT202000004399A1 - Serbatoio per la produzione di acqua calda sanitaria. - Google Patents

Serbatoio per la produzione di acqua calda sanitaria. Download PDF

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Description

TITOLO: SERBATOIO PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA.
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha per oggetto un serbatoio per la produzione di acqua calda sanitaria.
Oggigiorno per la produzione di acqua calda sanitaria ? noto utilizzare sistemi che prevedono ad esempio l'accumulo in pressione di acqua dentro un serbatoio in acciaio internamente al quale ? inserito uno scambiatore di carico che cede il calore al serbatoio in acciaio che a sua volta lo cede all'acqua contenuta al suo interno.
Sono anche noti sistemi di accumulo a vaso aperto i quali comprendono un serbatoio contenente due serpentini in acciaio inox immersi nell'acqua, di cui in uno viene fatta scorrere dell'acqua riscaldata attraverso un generatore di calore, la quale cede il proprio calore all'acqua tecnica, e nell'altro scorre l'acqua sanitaria, che viene riscaldata dall'acqua tecnica.
Tali soluzioni di serbatoi in pressione noti presentano degli inconvenienti: infatti l'impiego di differenti materiali metallici e la presenza di ossigeno pu? portare alla corrosione di uno dei materiali accoppiati che porta ad un deterioramento del serbatoio, a perdite nelle tubazioni o a cedimento dei fissaggi.
Al fine di proteggere l'intero sistema vengono inseriti nel serbatoio degli anodi sacrificali i quali vengono attaccati per primi dalla corrosione proteggendo cos? gli altri materiali.
Tale soluzione implica per? al sistema un monitoraggio periodico degli anodi e una conseguente manutenzione che ne aumenta i costi di gestione .
Inoltre, affinch? il sistema sia considerato energeticamente efficiente, la temperatura dell'acqua sanitaria deve essere al massimo di 45 ?C; tale condizione favorisce la formazione del genere batterico legionella, il quale trova il suo massimo sviluppo in un ambiente dove la temperatura dell'acqua ? compresa tra i 25?C e i 45 ?C.
L'eventuale impiego di mezzi atti a elevare la temperatura oltre i 70 ?C per un periodo di tempo prolungato al fine di scongiurare la formazione della legionella imporrebbe un costo aggiuntivo, una importante perdita di efficienza del sistema ed anche una scarsa efficienza.
Compito principale di quanto forma oggetto della presente domanda ? quindi quello di risolvere i problemi tecnici evidenziati, eliminando gli inconvenienti di cui alla tecnica nota citata e quindi escogitando un serbatoio che permetta di conseguire una resa elevata permettendo cos? un notevole risparmio di tempo e di energia durante il carico termico del serbatoio stesso .
Nell'ambito del compito sopra esposto, un altro importante scopo del trovato ? quello di realizzare un serbatoio che permetta di conseguire il precedente compito anche utilizzando un generatore di potenza termica limitata.
Un altro scopo ? quello di realizzare un serbatoio che permetta di evitare, in modo agevole e con costi contenuti, la formazione del genere batterico legionella.
Non ultimo scopo ? quello di ottenere un serbatoio che risulti strutturalmente semplice, che presenti costi di realizzazione contenuti e che sia realizzabile con gli usuali noti impianti.
Il compito e gli scopi accennati, nonch? altri che pi? chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da un serbatoio (1) a vaso aperto per la produzione di acqua calda sanitaria che si caratterizza per il fatto di presentare un involucro (2) di contenimento per uno scambiatore di calore (3) a serpentina, di capienza limitata, detto involucro (2) presentando una o pi? rientranze (4) perimetrali, atte a creare maggiore stratificazione all'interno di detto serbatoio (1), ed una prima ed una seconda sonda di temperatura (9,10) poste rispettivamente in prossimit? del cielo (11) e circa della met? della altezza di detto involucro (2), detto serbatoio comunicando con uno scambiatore a piastre (12) esterno a sua volta collegato, tramite una valvola di parzializzazione (18) della acqua tecnica (8) ed una valvola a tre vie (19), alle utenze e nuovamente collegato a detto serbatoio (1) attraverso un cireolatore (16), detto scambiatore a piastre (12) essendo collegato ad una valvola europa (15) collegata a detto circolatore (16).
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una particolare, ma non esclusiva, forma di realizzazione, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nelle tavole di disegni allegate, in cui:
la fig. 1 illustra, in una vista schematica, il serbatoio inserito in un impianto;
la fig. 2 illustra il serbatoio in una vista laterale ;
la fig. 3 illustra il serbatoio in una vista di tre quarti laterale parzialmente sezionata;
la fig. 4 illustra il serbatoio in una sezione. Negli esempi di realizzazione che seguono, singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno in realt? essere intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazione.
