IT201600075949A1 - Tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione. - Google Patents

Description

"Tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione".

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto un tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione.

Come è noto, nei circuiti utilizzati nei cicli termodinamici per conseguire il raffreddamento o il riscaldamento di corpi, viene utilizzato un fluido termovettore che viene fatto circolare all'interno di tubi. Lo scambio termico tra il fluido termovettore e il corpo da riscaldare o raffreddare viene ottenuto ponendo il tubo, all'interno del quale fluisce il fluido termovettore, a contatto con il corpo da riscaldare o raffreddare.

Ovviamente, il rendimento nella trasmissione del calore, in termini di conducibilità termica, è tanto maggiore quanto più è ampia la superficie di contatto tra tubo e corpo e la qualità dell'adesione del tubo al corpo.

Per questo motivo, vi è una costante ricerca, nelle aziende che producono componenti per circuiti termodinamici, per migliorare l'efficienza complessiva di scambio termico.

Nel settore degli elettrodomestici, in particolare nel settore dei frigoriferi e dei congelatori, ma anche nel settore del riscaldamento dell'acqua sanitaria, i tubi per i circuiti termodinamici sono generalmente in lega di alluminio.

L'alluminio viene preferito ad altri materiali per le sue caratteristiche di estrema duttilità, facile saldabilità, buona resistenza alla corrosione, basso peso specifico, ottima riciclabilità, buona conducibilità termica.

A seconda delle applicazioni, i tubi in lega di alluminio nei quali viene fatto circolare il fluido termovettore devono essere applicati a superfici sostanzialmente piane, come nel caso di piastre, oppure a corpi tridimensionali, sia in materiali ad elevata conducibilità termica sia in materiali a ridotta conducibilità termica.

Per eseguire l'applicazione di un tubo in lega di alluminio a superfici piane vengono utilizzate svariate tecniche.

Per brevità di trattazione, si prenderanno in considerazione, qui di seguito, soltanto le tecniche maggiormente utilizzate per eseguire la connessione di un tubo in lega di alluminio ad una piastra .

Una di queste tecniche consiste nell'incollaggio del tubo su una piastra. In pratica, l'adesione del tubo alla piastra viene ottenuta interponendo uno strato di collante tra tubo e piastra e pressando il tubo sulla piastra o viceversa .

Questa tecnica denota l'inconveniente di raggiungere risultati non pienamente soddisfacenti in quanto la colla ha un effetto isolante nella trasmissione del calore, non garantisce un'adeguata resistenza alle sollecitazioni meccaniche qualora, come spesso avviene nei frigoriferi o congelatori, il lato della piastra portante il tubo viene sottoposto a "schiumatura", ovvero viene posto a contatto con un materiale schiumogeno espandente che, con il tempo, può progressivamente ritirarsi e diminuire la sua pressione sul tubo e la piastra ed in alcuni casi anche provocare lo scollamento localizzato tra tubo e piastra.

Un'altra tecnica consiste nel vincolare il tubo alla piastra mediante un nastro adesivo alluminato. In questo caso, la tenuta della connessione è garantita dal collante del nastro adesivo. Con questa tecnica, possono sorgere problemi per il fatto che il nastro adesivo può avere un effetto schermante lasciando aria a contatto con il tubo o nell'eventuale materiale schiumogeno. Inoltre, esiste il pericolo di un distacco del nastro adesivo dopo la schiumatura. Con questa tecnica si consegue una resistenza meccanica ridotta nell'adesione tra tubo e piastra che ne riduce la maneggevolezza e che espone l'insieme tubo-piastra al distacco accidentale durante il trasporto. Anche in questo caso, il ritiro progressivo della schiuma può portare al distacco localizzato tra piastra e tubo con conseguente riduzione dell'efficienza di trasferimento termico.

