Un sistema de energía térmica, que comprende:

un intercambiador de calor (4) para transferir energía térmica entre una fuente y una carga,

teniendo el intercambiador de calor (4) un lado primario asociado a dicha fuente, y un lado secundario para conducir un fluido asociado a dicha carga; caracterizado por

unos medios (12) para el lavado de retorno pasivo del lado secundario del intercambiador de calor (4) donde los medios (12) para el lavado pasivo de retorno permiten el flujo de fluido a través del lado secundario del intercambiador de calor (4) en una primera dirección y, al consumirse una porción de fluido, permiten el flujo de fluido a través del lado secundario del intercambiador de calor (4) en una segunda dirección opuesta a la primera dirección, de tal modo que el lado secundario del intercambiador de calor (4) es lavado por retorno

Sistema de energía térmica con lavado de retorno pasivo.

Esta invención se refiere a los sistemas de energía térmica que emplean intercambiadores de calor. Particularmente, la invención se refiere a un sistema de energía térmica con lavado de retorno pasivo de un intercambiador de calor, y a los métodos para lavar sistemas de manera pasiva.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de energía térmica que incorporan intercambiadores de calor comprenden típicamente un lazo primario, desde el cual se suministra o se retira el calor, y un lazo secundario, al cual o desde el cual se transfiere el calor. El intercambiador de calor transfiere calor entre el lazo primario y el lazo secundario. Se hace circular un fluido de transferencia térmica a través del lazo primario, que suministra calor, o retira calor, del lado primario del intercambiador de calor. Un fluido secundario, al cual se suministra calor o del que se quita calor, atraviesa el lado secundario del intercambiador de calor. Los lados primario y secundario del intercambiador de calor tienen típicamente numerosos pequeños conductos en estrecha asociación a través de los cuales circulan los fluidos, que facilitan la transferencia de la energía térmica entre los mismos.

Los intercambiadores de calor modernos son compactos y ofrecen un alto rendimiento, es decir, altas tasas de transferencia térmica. Generalmente se alcanza un alto rendimiento haciendo los conductos muy pequeños, y proporcionando muchos de ellos. Sin embargo, conforme se reduce el tamaño de los conductos, se hacen cada vez más proclives al ensuciamiento o a la obstrucción completa debido a la acumulación de sedimentos, de incrustación, y de depósitos minerales que pueden estar presentes en el fluido que circula. El ensuciamiento del intercambiador de calor lleva a un bajón sustancial en las características de funcionamiento del sistema. Las medidas específicas tomadas para reducir al mínimo el ensuciamiento incluyen la supervisión y el control de la composición química de los fluidos, el desmontaje frecuente para su limpieza de los conductos de flujo, y el sobredimensionamiento de las superficies de transferencia térmica y de los conductos de flujo para asegurarse de que tendrán suficiente capacidad incluso cuando funcionen con eficacia disminuida debido al ensuciamiento. En el caso de los sistemas térmicos para el calentamiento de agua potable o de proceso, hay una alta probabilidad de que sales minerales y otras impurezas puedan estar presentes en el agua. En de tal manera casos existe un potencial para el ensuciamiento del intercambiador de calor si no se limpian o lavan rutinariamente el intercambiador eliminando la materia acumulada. En muchas aplicaciones, de tal manera como las de instalaciones residenciales y comerciales pequeñas, la supervisión de la composición química del agua, el desmontaje y la limpieza rutinaria del intercambiador de calor, o el sobredimensionamiento no son prácticos debido a los costes asociados.

En el documento DE 19948703 se proporciona un ejemplo de un intercambiador de calor de una técnica anterior para transferir energía térmica entre una fuente y una carga, teniendo el intercambiador de calor un lado primario asociado a la fuente, y un lado secundario expuesto a un fluido asociado a la carga. Este documento describe un intercambiador de calor que está unido a una fuente de calor vía una válvula de cuatro vías con inversión en un circuito de medio de transferencia térmica.

Compendio de la invención

Según un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de energía térmica, que comprende:

En una realización, la carga es un abastecimiento de agua caliente y el fluido es agua. En otra realización, la carga es un abastecimiento de agua refrigerada y el fluido es agua.

En otra realización, un sistema de energía térmica de la invención comprende adicionalmente una válvula de lavado de retorno, donde la válvula de lavado de retorno controla pasivamente el lavado de retorno del lado secundario del intercambiador de calor. En ciertas realizaciones, la válvula de lavado de retorno es activada por al menos una de las siguientes variables: caudal, temperatura y presión del fluido. En una realización preferida, la válvula de lavado de retorno es activada por el caudal del fluido de lavado. En otras realizaciones, la válvula de lavado de retorno proporciona un flujo en derivación cuando se cierra la válvula. En algunas realizaciones el flujo en derivación es de aproximadamente el 1% al 20% del caudal durante el consumo del fluido.

