IT202000019504A1 - Serbatoio di accumulo termico con materiali a transizione di fase - Google Patents

Description

Serbatoio di accumulo termico con materiali a transizione di fase

Campo della tecnica

La presente domanda si riferisce ad un apparato di accumulo termico che utilizza materiali a transizione di fase e/o materiali termochimici, il cui uso ? particolarmente efficace per l?efficientamento dei processi termici in cui vi ? necessit? di uno scambio di calore con un accumulo che pu? alternativamente accumulare o cedere calore a diverse temperature. Ci? consente di recuperare calore altrimenti perso da reimmettere in un sistema o in pi? sistemi utilizzatori.

Il dispositivo ? configurato per sfruttare in maniera vantaggiosa il principio della stratificazione termica forzata attraverso l?utilizzo di materiali a transizione di fase (liquido-solido, liquido-gas, solido-solido) o materiali ad accumulo termochimico, con differenti temperature di transizione.

Il dispositivo trova applicazione in una pluralit? di campi tecnici, quali ad esempio l?ambito agroindustriale, i processi di lavaggio industriale, i processi industriali di condizionamento termico Ed anche in ambito civile e terziario.

Inoltre, il dispositivo consente anche la riduzione di consumi idrici in tutti quei processi in cui l?acqua di falda viene utilizzata per il raffreddamento, oppure nei casi in cui forti inerzie termiche comportino spreco di acqua per raggiungere la temperatura di processo desiderata.

Stato dell?arte

Come noto l?efficienza energetica, applicata a tutti i settori rappresenta uno degli strumenti pi? importanti ed efficaci per contrastare o, per lo meno limitare, l?emissione in atmosfera di ulteriori quantit? di gas clima alteranti, causa dei cambiamenti climatici in atto.

Un?enorme quantit? di energia viene utilizzata all?interno dei pi? svariati cicli termici in ambito sia industriale sia terziario sia civile.

In molti casi i cicli termici non sono utilizzati per trasferire energia termica ad un prodotto oppure ad un processo, ma la variazione di temperatura ? utilizzata esclusivamente al fine di favorire un determinato processo chimico, fisico o biologico.

Si pensi ai cicli di lavaggio, dove l?innalzamento della temperatura ha lo scopo di permettere una pi? rapida dissoluzione dello sporco nell?acqua, che viene poi scaricata e il cui calore viene disperso nell?ambiente.

Altri utilizzi del calore per scopi biochimici sono quelli che avvengono nei cicli agroindustriali quali, tra gli altri, i cicli di pastorizzazione. In questo caso il materiale da trattare viene portato ad una determinata temperatura (in genere >70?C) e poi subito raffreddato a temperature molto basse, per evitare che i batteri sopravvissuti possano riprendere a proliferare.

Secondo quanto noto allo stato dell?arte in alcuni casi ? possibile, soprattutto con i liquidi, implementare un recupero in linea con un processo continuo di scambio termico tra fluido in ingresso da trattare e fluido in uscita trattato. Non sempre per? ci? ? possibile, per la natura del materiale da trattare, solido o non pompabile, oppure per le quantit? da trattare oppure per la non contemporaneit? dei flussi a diversa temperatura.

Si generano quindi una pluralit? di inefficienze nei processi termici noti allo stato dell?arte, che possono essere dovute a:

- Perdite al camino per temperatura pi? elevata di uscita dei fumi rispetto alla reale temperatura di utilizzo del calore;

- Perdite al generatore per temperatura troppo elevata dell?accumulo (come avviene ad esempio negli impianti solari termici);

- Perdite per dispersione termica dall?accumulo;

- Perdite per miscelazione;

- Perdite per rilascio del calore di scarto nell?ambiente,

Per il recupero o l?efficientamento dei processi si utilizzano spesso degli accumulatori, costituiti da serbatoi in cui ? contenuto un volume di una massa atta a conservare il calore nel tempo.

Particolari accumulatori tra quelli noti allo stato dell?arte sono quelli a stratificazione, utilizzati in diversi campi, alcuni dei quali brevemente descritti di seguito.

