PT105061B - Circuito auxiliar para aquecimento de acumuladores térmicos - Google Patents

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Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UMA ASSOCIAÇÃO E MONTAGEM ESPECÍFICA DE ELEMENTOS FUNCIONAIS FORMANDO UM?? CIRCUITO (17) COMPOSTO POR TUBAGEM, UMA VÁLVULA ANTI-RETORNO (18) E UMA BOMBA (19), LIGANDO A SAÍDA DO EQUIPAMENTO DE AQUECIMENTO AUXILIAR (9) NUM SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA SANITÁRIA DE VOLTA AO PERMUTADOR DE CALOR (3), POR ONDE A ÁGUA HAVIA JÁ PASSADO. ESTE CIRCUITO PERMITE QUE, CASO A TEMPERATURA DO TANQUE ACUMULADOR (2 SEJA INFERIOR A UM DETERMINADO VALOR PRÉ-ESTABELECIDO, A ÁGUA SANITÁRIA QUE SE ENCONTRA NO INTERIOR DO PERMUTADOR (3) CIRCULE PELO EQUIPAMENTO DE AQUECIMENTO AUXILIAR (9) POR ACÇÃO DA BOMBA (19) DESTE NOVO CIRCUITO E, APÓS ALI RECEBER CALOR, ESTA ÁGUA REGRESSA AO PERMUTADOR POR ESTE CIRCUITO INVERTENDO ASSIM O SENTIDO DO FLUXO TÉRMICO, PASSANDO A ÁGUA NO PERMUTADOR A AQUECER O FLUIDO DO ACUMULADOR EM VEZ DE SER AQUECIDA POR ELE. ESTE NOVO CIRCUITO (17) PERMITE COMPLEMENTAR, OU MESMO SUBSTITUIR, UM EVENTUAL SISTEMA DE APOIO TÉRMICO DO TANQUE ACUMULADOR. O FLUIDO DO ACUMULADOR TÉRMICO, EXTERIOR AO PERMUTADOR, RECEBE PRIORITARIAMENTE CALOR DE UMA FONTE PRIMÁRIA, DE PREFERÊNCIA RENOVÁVEL, COMO SEJA A SOLAR TÉRMICA.

Description

CIRCUITO AUXILIAR PARA AQUECIMENTO DE ACUMULADORES TÉRMICOS
Âmbito do invento presente invento diz respeito a uma associação e montagem específica de elementos funcionais formando um circuito composto por tubagem, uma válvula anti-retorno e uma bomba, ligando a saída do equipamento de aquecimento auxiliar num sistema de aquecimento de água sanitária de volta ao permutador de calor, por onde a água havia já passado, tal como definido na reivindicação 1.
Técnica anterior
São conhecidos muitos e variados sistemas térmicos para aquecimento de água funcionando segundo diferentes princípios. Porém, os sistemas de aquecimento de água que utilizam energias renováveis, como seja a solar térmica, e porque estas energias apesar de fiáveis mas não são controláveis, apresentam todos uma coisa em comum: possuem um tanque acumulador para armazenar o calor recolhido durante as horas de sol para o poder disponibilizar mais tarde quando este for necessário. 0 facto da energia solar não ser controlável obriga também ao uso de sistemas de aquecimento auxiliares - e/ou de apoio
- 2 que permitam satisfazer as necessidades de calor quando da eventual ausência, ou simples insuficiência, de energia solar. No caso dos sistemas solares térmicos mais comuns estes possuem um circuito solar que recolhe o calor absorvido pelos colectores, transporta-o e transfere-o para um tanque cheio de água sanitária à pressão da rede através de um permutador geralmente do tipo serpentina. Caso a energia solar não consiga satisfazer o consumo, existem normalmente no tanque resistências eléctricas que o aquecem e o mantêm à temperatura pretendida - transformando-o, na prática, num termoacumulador.