En ciertas realizaciones, la fuente es una fuente de calor seleccionada entre calor solar, calor residual, calor geotérmico, calor de un proceso industrial, bomba de calor, una caldera, y un horno. En realizaciones preferidas, la fuente de calor es calor solar.

Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona un módulo para un sistema de energía térmica que incluye un depósito de almacenamiento (8) asociado a una carga, comprendiendo dicho módulo:

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un método para lavar pasivamente un intercambiador de calor (4) en un sistema de energía térmica, que comprende:

1. Un sistema de energía térmica, que comprende:

2. El sistema de energía térmica de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un depósito de almacenamiento (8) asociado a dicha carga.

3. El sistema de energía térmica de la reivindicación 1 ó 2, donde el fluido es agua.

4. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la carga es una fuente de agua caliente y el fluido es agua.

5. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la carga es un abastecimiento de agua de refrigeración (17) y el fluido es agua.

6. El sistema de energía térmica de la reivindicación 4, donde el lado secundario del intercambiador de calor (4) es lavado pasivamente por retorno con agua sin calentar.

7. El sistema de energía térmica de la reivindicación 5, donde el lado secundario del intercambiador de calor (4) es lavado por retorno pasivamente con agua sin enfriar.

8. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde los medios para el lavado de retorno pasivo comprenden una válvula de lavado de retorno (12), en donde la válvula de lavado de retorno (12) controla pasivamente el lavado de retorno del lado secundario del intercambiador de calor (4).

9. El sistema de energía térmica de la reivindicación 8, donde la válvula de lavado de retorno (12) es activada por al menos una de las siguientes variables: caudal, temperatura, y presión del fluido.

10. El sistema de energía térmica de la reivindicación 11, donde la válvula de lavado de retorno (12) es activada por el caudal del fluido.

11. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde la válvula lavado de retorno (12) proporciona un flujo en derivación cuando dicha válvula está cerrada.

12. El sistema de energía térmica de la reivindicación 11, donde el flujo en derivación es de aproximadamente el 1% a aproximadamente el 20% del caudal durante el consumo de fluido.

13. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, 6, y 8 a 12, donde la fuente es una fuente de calor (2) seleccionada entre calor solar, calor residual, calor geotérmico, calor de proceso industrial, una bomba de calor (18), una caldera, y un horno.

14. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, 6, y 8 a 12, donde la fuente de calor (2) es calor solar.

15. El sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, que comprende adicionalmente:

16. El sistema de la reivindicación 15, en el que el flujo de fluido a través del lado secundario del intercambiador de calor (4) en una primera dirección se realiza por convección.

17. El sistema de la reivindicación 15, en el que la válvula de lavado de retorno (12) es activada por la temperatura del fluido.

18. Un módulo para un sistema de energía térmica que incluye un depósito de almacenamiento (8) asociado a una carga, comprendiendo dicho módulo:

19. El módulo de la reivindicación 18, donde la válvula de lavado de retorno (12) proporciona un flujo en derivación cuando dicha válvula está cerrada.

20. El módulo de la reivindicación 19, donde el flujo en derivación es de aproximadamente el 1% a aproximadamente el 20% del caudal durante el consumo del agua.

21. Un método para lavar pasivamente un intercambiador de calor (4) en un sistema de energía térmica, que comprende:

22. El método de la reivindicación 21, donde el fluido es agua.

23. El método de la reivindicación 21, donde el sistema de energía térmica es un circuito de agua caliente.

24. El método de la reivindicación 21, donde el sistema de energía térmica es un circuito de agua de refrigeración (17).

25. El método de cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, donde la etapa de lavado de retorno es activada por al menos una de las variables siguientes: caudal, temperatura, y presión del fluido.

26. El método de cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, donde la etapa de lavado de retorno es activada por el caudal del fluido.

27. El método de la reivindicación 23, donde la fuente es una fuente de calor (2) seleccionada entre calor solar, calor residual, calor geotérmico, calor de proceso industrial, una bomba de calor (18), una caldera, y un horno.

28. El método de la reivindicación 23, donde la fuente es calor solar.

29. Aparato que comprende el sistema de energía térmica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, 6, y 8 a 17, o el módulo de cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, y uno o más colectores solares.