Un'ulteriore tecnica consiste nell 'accostare il tubo alla piastra interponendo della pasta termicamente conduttiva e bloccando poi il tubo alla piastra mediante nastratura. Questa tecnica denota l'inconveniente di richiedere costi più elevati rispetto a quelli delle soluzioni precedenti e di offrire ridotte garanzie per quanto riguarda la tenuta della connessione tra tubo e piastra.

Un'altra tecnica ancora consiste nel saldare, generalmente mediante brasatura o saldatura a laser, il tubo alla piastra quando questa è in materiale saldabile. Questa tecnica fornisce buoni risultati per quanto concerne la trasmissione del calore e la resistenza meccanica della connessione tra tubo e piastra, ma presenta costi molti elevati, scarsa flessibilità e il pericolo di danneggiamenti del tubo con conseguente possibilità di perdite.

Nel caso di corpi tridimensionali, il tubo viene avvolto attorno al corpo disponendo preventivamente del nastro alluminato sul corpo e vincolando il tubo al corpo, in corrispondenza del nastro alluminato, ancora mediante nastratura.

Questa tecnica denota gli inconvenienti già citati sopra in riferimento al bloccaggio del tubo ad una piastra mediante nastratura.

Un inconveniente comune a queste tecniche è il fatto che il tubo viene a contatto con la superficie alla quale viene applicato con una porzione ridotta della sua superficie che riduce il rendimento nella trasmissione del calore. Gli accorgimenti di interporre, tra tubo e superficie, paste termoconduttrici o di utilizzare nastri alluminati, con la finalità di incrementare la superficie di contatto ovvero di scambio termico tra tubo e superficie, incrementano i costi di assemblaggio e non consentono comunque di ottenere risultati pienamente soddisfacenti.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti, proponendo un tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione che risulti di semplice produzione e che presenti, di per sé, una superficie di scambio termico incrementata.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un tubo per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo che migliori l'efficienza dello scambio termico e riduca notevolmente la variabilità di performance in produzione, eliminando variabili non facilmente controllabili come l'incollaggio.

Un altro scopo del trovato è quello di proporre un tubo che possa essere prodotto ed applicato con costi sensibilmente inferiori rispetto ai costi di produzione richiesti dalle tecniche di tipo noto.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione nel quale l'incremento della superficie di scambio termico venga conseguito senza richiedere operazioni di incollaggio o di saldatura o di altra tecnica di connessione .

Un altro scopo ancora del trovato è quello di realizzare un tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione che renda particolarmente semplici le operazioni di applicazione del tubo al corpo con il quale deve scambiare calore.

Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare un tubo per la trasmissione del calore tra un fluido termovettore ed un corpo che offra le massime garanzie di sicurezza e di affidabilità .

Questo compito, nonché questiQ ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un tubo, per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione, comprendente una porzione tubolare ed un'ala sviluppantesi longitudinalmente a detta porzione tubolare, caratterizzato dal fatto che detta ala e detta porzione tubolare sono costituite da un pezzo unico estruso e dal fatto che detta ala è sostanzialmente piana e tangente al profilo di detta porzione tubolare.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del tubo secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra una porzione del tubo secondo il trovato in vista prospettica;

la figura 2 illustra il tubo secondo il trovato in sezione trasversale;

la figura 3 illustra schematicamente' l’applicazione di un tubo secondo il trovato alla parete posteriore di un frigorifero e di un altro tubo secondo il trovato avvolto attorno al vano congelatore dello stesso frigorifero in alzato posteriore ;

la figura 4 illustra il frigorifero della figura 4 in alzato laterale;

la figura 5 illustra il tubo secondo il trovato applicato ad un pannello;

la figura 5Ά illustra un particolare ingrandito della figura 5;

la figura 6 illustra schematicamente un tubo secondo il trovato avvolto attorno ad un serbatoio del tipo boiler, in alzato laterale.

Con riferimento alle figure citate, il tubo secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una porzione tubolare 2, all'interno della quale è destinato a fluire un fluido termovettore, ed un'ala 3 che si sviluppa longitudinalmente alla porzione tubolare 2.