Uma outra versão de sistema solar térmico, à qual o presente invento melhor se adapta, possui um tanque acumulador à pressão atmosférica e é o próprio fluido do acumulador que vai aos colectores recolher o calor e trazêlo de volta para o acumulador. Nestes sistemas é a água sanitária que circula à pressão da rede num permutador, normalmente imerso no fluido do acumulador tendo a forma de serpentina como de tanque, e onde a água é pré-aquecida enquanto nele permanece até partir para o consumo. Para o caso deste pré-aquecimento não ser suficiente, existe nestes sistemas um aquecedor instantâneo à saída que irá fornecer à água apenas o calor necessário para que esta atinja a temperatura desejada. Caso se queira forçar a subida da temperatura no tanque acumulador recorre-se normalmente a sistemas extra para aquecimento de apoio, tais como caldeiras e resistências eléctricas.
- 3 Existem muitos documentos relativos a tanques para armazenamento de calor proveniente de energias renováveis, particularmente da solar térmica, apresentando as mais variadas configurações e seguindo os mais diversos princípios. Têm especial interesse para o caso presente aqueles sistemas onde se propõe pré-aquecer a água sanitária num permutador imerso no tanque acumulador e que, caso o calor assim transferido para a água a dado momento não seja suficiente, a fazem passar à saída por um sistema auxiliar de aquecimento que lhe fornece apenas o calor em falta para elevar a sua temperatura aos valores pretendidos. De entre os sistemas já conhecidos mais relevantes para o caso presente, salientamos os que são objecto das seguintes patentes:
A Patente US 4898152 diz respeito a um sistema
convencional drainback não pressurizado em circuito
aberto - open loop - com um permutador interno em serpentina imerso no tanque de acumulação para aquecimento da água de consumo, pormenorizando aspectos relativos à transferência de calor entre este permutador e a água que retorna dos painéis. Possui também um sistema de aquecimento auxiliar na saída da água sanitária.
A Patente US 4106692 refere um sistema para aquecimento ambiente, com uma caldeira auxiliar, a qual apoia não apenas o aquecimento ambiente como mantém também a temperatura do acumulador. A água sanitária é aquecida
- 4 num permutador helicoidal imerso no tanque acumulador e não é mencionado qualquer pós-aquecimento auxiliar para esta.
A Patente US 4300536 descreve um sistema de acumulação térmica com uma caldeira auxiliar e permutadores de calor, incluindo colectores solares térmicos. O permutador imerso para a água sanitária serve para a préaquecer devendo esta passar de seguida por um aquecedor que lhe adiciona o calor em falta. A descrição deste sistema é muito genérica no que se refere à água sanitária não havendo qualquer referência à possibilidade deste aquecimento auxiliar para a água sanitária poder ser utilizado também para aquecer o acumulador.
A patente US 4324228 menciona um acumulador térmico para energia solar sem qualquer sistema de aquecimento de apoio. A água sanitária é aquecida num permutador cilíndrico imerso e dai pode simplesmente passar para um outro tanque auxiliar com aquecimento convencional, tipo termoacumulador, que irá compensar uma eventual falta de energia solar térmica.
A Patente US 4727856 apresenta um acumulador de calor para sistema solar térmico com um permutador interior para aquecimento de água sanitária cujo formato é bastante semelhante ao acumulador utilizado no exemplo de aplicação prática do presente invento. Esta patente refere principalmente aspectos relacionados com a eficiência térmica resultante da estratificação de temperaturas dentro
- 5 do acumulador, consequências directas da física que regula o nosso universo, sem menciona qualquer tipo de aquecimento auxiliar específico para a água sanitária.
Por fim, a Patente US 5103802 apresenta um primeiro tanque acumulador muito semelhante ao da presente invenção, com um permutador imerso no fluido de acumulação que também percorre o circuito solar, e também um outro tanque mais elevado, designado por tanque de aquecimento de apoio, o qual está ligado em cima e em baixo ao permutador do primeiro tanque fazendo com que, por efeito de termosifão, o calor seja transferido do permutador para este tanque de aquecimento de apoio que contém fontes auxiliares de calor e nunca em sentido inverso. Podem ainda existir outros meios de aquecimento de apoio para a água que sai deste sistema mas não está previsto qualquer retorno destes aquecimentos para o permutador.
