IT201700021474A1 - Scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca - Google Patents

Scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca

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IT201700021474A1
IT201700021474A1 IT102017000021474A IT201700021474A IT201700021474A1 IT 201700021474 A1 IT201700021474 A1 IT 201700021474A1 IT 102017000021474 A IT102017000021474 A IT 102017000021474A IT 201700021474 A IT201700021474 A IT 201700021474A IT 201700021474 A1 IT201700021474 A1 IT 201700021474A1
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IT
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heat exchanger
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tube heat
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IT102017000021474A
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Mariano Covolo
Farra Federico Dal
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Mitsubishi Electric Hydronics & It Cooling Systems S P A
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca.
In alcune tipologie di impianti di refrigerazione di liquido vengono impiegati scambiatori di calore a fascio tubiero ad espansione secca comprendenti un fascio di tubi disposti all’interno di un mantello chiuso da una testata di estremità anteriore ed una testata di estremità posteriore.
Il refrigerante circola lato tubi mentre il fluido secondario, tipicamente acqua o soluzione incongelabile, circola lato mantello. Sul mantello è previsto un bocchello di ingresso del fluido secondario in prossimità di una testata di estremità ed un bocchello di uscita del fluido secondario in prossimità della testata di estremità opposta.
Per ciascun circuito refrigerante, i relativi tubi che si estendono all’interno del mantello presentano una via di ingresso ed una via di uscita posizionati in corrispondenza della stessa testata di estremità.
Tali scambiatori di calore lamentano alcuni inconvenienti in particolare legati al loro ingombro talvolta eccessivo rispetto allo spazio disponibile per l’installazione, alla loro efficienza che può venire penalizzata dalla presenza di significative perdite di carico sia lato tubi sia lato mantello, ed alla possibile creazione di zone di ristagno di fluido secondario nella zona ad angolo tra il mantello e le testate di estremità con conseguente rischio di congelamento del fluido secondario.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione è, pertanto, quello di realizzare uno scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca che consenta di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota.
Nell’ambito di questo compito tecnico uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare uno scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca compatto ed estremamente efficiente.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando uno scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca comprendente un mantello, una testata di estremità anteriore, una testata di estremità posteriore, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo ed un secondo bocchello di ingresso di un fluido secondario circolante lato mantello ed un solo bocchello di uscita del fluido secondario.
Vantaggiosamente, rispetto al piano di mezzeria del mantello ortogonale all’asse del mantello, detto primo bocchello di ingresso è posizionato sul mantello tra detta testata di estremità anteriore e detto piano di mezzeria, e detto secondo bocchello di ingresso è posizionato sul mantello tra detta testata di estremità posteriore e detto piano di mezzeria.
Ancor più vantaggiosamente detto primo bocchello di ingresso è posizionato ad una distanza da detta testata di estremità anteriore inferiore alla sua distanza da detto piano di mezzeria, e detto secondo bocchello di ingresso è posizionato ad una distanza da detta testata di estremità posteriore inferiore alla sua distanza da detto piano di mezzeria.
Il bocchello di uscita può essere posizionato sul mantello in corrispondenza di un piano di mezzeria del mantello ortogonale all’asse del mantello.
Il bocchello di uscita può essere altresì posizionato sul mantello in corrispondenza di uno dei due semi tratti che compongono una semi parte del mantello compresa tra detto piano di mezzeria del mantello ortogonale all’asse del mantello ed una estremità del mantello.
Il fascio tubiero può comprendere un solo circuito di refrigerante.
Vantaggiosamente il fascio tubiero può anche comprendere almeno un primo ed almeno un secondo circuito di refrigerante, in cui il primo circuito refrigerante presenta una via di ingresso in corrispondenza della testata di estremità anteriore e il secondo circuito refrigerante presenta una via di ingresso in corrispondenza della testata di estremità posteriore.
La posizione dei bocchelli di ingresso del fluido secondario in prossimità delle testate di estremità permette di ottenere il surriscaldamento desiderato sull’aspirazione con conseguente miglioramento dell’efficienza e riduzione delle perdite di carico lato tubi e lato mantello.
La portata del fluido secondario è dimezzata rispetto alla tradizionale configurazione ad un solo bocchello di ingresso, cosicchè il fascio tubiero e di conseguenza il mantello possono avere diametro inferiore, cosa che consente anche una diminuzione di ingombro e una installazione in spazi più ridotti.
Dal momento che il punto di ingresso del fluido secondario, che è il punto più caldo, è posizionato in prossimità del punto di ingresso del refrigerante, che il punto più freddo, si elimina il rischio di congelamento del fluido secondario.
I bocchelli di ingresso possono avere asse inclinato verso le testate di estremità.