Secondo il trovato, la porzione tubolare 2 e l'ala 3 sono costituite da un pezzo unico estruso e l’ala 3 è sostanzialmente piana e tangente al profilo della porzione tubolare 2.

Il tubo 1 in oggetto è ottenuto mediante estrusione e l'ala 3 viene ottenuta direttamente in fase di estrusione sagomando corrispondentemente la matrice di estrusione.

Il tubo 1 è preferibilmente realizzato in una lega di alluminio avente una buona conducibilità termica e idonea all'estrusione, ma potranno essere utilizzati anche altri materiali, purché estrudibili e dotati di una buona conducibilità termica .

Opportunamente, il materiale utilizzato per la realizzazione del tubo 1 è un materiale facilmente deformabile plasticamente a freddo in modo tale che il tubo 1 possa esser facilmente piegato per i motivi che meglio appariranno in seguito.

Il corpo tubolare 2 presenta una conformazione a sezione trasversale preferibilmente circolare.

L'ala 3 giace in un piano che è sostanzialmente parallelo all'asse 2a della porzione tubolare 2.

L'ala 3 è preferibilmente realizzata a sezione piena .

Preferibilmente, l'ala 3 si sviluppa lateralmente da ambedue le parti rispetto alla linea di tangenza tra l'ala 3 e la porzione tubolare 2 .

La presenza dell'ala 3 incrementa sensibilmente la superficie di scambio termico del tubo 1 e, grazie al fatto che è realizzata in pezzo unico con la porzione tubolare 2 nella quale fluisce il fluido vettore, non si hanno problemi o variabilità di trasmissione del calore tra la porzione tubolare 2 e l'ala 3.

Inoltre, la larghezza dell'ala 3 può essere dimensionata in modo da adeguarla alle varie esigenze applicative semplicemente modificando la matrice di estrusione.

Opportunamente, al lato dell'ala 3 opposto rispetto alla porzione tubolare 2 può essere applicato, direttamente durante la produzione del tubo 1 o in fase di utilizzo, un nastro biadesivo o più generalmente uno strato adesivo per agevolare l'applicazione del tubo 1 al corpo con il quale deve scambiare calore.

Il tubo 1 secondo il trovato può essere utilizzato per la realizzazione di scambiatori di calore a piastra semplicemente eseguendo piegature della porzione tubolare 2 in un piano che è parallelo al piano di giacitura dell'ala 3 asportando preventivamente, ad esempio mediante tranciatura, porzioni di ala 3 in corrispondenza delle zone 4 che devono essere piegate in modo tale da consentire la piegatura della porzione tubolare 2.

In pratica, la porzione tubolare 2 viene piegata in corrispondenza delle zone 4 private dell'ala 3 attorno ad assi che sono perpendicolari al piano di giacitura del percorso secondo il quale si vuole che si sviluppi la porzione tubolare 2, ovvero attorno ad assi perpendicolari al piano di giacitura dell'ala 3.

Il tubo 1 secondo il trovato è destinato ad essere applicato al corpo con il quale un fluido termovettore transitante all'interno della porzione tubolare 2 deve scambiare calore attraverso lo stesso tubo 1.

A seconda della tipologia di corpo e delle esigenze, l'applicazione del tubo 1 alla superficie del corpo può essere eseguita in vari modi .

Uno di questi modi consiste nell<1>applicare l’ala 3 del tubo 1, dopo che questo è stato piegato, come sopra spiegato, secondo un percorso prefissato, disponendo i vari tratti di ala 3 in un piano, ad una piastra 5 o ad un pannello 6 o ad una superficie piana in genere, per realizzare l’evaporatore di un frigorifero domestico, come illustrato nelle figure 3 e 4. In modo analogo, il tubo 1 secondo il trovato può essere impiegato per la realizzazione di un condensatore schiumato, integrato nel prodotto, come ad esempio nella realizzazione dì congelatori, come illustrato nella figura 5.

