ITUB20159146A1 - Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema. - Google Patents

Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema. Download PDF

Info

Publication number
ITUB20159146A1
ITUB20159146A1 ITUB2015A009146A ITUB20159146A ITUB20159146A1 IT UB20159146 A1 ITUB20159146 A1 IT UB20159146A1 IT UB2015A009146 A ITUB2015A009146 A IT UB2015A009146A IT UB20159146 A ITUB20159146 A IT UB20159146A IT UB20159146 A1 ITUB20159146 A1 IT UB20159146A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
tank
fluid
secondary fluid
temperature
opening
Prior art date
Application number
ITUB2015A009146A
Other languages
English (en)
Inventor
Alessandro Bonolis
Original Assignee
Cordivari S R L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cordivari S R L filed Critical Cordivari S R L
Priority to ITUB2015A009146A priority Critical patent/ITUB20159146A1/it
Priority to ES16847610T priority patent/ES2787011T3/es
Priority to JP2018531081A priority patent/JP6934869B2/ja
Priority to KR1020187017446A priority patent/KR102462954B1/ko
Priority to CN201680076012.XA priority patent/CN108431507A/zh
Priority to EP16847610.9A priority patent/EP3394518B1/en
Priority to PCT/IT2016/000300 priority patent/WO2017109807A1/en
Publication of ITUB20159146A1 publication Critical patent/ITUB20159146A1/it

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0026Domestic hot-water supply systems with conventional heating means
    • F24D17/0031Domestic hot-water supply systems with conventional heating means with accumulation of the heated water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0078Recirculation systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D20/0039Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material with stratification of the heat storage material
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/01Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1306Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids
    • G05D23/132Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element
    • G05D23/134Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element measuring the temperature of mixed fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/02Fluid distribution means
    • F24D2220/0235Three-way-valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/02Fluid distribution means
    • F24D2220/0257Thermostatic valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/06Heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/08Storage tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2240/00Characterizing positions, e.g. of sensors, inlets, outlets
    • F24D2240/26Vertically distributed at fixed positions, e.g. multiple sensors distributed over the height of a tank, or a vertical inlet distribution pipe having a plurality of orifices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

SISTEMA DI SCAMBIO TERMICO E DI STRATIFICAZIONE TERMICA DEL FLUIDO CONTENUTO IN UN SERBATOIO E BOLLITORE
COMPRENDENTE DETTO SISTEMA
La presente invenzione riguarda un sistema di scambio termico e di stratificazione termica di un fluido da riscaldare, in particolare acqua sanitaria, all'interno di un serbatoio di accumulo. Inoltre, la presente invenzione riguarda un bollitore comprendente detto sistema.
Più precisamente, la presente invenzione riguarda un sistema di stratificazione termica che permette di immettere all'interno di un serbatoio un fluido secondario riscaldato in seguito a scambio di calore con un fluido primario all'esterno di detto serbatoio. Tale immissione avvenendo con portata e temperatura tali da non creare mescolamenti e preservare la stratificazione termica del fluido secondario all'interno del serbatoio.
Per stratificazione termica si intende la naturale tendenza di un fluido a "stratificare" all'interno di un contenitore, ad esempio di un serbatoio, la sua temperatura in maniera crescente dal basso verso l'alto e con elevati gradienti di temperatura fra la parte alta, più calda, e la parte bassa, più fredda.
Al fine di preservare la stratificazione termica, si cerca di evitare che il fluido immesso nel serbatoio, avente differenti temperature, generi un rimescolamento e turbolenze all'interno del serbatoio stesso, compromettendone l'efficienza.
La presente invenzione si colloca nel settore dei sistemi di riscaldamento a vaso chiuso, in cui il serbatoio contenente il fluido da riscaldare risulta essere sempre in pressione.
Allo stato dell'arte esistono sistemi di stratificazione termica del fluido contenuto in serbatoi a vaso chiuso, che impiegano tubazioni e scambiatori di calore dedicati e configurati in modo tale da immettere in ingresso il fluido riscaldato a diverse altezze del serbatoio, in modo tale che presenti la medesima temperatura del fluido già contenuto nel serbatoio, per evitare il rimescolamento e le turbolenze all'interno di detti serbatoi.
Tuttavia tali sistemi noti necessitano di un sistema che regoli l'immissione di detto fluido all'interno di detto serbatoio in modo tale da preservarne la stratificazione termica, in quanto detto fluido a seguito dello scambio termico potrebbe risultare a condizioni diverse e variabili di portata e temperatura che, se non regolate, non consentono di preservare la stratificazione termica. Allo stato dell'arte tali sistemi noti richiedono, quindi, sistemi di scambio termico appositamente progettati e tubazioni e circuiti esterni od interni al serbatoio.
Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi della tecnica nota, al fine di ottenere un sistema di scambio termico e di stratificazione che si possa applicare facilmente ai serbatoi bollitori o sistemi di scambio termico esistenti, garantendo un'ottimale stratificazione termica del fluido contenuto nel serbatoio.
È oggetto della presente invenzione un sistema di scambio termico e di stratificazione termica di un fluido secondario contenuto in un serbatoio di un bollitore, detto serbatoio avendo una porzione superiore ed una porzione inferiore, detto sistema comprendendo un circuito secondario, per lo scorrimento del fluido secondario, detto circuito secondario essendo atto ad essere in collegamento di fluido con la porzione superiore e la porzione inferiore di detto serbatoio, detto sistema comprendendo inoltre un cireolatore, atto ad agire su detto circuito secondario per la circolazione di detto fluido secondario dalla porzione inferiore alla porzione superiore di detto serbatoio attraverso detto circuito secondario, uno scambiatore termico, atto ad agire su di una porzione di detto circuito secondario per il riscaldamento di detto fluido secondario prima dell'immissione nella porzione superiore di detto serbatoio, ed una valvola termostatica, atta ad agire su detto circuito secondario in modo tale che, durante l'uso, detta valvola termostatica regoli la temperatura e la portata di detto fluido secondario attraverso detto circuito secondario in funzione dello scambio termico con detto scambiatore di calore per preservare la stratificazione termica del fluido secondario all'interno di detto serbatoio.
Inoltre, secondo l'invenzione, detta valvola termostatica può essere configurata in modo tale che, durante l'uso, quando la temperatura del fluido secondario in corrispondenza di detta valvola termostatica equivale o è inferiore ad una prima temperatura impostata, detta valvola termostatica impedisce il flusso, ovvero la portata, di detto fluido secondario dalla porzione inferiore di detto serbatoio, così da permettere al fluido secondario residuo di circolare solamente in detto circuito secondario per il riscaldamento di detto fluido secondario, quando la temperatura del fluido secondario in corrispondenza di detta valvola termostatica è superiore a detta prima temperatura impostata, detta valvola termostatica varia la portata del flusso di detto fluido secondario attraverso di essa in maniera proporzionale alla differenza tra la temperatura del fluido secondario e la temperatura impostata, per l'immissione di detto fluido secondario nella porzione superiore di detto serbatoio per preservare la stratificazione termica di detto fluido secondario all'interno di detto serbatoio. Ancora secondo l'invenzione, detta valvola termostatica può presentare una prima apertura di mandata o mandata calda, una seconda apertura di mandata o mandata fredda, ed un'apertura di uscita, detto circuito secondario può presentare una prima apertura o apertura inferiore, atta ad essere in contatto di fluido con la parte inferiore del serbatoio per l'aspirazione del fluido secondario da detto serbatoio, ed una seconda apertura o apertura superiore, atta ad essere in contatto di fluido con la parte superiore del serbatoio per l'immissione del fluido secondario nel serbatoio, detto circuito secondario può comprendere inoltre una prima porzione o porzione di scambio termico in corrispondenza di detto scambiatore di calore per il riscaldamento di detto fluido secondario, una seconda porzione, in grado di mettere in collegamento di fluido detta apertura inferiore con detta seconda apertura di mandata di detta valvola termostatica, una terza porzione, in grado di mettere in collegamento di fluido detta mandata di uscita di detta valvola termostatica e detta prima porzione del condotto secondario, ed una quarta porzione in grado di mettere in collegamento di fluido detta prima porzione sia con detta mandata calda di detta valvola termostatica sia con detta apertura superiore, detto sistema essendo configurato in modo tale che, durante l'uso, detta valvola termostatica regoli la temperatura e la portata di detto fluido secondario attraverso l'apertura/chiusura parziale o totale di detta seconda apertura di mandata in funzione della temperatura di detto fluido secondario in corrispondenza di detta prima apertura di mandata per preservare la stratificazione termica del fluido secondario all'interno di detto serbatoio.
In particolare, secondo l'invenzione, detta valvola termostatica può essere configurata in modo tale che, durante l'uso, quando la temperatura del fluido secondario in corrispondenza della mandata calda di detta valvola termostatica equivale o è inferiore ad una prima temperatura impostata, detta valvola termostatica chiude o mantiene chiusa detta seconda apertura di mandata, impedendo il flusso, ovvero la portata, di detto fluido secondario dall'apertura inferiore, così da permettere al fluido secondario di circolare tra la terza, prima e quarta porzione del circuito secondario per il riscaldamento di detto fluido secondario in detto circuito secondario, quando la temperatura del fluido secondario in corrispondenza della mandata calda di detta valvola termostatica è superiore a detta prima temperatura impostata, detta valvola termostatica apre o mantiene aperta parzialmente o totalmente detta seconda apertura di mandata, variando la portata del flusso di detto fluido secondario attraverso detta seconda apertura di mandata in maniera proporzionale alla differenza fra la temperatura del fluido secondario in corrispondenza della mandata calda e la temperatura impostata, per l'immissione di detto fluido secondario riscaldato in detta seconda apertura per la stratificazione termica all'interno di detto serbatoio.