Nel caso di pompe di calore a CO2 ad alta temperatura ad esempio, l?evaporazione non avviene a temperatura costante, ma attraversa tutto il digramma entalpico fino alla temperatura finale. Di conseguenza il rendimento del ciclo dipende, oltre che dalla pressione, soprattutto dalla temperatura minima raggiunta e dal fatto che tutti i livelli di temperatura possano o meno essere utilizzati.

Il valore di efficienza, denominato COP, dipende linearmente dalla differenza tra la temperatura di inizio della fase di raffreddamento del gas (gas cooling, non potendosi parlare di condensazione) e quella finale.

Un normale sistema di stoccaggio dell?energia termica, si presta poco ad un accoppiamento efficiente con questo genere di apparati. Trovano, invece, un migliore accoppiamento i sistemi di accumulo a stratificazione.

Tali accumuli, per?, basandosi sulla stratificazione naturale presentano condizioni che possono essere facilmente perturbate. La temperatura e la relativa stratificazione, infatti, non sono determinabili a priori e dipendono strettamente dalle condizioni operative.

La difficolt? di determinazione dei reali livelli di temperatura limita fortemente l?uso di serbatoi a stratificazione a quei casi in cui il processo tollera variazioni di temperatura. In alternativa ? necessario utilizzare sistemi di compensazione di tali fluttuazioni.

Il solare termico ? un altro tipico esempio di sistema di generazione di calore che, per la natura di imprevedibilit? della sorgente, necessita di sistemi di accumulo pi? o meno grandi. A parit? di altre condizioni, l?efficienza del solare termico incrementa al diminuire della temperatura media del fluido attraverso il collettore. ? quindi importante disporre di un accumulo che riesca ad accumulare la maggior quantit? possibile di energia alla temperatura pi? bassa possibile (compatibilmente con la temperatura richiesta per l?utilizzo). Ci? ridurrebbe peraltro le perdite termiche per dispersione dall?accumulo e ridurrebbe inoltre le necessit? di coibentazione. Ancora, disporre di energia accumulata a temperatura uguale o poco superiore a quella richiesta per l?utilizzo consente di ridurre le perdite per miscelazione.

La perdita di energia termica pi? significativa, per?, ? quella che si ha in tutti quei casi in cui il calore viene rilasciato in ambiente senza essere recuperato in alcuna misura per successive utilizzazioni. Un esempio tipico ? quello dei cicli termici di sanificazione, come la pastorizzazione.

Negli impianti a ciclo continuo la pastorizzazione dei fluidi avviene con un recupero termico ottenuto tramite scambiatori di calore in controcorrente che recuperano il calore del fluido che ? gi? stato pastorizzato. Tuttavia in molti casi, ad esempio nei piccoli caseifici dove le quantit? di latte da pastorizzare non sono elevate, non ? possibile utilizzare cicli di pastorizzazione in continuo, per cui il latte viene riscaldando fornendo energia e poi viene raffreddato mediante scambio con l?aria ambiente oppure con acqua di pozzo. In questo caso vi anche un notevole spreco di acqua.

In alcuni casi il latte viene raffreddato mediante acqua refrigerata, per la generazione della quale si ? consumata ulteriore energia.

Altro esempio tipico di dispersione di calore nell?ambiente ? quello dei cicli di lavaggio, a livello sia domestico sia industriale. Il calore, in questi casi, viene usato come catalizzatore dei processi tensioattivi che permettono la separazione dello sporco dai prodotti da lavare. Dopo il lavaggio la quasi totalit? del calore viene rilasciato nell?ambiente attraverso il fluido di lavaggio, non essendo possibile avere un ciclo continuo nel lavaggio che permetta il recupero con scambiatori in controcorrente.

Scopo del trovato

La presente invenzione intende fornire un apparato che permetta di ridurre una o pi? delle perdite sopra esposte nelle diverse configurazioni d?utilizzo e consenta elevati recuperi termici anche per quei cicli in cui l?utilizzo delle tecniche tradizionali non lo permetta.

