ES1262539U - Módulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente liquida - Google Patents

Abstract

Módulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente liquida, consistente en un sistema basado en el uso de domótica e internet, para aprovechar el calor de un circuito primario existente, bien para la obtención de agua caliente sanitaria a partir de agua fría y/o recirculada o, alternativamente, para optimizar el aprovechamiento del salto térmico disponible para el calentamiento de un circuito de agua de calefacción, caracteriza por integrar los siguientes elementos; A. Intercambiador tubular concebido para intercalar la entrada de agua fría o recirculada del circuito secundario bombeada en su acceso al módulo con la corriente de salida del circuito primario donde incluye una válvula de tres vías de acceso un intercambiador tubular para garantizar una temperatura de la corriente por encima de la temperatura de consigna. B. Un depósito interacumulador de estratificación vertical, que aloja en su interior un serpentín de doble espiral concebido para que circule interiormente el circuito primario desde una entrada en un extremo superior del depósito hasta una salida en el extremo inferior opuesto, de forma que el almacenamiento de agua caliente sanitaria correspondiente al circuito secundario se inicia con el agua más fría que accede al depósito por su conducto de acceso situada en la parte baja del depósito, mientras que a medida que eleva su temperatura se desplaza hacia la parte superior del depósito donde aloja su conducto de salida, más un intercambiado de placas de operación por tres tomas alojado en la parte superior del depósito por cuyo interior se hace circular la corriente del circuito secundario como paso previo a su acceso al propio depósito, de forma que al quedar una toma abierta se favorece el intercambio de calor en continuo con el calor del agua que lo circunda. C. Separador hidráulico de zonas concebido para su operación en modo alternativo de aprovechamiento del salto térmico disponible en uno o varios circuitos de agua de calefacción, en función de la operación de un interruptor de flujo situado en la corriente de entrada del circuito primario en su acceso al mismo, donde se favorece el intercambio de calor del circuito secundario correspondiente al agua de calefacción por cada zona, dotadas de las correspondientes bombas de impulsión.

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente líquida

Objeto de la invención

La presente invención permite adaptar sistemas tradicionales basados en calderas y enfriadoras poco eficientes y de calentamiento lento, en otros mucho más eficientes en cuanto a su rendimiento térmico, de mayor capacidad de generación de agua caliente sanitaria o de calefacción y con la funcionalidad de la domótica que lo controla.

El campo de aplicación de la presente invención es el de los sistemas de generación de agua caliente sanitaria y de calefacción. En concreto, el sistema propuesto esta específicamente concebido para adaptar sistemas de biomasa basados en el uso de calderas tradicionales de leña o carbón y maquinas enfriadoras para la generación adicional de agua caliente, de forma hasta ahora inconcebible debido a su bajo rendimiento.

Antecedentes de la invención

En por todos conocidos el uso de los interacumuladores en la generación de agua caliente sanitaria o ACS. Así, a diferencia de los acumuladores, los interacumuladores no solo acumulan agua, también la calientan para su posterior uso. A tal fin, necesitan estar conectados a una fuente de calor externa: caldera de gas, panel solar, estufa de biomasa.

Así, a través de un intercambiador de calor integrado en su interior, el agua caliente primaria producida por la fuente de calor externa calienta el agua que se encuentra dentro del interacumulador.

Así mismo, respecto a la tecnología de estratificación, basado en alojar en el interior del depósito las correspondientes aletas de estratificación, favorece la generación de un caudal de ACS en un volumen de depósito menor en comparación con un depósito interacumulador convencional, sin romper la estratificación.

El estado de la técnica en la materia, y en particular las instalaciones habitualmente extendidas en la actualidad tales como los sistemas de biomasa, calderas antiguas de funcionamiento a base de leña o incluso carbón o sistema de climatización tanto en operación de enfriamiento o en modo de calefacción, generan uno flujos caloríficos en forma de agua caliente que no se pueden aprovechar para la generación adicional de agua caliente sanitaria en otro circuito secundario, debido a que la tecnología presente en el mercado proporciona un rendimiento tan bajo que lo hace inviable.