A solução aqui apresentada, ausente das soluções objecto das patentes anteriormente mencionadas, permite de modo extremamente simples usar o sistema de aquecimento auxiliar da água sanitária para, recorrendo ao mesmo permutador, funcionar também como aquecimento de apoio do próprio tanque acumulador. Na prática, este sistema permite que um simples aquecedor instantâneo, juntamente com o tanque acumulador solar, se transforme numa caldeira com potencial para também suprir as necessidades de aquecimento ambiente de uma habitação. Assim, o aquecimento instantâneo auxiliar tanto pode ser utilizado para acrescentar à água
- 6 sanitária, que no momento está a ser consumida, apenas o calor em falta para esta atingir a temperatura desejada, como também pode ser utilizado para fornecer calor ao próprio acumulador através do mesmo permutador utilizado para o pré-aquecimento da água sanitária.
Nos sistemas convencionais, e na ausência de consumo, a água no circuito da água sanitária canalização, permutador, válvulas e aquecimento auxiliar encontra-se em repouso estando normalmente, nesta fase, esta a ser pré-aquecida no permutador imerso no fluido do tanque acumulador. Só a abertura de uma torneira no lado do consumo faz com que exista caudal neste circuito, sendo a saída compensada pela entrada de água da rede de modo a estabilizar a pressão. Um circuito, com uma válvula antiretorno e uma bomba, que ligue directamente a saída do aquecimento auxiliar - eléctrico, a gás, etc. - da água sanitária de volta ao permutador permite que, na ausência de consumo e por acção da bomba, exista circulação de água do permutador pelo aquecimento auxiliar e de volta ao permutador. Esta circulação, a qual pode ser accionada quando a temperatura do acumulador descer abaixo de um valor pré-determinado, digamos 30°C, vai fazer entrar no permutador água quente em vez de água da rede pelo que este vê assim alterado o sentido do fluxo térmico nas suas paredes, deixando de receber para passar a fornecer calor ao fluido do acumulador. Este circuito pode substituir o aquecimento complementar - ou de apoio - para o fluido do acumulador que normalmente existe nestes sistemas.
- 7 Breve descrição do desenho
A descrição que se segue baseia-se no desenho anexo apresentado sem qualquer carácter limitativo.
A Figura do desenho representa um sistema solar térmico convencional de baixa pressão para aquecimento ambiente e de água sanitária, funcionando segundo o princípio de drainback, onde está representado o circuito de retorno, objecto do invento, com as respectivas ligações hidráulicas.
Descrição detalhada do invento
Conforme se pode observar na Figura em anexo, o sistema solar térmico escolhido para exemplificar a instalação do circuito de retorno em questão, é um típico sistema de baixa pressão, isto é, com o acumulador e circuito solar a funcionar à pressão atmosférica, composto por:
- Circuito de Captação Solar (4) com a respectiva estação de bombagem (5) cuja função é promover a circulação do fluido pelos colectores solares (6);
- Circuito de Acumulação composto por um tanque termicamente isolado (1) contendo um fluido (2) o qual, neste caso particular, pode ser simplesmente água pura, com as respectivas ligações aos restantes circuitos, a alimentação (12), o dreno (16) e eventuais sistemas para aquecimento de apoio - como sejam caldeiras, resistências
- 8 eléctricas (20) e onde se pode encontrar imerso um permutador (3) em forma de tanque cilíndrico que faz parte do,
Circuito da Água Quente Sanitária, ou simplesmente Circuito AQS, onde este permutador (3) contém água para consumo à pressão da rede (12) que ali se encontra normalmente a ser pré-aquecida enquanto não é aberta uma torneira na saída (11) · O fluxo neste circuito faz com que a água do permutador, antes de deixar o sistema, passe primeiro pelo aquecimento auxiliar (9) que lhe adiciona a quantidade de calor eventualmente em falta para que esta atinja a temperatura desejada. O circuito representado no desenho contém ainda uma válvula termostática direccionadora (8) a qual, em função da temperatura da água que lhe chega do permutador, decide se esta precisa de passar pelo aquecimento auxiliar (9) ou se, pelo contrário, se encontra já suficientemente quente e pode seguir directamente para a saída - mas não sem antes passar por uma válvula termostática misturadora (10) que a tempera com água da rede (12) caso ela esteja excessivamente quente.