In particolare, il dispositivo secondo la presente invenzione ? un sistema di accumulo termico configurato per sfruttare opportunamente le caratteristiche dei materiali a transizione di fase (che accumulano energia termica sottoforma di calore latente) o termochimici (che accumulano energia termica mediante lo svolgimento di una reazione chimica reversibile) che consente di:

- Realizzare un accumulo ad una pluralit? di livelli di temperatura predeterminati; - Incrementare la quantit? di energia accumulata per unit? di volume;

- Eseguire la cessione o l?accumulo del calore a temperatura costante e predeterminata, per cui l?accumulo non necessit? di sovratemperature rispetto alla temperatura di utilizzo;

- Ridurre quindi in maniera sostanziale le perdite di energia per trasmissione verso l?esterno;

- Ridurre le perdite per miscelazione, dato che ? possibile prelevare calore dal serbatoio alla temperatura pi? vicina a quella di utilizzo;

- Recuperare del calore che altrimenti andrebbe inevitabilmente perso.

La configurazione della presente invenzione con diversi materiali a transizione di fase o termochimici a diverse temperature, immersi in un fluido termovettore che pu? occupare anche uno spazio pi? o meno ampio di separazione tra i vari livelli di temperatura, permette una stratificazione stabile, con un gradiente continuo e permettendo l?ottimizzazione nei processi di accumulo e/o scambio termico, come visto per il solare termico o per le pompe di calore transcritiche;

La configurazione della presente invenzione, inoltre, permette di poterla assimilare ad uno scambiatore in controccorrente in cui non ? necessario avere l?identicit? dei due flussi per permettere uno scambio termico ottimale, sfruttando le caratteristiche prima descritte del serbatoio a stratificazione a gradiente costante. Questo rende possibile il recupero di energia termica nei processi discontinui come quelli di pastorizzazione in batch o di lavaggio.

Descrizione delle figure

Il dispositivo sar? ora descritto con riferimento alle figure allegate.

In figura 1 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del sistema di recupero e stoccaggio energetico; In Figura 2 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del Serbatoio a stratificazione forzata; in figura 3 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del serbatoio a stratificazione forzata con coibentazione; in figura 4 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del Serbatoio a stratificazione forzata con sistema di scambiatori, tubazioni e valvole; in figura 5 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del Serbatoio a stratificazione forzata con sensori di temperatura e di stato di carica; in figura 6 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del serbatoio a stratificazione per risparmio energetico e idrico di tipo passivo; in figura 7 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del serbatoio a stratificazione per risparmio energetico e idrico di tipo attivo; in figura 8 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del serbatoio a stratificazione per risparmio energetico e idrico di tipo attivo con selezione della temperatura; in figura 9 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del Serbatoio a stratificazione forzata per il recupero del calore di scarto, in figura 10 ? mostrato un modo di realizzazione preferenziale del serbatoio a stratificazione forzata per il recupero termico e l'efficientamento di sistemi a pompa di calore.

Descrizione dell?invenzione

Il dispositivo secondo l?invenzione, come mostrato in Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata. comprende:

- un sistema di accumulo termico a diverse temperature (1),

- mezzi di controllo elettronici per l?ottimizzazione del recupero termico (14),

- circuiti di connessione idrica (12) configurati per collegare detto sistema di accumulo termico (1) ad apparti utilizzatori (13).

I circuiti di connessione sono convenientemente dotati di opportuni mezzi di movimentazione del fluido.

Il sistema di accumulo termico (1) comprende un serbatoio a stratificazione forzata, che pu? essere di tipo semplice come mostrato in Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata., oppure dotato di coibentazione esterna (11), come mostrato in Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata..

Il serbatoio a stratificazione forzata (1) ? internamente suddiviso in una pluralit? di strati (2), (3), (4), (5), (6). Ciascuno di detti strati pu? essere occupato dal fluido termovettore, oppure da materiali a transizione di fase (PCM) immersi nel fluido termovettore oppure da materiali termochimici (TC) immersi nel fluido termovettore. I materiali PCM e TC di ciascuno strato possono essere variamente incapsulati, cio? contenuti all?interno di involucri dedicati.

Gli strati di materiali PCM/TC possono avere diverse temperature di transizione, dove per temperatura di transizione si intende la temperatura a cui avviene la transizione di fase del materiale PCM o la reazione chimica del materiale TC.

Preferibilmente detti strati sono disposti in modo che gli strati con temperatura di transizione pi? alta sono disposti al di sopra degli strati con temperatura di transizione pi? bassa.