Atendiendo al estado de la técnica en la materia, en la invención identificada por su número de publicación y titulo respectivamente, ES 1236501 U, "Módulo de calentamiento y enfriamiento de agua basado en sistema de aerotermia y por microacumulación, el inventor de la presente invención ya propone un equipo para la producción de agua caliente sanitaria prácticamente de forma ininterrumpida y también de calefacción y refrigeración, basándose en el sistema de la aerotérmica, que reducía considerablemente la complejidad de su montaje e instalación, empleando un depósito de acumulación y diversas etapas de microacumulación, que aun presentando un objetivo similar no es aplicable cuando la corriente del circuito primario es de agua.

Sin embargo, el “Módulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente liquida”, aporta respecto al estado de la técnica, las siguientes ventajas;

• Se ha concebido para su adaptación a sistemas de generación de agua caliente en circuitos primarios.

• Permite complementar sistemas tradicionales basado en el uso de biomasa, incrementando su rendimiento térmico sin necesidad de acometer las inversiones asociadas a su completa sustitución.

• Se basa en el uso de un depósito de acumulación de agua caliente sanitaria, que es compatible con cualquier fuente de calor a su paso, al objeto de optimizar la activación del salto térmico en la corriente de agua caliente sanitaria a su salida.

• El referido depósito de acumulación de agua caliente sanitaria sufre mucho menos con su uso, incrementado su vida útil a más del doble en comparación con un depósito de interacumulador convencional.

• Se ha concebido para que se pueda gestionar a un rendimiento óptimo en remoto haciendo uso de un teléfono inteligente. De hecho, haciendo uso de control por domótica podemos gestionar la operación tanto del módulo objeto de la presente invención como del equipo emisor del circuito primario desde cualquier lugar del mundo con acceso a Internet, tomando como elementos de partida para optimizar nuestras decisiones las correspondientes temperaturas a intervalos adecuados.

• Así, el uso de elementos hidráulicos a fin de llevar a cabo el intercambio de calor, aprovechando los fluidos primarios de retorno de las instalaciones de calefacción, permite la conversión de agua fría en agua atemperada que reduce el aporte de energía de cualquier sistema.

• El módulo es compatible con cualquier sistema de calefacción instalado tales como;

radiadores, fancoil, suelo radiante, uso de refrigerante, elementos de baja temperatura, recuperadores entálpicos con apoyo de batería de agua, etc.

• El módulo puede operar en cascada cubriendo un elevado porcentaje de la potencia térmica demanda tanto a nivel de agua caliente sanitaria como de calefacción.

• Su instalación no requiere de ningún tipo de carnet profesional específico y es combinable con cualquier fuente renovable; fotovoltaica, eólica, solar térmica, etc.

Explicación de la invención

A modo de explicación de la invención, la “Modulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente liquida” objeto de la presente invención, se basa en un sistema basado en el uso de domótica e internet, para aprovechar el calor de un circuito primario, alternativamente para la obtención de agua caliente sanitaria a partir de agua fría o recirculada, o para optimizar el aprovechamiento del salto térmico en un Circuito de agua de calefacción, en base a la integración de los siguientes elementos;

A. Intercambiador tubular concebido para intercalar la entrada de agua fría o recirculada del circuito secundario convenientemente bombeada en su acceso al módulo con la corriente de salida del circuito primario donde incluye la correspondiente válvula de tres vías de acceso al intercambiador tubular para garantizar una temperatura de la corriente por encima de la temperatura de consigna.

B. Un depósito interacumulador de estratificación vertical, que aloja en su interior un serpentín de doble espiral concebido para que circule interiormente el circuito primario desde una entrada en un extremo superior del depósito hasta una salida en el extremo inferior opuesto, de forma que el almacenamiento de agua caliente sanitaria correspondiente al circuito secundario se inicia con el agua mas fría que accede al depósito por su conducto de acceso situada en la parte baja del depósito, mientras que a medida que eleva su temperatura se desplaza hacia la parte superior del depósito donde aloja su conducto de salida, más un intercambiado de placas de operación por tres tomas alojado en la parte superior del depósito por cuyo interior se hace circular la corriente del circuito secundario como paso previo a su acceso al propio depósito, de forma que al quedar una toma abierta se favorece el intercambio de calor en continuo con el calor del agua que lo circunda.

