ITPG20130005A1 - Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall'integrazione di un vaso di espansione a pressione costante. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

“SERBATOIO DI ACCUMULO DI LIQUIDO RISCALDATO TRAMITE UN GENERATORE DI CALORE E CARATTERIZZATO DALL’INTEGRAZIONE DI UN VASO DI ESPANSIONE A PRESSIONE COSTANTE†,

DESCRIZIONE

1 serbatoi di accumulo di liquido caldo (comunemente chiamati boiler) sono generalmente costituiti da un recipiente cilindrico di materiale metallico e sono provvisti di uno scambiatore di calore per il collegamento al generatore di calore. Questo scambiatore permette il trasferimento di energia termica dal fluido termovettore al liquido da riscaldare, garantendo una separazione fisica tra i due. Tale scambiatore può essere:

a) esterno al serbatoio, a piastre o a fascio tubiero;

b) interno al serbatoio, a serpentino spiroidale fìsso o estraibile, oppure a fascio tubiero estraibile.

Tali serbatoi devono essere necessariamente collegati ad un vaso di espansione chiuso, che ha il compito di consentire la completa dilatazione del liquido conseguente al suo riscaldamento, evitando che la pressione superi il valore massimo di progetto dei componenti dell’ impianto e quindi l’intervento della valvola di sicurezza.

I vasi di espansione comunemente utilizzati per lo scopo sono di due tipi:

1 ) a pressione variabile;

2) a pressione costante.

Entrambi sono costitutiti da un recipiente metallico suddiviso internamente in due parti: una occupata dal liquido e l’altra dall’aria. L’unica differenza tra i due tipi à ̈ nel valore della pressione dell’aria in essi contenuta: per i primi à ̈ variabile durante il processo di dilatazione/contrazione del fluido; per i secondi à ̈ mantenuta costante, grazie ad un compressore e ad una valvola di scarico dell’aria stessa in atmosfera.

I primi, sicuramente più economici, sono utilizzati per impianti di piccole dimensioni; i secondi in medi e grandi impianti (elevato volume di liquido) per limitare l’ingombro del vaso di espansione stesso.

Attualmente i boiler in commercio sono forniti sempre separatamente dal vaso di espansione, lasciando all’ installatore il compito di collegare quest’ultimo. La soluzione tecnica che à ̈ alla base della presente invenzione, ha lo scopo di realizzare un serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante.

La presente invenzione à ̈ qui di seguito descritta secondo una sua forma di realizzazione preferita, fornita a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi.

<•>Figura 1: Schema del serbatoio di accumulo con il liquido di consumo posto nella zona centrale e l’aria in quella periferica, con scambiatore di calore del tipo a serpentino verticale estraibile • Figura 2: Schema del serbatoio di accumulo con il liquido di consumo posto nella zona periferica e l’aria in quella centrale, con scambiatore di calore del tipo ad intercapedine<•>Figura 3: Schema del serbatoio di accumulo con il liquido di consumo posto nella zona periferica e l’aria in quella centrale, con scambiatore di calore del tipo a serpentino spiroidale fisso • Figura 4: Schema funzionale con indicazione dei flussi del liquido e dell’aria nella fase di iniezione controllata di liquido di consumo in assenza di prelievo del liquido stesso

Figura 5: Schema funzionale con indicazione dei flussi del liquido e dell’aria nella fase di prelievo di liquido di consumo

Figura 6: Inserimento del serbatoio di accumulo all’intemo dello schema funzionale descritto nel modello di utilità depositato in data 30/01/2013 presso l’Ufficio provinciale Industria Commercio Artigianato di Perugia, numero di domanda PG2013U0000002

Si precisa che le figure da 1 a 3, rappresentano tre possibili soluzioni costruttive dell’invezione, che si differenziano per la posizione dei vani occupati dal liquido e dall’aria, oltre che per la tipologia dello scambiatore di calore.

Per facilitare la comprensione dei disegni à ̈ stato evidenziato il verso dei flussi dei fluidi mediante frecce. Nelle figure 4 e 5, i flussi dei fluidi sono stati evidenziati con linee di maggior spessore.