- Circuito do Aquecimento Ambiente (13) o qual se destina a alimentar sistemas de aquecimento a baixa temperatura - 28°C a 30°C - tais como os por piso radiante ou por convectores com circulação forçada. Para além da bomba de circulação (15), este sistema possui também, regra geral, uma válvula termostática misturadora (14) que permite temperar a água que sai do acumulador com a água do retorno.
- 9 Está ainda representado na Figura um outro circuito (17), aqui designado por Circuito Auxiliar de Aquecimento, o qual é objecto desta patente e que liga a saída do aquecimento auxiliar (9) de volta ao permutador (3) . Esta ligação tem uma válvula anti-retorno (18) para impedir o fluxo no sentido do permutador para o aquecimento e tem uma bomba (19) que promove a circulação da água quando a temperatura do tanque acumulador (2) desce abaixo de determinado valor.
Assim, na ausência de consumo de água sanitária e quando a temperatura do fluido no acumulador (2) descer demasiado, a bomba (19) é accionada e a água que se encontra no permutador (3) é feita passar pelo aquecimento auxiliar (9), transportando o calor ali recolhido de volta pelo circuito (17) para o permutador (3) aquecendo-o e fazendo que passe a ser ele a aquecer o fluido do tanque acumulador (2).
Num sistema solar térmico deste tipo, este simples circuito permite resolver a questão tanto do aquecimento auxiliar para a água sanitária como do aquecimento de apoio para o aquecimento ambiente com um único sistema apenas, sem que a água sanitária entre em contacto com o fluido do acumulador.
-100 retorno criado pelo circuito auxiliar de aquecimento é controlado e programável.

Claims (1)

  1. de armazenamento· de energia térmica constituído pela associação de um conjunto· específico: de elementos: funcionais
    a) estrutura tabular;
    íis;;;;;;;;;;;;;;gb:)z:BesBB:tãt:piibiOáibllb-rrií2:)í;titititititititititi slllllllllllll|d:|:á:l(S:tÍÍãlBilB:|lêC:íbÓÍ:tll:lÚlÍlÍÍÍIl|Sj®Ílllllllls^ d) saída (11) para consumo;
    íilílílílílílílflíbiidSlí^délí^déiiiçãÓíl^ilíltibbpsblvúfálíbÓlíBlib^iidl: tanque de armazenamento: de calor {2); e
    g): entrada (12) para a água da rede principal;
    caracterizado por ainda compreender: íííííííííííííííííí:áí)(íflÍybl:Ís:ábÍttBétcÍbdíí|:ll:)í:;sllllllllllllllllllllllllll
    b) bomba de circulação (19); e ííííííííííííííííííííííííbbííguêííáííyálytilBííBntitBêtbrnóíííjÚB))) do permutador de calor· (3) para p sis tema de llllllllllllllllllbbÚlb<lb|ntdsíííab2:Í:l:ibbííííí(íijllll^lííííBííííbd®ãííííí(Éí2:^ •configurada para promover © fluxo através do •circuito quando o reservatório de· calor (2) desce de uma certa temperatura.; e íííííííííííííííííí:ppííqU:esíbAÍ:Oé:ipSí:Obr modo a serem· utilizados: na ausência de consumo e íííííííííííííííííí^b^rííãçãbísiisílõOi^íá^iíSjíiííIxibib^í^BfíÈíiiÉAbsíilssigb^is^bb: íííííííííííííííííí:p:e:rOÉlBbtti:0ãítídaibftit()3))tiratráB®btíBóitís:it:têbáitbê:
    aquecimentõ. auxiliar (9) e de volta ao calor :s::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::pet®BtãbbBí2É:)íííííBah®^ formado pelo referido· reservatório de calor (2) desce abaixo de· um valor pré-definído, dando :s::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::bbtBa:daííídBíígge::::::^ em voz de água a texperatura da rsú. a qual altera a direção do fluxo de calor em suas paredes., :feç)^e:çéZídO|íÇadB^rzOazía:|Bl)f32U:Í21A)|2ãgaqjqS:i)dÓ:ád:g'i:Í^f41tdi:
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