C. Separador hidráulico de zonas concebido para su operación en modo alternativo de aprovechamiento del salto térmico en uno o varios circuitos de agua de calefacción, en función de la operación del interruptor de flujo ubicado en la corriente de entrada del circuito primario en su acceso al mismo, donde se favorece el intercambio de calor del circuito secundario correspondiente al agua de calefacción por cada zona, convenientemente dotadas de las correspondientes bombas de impulsión.

Por último, en función de la energía calorífica disponible en el circuito primario y los requerimientos de la aplicación, el depósito interacumulador de estratificación vertical puede incorporar una resistencia eléctrica convencional de apoyo, para garantizar el salto térmico requerido complementando la aportación del circuito primario.

Evidentemente, el conjunto se complementa, con la integración en el circuito de las correspondientes tuberías de conexionado, accesorios, sondas de temperatura, interruptores de flujo, bombas de impulsión, sistema de control y seguridad, la integración de domótica y uso de aplicaciones de gestión provistas de acceso a través de internet.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización practica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Esquema de instalación de "Módulo inteligente para sistemas de calentamiento de agua basados en el uso de biomasa”.

En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes;

1. Intercambiador de placas.

2. Serpentín de doble espiral.

3. Intercambiador tubular.

4. Entrada del agua del circuito secundario al interior del depósito.

5. Bomba de recirculación de agua caliente sanitaria.

6. Entrada agua primaria al depósito.

7. Salida agua primaria del depósito.

8. Entrada de agua primaria al separador hidráulico.

9. Salida de agua primaria del separador hidráulico.

10. Válvula de tres vías que prioriza el acceso del agua al depósito.

11. Válvula de tres vías de acceso al intercambiador tubular en caso de temperatura mínima de consigna.

12. Interruptor de flujo de acceso del circuito primario al separador hidráulico.

13. Interruptor de flujo del agua fría o circuito secundario.

14. Bomba de impulsión calefacción zona 1.

15. Bomba de impulsión calefacción zona 2.

16. Separador hidráulico de zonas.

17. Cuadro de control

18. Depósito de estratificación.

19. Resistencia eléctrica de apoyo al calentamiento.

20. Sonda de temperatura de ACS.

21. Sonda de temperatura agua de retorno circuito primario.

Ejemplo de realización preferente

A modo de realización preferente del "Módulo inteligente para sistemas de calentamiento de agua basados en el uso de biomasa”, tal y como se muestra en la Figura 1, se basa en un depósito interacumulador de estratificación (18) de 230 litros realizado en acero inoxidable en forma de doble espiral que contiene en su interior un serpentín (2) de doble espiral de 2,4 m2 de superficie concebido para que circule a su paso el circuito primario, más un intercambiado de placas (1) de 60 KW de potencia alojado en la parte superior del depósito. Concretamente, el referido intercambiado de placas (1) se caracteriza por operar solamente a partir de tres tomas, al objeto de que una toma se quede abierta intercambiando calor en continuo con el calor del agua caliente sanitaria que lo circunda, llegando a calentar los materiales que conforman el propio intercambiador hasta generar un salto térmico en el agua a su paso superior a 15°C, sin generar perdidas de rendimiento térmico relevantes en la propia agua caliente sanitaria que contiene el conjunto del depósito (18) en su interior.

A partir del depósito descrito (18), el sistema se complementa con un conjunto de elementos hidráulicos de aprovechamiento que hacen posible alcanzar un salto térmico en el agua fría procedente de la red superior a 20°C sin coste económico alguno, como calentamiento previo a la introducción de la corriente de agua fría por la parte baja del referido depósito de acumulación (18).

Concretamente, circuito secundario consistente en una corriente de agua fría (22) procedente de la red normalmente a una temperatura de partida en el entorno de los 8°C Grado, que se hace circular en primer lugar por un intercambiador tubular (3) de 50 KW en el que se produce el intercambio de calor con la corriente de retorno del circuito primario asociado a una instalación de calefacción convencional tales como radiadores, suelo radiante, de fancoils o similar que en su rango de funcionamiento habitual genera una corriente de agua de salida a una temperatura en el entorno de los 35°. Así, la referida corriente de agua fría procedente de la red a la salida del intercambiador tubular (3), adquiere ya una temperatura en el entorno de los 16C°.

