Dispositivo de tanque de almacenamiento para un sistema de acumulación de energía y sistema de acumulación de energía con un dispositivo de tanque de almacenamiento.

Dispositivo de tanque de almacenamiento (600) para un sistema de acumulación de energía

(500) que comprende al menos un tanque de almacenamiento (10) con una carcasa (12) que contiene un agente acumulador (30) y al menos una primera disposición de intercambiador de calor (100) en contacto con el agente acumulador (30), presentando el agente acumulador (30) una transición de fase con calor latente, presentando la al menos primera disposición de intercambiador de calor (100) un primer agente portador de calor (102), y estando dentro de la carcasa (12) dispuestos al menos una segunda disposición de intercambiador de calor (200) con un segundo agente portador de calor (202) y al menos una tercera disposición de intercambiador de calor (300) con un tercer agente portador de calor (302),

- estando prevista la primera disposición de intercambiador de calor (100) para en un periodo de extracción extraer calor del agente acumulador (30) hasta la descarga térmica;

- estando previstas la segunda disposición de intercambiadores de calor (200) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) para el suministro de calor al agente acumulador, y

estando dispuesta la primera disposición de intercambiador de calor (100) céntrica en la carcasa (12) y comprende niveles (110) superpuestos axialmente con tubos de intercambiador de calor (100W) dispuestos en espiral, envolviendo la segunda disposición de intercambiador de calor (200) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) la primera disposición intercambiador de calor (100) y la segunda disposición de intercambiador de calor (200) y/o la tercera disposición de intercambiador de calor (300) dispuestos en o próximas al lado interno (18) de la carcasa (12) en zonas que solidifican tarde o nunca del agente acumulador (30) y/o al menos por secciones en una pared de carcasa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/065656.

Solicitante: Viessmann Eis-Energiespeicher GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: RHEINLANDSTRASSE 10 71636 LUDWIGSBURG ALEMANIA.

Inventor/es: VON ROHR,ALEXANDER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > Aparatos o plantas de acumulación de calor en general... > F28D20/02 (utilizando calor latente)

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo de tanque de almacenamiento para un sistema de acumulación de energía y sistema de acumulación de energía con un dispositivo de tanque de almacenamiento Estado actual de la técnica La invención se refiere a un dispositivo de tanque de almacenamiento para un sistema de acumulación de energía y un sistema de acumulación de energía con un dispositivo de tanque de almacenamiento y un procedimiento para la operación de un sistema de acumulación de energía.

Se conocen diferentes sistemas de almacenamiento de calor según el estado actual de la técnica.

El documento DE 29 31 485 A1 da a conocer un sistema en el que un intercambiador de calor se utiliza en forma de un evaporador que tiene un refrigerante como agente portador de calor.

El documento DE 198 07 657 C1 da a conocer un acumulador de calor con diferentes zonas de temperatura a lo largo de su eje. Un intercambiador de calor en un acumulador del calor latente de baja temperatura está conectado hidráulicamente en serie con un intercambiador de calor en un depósito de agua aguas abajo. Ambos intercambiadores de calor forman una unidad. El depósito de agua se mantiene a una temperatura media de alrededor de 20 -60 °C, mientras que el acumulador de calor latente de baja temperatura se mantiene a una temperatura media de aproximadamente 15 -25 °C.

El documento DE 32 24 854 A1 da a conocer un acumulador de calor con una parte interior de acumulador de calor, lleno de parafina fundida, que está envuelto por una parte exterior de acumulador de calor relleno de tierra. La parte interior del acumulador de calor se mantiene a una temperatura alta dispuesta para agua caliente de servicio.

El documento JP 2006234310 A1 da a conocer un intercambiador de calor central de doble pared en el que circula un fluido portador de calor que introduce calor en un agente acumulador dentro y fuera del medio del intercambiador de calor. En el lado interior y en el lado exterior del intercambiador de calor está dispuesto, en cada caso, un intercambiador de calor de extracción para la recepción del calor del agente acumulador respectivo.