Sono state utilizzate le seguenti tipologie di linee per i collegamenti:

· “linea continua†per le tubazioni di mandata dei circuiti chiusi;

• “linea tratteggiata†per le tubazioni di ritorno dei circuiti chiusi;

• “linea tratto-punto†per i collegamenti elettrici dei componenti di regolazione (sonde di temperatura, sonda di pressione, pressostato, flussostato, elettrovalvole, etc.) al regolatore.

I componenti principali sono stati individuati con dei numeri (da 1 a 20). I numeri da 21 a 32 sono stati utilizzati esclusivamente nella figura 6 per indicare altri componenti aggiuntivi presenti nel modello di utilità depositato in data 30/01/2013 presso l’Ufficio provinciale Industria Commercio Artigianato di Perugia, numero di domanda PG2013U0000002, nel quale l’invenzione trova applicazione.

Sono state utilizzate le seguenti lettere per individuare i componenti secondari necessari per il corretto funzionamento o per l’agevolazione delle operazioni di manutenzione:

valvola di intercettazione manuale: “V†;

valvola di bilanciamento manuale: “B†;

- valvola di ritegno: “R†;

valvola miscelatrice: “M†;

- indicatore di portata o flussimetro: “I†;

indicatore di temperatura o termometro: “T†;

indicatore di pressione o manometro: “P†;

valvola di sicurezza: “S†;

filtro per l’aria: “F†.

Sono state utilizzate altre tre lettere per indicare i punti di ingresso e di uscita di liquido di consumo e dell’aria:

liquido freddo prelevato dalla sorgente (cold): "C†;

liquido caldo in uscita dal serbatoio di accumulo (hot): “H†;

- aria in ingresso o in uscita dal vaso di espansione: “A†.

Con riferimento alle figure di cui sopra, il serbatoio di accumulo descritto nella presente invenzione comprende i componenti di seguito elencati:

un involucro di contenimento (1) del serbatoio di accumulo;

il volume del serbatoio occupato dal liquido da riscaldare (2);

il volume del serbatoio occupato dall’aria (3);

- una membrana (4) per la separazione fìsica tra il liquido da riscaldare e aria;

uno scambiatore di calore (5) alimentato da un generatore di calore; un attacco (6) per l’ingresso del liquido di consumo freddo;

un attacco (7) per l’uscita del liquido di consumo caldo;

un attacco (8) per il collegamento della tubazione di mandata del generatore di calore;

un attacco (9) per il collegamento della tubazione di ritorno del generatore di calore;

un attacco (10) per l’ingresso dell’aria compressa nell’apposito vano del serbatoio;

un involucro di isolamento termico del serbatoio (11) per il contenimento delle dispersioni di calore dalle pareti verso l’ambiente; un compressore di aria (12);

un’elettrovalvola (13) per lo scarico in atmosfera dell’aria contenuta nel vaso di espansione a pressione costante;

una sonda di pressione per aria (14);

un pressostato per aria (15);

un flussostato (16);

un’elettrovalvola (17) per l’intercettazione del liquido in ingresso nel serbatoio;

un sensore di livello (18);

una sonda di temperatura (19) per la lettura della temperatura del liquido contenuto nel serbatoio di accumulo;

un regolatore elettronico (20) per la gestione dellimpianto.

Come precedentemente accennato, in figura 6 sono stati indicati altri componenti aggiuntivi facenti parti del modello di utilità depositato in data 30/01/2013 presso l’Ufficio provinciale Industria Commercio Artigianato di Perugia, numero di domanda PG2013U0000002:

- una batteria tampone (21);

uno o più pannelli solari (22) di qualsiasi tipologia;

un cireolatore (23) per la movimentazione del fluido termovettore contenuto nel circuito solare;

uno scambiatore di calore (24);

- una sonda di temperatura (25) per i pannelli solari;

- una sonda di temperatura (26) per il liquido di consumo contenuto nello scambiatore di calore;

- un vaso di espansione a membrana (27) collegato al circuito solare; un’elettrovalvola (28) per lo scarico in atmosfera dell’aria contenuta nel vaso di espansione a membrana del circuito solare;

- una valvola rompivuoto (29);

una valvola di sfogo aria automatica (30);

un separatore di aria automatico (31 );

un generatore di calore (32) di qualsiasi tipo per l’integrazione di energia termica.

Le modalità di funzionamento del sistema, costituito dai componenti sopra indicati e riportati nelle figure menzionate, possono essere così descritte.