Continuando con el circuito secundario, el agua procedente del intercambiador tubular (3) se conduce al Intercambiador de placas (1), alojado en el interior del depósito (18) a una temperatura en el entorno de los 60°C, haciendo uso de la correspondiente bomba (5) para recirculación de agua caliente sanitaria (5) que se activa convenientemente programada en coordinación con el correspondiente interruptor de flujo (13) del circuito secundario de agua, con la demanda de agua caliente sanitaria a partir de agua fría o de una corriente de recirculación, si es el caso (23).

Por último, a la salida de la bomba (5) la corriente accede a la toma de agua fría (4) del depósito habiendo ya alcanzado previamente una temperatura aproximada de 28°C, teniendo en cuenta que al ser un del depósito de estratificación (18), el agua a temperatura más baja se acumula en la parte baja, mientras que la que va cogiendo temperatura se acumula en la parte más alta del referido depósito.

Continuando con el calentamiento del circuito secundario generador de agua caliente sanitaria, el calentamiento de la referida corriente de agua a su paso por el interior del depósito (18), tiene lugar como consecuencia del calentamiento del depósito (18) haciendo uso de la corriente primaria de agua calentada haciendo uso de equipos de biomasa.

Concretamente, el calentamiento del depósito se acomete haciendo uso del referido serpentín de doble espiral (2), dispuesto verticalmente en el interior del depósito (18) según toma de entrada en su extremo superior (6) y toma de salida (7) en el extremo inferior opuesto.

A la finalización del calentamiento del agua caliente sanitaria del circuito secundario a la temperatura de consigna, el conjunto pasa a modo de calefacción haciendo uso del separador hidráulico (16), que hace el correspondiente reparto a las dos bombas de impulsión (14 y 15) del sistema de calefacción correspondiente a dos zonas diferenciadas a modo de ejemplo, pudiendo operar de forma simultánea y con programación de temperaturas diferentes en función de cada requerimiento. Obviamente, el control de cada una de estas bombas estará supeditado a un termostato alojado en el interior de la vivienda provisto del correspondiente sistema de domótica que permite su control desde incluso un teléfono inteligente. Además, la activación de alguna de las referidas bombas de impulsión (14 y 15), obviamente estará supeditado a la apertura del interruptor de flujo (12) que garantice que las bombas no operan en vacio.

Por último, la operación del conjunto se basa en el funcionamiento de su circuito primario haciendo uso de sendas válvulas de tres vías, una primera (11) instalada a la entrada de la corriente primaria como paso previo al acceso al separador hidráulico (16), mas una segunda válvulas de tres vías (10) ubicada a la salida de la corriente primaria como paso previo al acceso al intercambiado tubular (3).

Así, respecto a la válvula de tres vías (11) instalada a la entrada de la corriente primaria como paso previo al acceso al separador hidráulico (16), la misma se programa para que priorice el paso de la corriente de agua caliente del circuito primario en su salida hacia el depósito, cambiando la salida hacia el separador hidráulico (16) según corriente de entrada de agua primaria al separador hidráulico (8) y salida correspondiente (9), solamente en el caso de que el referido depósito haya alcanzado su temperatura de consigna, obviamente controlada por la correspondiente sonda, por ejemplo según Modelo Pt 1000 convenientemente conectada al correspondiente cuadro de control.

Respecto a la válvula de tres vías (10), la misma también está controlada por un relé de temperatura basado en la lectura de una sonda insertada en el retorno del separador hidráulico (16) que solo permite el paso del agua por el interior del intercambiador tubular (3) cuando su temperatura está por encima de 30°C al objeto de evitar un enfriamiento excesivo al arranque del circuito primario basado en el sistema de biomasa con problemas de excesiva condensación como consecuencia de intercambio térmico demasiado grande.

EI conjunto se complementa con la correspondiente sonda de temperatura de ACS (20) y la sonda de temperatura agua de retorno circuito primario (21) conectadas a la correspondiente centralita de control y seguridad en cuadro de control a tal efecto (17), donde se integran la correspondiente aparamenta y dispositivos de control, tales como a modo de ejemplo; relé de control domótico, contactor de resistencia auxiliar, diferencial de 40 amperios, interruptores magnetotérmicos, controladores de válvula tres vías, programador horario bomba de recirculación, bornero de control de sondas, interruptor de encendido del módulo, caja estanca y bornero de maniobra del conjunto del módulo.