El documento DE 30 04 062 A1 da a conocer un sistema de calefacción, entre otros con un acumulador de calor latente como acumulador a largo plazo en tierra. El calor de un colector solar, así como el calor residual es suministrado a diferentes acumuladores de calor en serie y, finalmente, al acumulador a largo plazo cuyo agente acumulador es precalentado de este modo. Una extracción de calor se lleva a cabo, si es necesario, desde el acumulador a largo plazo solo o al mismo tiempo desde varios acumuladores de calor. Con el fin de contrarrestar el estallido al congelarse el agente acumulador de agua en el acumulador a largo plazo, las paredes del acumulador a largo plazo están configurados convexos.

El documento US 5 944 089 A también da a conocer un sistema de acumulación de energía con un dispositivo de tanque de almacenamiento.

Del documento EP 1 807 672 B1 se conoce un sistema de acumulación de energía que con un elevado grado de eficiencia se puede usar para la calefacción y refrigeración de edificios e instalaciones, siendo posible una operación económica, particularmente cuando se utiliza con una bomba de calor de absorción para la extracción de calor en invierno y sólo un soplador para la refrigeración en verano. De manera particularmente ventajosa, el sistema de acumulación de energía se puede utilizar donde en corto plazo se requieren puntas de carga para la refrigeración, tal como en salas de exposición.

Esto se logra entre otras cosas a través de un tanque de almacenamiento especial con niveles de intercambiadores de calor que en caso de ser requerido se pueden conectar o desconectar. Por un gradiente de las serpentinas de intercambio de calor en los niveles de intercambiadores de calor tanto en sentido radial como axial y una disposición favorable del conducto de alimentación y el conducto de retorno de las serpentinas del intercambiador de calor dentro de cada uno y entre niveles de intercambiadores de calor adyacentes puede tener lugar por medio del volumen de acumulación una carga y descarga muy homogéneas del tanque de almacenamiento. En una configuración, el tanque de almacenamiento es un acumulador de hielo, cuya temperatura varía muy poco en torno del punto de congelación.

Conceptualmente, el sistema de acumulación de energía allí descrito es adecuado para la alimentación de unidades más grandes, en particular para aquellas que tienen una demanda de refrigeración más bien baja durante un período largo pero que, sin embargo, por momentos aumenta abruptamente. Para la alimentación de unidades más pequeñas, por ejemplo el suministro a casas unifamiliares, el sistema de acumulación de energía conocido no es económico.

Además, por el documento DE 10 2008 041 715 A1 se conoce un sistema de acumulación de energía, en el que se disponen dos tanques de almacenamiento que están provistos de disposiciones de intercambiadores de calor. Uno de los tanques de almacenamiento está enterrado en el suelo y presenta una primera, una segunda y una tercera

disposición de intercambiador de calor. Dos circuitos de agentes portadores de calor están acoplados y a través de ellos fluye un agente portador de calor común, que puede ser líquido o gaseoso.

Un objetivo de la invención es perfeccionar un dispositivo de tanque de almacenamiento para un sistema de acumulación de energía de tal manera que sea económico para unidades pequeñas.

Otro objetivo consiste en desarrollar un sistema de acumulación de energía con un dispositivo de tanque de almacenamiento de tal manera que se crea un sistema de acumulación de energía de buena eficiencia para la alimentación de unidades menores Los objetivos se consiguen mediante las características de las reivindicaciones independientes.

Las realizaciones ventajosas de la invención se describen en las demás reivindicaciones, el dibujo y la descripción.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se propone un tanque de almacenamiento para un sistema de acumulación de energía que comprende al menos un tanque de almacenamiento con una carcasa que contiene un agente acumulador y al menos una primera disposición de intercambiador de calor en contacto con el agente acumulador, presentando el agente acumulador una transición de fase con calor latente, presentando la al menos primera disposición de intercambiador de calor un primer agente portador de calor y dentro de la carcasa al menos una segunda disposición de intercambiador de calor con un segundo agente portador de calor y al menos una tercera disposición de intercambiador de calor con un tercer agente portador de calor. La segunda disposición de intercambiador de calor y la tercera disposición de intercambiador de calor envuelven la primera disposición de intercambiador de calor y la segunda disposición de intercambiador de calor y/o la tercera disposición de intercambiador de calor están dispuestas, al menos por sectores, en o próximas a una cara interior de la carcasa en zonas del agente acumulador que no se solidifican o lo hacen tardíamente y/o, al menos por sectores, en una pared de carcasa.