Sempre secondo l'invenzione, detto scambiatore di calore può comprendere un circuito primario per lo scorrimento di un fluido termovettore primario riscaldato per mezzo di mezzi di riscaldamento esterni, ad esempio una pompa di calore, detto circuito primario trovandosi in contatto termico diretto od indiretto con detta porzione di scambio termico di detto circuito secondario in corrispondenza di detto scambiatore di calore per il riscaldamento di detto fluido secondario. Preferibilmente secondo l'invenzione, detto cireolatore può essere disposto in corrispondenza della terza porzione del circuito secondario per aspirare il fluido secondario dalla seconda porzione e/o dalla quarta porzione del circuito secondario.
Ancora secondo l'invenzione, detto sistema può ulteriormente comprendere un sistema di regolazione della temperatura di detto fluido secondario in detto circuito secondario in funzione della temperatura rilevata ad uno o più livelli di altezza di detto serbatoio, in modo da interrompere il riscaldamento di detto fluido secondario in corrispondenza di detto scambiatore di calore al raggiungimento di una seconda temperatura impostata ad un determinato livello di detto serbatoio.
In particolare, secondo l'invenzione, detto sistema di regolazione può comprendere mezzi di rilevamento, ad esempio sonde, disposti ad uno o più livelli di detto serbatoio, in grado di rilevare la temperatura di detto fluido secondario al rispettivo livello di detto serbatoio.
Ulteriormente secondo l'invenzione, detta seconda porzione del circuito secondario può essere atta ad essere inserita all'interno di detto serbatoio o atta ad essere disposta all'esterno di detto serbatoio.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detta valvola termostatica può essere direttamente collegata a detto cireolatore.
Inoltre, è oggetto della presente invenzione un bollitore comprendente un serbatoio, avente una porzione inferiore ed una porzione superiore, ed un sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
Infine, secondo l'invenzione, detto serbatoio può essere a vaso chiuso.
L'invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui:
la figura 1 mostra una vista dello schema idraulico del sistema di scambio termico e di stratificazione termica per serbatoi secondo l'invenzione;
la figura 2 mostra una vista prospettica di una prima forma di realizzazione del sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione applicato ad un bollitore;
la figura 3 mostra una vista dall'alto del sistema di scambio termico di figura 2;
la figura 4 mostra una vista prospettica di una seconda forma di realizzazione del sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione;
le figure 5a - 5f mostrano viste frontali in visione termografica durante diverse fasi temporali in successione dell'immissione di un fluido all'interno del serbatoio a seguito di riscaldamento tramite un sistema di scambio termico secondo la tecnica nota; le figure 6a - 6f mostrano viste frontali in visione termografica durante diverse fasi temporali in successione del sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione;
la figura 7 mostra un primo grafico della variazione della temperatura, in funzione del tempo, del fluido secondario riscaldato da detto sistema di scambio termico secondo la tecnica nota; e
la figura 8 mostra un secondo grafico della variazione della temperatura, in funzione del tempo, del fluido secondario riscaldato tramite scambio termico alle stesse condizioni di detto sistema di scambio termico secondo la tecnica nota ed immesso nel serbatoio da detto sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione.
Facendo riferimento alle figure 1 - 3 si osserva il sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione, indicato con il riferimento numerico 1. Detto sistema 1 è atto ad essere applicato ad un serbatoio di accumulo 2 a vaso chiuso di un bollitore contenente un fluido da riscaldare, ad esempio acqua sanitaria. Nella specifica forma di realizzazione il fluido da riscaldare è un fluido secondario da riscaldare tramite scambio termico con un ulteriore fluido termovettore, detto primario.
Il sistema di scambio termico e di stratificazione 1 secondo l'invenzione prevede uno scambiatore termico 7, comprendente un circuito primario 10, attraverso il quale scorre un fluido termovettore primario riscaldato, ad esempio per mezzo di pompe di calore o altri sistemi di riscaldamento. Detto fluido primario potendo essere acqua e potendo ad esempio essere destinato al riscaldamento di un'abitazione. In altre forme di realizzazione detto scambiatore di calore 7 può prevedere altri sistemi di riscaldamento del fluido secondario. Inoltre, il sistema 1 prevede un circuito secondario 11, per lo scorrimento del fluido da riscaldare o fluido secondario, avente una prima porzione 18 in contatto termico, diretto od indiretto, con detto circuito primario 10 in corrispondenza di detto scambiatore termico 7, per il riscaldamento di detto fluido secondario. Detto circuito secondario 11 è configurato in modo da mettere in collegamento di fluido un'apertura inferiore 14 collegata alla porzione inferiore di detto serbatoio 2 ed una apertura superiore 15 collegata alla porzione superiore di detto serbatoio 2. In corrispondenza di detto circuito secondario 11 è previsto un cireolatore 19 in grado di far circolare il fluido secondario in detto circuito secondario 11.