Nel seguito, per “fluido termovettore†si intende quello contenuto nel circuito del generatore di calore, per “liquido di consumo†quello prelevato dalla sorgente (acquedotto, pozzo, etc.) per l’utilizzo.

Analizziamo la modalità definita “iniezione controllata di liquido di consumo in assenza di prelievo del liquido stesso†rappresentata in figura 4. L’iniezione di liquido all’interno del serbatoio in assenza di prelievo di liquido può essere necessaria per lo sfruttamento dell’energia solare come descritto nella relazione del modello di utilità depositato in data 30/01/2013 presso l’Ufficio provinciale Industria Commercio Artigianato di Perugia, numero di domanda PG2013U0000002.

11 regolatore (20), il quale gestisce le azioni di tutti i componenti attivi dell’impianto, nelle situazioni in cui si rende necessaria l’iniezione comanda l’apertura delle seguenti elettrovalvole:

- l’elettrovalvola (13), mediante la quale avverrà lo scarico dell’aria contenuta nell’apposito vano (3) del serbatoio di accumulo; l’elettrovalvola (17), per permettere l’iniezione di acqua di consumo nell’apposito vano (2) del serbatoio di accumulo.

La scarico di aria determinerà una diminuzione di pressione dell’aria contenuta nel serbatoio; l’alterato equilibrio tra la pressione del liquido ivi contenuto e quella dell’aria separate dalla membrana, determinerà l’ingresso di liquido di consumo nel serbatoio.

11 regolatore (20) comanderà l’interruzione dell’iniezione controllata di liquido, quando richiesto dal sistema, mediante la chiusura delle stesse elettrovalvole sopra menzionate:

l’elettrovalvola (13), per interrompere lo scarico di aria contenuta nell’apposito vano (3) del serbatoio di accumulo;

l’elettrovalvola (17), per intercettare la tubazione di ingresso dell’acqua di consumo nell’apposito vano (2) del serbatoio di accumulo.

Analizziamo la modalità definita “prelievo di liquido di consumo†rappresentata in figura 5.

Il volume di liquido contenuto nel serbatoio di accumulo deve essere il minimo necessario alla tipologia di utenza, per i seguenti motivi:

- il generatore di calore à ̈ chiamato a mantenere in temperatura una quantità di liquido inferiore;

- volumi di liquido caldo inferiori, nel caso in cui il liquido di consumo fosse destinato ad usi sanitari, riducono i rischi di proliferazione della legione! la.

II volume minimo di liquido può essere impostato dall’utente in base all’entità dei consumi attesi, una tantum all’avviamento dell’impianto; oppure, in una versione più evoluta del sistema, può essere calcolato ed aggiornato in modo automatico direttamente dal regolatore, in base alle registrazioni storiche dei prelievi. In funzione del valore del volume minimo, il sistema opererà in modo da tendere a non superarlo.

In condizioni di prelievo, sì possono verificare due possibilità:

a) il volume di liquido contenuto nel serbatoio à ̈ uguale al volume minimo; b) il volume di liquido contenuto nel serbatoio, a causa delle precedenti fasi di iniezione, à ̈ maggiore del volume minimo.

Nel caso a) il regolatore (20) comanderà l’apertura dell’elettrovalvola (17) posta sulla tubazione d’ingresso del liquido di consumo: la portata in ingresso sarà uguale a quella di uscita e conseguentemente non ci sarà variazione di volume di liquido nel serbatoio.

Nel caso b) il regolatore (20), grazie al segnale proveniente dal flussostato (16), comanderà la chiusura dell’elettrovalvola (17) posta sulla tubazione d’ingresso del liquido di consumo, per il progressivo svuotamento fino a tendere al volume minimo.

Il prelievo di acqua di consumo determinerà il progressivo svuotamento del serbatoio di accumulo, provocando una deformazione della membrana con una diminuzione del volume occupato dal liquido di consumo ed un aumento di quello occupato dallaria. Ciò causerà la progressiva diminuzione di pressione dell’aria, continuamente monitorata dal sensore di pressione (14), fino al limite inferiore stabilito (pressione minima). Al raggiungimento di tale soglia, il regolatore attiverà il compressore (12) che inietterà aria opportunamente filtrata nel vaso di espansione fino al raggiungimento della pressione massima stabilita. Il pressostato meccanico (15), con esclusiva funzione di sicurezza, servirà per bloccare il compressore nel caso di avaria o malfunzionamento del sensore di pressione (14).