In figura 2 ? rappresentato un serbatoio (1) suddiviso in cinque strati interni, ma configurazioni con differenti numeri di strati sono possibili, con un numero minimo di 1 strato di fluido termovettore ed uno strato di PCM/TC

Il serbatoio (1) comprende inoltre una pluralit? di scambiatori di calore (50), (51), (52), (53), (54), (80), (81), (82), (83), (84). Ciascuno scambiatore di calore ? collegato ? in maniera di seguito descritta in dettaglio ? a detti circuiti di connessione idrica (12), ed ? configurato per consentire lo scambio di calore tra il fluido termovettore ed un rispettivo strato (2, 3, 4, 5, 6).

A ciascuno strato (2, 3, 4, 5, 6). ? associato almeno uno scambiatore di calore. Preferibilmente ma non limitativamente sono presenti 2 o pi? scambiatori di calore per ciascuno strato.

Come anticipato gli scambiatori di calore saranno collegati ai sistemi di generazione, utilizzazione e recupero del calore per mezzo di opportuni circuiti di connessione idrica. Preferibilmente ciascuno di detti scambiatori di calore ? dotato di una connessione per l? ingresso del fluido e di una connessione per l?uscita del fluido, ed ? provvisto di una valvola a tre vie in corrispondenza di detta connessione per l?ingresso del fluido.

Ciascuna di dette valvole a tre vie (60, 61, 62, 63, 64, 70, 71, 72, 73, 74) sar? di tipo termostatico o di tipo motorizzato, configurata per essere comandata da detti mezzi di controllo elettronici per l?ottimizzazione del recupero termico (14).

Ciascuna di dette valvole a tre vie ? configurate per consentire o meno la circolazione del fluido nello scambiatore ad essa associato, in definitiva abilitando o meno lo scambio termico tra il fluido termovettore e lo strato del serbatoio associato allo scambiatore sul cui ingresso ? posizionata la relativa valvola termostatica.

Ad esempio, se il sistema di generazione del calore sta inviando il fluido termovettore tramite la tubazione in ingresso (10) ad una temperatura inferiore a quella determinata per lo strato a maggiore temperatura di accumulo (6), la valvola (64) installata in ingresso allo scambiatore (54) associato a tale strato si posizioner? in maniera tale da non far transitare il fluido attraverso lo scambiatore (54), onde evitare che il fluido assorba calore dall?accumulo anzich? cederlo.

Il fluido sar? quindi indirizzato verso lo scambiatore di calore (53) associato allo strato (5) con la temperatura di accumulo immediatamente inferiore, e la valvola (63) che comanda l?ammissione a tale scambiatore operer? con la medesima logica, impedendo lo scambio termico se la temperatura del fluido termovettore ? inferiore alla temperatura di accumulo predeterminata per il relativo strato (5) del serbatoio (1).

Il funzionamento avviene in maniera analoga per tutti gli strati successivi -.

In caso di utilizzo di valvole a tre vie pilotate, convenientemente il sistema comprender? sonde per la misura della temperatura del fluido termovettore in ingresso a ciascuno scambiatore di calore, e detti mezzi elettronici di controllo saranno configurati per ricevere in ingresso i valori di temperatura rilevata da dette sonde.

Analogo comportamento, ma con logica invertita nel confronto delle temperature, avviene quando il fluido termovettore non proviene da un generatore o da un recuperatore di calore, bens? scambia con il serbatoio di accumulo per poi essere inviato ad un utilizzatore.

In questo caso infatti l?effetto utile ? la cessione di calore da parte del serbatoio di accumulo (1).

Il fluido di ritorno dall?utilizzatore che necessit? acquisire calore dal serbatoio (1) entra attraverso la tubazione (7) ed incontra la valvola (70), posizionata in ingresso allo scambiatore (80) associato con lo strato a temperatura di accumulo pi? bassa (2). Se la temperatura del fluido utilizzatore ? superiore a quella dello strato (2) la valvola (70) non permetter? al fluido utilizzatore di attraversare lo scambiatore (80), per evitare che il fluido utilizzatore ceda calore al serbatoio (1) anzich? assorbirlo. Si ribadisce che, anche in questo caso, la valvola potr? essere di tipo pilotato oppure di tipo termostatico.