La primera disposición de intercambiador de calor está dispuesta centralmente en la carcasa y comprende axialmente superpuestos niveles con tubos de intercambiador de calor dispuestos en espiral, y están previstas para en un período de extracción extraer calor del tanque de almacenamiento, por ejemplo mediante una bomba de calor, hasta que el mismo esté térmicamente descargado. La descarga térmica puede ser operada hasta que todo el agente acumulador destinado a la conversión ha cambiado su estado físico, por ejemplo de líquido a sólido.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de tanque de almacenamiento (600) para un sistema de acumulación de energía (500) que comprende al menos un tanque de almacenamiento (10) con una carcasa (12) que contiene un agente acumulador (30) y al menos una primera disposición de intercambiador de calor (100) en contacto con el agente acumulador (30) , presentando el agente acumulador (30) una transición de fase con calor latente, presentando la al menos primera disposición de intercambiador de calor (100) un primer agente portador de calor (102) , y estando dentro de la carcasa (12) dispuestos al menos una segunda disposición de intercambiador de calor (200) con un segundo agente portador de calor (202) y al menos una tercera disposición de intercambiador de calor (300) con un tercer agente portador de calor (302) , -estando prevista la primera disposición de intercambiador de calor (100) para en un periodo de extracción extraer calor del agente acumulador (30) hasta la descarga térmica;

- estando previstas la segunda disposición de intercambiadores de calor (200) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) para el suministro de calor al agente acumulador, y estando dispuesta la primera disposición de intercambiador de calor (100) céntrica en la carcasa (12) y comprende niveles (110) superpuestos axialmente con tubos de intercambiador de calor (100W) dispuestos en espiral, envolviendo la segunda disposición de intercambiador de calor (200) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) la primera disposición intercambiador de calor (100) y la segunda disposición de intercambiador de calor (200) y/o la tercera disposición de intercambiador de calor (300) dispuestos en o próximas al lado interno (18) de la carcasa (12) en zonas que solidifican tarde o nunca del agente acumulador (30) y/o al menos por secciones en una pared de carcasa.

2. Dispositivo de tanque de almacenamiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la segunda disposición de intercambiador de calor (200) está dispuesta por secciones dentro de la primera disposición de intercambiador de calor (100) .

3. Dispositivo de tanque de almacenamiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el segundo agente portador de calor (102) es aire, en particular aire ambiental y/o aire de descarga de canal de aguas residuales y/o aire de descarga de edificios, especialmente preferente aire cargado de humedad.

4. Dispositivo de tanque de almacenamiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en un conducto de alimentación (204) de la segunda disposición de intercambiador de calor (200) se encuentra dispuesto un dispositivo de transporte (220) .

5. Dispositivo de tanque de almacenamiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la carcasa (12) está prevista para la instalación en el suelo (50) , estando permitido, preferentemente, al menos por momentos, un intercambio de calor entre la carcasa (12) y el suelo (50) .

6. Dispositivo de tanque de almacenamiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por una configuración como tanque de almacenamiento (10) prefabricado transportable con al menos una disposición de intercambiador de calor (100, 200, 300) .