Inoltre ? da notare che tutto quello che nel corso della procedura di ottenimento del brevetto si rivelasse essere gi? noto, si intende non essere rivendicato ed oggetto di stralcio (disclaimer) dalle rivendicazioni.
Con riferimento alle figure precedentemente citate si ? indicato con il numero 1 un serbatoio a vaso aperto e quindi non in pressione, per la produzione di acqua calda sanitaria il quale presenta un involucro 2 di contenimento per dell'acqua tecnica 8 (preferibilmente per circa duecentoottanta litri) e per uno scambiatore di calore 3 a serpentina, di capienza limitata, in acciaio inox fissato preferibilmente su una rete d'acciaio (non illustrata) che ne garantisce la struttura e la distribuzione uniforme all'interno del serbatoio stesso.
Per capienza limitata dello scambiatore di calore 3 a serpentina si intende l'impiego di circa venti litri, questo quantitativo d'acqua non necessitando del trattamento anti legionella e a livello igienico non si ha un ristagno d'acqua costante .
Questa scelta permette allo scambiatore di calore 3 di lavorare sempre nella stessa acqua tecnica 8 e di non intaccarsi di calcare.
Lo scambiatore di calore 3 a serpentina ? collegato alla rete idrica sanitaria sulla parte superiore: in un lato entra l'acqua fredda mentre dall'altro lato esce l'acqua della rete idrica riscaldata .
L'involucro 2, che ? composto da materiale plastico coibentato esternamente da uno strato di isolamento termico 2a, presenta al suo interno una o pi? rientranze 4 perimetrali, ottenute ad esempio per imbutitura dell'involucro 2 stesso.
Vantaggiosamente a protezione dello strato di isolamento termico 2a vi ? una lamiera in metallo verniciata a polvere che ha funzione sia di protezione che di creare un guscio protettivo all'intera struttura.
La forma di dette una o pi? rientranze 4 perimetrali, il loro numero e la loro distribuzione sulla superficie laterale dell'involucro 2 possono essere la pi? varie a seconda delle specifiche esigenze.
Nella particolare forma realizzativa illustrata dette una o pi? rientranze 4 perimetrali presentano, in sezione, una forma semicircolare e sono equispaziate tra loro.
Le rientranze 4 perimetrali sono atte a creare maggiore stratificazione possibile all'interno del serbatoio 1; si riesce cos? a stratificare maggiormente l'acqua creando dei micro livelli di temperatura diversi tra ognuna di dette una o pi? rientranze 4 perimetrali.
Si ? constatato che le temperature vanno a diversificarsi dalla parte superiore 5 alla parte inferiore 6 del serbatoio 1 con una differenza di temperatura in fase di prelievo che si e riscontrato arrivare sull'ordine degli otto gradi centigradi .
Il serbatoio 1 comprende inoltre, nella parte superiore 5, un tappo isolato termicamente (non illustrato) nel quale vi ? inserito un bulbo di rame 7 immerso nell'acqua tecnica 8 presente nella parte superiore 5; all'interno di questo bulbo di rame 7 sono presenti una prima sonda di temperatura 9 ed una seconda sonda di temperatura 10 le quali sono poste rispettivamente in prossimit? del cielo 11 e circa della met? della altezza di detto involucro 2.
Il serbatoio 1 comunica esternamente con uno scambiatore a piastre 12 esterno tramite un primo condotto 17 di prelevamento dell'acqua tecnica 8 dalla parte inferiore dell'involucro 2 che viene poi inviata ad un cireolatore 16; a seguire l'acqua passa su una valvola europa 15 per poi entrare nello scambiatore a piastre 12 attraverso un secondo condotto 14.
Una volta riscaldata l'acqua entra nuovamente nel serbatoio 2 tramite un terzo condotto 13 posto sulla parte superiore dell'involucro 2.
Lo scambiatore a piastre 12 presenta un quarto condotto per il convogliamento, tramite una valvola di parzializzazione 18 ed una valvola a tre vie 19, della acqua tecnica 8 alle varie utenze .
La valvola di parzializzazione 18 ? collegata ad un lato ad un impianto termico 20 alimentato o un generatore di calore 21, quale una pompa di calore, una caldaia, un generatore a biomassa, un impianto solare termico.
Le altre utenze 22, quali ventilconvettori , radiatori, impianti VMC (Ventilazione Meccanica Controllata) , e deumidificatori, sono collegate alla valvola a tre vie 19 e vengono alimentate solamente quando ? stato effettuato il carico termico del serbatoio d'acqua tecnica.
Pu? essere prevista la presenza di un serbatoio inerziale 23 posto a monte di una o pi? utenze.