Il fluido viene quindi deviato verso la valvola (71) posizionata in ingresso allo scambiatore (81) associato con lo strato (3) avente temperatura di accumulo immediatamente pi? alta. Se la temperatura del fluido termovettore ? superiore anche a quella dello strato (3) la valvola (71) non permetter? al fluido utilizzatore di attraversare lo strato (3) attraverso lo scambiatore (81), deviando il fluido utilizzatore verso la successiva valvola (72) e cos? via fino alla tubazione di uscita (8).

Preferibilmente ma non limitativamente il serbatoio (1) ? dotato di sensori che misurano lo stato di carica dei PCM/TC in ogni strato (20), (21), (22), (23), (24), (25).

Si intende per stato di carica la quantit? di calore immagazzinata nel relativo strato, normalizzata rispetto alla massima quantit? di calore assorbibile dallo strato alla propria temperatura di riferimento.

La misura di tali sensori ? inviata alla centralina elettronica (14) che permette di gestire il funzionamento del sistema.

Ad esempio, se uno degli strati risulta essere in piena carica ? quindi non pi? in grado di assorbire altro calore alla propria temperatura predeterminata - la centralina pu? comandare la relativa valvola per far si che il fluido termovettore proveniente dal generatore oppure da un recuperatore di calore non scambi calore con tale strato, a prescindere dalla sua temperatura.

Inoltre se uno o pi? di detti sensori di stato di carica (20, 21, 22, 23, 24, 25) rilevano un valore di carica del relativo strato al di sotto di un livello di carica minimo stabilito, la centralina pu? comandare l?accensione della sorgente di calore, per ristabilire lo stato di carica prestabilito.

Il sistema pu? essere dotato di sensori di temperatura (30), (31), (32), (33), (34), (35), (40), (41), (42), (43), (44), (45), il cui segnale viene acquisito dalla centralina di comando (17) e permettono alla stessa di definire la strategia di apertura delle valvole o l?eventuale regolazione della portata di fluido generatore, di recupero o utilizzatore.

In figura 6 ? mostrato un particolare utilizzo del serbatoio a stratificazione forzata per l?ottimizzazione dei consumi sia termici che idrici in applicazioni a circuito aperto dove il generatore di calore (16) si trova ad una notevole distanza dall?utilizzatore (15), come ad esempio accade con le utenze idrico sanitarie (15) nelle camere di un albergo.

In questo genere di applicazioni vi ? un notevole spreco di calore e di acqua dovuto all?attesa, da parte dell?utente, per avere l?acqua a temperatura adatta allo scopo.

Le tubazioni sono infatti riempite da acqua a temperatura ambiente, oppure da acqua calda ricircolata in circuito chiuso, con i relativi consumi energetici per dissipazione termica.

Peraltro in molti casi, il prelievo di acqua ? solo momentaneo e di piccola entit?, per cui si riempiono inutilmente le tubazioni tra il generatore (16) e l?utilizzatore (15) e la maggior parte del calore generato in realt? non viene utilizzato per alcun effetto utile, bens? solo per compensare le perdite nelle tubazioni.

In un modo di realizzazione del dispositivo secondo l?invenzione, ad almeno un generatore di calore (16) sono associati una pluralit? di serbatoi di accumulo (1) del tipo appena descritto ? sebbene in figura 6 ne sia mostrato, per chiarezza grafica, solamente uno ? posizionati in prossimit? dei punti di utilizzo e configurati per fornire calore ad un fluido termovettore.

Preferibilmente inoltre, come mostrato in figura 7, il sistema comprende mezzi di controllo elettronico (17) configurati per attivare detto almeno un generatore di calore (16) solo quando il livello di carica di almeno uno di detti serbatoi di accumulo locale (1), rilevato per mezzo di opportuni sensori come gi? descritto, scende al di sotto di una soglia minima predeterminata.

In particolare, tramite i sensori che misurano il livello di carica del serbatoio a stratificazione forzata (1) e in base ad un algoritmo di calcolo residente nella centralina di controllo (17) la stessa ? in grado di valutare quando ? necessario che entri in funzione il generatore (16) e di pilotare la valvola (18) che devia il prelievo dell?acqua dalla rete alla caldaia.