7. Sistema de acumulación de energía (500) con un dispositivo de tanque de almacenamiento (600) según una de las reivindicaciones precedentes, estando vinculada una primera disposición de intercambiador de calor (100) del tanque de almacenamiento (10) con una unidad de bomba de calor (60) y al menos una segunda disposición de intercambiador de calor (200) del tanque de almacenamiento (10) con un segundo circuito de agentes portadores de calor con una fuente de calor (70) con un agente portador de calor gaseoso (202) , estando dispuesta al menos una tercera disposición de intercambiador de calor (300) con un tercer circuito de agentes portadores de calor, caracterizado por que

- los circuitos de agentes portadores de calor de las disposiciones de intercambiador de calor (100, 200, 300) están desacoplados una de otra en términos de flujo;

- la primera disposición de intercambiador de calor (100) está prevista para en un periodo de extracción extraer calor del agente acumulador (30) hasta la descarga térmica;

- la primera disposición de intercambiador de calor (100) está dispuesta céntricamente en la carcasa (12) y comprende niveles (110) axialmente superpuestos con tubos de intercambiador de calor (100W) dispuestos en espiral.

- la segunda disposición de intercambiadores de calor (200) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) están previstas para el suministro de calor al agente acumulador; y -la segunda y/o la tercera disposición de intercambiador de calor (200, 300) están dispuestas en o próximas a un lado interior (18) de la carcasa (12) en las zonas que se solidifican tarde o nunca del agente acumulador (30) y/o están dispuestos, al menos por secciones, en una pared de la carcasa.

8. Sistema de acumulación de energía según la reivindicación 7, caracterizado por que al menos uno del primer o tercer agente portador de calor (102, 302) es líquido.

9. Sistema de acumulación de energía según las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que la tercera disposición de intercambiador de calor (300) está acoplada a un colector (80) abierto hacia el entorno.

10. Sistema de acumulación de energía según la reivindicación 9, caracterizado por que el colector (80) presenta conductos (82a, 82b) con sección transversal ovalada.

11. Sistema de acumulación de energía según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que la segunda disposición de intercambiador de calor (200) está acoplada a un dispositivo de alimentación (70) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) está acoplada con una fuente de calor (80) .

12. Sistema de acumulación de energía según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que el segundo agente portador de calor (202) es aire, en particular aire ambiental y/o aire de descarga de canal de aguas residuales y/o aire de descarga de edificios, especialmente preferente aire cargado de humedad.

13. Sistema de acumulación de energía según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que la segunda disposición de intercambiador de calor (200) acoplado con un canal de aguas residuales (72) por medio de una tubería anular (74) , pudiendo el aire del canal de desagüe (72) ser retornado al canal de desagüe (72) a través de la disposición de intercambiador de calor (200) .

14. Procedimiento para la operación de un sistema de acumulación de energía (500) según una de las reivindicaciones 7 a 13, incluyendo el sistema de acumulación de energía (500) un dispositivo de tanque de almacenamiento (600) con al menos un tanque de almacenamiento (10) con una carcasa (12) que contiene un agente acumulador (30) y al menos una primera disposición de intercambiador de calor (100) en contacto con el agente acumulador (30) , presentando el agente acumulador (30) una transición de fase con calor latente, presentando la al menos primera disposición de intercambiador de calor (100) un primer agente portador de calor

(102) y dentro de la carcasa (12) dispuestas una segunda disposición de intercambiador de calor (200) con un segundo agente portador de calor (202) y al menos una tercera disposición de intercambiador de calor (300) con un tercer agente portador de calor (302) , extrayendo en un período de extracción energía térmica por medio de la primera disposición de intercambiador de calor (100) del tanque de almacenamiento (10) hasta la descarga térmica y suministrando energía térmica por medio de la segunda y/o tercera disposición de intercambiador de calor (200, 300) , estando dispuestas la segunda y/o la tercera disposición de intercambiador de calor (200, 300) en o próximas al lado interior (18) de la carcasa (12) en zonas del agente acumulador (30) que solidifican tarde o nunca y/o están dispuestas al menos por secciones en una pared de carcasa, de manera que se suministra, al menos por momentos, calor de bajas calorías, aumentando la eficiencia del dispositivo de tanque de almacenamiento con el progreso del periodo de extracción y temperatura en descenso del agente acumulador (30) .

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque la segunda disposición de intercambiador de calor (200) es operada mediante un agente portador de calor gaseoso (202) y la tercera disposición de intercambiador de calor (300) mediante un agente portador de calor líquido (302) .