Ciò riduce le zone di ristagno di fluido secondario in corrispondenza delle zone di angolo tra le testate di estremità ed il mantello, migliorando così anche il coefficiente di scambio termico lato mantello.
Conseguentemente anche i circuiti refrigeranti risultano più equilibrati.
Conseguentemente inoltre risulta ancor più ridotta la possibilità di congelamento del fluido secondario.
Inoltre i bocchelli di ingresso così inclinati possono essere collegati ad un collettore di ingresso tramite curve inferiori a 90° con ulteriore riduzione delle perdite di carico sul collettore di ingresso. La presente invenzione si riferisce anche ad un impianto di refrigerazione di un liquido che comprendere come evaporatore del refrigerante almeno un tale scambiatore di calore.
Altre caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, in altre rivendicazioni.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva dello scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 mostra una vista in alzato laterale dello scambiatore conforme ad una modo di realizzazione dell’invenzione;
la figura 2 mostra una vista anteriore dello scambiatore di figura 1; la figura 3 mostra una vista posteriore dello scambiatore di figura 1;
la figura 4 mostra lo scambiatore di figura 1 ruotato di 90° attorno all’asse del mantello.
Con riferimento alle figure citate, viene mostrato uno scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca indicato complessivamente con il numero di riferimento 1.
La scambiatore di calore 1 comprende un mantello 2 chiuso alle estremità da una testata di estremità anteriore 3 ed una testata di estremità posteriore 4.
All’interno del mantello 2 è presente il fascio tubiero (non mostrato) in cui circola il refrigerante.
Lo scambiatore di calore 1 comprende un primo bocchello 5 di ingresso del fluido secondario che circola lato mantello 2, un secondo bocchello 6 di ingresso del fluido secondario ed un solo bocchello 7 di uscita del fluido secondario.
Rispetto al piano di mezzeria M del mantello 2 ortogonale all’asse L del mantello 2, il primo bocchello di ingresso 5 è posizionato sul mantello 2 tra la testata di estremità anteriore 3 ed il piano di mezzeria M del mantello 2, ed il secondo bocchello di ingresso 6 è posizionato sul mantello 2 tra la testata di estremità posteriore 4 ed il piano di mezzeria M del mantello 2.
In particolare il primo bocchello di ingresso 5 è posizionato ad una distanza dalla testata di estremità anteriore 3 inferiore alla sua distanza dal piano di mezzeria M del mantello 2, e analogamente il secondo bocchello di ingresso 6 è posizionato ad una distanza dalla testata di estremità posteriore 4 inferiore alla sua distanza dal piano di mezzeria M del mantello 2.
Il primo bocchello di ingresso 5 ed il secondo bocchello di ingresso 6 sono più precisamente disposti in posizione simmetrica rispetto al piano di mezzeria M del mantello 2.
Il bocchello di uscita 7 a sua volta è posizionato sul mantello 2 in corrispondenza del piano di mezzeria M del mantello 2.
Il primo bocchello di ingresso 5 ed il secondo bocchello di ingresso 6 hanno sezione di passaggio di pari ampiezza, ed il bocchello di uscita 7 ha una sezione di passaggio di valore pari alla sezione di passaggio del primo bocchello di uscita 5 e del secondo bocchello di uscita 6. In tal caso la velocità del fluido secondario in uscita è doppia rispetto alla velocità del fluido secondario in ingresso.
In una possibile variante dell’invenzione per mantenere la stessa velocità in ingresso ed in uscita del fluido secondario il bocchello di uscita 7 ha sezione di passaggio di valore pari alla somma delle sezioni di passaggio del primo bocchello di ingresso 5 e del secondo bocchello di ingresso 6.
Nella realizzazione mostrata nel fascio tubiero è compreso un primo circuito di refrigerante ed un secondo circuito di refrigerante. Ovviamente è possibile prevedere un numero diverso di circuiti di refrigerante, preferibilmente però in numero superiore ad uno.
Il primo circuito refrigerante presenta una via di ingresso 8 in corrispondenza della testata di estremità anteriore 3 e il secondo circuito refrigerante presenta una via di ingresso 9 in corrispondenza della testata di estremità posteriore 4.
Il primo circuito refrigerante presenta inoltre una via di uscita 10 in corrispondenza della testata di estremità posteriore 4 mentre il secondo circuito refrigerante presenta una via di uscita 11 in corrispondenza della testata di estremità anteriore 3.
Il primo bocchello di ingresso 5 presenta asse B1 orientato verso la testata di estremità anteriore 3 ed analogamente secondo bocchello di ingresso 6 presenta asse B2 orientato verso la testata di estremità posteriore 4.
Più in generale il primo bocchello di ingresso 5 presenta asse B1 orientato con un angolo α compreso tra 60° e 90° rispetto all’asse L del mantello 2 ed analogamente il secondo bocchello di ingresso 6 presenta asse B2 orientato con un angolo β compreso tra 60° e 90° rispetto all’asse L del mantello 2.