Il sistema pu? essere utilizzato anche con caldaie che non hanno un controllo diretto, grazie alla funzione della valvola (18) che simula la richiesta di acqua calda da parte dell?utente.

Un ulteriore modo di realizzazione di un impianto comprendente uno o pi? serbatoi di accumulo secondo l?invenzione del sistema ? rappresentata in Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata..

In questo modo di realizzazione l?impianto comprende, in corrispondenza di ciascuna posizione di utilizzo, un selettore (19) tramite il quale l?utente ha la possibilit? di selezionare la temperatura di utilizzo desiderata.

Il selettore (19) ? configurato per inviare detto valore di temperatura desiderata a detta centralina (17), che ? configurata per azionare le valvole di controllo degli scambiatori associati a ciascuno strato di accumulo in maniera tale da convogliare all?utenza il fluido termovettore alla temperatura desiderata, selezionata mediante detto selettore (19), eliminando quindi la necessit? di miscelazione e le relative perdite associate.

Anche in questo caso, convenientemente, la centralina ? configurata per attivare la sorgente di calore (16) per ristabilire il livello di carica del serbatoio (1) in funzione dei valori dello stato di carica rilevati per mezzo dei sensori associati a ciascun serbatoio. In Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata. ? mostrato un modo di realizzazione di un impianto comprendente un serbatoio secondo l?invenzione e configurato per procedere al recupero di energia di scarto da cicli termici.

Come mostrato in figura 9, l?utilizzatore (15) preleva calore attraverso un fluido termovettore, che viene utilizzato per il processo desiderato (ad esempio un qualunque processo di lavaggio) e che viene quindi scaricato, portando via con s? parte, se non tutto, del calore fornito al processo.

Convenientemente la condotta di scarico dell?utilizzatore (15) viene convogliata verso il serbatoio a stratificazione forzata (1), eventualmente per mezzo di opportuni mezzi di spinta del fluido.

Il fluido di scarto incontra prima lo strato a temperatura pi? alta del serbatoio e man mano quelli a temperature inferiori, ed il sistema di valvole termostatiche (60)(61)(62)(63)(64), con tarature differenti, permette in maniera automatica di recuperare il calore dal processo ed allo stesso tempo evitare che ciascuno strato del serbatoio a stratificazione forzata (1) venga attraversato da fluido pi? freddo del proprio livello di temperatura. La logica di funzionamento delle valvole ? quella gi? descritta a proposito dello scambio con generatori di calore o recuperatori di calore.

Si ottiene in questa maniera lo stoccaggio all?interno del serbatoio di accumulo di una grande quantit? di calore.

Per il recupero del calore stoccato ai fini di un successivo riutilizzo, il fluido in ingresso all?utenza (15) che vien alimentato da una sorgente esterna alla temperatura T0, prima di giungere all?utenza (15), attraversa il serbatoio (1) riscaldandosi fino ad un valore di temperatura T1.

Se il valore di temperatura T1 ? superiore al valore di settaggio della valvola termostatica (90), questa fa attraversare il flusso in direzione dell?utenza, senza dover passare attraverso il sistema di generazione del calore (16).

In alternativa, se la temperatura T1 ? inferiore al valore di taratura della valvola (90), il fluido passa attraverso un sistema di generazione (16), dal quale viene poi inviato all?utenza (15).

In figura 10 ? mostrato un ulteriore modo di realizzazione di un impianto comprendente un serbatoio (1) secondo la presente invenzione, integrato in un processo in cui viene utilizzata una pompa di calore.

In figura ? mostrata una macchina frigorifera o pompa di calore collegata ad una utenza su uno dei due lati della macchina, o evaporatore o condensatore. Lo stesso schema pu? essere considerato applicandolo ad entrambi i lati della macchina frigorifera (evaporatore e condensatore).

Un esempio di applicazione ? quello di sfruttare, nel caso di applicazione di refrigerazione o condizionamento estivo, le minori temperature esterne che si hanno durante la notte per abbassare la temperatura di condensazione o effettuare un subcooling incrementando l?efficienza del sistema.