Il cireolatore 16 serve a forzare il passaggio dell'acqua tecnica 8 all'interno dello scambiatore a piastre 12 in modo da andare a prelevare pi? calore possibile, proveniente dall'altro lato dello scambiatore a piastre 12, prodotto dal generatore di calore 21.
La valvola di parzializzazione 18 ? posta nella parte inferiore dello scambiatore a piastre 12 e permette di regolare, a seconda della potenza termica, la portata d'acqua in modo da avere un differenziale di temperatura DT tra la temperatura di mandata e quella di uscita pi? elevato possibile e ottimizzare il funzionamento del generatore di calore 21.
Utilizzando ad esempio una pompa di calore ad inverter la valvola di parzializzazione 18 permette di poter regolare in maniera indiretta anche la condensazione del gas stesso aumentando o diminuendo il differenziale di temperatura DT tra mandata e ritorno.
La valvola europa 15 ha la funzione di fermare il moto convettivo naturale dell'acqua andando cos?, assieme a dette una o pi? rientranze 4 perimetrali, a creare maggiore stratificazione possibile all'interno del serbatoio 1.
La prima sonda di temperatura 9 ? posta a circa trenta centimetri dalla parte superiore 5 del serbatoio 1, mentre la seconda sonda di temperatura 10 ? posta a circa un metro dalla precedente .
La prima e la seconda sonda 9,10 son controllate da un opportuno controllore logico programmabile o pie nel quale ? presente un opportuno software, e servono ad attivare il generatore di calore 21 ed il cireolatore 16.
La prima e la seconda sonda 9,10, andando a misurare una temperatura differente, possono lavorare assieme per attivare al momento pi? adeguato il generatore di calore 21, per caricare termicamente il serbatoio 1.
Nel caso di reintegro della temperatura, dovuta alla dispersione termica durante la fase di non utilizzo del prelievo d'acqua, la prima sonda di temperatura 9 una volta che rilever? un valore di temperatura inferiore a quello impostato andr? ad attivare il menzionato generatore di calore ed il cireolatore 16 per riportare l'acqua al valore desiderato .
Nel caso di prelievo d'acqua, se la seconda sonda di temperatura 10 dovesse rivelare un differenziale di temperatura DT termico superiore o uguale ad esempio a dieci gradi centigradi, attiva il menzionato generatore di calore 21 ed il cireolatore 16.
Questo caso si pu? manifestare perch? lo smaltimento termico dello scambiatore di calore 3 in acciaio inox a serpentina immerso nel liquido ? talmente efficace da andare a raffreddare la temperatura nella parte inferiore anche di dieci gradi rispetto alla parte superiore.
Ci? avviene grazie a dette una o pi? rientranze 4 perimetrali presenti nell'involucro 2 che vanno a bloccare il moto convettivo dell'acqua e quindi permettono di catturare progressivamente il calore creando cos? una situazione di lavoro ottimale per il generatore di calore 21.
Ponendo il caso di avere un prelievo d'acqua ad una temperatura di trentanove gradi centigradi con set point impostato a cinquantatr? gradi centigradi come punto di riferimento della prima sonda di temperatura 9 per attivare e disattivare il carico termico, qualora la seconda sonda di temperatura 10 andasse a rilevare una temperatura di otto gradi inferiore a quella superiore il cireolatore 16 al momento della partenza andrebbe a prelevare dell'acqua da riscaldare ad una temperatura di quarantacinque gradi centigradi. Il generatore di calore 21, che ? costituito dalla pompa di calore, con un limite di riscaldamento dell'acqua massimo di sessanta gradi centigradi, inizia a lavorare smaltendo correttamente la temperatura ed evitando svariate partenze e spegnimenti per il raggiungimento del proprio set point.
La resa rispetto ad altri serbatoi grazie a questo tipo di scambio termico ? di gran lunga superiore, permettendo cos? un notevole risparmio di tempo e di energia durante il carico termico del serbatoio.
Questa soluzione, anticipando l'avviamento per il reintegro termico, permette di passare da un profilo di prelievo taglia L a un profilo di prelievo taglia XL anche con un generatore di potenza termica limitata.
Si ? cos? constatato come il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi prefissati essendosi ottenuto un serbatoio che permette di conseguire, grazie alla particolare soluzione costruttiva adottata, una resa elevata permettendo cos? un notevole risparmio di tempo e di energia durante il carico termico del serbatoio stesso.
Quest' ultimo inoltre permette di conseguire tale risparmio utilizzando un generatore di potenza termica limitata permettendo cos? di ridurre anche i costi di realizzazione.
La struttura adottata per il serbatoio permette inoltre di evitare la formazione del genere batterico legionella evitando di portare l'acqua a temperature elevate.
Da ultimo il serbatoio cos? ottenuto risulta strutturalmente semplice e presenta costi di realizzazione contenuti.