Inoltre, il sistema 1 secondo l'invenzione prevede una valvola miscelatrice termostatica 5 atta ad agire su detto circuito secondario 11 in modo tale che, durante l'uso, detta valvola termostatica 5 regoli la temperatura e la portata di detto fluido secondario attraverso detto circuito secondario 11 in funzione dello scambio termico con detto scambiatore di calore 7 per preservare la stratificazione termica del fluido secondario all'interno di detto serbatoio 2,
Nella specifica forma di realizzazione, la valvola termostatica 5 presenta una prima apertura di mandata o mandata calda 3, una seconda apertura di mandata o mandata fredda 4, ed una apertura di uscita 6.
Detto circuito secondario 11 presenta una seconda porzione 12 in grado di mettere in collegamento di fluido detta apertura inferiore 14 collegata alla porzione inferiore di detto serbatoio 2 con detta seconda apertura di mandata 4 di detta valvola miscelatrice 5. Inoltre detto circuito secondario il presenta una terza porzione 16 in grado di mettere in collegamento di fluido detta mandata di uscita 6 di detta valvola miscelatrice 5 e detta prima porzione 18, ed una quarta porzione 17 in grado di mettere in collegamento di fluido detta prima porzione 18 con detta mandata calda 3 di detta valvola miscelatrice e con detta apertura superiore 15 collegata con la porzione superiore di detto serbatoio 2.
In particolare, il cireolatore 19 è preferibilmente posizionato in corrispondenza della terza porzione 16 del circuito secondario 11 per aspirare il fluido da riscaldare dalla prima apertura 14 e/o della quarta porzione 17 del circuito secondario 11.
Il sistema di scambio termico 1 secondo l'invenzione è configurato in modo tale che quando la temperatura Tcdel fluido secondario in corrispondenza della mandata calda 3 di detta valvola miscelatrice 5 equivale o è inferiore ad una prima temperatura impostata Τχ per la temperatura T0del fluido in corrispondenza dell'apertura di uscita 6 di detta valvola miscelatrice termostatica 5, detta valvola miscelatrice 5 chiude o mantiene chiusa detta seconda apertura di mandata 4, impedendo il flusso, ovvero la portata, di detto fluido secondario, di temperatura bassa, attraverso l'apertura inferiore 14 collegata alla porzione inferiore del serbatoio 2 ed attraverso l'apertura superiore 15 collegata alla porzione superiore del serbatoio 2. In tale condizione il fluido secondario circola solamente tra lo scambiatore termico 7 e la valvola miscelatrice termostatica 5 passando interamente dalla mandata calda 3 all'apertura di uscita 6 e quindi non vi è nessun flusso, ovvero portata da e verso detto serbatoio 2. Quando, a seguito dello scambio termico, la temperatura Tcdella mandata calda 3 supera detta una prima temperatura Ti, detta valvola miscelatrice termostatica 5 apre parzialmente o totalmente l'apertura di mandata fredda 4 variando la portata del flusso in maniera proporzionale alla differenza tra la temperatura Tcdella mandata calda 3 e la temperatura impostata Ti per la temperatura T0del fluido in corrispondenza dell'apertura di uscita 6.
In conseguenza di ciò si ha un flusso, ovvero una portata, attraverso detta apertura inferiore 14 e detta apertura superiore 15 che comporta l'immissione di detto fluido secondario in detto serbatoio 2 tramite l'apertura superiore 15 alla temperatura Tcdella mandata calda 3, che, per il funzionamento sopra descritto, risulta essere superiore o uguale alla temperatura Τχ impostata per la temperatura Τ0di uscita 6 della valvola miscelatrice termostatica 5 e con un flusso, ovvero una portata, parziale rispetto al flusso totale dell'uscita 6, utilizzato per realizzare lo scambio termico di detto fluido secondario con detto fluido primario e proporzionale alla differenza tra detta temperatura Tce detta temperatura impostata Τχ. Quindi, secondo l'invenzione, impostando una opportuna temperatura Ih per la temperatura Tydi uscita 6 della valvola miscelatrice termostatica 5, si ottiene di immettere detto fluido secondario nella parte alta di detto serbatoio 2, alla temperatura desiderata, superiore o uguale alla temperatura impostata Τχ, e con un flusso, ovvero portata, regolati in maniera automatica e simultanea dalla valvola miscelatrice termostatica 5 in modo tale da non perturbare la stratificazione termica del serbatoio, indipendentemente dalle condizioni di temperatura e di flusso, ovvero portata, di detti fluidi secondario e primario nello scambio termico, ovvero indipendentemente dalle condizioni a cui avviene detto scambio termico, quali ad esempio variazioni di temperatura e/o portata del fluido primario e del fluido secondario.