Durante la fase notturna o quando la temperatura esterna letta dalla sonda di temperatura (100) ? inferiore al valore prefissato dalla logica di funzionamento inserita nella centralina (17), la detta centralina aziona il circuito di spinta (104) che permette al fluido vettore di attraversare lo scambiatore di calore (105) che cede calore verso l?ambiente. Il fluido termovettore raffreddato nello scambiatore di calore (104) viene convogliato verso il serbatoio a stratificazione forzata (1) e, come gi? descritto, per mezzo delle valvole termostatiche, attraverser? solo gli strati ad una temperatura superiore a quella del fluido termovettore, cedendo dunque allo stesso il calore che verr? dissipato nell?ambiente. Nel caso in cui la sonda di temperatura (110) posizionata sulla uscita dello scambiatore di calore (105) rilevasse una temperatura superiore a quella definita nella logica di funzionamento della centralina (17), la stessa centralina determinerebbe l?arresto del circuito di spinta (104). Il sistema pu? funzionare anche se la pompa di calore ? in funzione.

Durante la fase diurna o comunque quando la temperatura ambiente rilevata dalla sonda (100) ? superiore al valore definito dalla logica residente nella centralina (17), la detta centralina inibisce il funzionamento in modalit? di dissipazione del calore verso l?ambiente del serbatoio a stratificazione forzata (1) e azionando le valvole comandate (106) e (106), in base ai valori di temperatura del fluido refrigerante letti dalle sonde di temperatura (108),(109) e (110), permette al fluido refrigerante o di attraversare direttamente il serbatoio a stratificazione forzata (1) oppure di di attraversarlo in uscita dallo scambiatore di calore (103) dopo aver scambiato con l?ambiente esterno ed assolvendo alla funzione di subcooling.

Un altro importante esempio ? quello legato alla possibilit? di accumulare, in maniera disgiunta ed indipendente, sia la potenza frigorifera sia il calore, da evaporatore e condensatore, da poter essere utilizzate da uno o pi? utilizzatori differenti anche a diverse temperature di utilizzo.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo per l?accumulo termico comprendente:

- un sistema di accumulo termico a diverse temperature (1),

- mezzi di controllo elettronici (14),

- circuiti di connessione idrica (12) configurati per collegare detto sistema di accumulo termico (1) ad apparati utilizzatori (13)

caratterizzato dal fatto che

detto sistema di accumulo termico comprende un serbatoio a stratificazione forzata (1), internamente suddiviso in una pluralit? di strati (2, 3, 4, 5, 6),

ciascuno di detti strati essendo occupato dal fluido termovettore, oppure da un materiale a transizione di fase (PCM) oppure da un materiale termochimico (TC),

ciascuno strato occupato da materiali PCM/TC essendo associato ad una temperatura di transizione ed accumulo termico

e dal fatto che

detto serbatoio (1) comprende inoltre una pluralit? di scambiatori di calore (50, 51, 52, 53, 54, 80, 81, 82, 83, 84), ciascuno scambiatore di calore essendo collegato a detti circuiti di connessione idrica (12) ed essendo configurato per consentire lo scambio di calore tra il fluido termovettore ed un rispettivo strato (2, 3, 4, 5, 6) di detto sistema di accumulo, a ciascuno di detti scambiatori (50, 51, 52, 53, 54, 80, 81, 82, 83, 84) essendo associata almeno una valvola (60, 61, 62, 63, 64, 70, 71, 72, 73, 74) configurata per consentire o meno la circolazione del fluido nello scambiatore ad essa associato.

2. Dispositivo per l?accumulo termico secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette valvole (60, 61, 62, 63, 64, 70, 71, 72, 73, 74) ? di tipo motorizzato, configurata per essere comandata da detti mezzi di controllo elettronici (14).