L'applicazione del tubo 1 al corpo con il quale deve scambiare calore può essere eseguita anche avvolgendo il tubo 1 attorno al corpo in modo che l'ala 3 si appoggi contro la superficie del corpo mediante il suo lato opposto rispetto alla porzione tubolare 2. Eventualmente, durante l'avvolgimento, il tubo 1 può essere tensionato in modo tale da incrementare la sua adesione alla superficie del corpo. Questa tecnica può essere adottata, ad esempio, per la realizzazione di celle frigorifere, come scomparti congelatori 7 nei frigoriferi domestici, come illustrato nelle figure 3 e 4, oppure per contenitori cilindrici 8, come ad esempio boiler di impianti idraulicosanitari, come illustrato nella figura 6.

Nell'avvolgimento del tubo 1 attorno al corpo, il passo delle eliche secondo le quali viene eseguito l'avvolgimento, potrà essere variato per variare le prestazioni di scambio termico, come illustrato nella figura 6.

Nelle varie tecniche di applicazione, l'adesione tra l'ala 3 del tubo 1 secondo il trovato e la superficie alla quale viene applicata può essere ottenuta o incrementata mediante collanti, nastri biadesivi, paste termoconduttrici o altri accorgimenti di tipo noto.

L'applicazione di un materiale espandente, schiuma o altro per isolare il tubo 1 dall'ambiente esterno incrementa ulteriormente l'adesione del tubo 1 alla superficie alla quale viene applicato.

Si è in pratica constatato come il tubo secondo il trovato raggiunga il compito e gli scopi prefissati in quanto la presenza dell'ala, in pezzo unico con la porzione tubolare e tangente al profilo della porzione tubolare, consente di disporre di una superficie piana che, oltre ad incrementare la superficie di scambio termico del tubo, agevola e riduce le variabilità di processo dell'applicazione del tubo al corpo con il quale deve scambiare calore e garantisce un'ottima adesione del tubo al corpo con il quale deve scambiare calore.

Il tubo, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (8)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Tubo (1), per circuiti termodinamici, per la trasmissione del calore tra lo stesso tubo ed un altro corpo mediante conduzione, comprendente una porzione tubolare (2) ed un'ala (3) sviluppantesi longitudinalmente a detta porzione tubolare (2), caratterizzato dal fatto che detta ala (3) e detta porzione tubolare (2) sono costituite da un pezzo unico estruso e dal fatto che detta ala (3) è sostanzialmente piana e tangente al profilo di detta porzione tubolare (2).
2. 2. Tubo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta ala (3) è a sezione piena.
3. 3. Tubo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere in lega di alluminio .
4. 4. Tubo (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere in un materiale plasticamente deformabile a freddo.
5. 5. Tubo (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che al lato di detta ala (3) opposto rispetto a detta porzione tubolare (2) è applicato uno strato adesivo atto a facilitarne il montaggio .
6. 6. Scambiatore di calore realizzato mediante un tubo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto tubo (1) si sviluppa secondo un percorso giacente in un piano parallelo a detta ala (3) con piegature (4) di detta porzione tubolare (2) attorno ad assi perpendicolari al piano di giacitura di detto percorso, in corrispondenza di dette piegature (4), detta ala (3) essendo asportata .
7. 7. Scambiatore di calore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto tubo (1) è applicato, mediante il lato di detta ala (3) opposto rispetto a detta porzione tubolare (2), al corpo (5, 6, 7, 8) con il quale un fluido termovettore transitante all'interno di detta porzione tubolare (2) deve scambiare calore attraverso detto tubo (1).
8. 8. Scambiatore di calore realizzato mediante un tubo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto tubo (1) è avvolto attorno al corpo (7, 8) con il quale un fluido termovettore transitante all'interno di detta porzione tubolare (2) deve scambiare calore attraverso detto tubo (1) ed aderisce alla superficie di detto corpo (7, 8) mediante il lato di detta ala (3) opposto rispetto a detta porzione tubolare (2).