Pertanto, il sistema secondo l'invenzione consente vantaggiosamente di realizzare un sistema per regolare la portata e la temperatura nell'immissione all'interno di un serbatoio di un fluido secondario che è riscaldato tramite un qualsiasi generico sistema di scambio termico con un fluido primario in condizioni variabili e non controllate di portata e temperatura, in modo che detta immissione preservi la stratificazione termica all'interno di detto serbatoio. Confrontando le figure 5a - 5f con le figure 6a - 6f si evince come, in mancanza di detto sistema di stratificazione termica secondo l'invenzione, il fluido secondario proveniente direttamente da detto scambio termico con detto fluido primario, e immesso nella porzione superiore del serbatoio 2 attraverso l'apertura 15 con temperatura e flusso, ovvero portata, derivanti da detto scambio termico e non regolati dalla valvola miscelatrice termostatica 5 del sistema 1 secondo l'invenzione, crea mescolamento all'interno del serbatoio e non consente la stratificazione termica. Come si può evincere dal confronto dei grafici di figure 7 e 8 nel sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione la temperatura Tcdella mandata calda 3 sale molto più rapidamente {figura 8) rispetto alla stessa temperatura Tcdell'analogo sistema di scambio termico secondo tecnica nota (figura 7), il che indica che il riscaldamento del fluido immesso nel serbatoio è più rapido.
Inoltre, nel sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione detta temperatura Tc(figura 8) è costantemente compresa tra le temperature di mandata e di ritorno del fluido primario, rispettivamente TI FL1 e T2 FL1, mentre nell'analogo sistema di scambio termico secondo tecnica nota alle stesse condizioni, senza detto sistema di stratificazione termica (figura 7) detta temperatura Tcè circa coincidente con la temperatura di ritorno T2 FL1 del fluido primario, il che indica che nel sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione (fig. 8) detto fluido secondario raggiunge, a parità di condizioni, temperature più elevate, ovvero che lo scambio termico ha efficienza maggiore.
Inoltre dal confronto dei grafici di figure 7 e 8 sì può evincere come, nel sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo 1'invenzione(figura 8) la temperatura Tsb, rilevata nella parte bassa del serbatoio, aumenta parecchio tempo dopo la temperatura Tsa, rilevata nella parte alta del serbatoio, mantenendo un elevato gradiente di temperatura tra parte alta e parte bassa del serbatoio per tutto il primo periodo finché la Tsb non comincia ad aumentare, il che indica che c'è una stratificazione termica ideale. Viceversa, nel sistema di scambio termico secondo tecnica nota senza detto sistema di stratificazione termica (figura 7) dette temperature Tsa e Tsb, aumentano contemporaneamente, mantenendo un basso gradiente di temperatura tra parte alta e parte bassa del serbatoio, il che indica che non c'è una buona stratificazione termica a conferma di quanto sopra evinto dal confronto delle figure 5a - 5f con le figure 6a - 6f.
Preferibilmente, il sistema di scambio termico e di stratificazione termica secondo l'invenzione può comprendere ulteriormente un sistema di regolazione e controllo dello scambio termico di detto fluido secondario con detto fluido primario, in funzione della temperatura rilevata per mezzo di mezzi di rilevamento, come sonde, disposti in una pluralità di posizioni di detto serbatoio, in modo da poter interrompere detto scambio termico al raggiungimento delle temperatura desiderata ad un determinato livello di detto serbatoio, corrispondente alla posizione di una determinata sonda, consentendo, in virtù della stratificazione termica realizzata in detto serbatoio, di non dover riscaldare detto fluido anche al di sotto di detto livello di detta sonda.
In particolare, il sistema di regolazione e controllo è in grado di interrompere detto scambio termico mediante attuatori elettronici, elettromeccanici, o termo meccanici, al raggiungimento di una seconda temperatura impostata T2in corrispondenza di uno o più determinati livelli di detto serbatoio.
La forma di realizzazione del sistema di scambio termico 1 di stratificazione termica secondo l'invenzione di figura 4 differisce dal sistema descritto in precedenza, dal fatto che detta seconda porzione 12 del circuito secondario 11 è inserita all'interno di detto serbatoio 2 invece di trovarsi all'esterno di esso, in modo da avere maggiore facilità di produzione, in quanto per realizzare detta seconda porzione 12, che collega l'apertura inferiore 14 con l'apertura di mandata 4 della valvola miscelatrice 5, non è necessario conformare appositamente una tubazione in modo che sia passante all'esterno del serbatoio. Tale seconda porzione 12 passante all'interno del serbatoio 2 resta in ogni caso accessibile per ispezione e sostituzione pur restando nel massimo ingombro del prodotto completo.