Il sensore di livello (18) esegue un monitoraggio continuo del contenuto di liquido nel serbatoio di accumulo, evitando situazioni di riempimento eccessivo (fase iniezione) o insufficiente (fase di prelievo), intervenendo sull’ iniezione di liquido di consumo rispettivamente mediante la chiusura o l’apertura dell’elettrovalvole (13) e (17).

Analizziamo per ultimo la fase di riscaldamento del lìquido di consumo. II riscaldamento del liquido contenuto nel serbatoio avviene tramite un generatore di calore (di qualsiasi tipologia) collegato idraulicamente allo scambiatore di calore (5) inserito all’interno della parte di serbatoio (2) occupata dal liquido. La sonda di temperatura (19), inserita in apposito pozzetto sul serbatoio di accumulo, rileva in modo continuo la temperatura del liquido di consumo da riscaldare e comanda ['intervento de! generatore di calore se questa scende al di sotto del setpoint impostato nel regolatore.

Gli aspetti vantaggiosi principali del trovato sono:

1) adattamento del volume di liquido caldo accumulato in funzione dell’esigenze dell’utenza, con l’obiettivo di ridurlo al minimo strettamente necessario;

2) riduzione degli ingombri grazie all’integrazione del vaso di espansione a pressione costante;

3) riduzione delle dispersioni di calore verso l’ambiente dovute a:

a) l’assenza del vaso di espansione esterno, che rappresenta un componente metallico contenente acqua calda (usualmente i vasi di espansioni non sono isolati);

b) la presenza di una intercapedine di aria tra il liquido caldo e l’involucro di isolamento esterno, che aumenta la resistenza termica.

Si precisa che l’invenzione trova la sua naturale applicazione e ragione di esistere all’interno del modello di utilità depositato in data 30/01/2013 presso l’Ufficio provinciale Industria Commercio Artigianato di Perugia, numero di domanda PG2013U0000002.

Ulteriori aspetti vantaggiosi della presente invenzione sono esposti nel successivo paragrafo delle rivendicazioni.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, costituito dai seguenti componenti fondamentali: un involucro di contenimento, una membrana di idoneo materiale che separa il volume di liquido da riscaldare da quello occupato dal'aria, uno scambiatore di calore, gli attacchi di ingresso del liquido freddo e di uscita del liquido caldo, gli attacchi di mandata e di ritorno del fluido termovettore proveniente dal generatore di calore, l’attacco di ingresso dell 'aria compressa, un sistema di compressione e di scarico dellaria contenuta nel vaso di espansione, un regolatore elettronico con i relativi componenti (sonda di temperatura, sonda di pressione, elettrovalvole, etc.).
2. 2) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che adatta automaticamente il volume di liquido caldo accumulato al valore minimo compatibile alle esigenze dell’utenza.
3. 3) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il regolatore elettronico di cui à ̈ dotato stabilisce il volume ottimale di liquido caldo accumulato, in base alle registrazioni storiche dei prelievi (prelievi di liquido di consumo).
4. 4) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’ integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, secondo una o più rivendicazioni precedenti, che rende possibile l’iniezione controllata di liquido di consumo in assenza di prelievo del liquido stesso, grazie allo scarico in atmosfera dell’aria contenuta nella camera d’aria del vaso di espansione.
5. 5) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che non necessita di alcun vaso di espansione visto che comprende un vaso di espansione chiuso a pressione costante.
6. 6) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lo scambiatore di calore a cui à ̈ collegato il generatore di calore può essere di qualsiasi tipologia.
7. 7) Serbatoio di accumulo di liquido riscaldato tramite un generatore di calore e caratterizzato dall’integrazione di un vaso di espansione a pressione costante, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i volumi di liquido e di aria possono essere comunque disposti al suo interno. Naturalmente - fermi restando i principi del trovato - le forme, i materiali impiegati, i particolari di costruzione ed i sistemi d'azionamento dei vari organi potranno essere ampliamente variati rispetto a quanto descritto e illustrato, senza per questo uscire dal'ambito della presente invenzione, purché atti allo scopo Il tutto come sostanzialmente descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.