Para una mejor comprensión del funcionamiento del conjunto y sus aplicaciones, el mismo opera con cualquier circuito primario de agua caliente que se conduce al módulo haciendo uso de las correspondientes tomas de entrada (24) y salida (25) al objeto de que pueda operar en dos estados claramente diferenciados;

Operación en modo de calentamiento de agua caliente sanitaria del circuito secundario.

Cuando el depósito de agua caliente sanitaria proporciona una temperatura por debajo de la temperatura de consigna, la correspondiente válvula de tres vías (11) que prioriza el acceso del agua al depósito conduce la corriente de entrada del circuito primario al serpentín de doble espiral (2) alojado en el interior del referido depósito calentando su interior hasta alcanzar el valor de consigna programado.

Operación en modo calentamiento circuitos de agua de calefacción del circuito secundario. Alternativamente al modo anterior, cuando el depósito de agua caliente sanitaria alcanza la temperatura de consigna, la válvula de tres vías (11) cambia de operación enviando la corriente de entrada del circuito primario hacia el separador hidráulico (16) a fin de climatizar las zonas previstas, adaptando los correspondientes circuitos secundarios en función de los valores de consigna previstos y el salto térmico disponible.

Por último, el referido, depósito interacumulador incorpora una resistencia eléctrica de apoyo al calentamiento (19) de 2,5 KW de potencia.

El conjunto descrito puede alojarse en el interior de una estructura metálica de 1700 x 710 x 600 milímetros.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan en sus diferentes aplicaciones, los diseños, formas, tamaños, materiales, dispositivos empleados para garantizar el funcionamiento hidráulico deseado, realizar la toma de datos, así como el control y uso seguro del conjunto, e incluso la tecnología para implementar la integración y gestión optima de funcionamiento del conjunto, serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. Los términos en los que se ha descrito la memoria han de entenderse en sentido amplio y no limitativo.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Módulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente líquida, consistente en un sistema basado en el uso de domótica e internet, para aprovechar el calor de un circuito primario existente, bien para la obtención de agua caliente sanitaria a partir de agua fría y/o recirculada o, alternativamente, para optimizar el aprovechamiento del salto térmico disponible para el calentamiento de un circuito de agua de calefacción, caracteriza por integrar los siguientes elementos;

A. Intercambiador tubular concebido para intercalar la entrada de agua fría o recirculada del circuito secundario bombeada en su acceso al módulo con la corriente de salida del circuito primario donde incluye una válvula de tres vías de acceso un intercambiador tubular para garantizar una temperatura de la corriente por encima de la temperatura de consigna.

B. Un depósito interacumulador de estratificación vertical, que aloja en su interior un serpentín de doble espiral concebido para que circule interiormente el circuito primario desde una entrada en un extremo superior del depósito hasta una salida en el extremo inferior opuesto, de forma que el almacenamiento de agua caliente sanitaria correspondiente al circuito secundario se inicia con el agua más fría que accede al depósito por su conducto de acceso situada en la parte baja del depósito, mientras que a medida que eleva su temperatura se desplaza hacia la parte superior del depósito donde aloja su conducto de salida, más un intercambiado de placas de operación por tres tomas alojado en la parte superior del depósito por cuyo interior se hace circular la corriente del circuito secundario como paso previo a su acceso al propio depósito, de forma que al quedar una toma abierta se favorece el intercambio de calor en continuo con el calor del agua que lo circunda.

C. Separador hidráulico de zonas concebido para su operación en modo alternativo de aprovechamiento del salto térmico disponible en uno o varios circuitos de agua de calefacción, en función de la operación de un interruptor de flujo situado en la corriente de entrada del circuito primario en su acceso al mismo, donde se favorece el intercambio de calor del circuito secundario correspondiente al agua de calefacción por cada zona, dotadas de las correspondientes bombas de impulsión.

2. Módulo inteligente para el calentamiento de agua aprovechando el calor de una corriente líquida, según reivindicación 1 caracterizado porque el depósito interacumulador de estratificación vertical incorpora una resistencia eléctrica convencional de apoyo al calentamiento del circuito secundario concebido para obtener agua caliente sanitaria.