Inoltre, nella forma di realizzazione di figura 4 la valvola miscelatrice 5 è direttamente collegata al cireolatore 19, compattando quindi gli ingombri e ottimizzando la raccorderia.
In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma è da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema {1) di scambio termico e di stratificazione termica di un fluido secondario contenuto in un serbatoio (2) di un bollitore, detto serbatoio (2) avendo una porzione superiore ed una porzione inferiore, detto sistema (1) comprendendo un circuito secondario (11), per lo scorrimento del fluido secondario, detto circuito secondario (11) essendo atto ad essere in collegamento di fluido con la porzione superiore e la porzione inferiore di detto serbatoio (2), detto sistema (1) comprendendo inoltre un cireolatore (19), atto ad agire su detto circuito secondario (11) per la circolazione di detto fluido secondario dalla porzione inferiore alla porzione superiore di detto serbatoio (2) attraverso detto circuito secondario (11), uno scambiatore termico (7), atto ad agire su di una porzione (18) di detto circuito secondario (11) per il riscaldamento di detto fluido secondario prima dell'immissione nella porzione superiore di detto serbatoio (2), ed una valvola termostatica (5), atta ad agire su detto circuito secondario (11) in modo tale che, durante l'uso, detta valvola termostatica (5) regoli la temperatura e la portata di detto fluido secondario attraverso detto circuito secondario (11) in funzione dello scambio termico con detto scambiatore di calore (7) per preservare la stratificazione termica del fluido secondario all'interno di detto serbatoio (2), 2. Sistema (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta valvola termostatica (5) è configurata in modo tale che, durante l'uso, quando la temperatura {Tc)del fluido secondario in corrispondenza di detta valvola termostatica (5) equivale o è inferiore ad una prima temperatura impostata (Ih), detta valvola termostatica (5) impedisce il flusso, ovvero la portata, di detto fluido secondario dalla porzione inferiore di detto serbatoio (2), così da permettere al fluido secondario residuo di circolare solamente in detto circuito secondario (11) per il riscaldamento di detto fluido secondario, quando la temperatura (Tc)del fluido secondario in corrispondenza di detta valvola termostatica (5) è superiore a detta prima temperatura impostata (Tx ), detta valvola termostatica (5) varia la portata del flusso di detto fluido secondario attraverso di essa in maniera proporzionale alla differenza tra la temperatura (Tc)del fluido secondario e la temperatura impostata {Tx ), per l'immissione di detto fluido secondario nella porzione superiore di detto serbatoio (2) per preservare la stratificazione termica di detto fluido secondario all'interno di detto serbatoio (2). 3. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta valvola termostatica (5) presenta una prima apertura di mandata o mandata calda (3), una seconda apertura di mandata o mandata fredda {4), ed un'apertura di uscita (6), dal fatto che detto circuito secondario (11) presenta una prima apertura o apertura inferiore (14), atta ad essere in contatto di fluido con la parte inferiore del serbatoio {2) per l'aspirazione del fluido secondario da detto serbatoio (2), ed una seconda apertura o apertura superiore (15), atta ad essere in contatto di fluido con la parte superiore del serbatoio (2) per l'immissione del fluido secondario nel serbatoio (2), dal fatto che detto circuito secondario (11) comprende inoltre una prima porzione o porzione di scambio termico (18) in corrispondenza di detto scambiatore di calore (7) per il riscaldamento di detto fluido secondario, una seconda porzione (12), in grado di mettere in collegamento di fluido detta apertura inferiore (14) con detta seconda apertura di mandata (4) di detta valvola termostatica (5), una terza porzione (16), in grado di mettere in collegamento di fluido detta mandata di uscita (6) di detta valvola termostatica (5) e detta prima porzione (18) del condotto secondario (11), ed una quarta porzione (17) in grado di mettere in collegamento di fluido detta prima porzione (18) sia con detta mandata calda (3) di detta valvola termostatica (5) sia con detta apertura superiore (15), detto sistema (1) essendo configurato in modo tale che, durante l'uso, detta valvola termostatica (5) regoli la temperatura e la portata di detto fluido secondario attraverso l'apertura/chiusura parziale o totale di detta seconda apertura di mandata (4) in funzione della temperatura (Tc)di detto fluido secondario in corrispondenza di detta prima apertura di mandata (3) per preservare la stratificazione termica del fluido secondario all'interno di detto serbatoio (2). 