Naturalmente i materiali impiegati nonch? le dimensioni costituenti i singoli componenti del trovato potranno essere pi? pertinenti a seconda delle specifiche esigenze.
Le caratteristiche indicate come vantaggiose, opportune o simili, possono anche mancare od essere sostituite da equivalenti.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Serbatoio (1) a vaso aperto per la produzione di acqua calda sanitaria che si caratterizza per il fatto di presentare un involucro (2) di contenimento per uno scambiatore di calore (3) a serpentina, di capienza limitata, detto involucro (2) presentando una o pi? rientranze (4) perimetrali, atte a atte a creare maggiore stratificazione all'interno di detto serbatoio (1), ed una prima ed una seconda sonda di temperatura (9,10) poste rispettivamente in prossimit? del cielo (11) e circa della met? della altezza di detto involucro (2), detto serbatoio comunicando con uno scambiatore a piastre (12) esterno a sua volta collegato, tramite una valvola di parzializzazione (18) della acqua tecnica (8) ed una valvola a tre vie (19), alle utenze e nuovamente collegato a detto serbatoio (1) attraverso un cireolatore (16), detto scambiatore a piastre (12) essendo collegato ad una valvola europa (15) collegata a detto cireolatore (16).
  2. 2. Serbatoio come alla rivendicazione 1 che si caratterizza per il fatto che dette una o pi? rientranze (4) perimetrali, ottenute per imbutitura della superficie laterale di detto involucro (2), sono disposte equispaziate tra loro e presentano una voluta forma.
  3. 3. Serbatoio come alla rivendicazione 1 che si caratterizza per il fatto che dette una o pi? rientranze (4) perimetrali presentano, in sezione, una forma semicircolare .
  4. 4. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto di comprendere, nella parte superiore (5), un tappo isolato termicamente nel quale vi ? inserito un bulbo di rame (7) immerso nell'acqua tecnica (8), all'interno di detto bulbo di rame (7) essendo presenti dette una prima ed una seconda sonda di temperatura (9,10) le quali sono poste rispettivamente in prossimit? del cielo (11) e circa della met? della altezza di detto involucro (2).
  5. 5. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto di comunicare esternamente con detto scambiatore a piastre (12) esterno tramite un primo condotto (17) di prelevamento dell'acqua tecnica (8) dalla parte inferiore di detto involucro (2) che viene poi inviata ad un cireolatore (16), a seguire detta acqua passa su una valvola europa (15) per poi entrare in detto scambiatore a piastre (12) attraverso un secondo condotto (14), una volta riscaldata detta acqua entrando nuovamente in detto serbatoio (2) tramite un terzo condotto (13) posto sulla parte superiore di detto involucro (2).
  6. 6. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto che detto scambiatore a piastre (12) presenta un quarto condotto per il convogliamento, tramite una valvola di parzializzazione (18) ed una valvola a tre vie (19), della acqua tecnica (8) alle varie utenze, detta valvola di parzializzazione (18) essendo collegata ad un impianto termico 20 di bassa temperatura, e/o un generatore di calore 21, quale una pompa di calore, una caldaia, un generatore a biomassa, un impianto solare termico, o altre utenze 22, quali ventilconvettori, radiatori, impianti VMC (Ventilazione Meccanica Controllata), e deumidificatori, i quali vengono alimentati solamente quando ? stato effettuato il carico termico di detto serbatoio di acqua tecnica.
  7. 7. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto che detto cireolatore (16) forza il passaggio dell'acqua tecnica (8) all'interno di detto scambiatore a piastre 12 in modo da andare a prelevare pi? calore possibile proveniente da detto scambiatore a piastre (12).
  8. 8. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto che detta valvola di parzializzazione (18) ? posta nella parte inferiore di detto scambiatore a piastre (12) e permette di regolare, a seconda della potenza termica, la portata d'acqua in modo da avere un differenziale di temperatura DT tra la temperatura di mandata e quella di uscita pi? elevato possibile e ottimizzare il funzionamento di detto scambiatore a piastre (12).
  9. 9. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto che detta valvola europa (15) ha la funzione di fermare il moto convettivo naturale dell'acqua andando cos?, assieme a dette una o pi? rientranze (4) perimetrali, a creare maggiore stratificazione possibile all'interno di detto serbatoio (1).
  10. 10. Serbatoio come ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto che detta prima sonda di temperatura (9) ? posta a circa trenta centimetri da detta parte superiore (5) di detto serbatoio (1), mentre detta seconda sonda di temperatura (10) ? posta a circa un metro dalla precedente, dette prima e seconda sonda (9,10) sono atte ad attivare al momento pi? adeguato detto generatore di calore (21) per caricare termicamente detto serbatoio (1)
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