Il primo bocchello di ingresso 5 ed il secondo bocchello di ingresso 6 sono disposti con i loro assi B1, B2 giacenti in uno stesso piano. L’asse B3 del bocchello di uscita 7 è invece sfalsato dal piano in cui sono posizionati gli assi B1 e B2 del primo bocchello di ingresso 5 e del secondo bocchello di ingresso 6.
Più in generale l’asse B3 del bocchello di uscita 7 è orientato con un angolo compreso tra 0° e 90° rispetto al piano in cui sono posizionati gli assi B1 e B2 del primo bocchello di ingresso 5 e del secondo bocchello di ingresso 6.
Lo scambiatore di calore 1 funge da evaporatore in un impianto di refrigerazione di un liquido.
Più in generale lo scambiatore di calore può essere integrato in un impianto di condizionamento, in un impianto di raffreddamento, o in un impianto a pompa di calore.
Lo scambiatore di calore a fascio tubiero ad espansione secca così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca comprendente un mantello (2), una testata di estremità anteriore (3), una testata di estremità posteriore (3), caratterizzato dal fatto di comprendere un primo ed un secondo bocchello (5, 6) di ingresso di un fluido secondario circolante lato mantello (2) ed un solo bocchello (7) di uscita del fluido secondario.
  2. 2. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, rispetto ad un piano di mezzeria (M) del mantello (2) ortogonale all’asse (L) del mantello (2), detto primo bocchello di ingresso (5) è posizionato sul mantello (2) tra detta testata di estremità anteriore (3) e detto piano di mezzeria (M) e detto secondo bocchello di ingresso (6) è posizionato sul mantello (2) tra detta testata di estremità posteriore (4) e detto piano di mezzeria (M).
  3. 3. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto primo bocchello di ingresso (5) è posizionato ad una distanza da detta testata di estremità anteriore (3) inferiore alla sua distanza da detto piano di mezzeria (M), e detto secondo bocchello di ingresso (6) è posizionato ad una distanza da detta testata di estremità posteriore (4) inferiore alla sua distanza da detto piano di mezzeria (M).
  4. 4. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto bocchello di uscita (7) è posizionato sul mantello (2) in corrispondenza di un piano di mezzeria (M) del mantello (2) ortogonale all’asse (L) del mantello (2).
  5. 5. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto bocchello di uscita (7) è posizionato sul mantello (2) in corrispondenza di uno dei due semi tratti che compongono una semi parte del mantello (2) compresa tra un piano di mezzeria (M) del mantello (2) ortogonale all’asse del mantello (2) ed una estremità del mantello (2).
  6. 6. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto primo e secondo bocchello di ingresso (5, 6) hanno sezione di passaggio di pari ampiezza, e detto bocchello di uscita (7) ha una sezione di passaggio di valore pari alla sezione di passaggio del primo e secondo bocchello di ingresso (5, 6) o di valore doppio.
  7. 7. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che nel fascio tubiero è compreso almeno un primo circuito refrigerante.
  8. 8. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che nel fascio tubiero è compreso un primo ed almeno un secondo circuito refrigerante, in cui il primo circuito refrigerante presenta una via di ingresso (8) in corrispondenza della testata di estremità anteriore (3) e il secondo circuito refrigerante presenta una via di ingresso (9) in corrispondenza della testata di estremità posteriore (4).
  9. 9. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il primo circuito refrigerante presenta una via di uscita (10) in corrispondenza della testata di estremità posteriore (4) e il secondo circuito refrigerante presenta una via di uscita (11) in corrispondenza della testata di estremità anteriore (3).
  10. 10. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo e rispettivamente detto secondo bocchello di ingresso (5, 6) presentano rispettivo asse (B1, B2) orientato verso la testata di estremità anteriore (3) e rispettivamente verso la testata di estremità posteriore (4).
  11. 11. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo e rispettivamente detto secondo bocchello di ingresso (5, 6) presentano rispettivo asse (B1, B2) orientato con un angolo (α, β) compreso tra 60° e 90° rispetto all’asse (L) del mantello (2).
  12. 12. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che gli assi (B1, B2) di detto primo e secondo bocchello di ingresso (5, 6) giacciono in uno stesso piano.
  13. 13. Scambiatore di calore (1) a fascio tubiero ad espansione secca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che l’asse (B3) di detto bocchello di uscita (7) è angolarmente sfalsato dal piano in cui sono posizionati gli assi (B1, B2) di detto primo e secondo bocchello di ingresso (5, 6).
  14. 14. Impianto di refrigerazione o raffreddamento o condizionamento o a pompa di calore caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno scambiatore di calore (1) conforme ad una qualunque rivendicazione precedente.
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