4. Sistema (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta valvola termostatica (5) è configurata in modo tale che, durante l'uso, quando la temperatura (Tc)del fluido secondario in corrispondenza della mandata calda (3) di detta valvola termostatica (5) equivale o è inferiore ad una prima temperatura impostata {Τχ), detta valvola termostatica (5) chiude o mantiene chiusa detta seconda apertura di mandata (4), impedendo il flusso, ovvero la portata, di detto fluido secondario dall'apertura inferiore (14), così da permettere al fluido secondario di circolare tra la terza (16), prima (18) e quarta (17) porzione del circuito secondario (11) per il riscaldamento di detto fluido secondario in detto circuito secondario (11), quando la temperatura (Tc)del fluido secondario in corrispondenza della mandata calda (3) di detta valvola termostatica (5) è superiore a detta prima temperatura impostata (Tx ), detta valvola termostatica (5) apre o mantiene aperta parzialmente o totalmente detta seconda apertura di mandata (4), variando la portata del flusso di detto fluido secondario attraverso detta seconda apertura di mandata (4) in maniera proporzionale alla differenza tra la temperatura (Tc)del fluido secondario in corrispondenza della mandata calda (3) e la temperatura impostata (Tx ), per l'immissione di detto fluido secondario riscaldato in detta seconda apertura (15) per la stratificazione termica all'interno di detto serbatoio (2). 5. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore (7) comprende un circuito primario (10) per lo scorrimento di un fluido termovettore primario riscaldato per mezzo di mezzi di riscaldamento esterni, ad esempio una pompa di calore, detto circuito primario (10) trovandosi in contatto termico diretto od indiretto con detta porzione di scambio termico (18) di detto circuito secondario (11) in corrispondenza di detto scambiatore di calore (7) per il riscaldamento di detto fluido secondario. 6. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, quando dipendenti dalla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto circolatore (19) è disposto in corrispondenza della terza porzione (16) del circuito secondario (11) per aspirare il fluido secondario dalla seconda porzione (12) e/o dalla quarta porzione (17) del circuito secondario (11). 7. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un sistema di regolazione della temperatura di detto fluido secondario in detto circuito secondario (11) in funzione della temperatura rilevata ad uno o più livelli di altezza di detto serbatoio (2), in modo da interrompere il riscaldamento di detto fluido secondario in corrispondenza di detto scambiatore di calore (7) al raggiungimento di una seconda temperatura impostata (T2)ad un determinato livello di detto serbatoio (2). 8. Sistema (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto sistema di regolazione comprende mezzi di rilevamento, ad esempio sonde, disposti ad uno o più livelli di detto serbatoio (2), in grado di rilevare la temperatura di detto fluido secondario al rispettivo livello di detto serbatoio (2). 9. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, quando dipendente dalla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione (12) del circuito secondario (11) è atta ad essere inserita all'interno di detto serbatoio (2) o è atta ad essere disposta all'esterno di detto serbatoio (2). 10. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta valvola termostatica (5) è direttamente collegata a detto cireolatore (19). 11. Bollitore comprendente un serbatoio (2), avente una porzione inferiore ed una porzione superiore, ed un sistema (1) di scambio termico e di stratificazione termica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 12. Bollitore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio (2) è a vaso chiuso.
ITUB2015A009146A 2015-12-24 2015-12-24 Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema. ITUB20159146A1 (it)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITUB2015A009146A ITUB20159146A1 (it) 2015-12-24 2015-12-24 Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema.
ES16847610T ES2787011T3 (es) 2015-12-24 2016-12-19 Sistema de intercambio térmico y estratificación térmica para el fluido contenido en un tanque y tanque de agua caliente que comprende dicho sistema
JP2018531081A JP6934869B2 (ja) 2015-12-24 2016-12-19 タンクに収容された流体のための熱交換および熱成層システム、ならびに該システムを備えた熱水タンク
KR1020187017446A KR102462954B1 (ko) 2015-12-24 2016-12-19 탱크 안에 포함된 유체의 열교환 및 열적 성층 시스템 및 상기 시스템을 포함하는 온수 탱크
CN201680076012.XA CN108431507A (zh) 2015-12-24 2016-12-19 用于容纳在罐中的流体的热交换和热分层系统以及包括所述系统的锅炉
EP16847610.9A EP3394518B1 (en) 2015-12-24 2016-12-19 Thermal exchange and thermal stratification system for the fluid contained in a tank and hot water tank comprising said system
PCT/IT2016/000300 WO2017109807A1 (en) 2015-12-24 2016-12-19 Thermal exchange and thermal stratification system for the fluid contained in a tank and boiler comprising said system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITUB2015A009146A ITUB20159146A1 (it) 2015-12-24 2015-12-24 Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITUB20159146A1 true ITUB20159146A1 (it) 2017-06-24

Family

ID=55795027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ITUB2015A009146A ITUB20159146A1 (it) 2015-12-24 2015-12-24 Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema.