3. Dispositivo per l?accumulo termico secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto di essere configurato per accumulare calore da un fluido termovettore e configurato in maniera tale che, se la temperatura di detto fluido termovettore ? inferiore alla temperatura di transizione dello strato a maggiore temperatura di accumulo (6), la valvola (64) installata in ingresso allo scambiatore (54) associato a tale strato si posizioner? in maniera tale da non far transitare il fluido attraverso lo scambiatore (54),

in maniera tale che

il fluido sia quindi indirizzato verso lo scambiatore di calore (53) associato allo strato (5) con la temperatura di accumulo immediatamente inferiore, e la valvola (63) che comanda l?ammissione a tale scambiatore operi con la medesima logica, impedendo lo scambio termico se la temperatura del fluido termovettore ? inferiore alla temperatura di accumulo predeterminata per il relativo strato (5) del serbatoio (1)

Ed in maniera tale che

Tale funzionamento avviene in maniera analoga per tutti gli strati successivi.

4. Dispositivo per l?accumulo termico secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre sonde per la misura della temperatura del fluido termovettore in ingresso a ciascuno scambiatore di calore, e caratterizzato dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono configurati per ricevere in ingresso i valori di temperatura rilevata da dette sonde.

5. Dispositivo per l?accumulo termico secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di essere configurato per cedere calore ad un fluido termovettore e configurato in maniera tale che, se la temperatura di detto fluido termovettore ? superiore a quella dello strato (2) a temperatura di transizione pi? bassa, la valvola (70) in ingresso allo scambiatore (80) associato a tale strato non permetter? al fluido utilizzatore di attraversare detto scambiatore (80),

in maniera tale che

detto fluido termovettore venga quindi deviato verso la valvola (71) posizionata in ingresso allo scambiatore (81) associato con lo strato (3) avente temperatura di accumulo immediatamente pi? alta

ed in maniera tale che tale funzionamento avviene in maniera analoga per tutti gli strati successivi.

6. Dispositivo per l?accumulo termico secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre i sensori configurati per misurare la quantit? di calore immagazzinata in ciascuno di detti strati (20), (21), (22), (23), (24), (25).

7. Impianto configurato per l?erogazione di un fluido termovettore in corrispondenza di una pluralit? di posizioni di utilizzo, comprendente una pluralit? di dispositivi per l?accumulo termico secondo la rivendicazione 6 associati ad almeno un generatore di calore (16)

caratterizzato dal fatto che

detti dispositivi sono posizionati in prossimit? di dette posizioni di utilizzo e sono configurati per fornire calore ad un fluido termovettore

dal fatto che detti mezzi di controllo elettronico (17) sono configurati per attivare detto almeno un generatore di calore (16) solo quando il livello di carica di almeno uno di detti serbatoi di accumulo (1), scende al di sotto di una soglia minima predeterminata.

8. Impianto configurato per l?erogazione di un fluido termovettore in corrispondenza di almeno una posizione di utilizzo, comprendente almeno un dispositivo per l?accumulo termico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6,

detto impianto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere, in corrispondenza di detta almeno una posizione di utilizzo, un selettore (19) tramite il quale l?utente ha la possibilit? di selezionare la temperatura di utilizzo desiderata, configurato per inviare detto valore di temperatura desiderata a detti mezzi di controllo (17),

detti mezzi di controllo essendo configurati per azionare dette valvole di controllo degli scambiatori associati a ciascuno strato di accumulo in maniera tale da convogliare all?utenza il fluido termovettore alla temperatura selezionata mediante detto selettore (19).

9. Impianto configurato per l?erogazione di un fluido termovettore in corrispondenza di almeno una posizione di utilizzo, comprendente almeno un dispositivo per l?accumulo termico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6,

detto impianto comprendente un utilizzatore (15) configurato per prelevare calore attraverso un fluido termovettore e per scaricare detto fluido termovettore al termine del processo per il quale viene utilizzato per mezzo di una condotta di scarico (15),

ed essendo caratterizzato dal fatto di

il fluido termovettore di scarto transitante in detta condotta di scarico ? convogliato verso detto serbatoio (1), eventualmente per mezzo di opportuni mezzi di spinta del fluido, dal fatto che detto fluido di scarto incontra prima lo strato a temperatura pi? alta del serbatoio e man mano quelli a temperature inferiori, ed il sistema di valvole (60)(61)(62)(63)(64), associate a detti scambiatori di calori ? configurato in maniera tale da permettere di recuperare il calore dal processo ed allo stesso tempo evitare che ciascuno strato di detto serbatoio a stratificazione forzata (1) venga attraversato da fluido pi? freddo del proprio livello di temperatura.