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP3394518B1 (it)
JP (1) JP6934869B2 (it)
KR (1) KR102462954B1 (it)
CN (1) CN108431507A (it)
ES (1) ES2787011T3 (it)
IT (1) ITUB20159146A1 (it)
WO (1) WO2017109807A1 (it)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3100623B1 (fr) * 2019-09-10 2023-06-16 Delta Dore Procédé de gestion, dans un ballon, d’un volume d’eau dont la température est supérieure à une température prédéterminée.

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027821A (en) * 1975-07-18 1977-06-07 International Telephone And Telegraph Corporation Solar heating/cooling system
EP2848875A1 (en) * 2013-09-11 2015-03-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hot-water supply system and control method for the same
EP2873933A1 (en) * 2012-06-15 2015-05-20 Mitsubishi Electric Corporation Heat-storage-exchange-heating device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61208493A (ja) * 1985-03-14 1986-09-16 Mitsubishi Corp 潜熱利用蓄熱装置
JP2007147263A (ja) * 2005-10-24 2007-06-14 Hitachi Metals Ltd 貯湯ユニット
KR20110125234A (ko) * 2009-03-27 2011-11-18 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 히트 펌프식 급탕기
JP2010281487A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Mitsubishi Electric Corp 給湯機
JP2012215304A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ヒートポンプ給湯システム
JP5828219B2 (ja) * 2011-04-27 2015-12-02 株式会社ノーリツ コージェネレーションシステム、排熱利用装置、コージェネレーションシステムの制御方法及びヒートポンプ式給湯装置
KR101977021B1 (ko) * 2011-12-30 2019-05-10 웅진코웨이 주식회사 온수공급장치 및 온수공급방법
JP6366335B2 (ja) * 2013-04-24 2018-08-01 大阪瓦斯株式会社 貯湯式熱源装置
CN104848295A (zh) * 2014-10-28 2015-08-19 青岛万力科技有限公司 自适应智能换热站
CN204494590U (zh) * 2015-02-09 2015-07-22 英特换热设备(浙江)有限公司 一种具有循环直热混合水力模块的热水系统
CN204783320U (zh) * 2015-06-11 2015-11-18 北京燃气能源发展有限公司 一种燃气三联供系统的中冷水余热利用系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027821A (en) * 1975-07-18 1977-06-07 International Telephone And Telegraph Corporation Solar heating/cooling system
EP2873933A1 (en) * 2012-06-15 2015-05-20 Mitsubishi Electric Corporation Heat-storage-exchange-heating device
EP2848875A1 (en) * 2013-09-11 2015-03-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hot-water supply system and control method for the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180097562A (ko) 2018-08-31
EP3394518A1 (en) 2018-10-31
ES2787011T3 (es) 2020-10-14
WO2017109807A1 (en) 2017-06-29
JP2019500568A (ja) 2019-01-10
KR102462954B1 (ko) 2022-11-03
JP6934869B2 (ja) 2021-09-15
CN108431507A (zh) 2018-08-21
EP3394518B1 (en) 2020-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10247427B2 (en) Multi-temperature output fluid heating system
CN204786682U (zh) 一种恒温恒流热水系统
CN208914409U (zh) 一种具有自动补油功能的油温机
BR102015009014B1 (pt) conjunto de aquecedor de água de alta capacidade, e, método para fornecer maiores quantidades de água morna
ITUB20159146A1 (it) Sistema di scambio termico e di stratificazione termica del fluido contenuto in un serbatoio e bollitore comprendente detto sistema.
JP6599274B2 (ja) 貯湯式給湯機
CN206430249U (zh) 套管式壁挂炉水路系统
CN104807173A (zh) 一种恒温恒流热水系统
CN203240654U (zh) 常压式水-水换热器
CN208476339U (zh) 适用于高温恒温槽的液位检测装置
JP5862654B2 (ja) 給湯装置
CN207515032U (zh) 一种供热系统
US10772462B2 (en) Heating device
US20190309986A1 (en) Water heater
CN211074369U (zh) 一种油冷式模温机
US10139129B2 (en) Water heater having thermal displacement conduit
CN211925995U (zh) 一种房屋温度调节的自循环换热装置
CN208114543U (zh) 恒温活水洗澡盆
US1235508A (en) Heating system.
CN208519965U (zh) 一种水温自动调节装置
CN207621980U (zh) 一种并联式电热锅炉
CN208287244U (zh) 一种风冷降温型中药煎煮装置
US1766260A (en) Temperature control
JP2016191486A (ja) 貯湯式給湯装置
JP2023008009A (ja) 温浴設備