IT201800005790A1 - Apparato e metodo di raffreddamento di fluidi di lavoro - Google Patents
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Description
Descrizione del trovato avente per titolo:
"APPARATO E METODO DI RAFFREDDAMENTO DI FLUIDI DI LAVORO"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un apparato e ad un metodo per il raffreddamento di fluidi di lavoro, vantaggiosamente utilizzabili in macchine impiegate nello stampaggio di materiale plastico mediante iniezione, estrusione e termoformatura ed ogni altra tecnologia che preveda l’ausilio di almeno due circuiti di raffreddamento di rispettivi fluidi termo vettori.
STATO DELLA TECNICA
Sono note macchine operative, ad esempio nell’ambito dello stampaggio, provviste di un primo gruppo operativo e di un secondo gruppo operativo, i quali hanno condizioni operative differenti uno dall’altro, in particolare per quanto riguarda le temperature dei fluidi di lavoro utilizzati.
Ad esempio, nel settore dello stampaggio a iniezione sono note macchine operative provviste di un primo gruppo operativo di stampaggio e di un secondo gruppo operativo di estrusione.
Il fluido di lavoro impiegato nel gruppo operativo di stampaggio può essere acqua, eventualmente addizionata con glicole, e avere una temperatura variabile tra circa 10-15°C, mentre il fluido di lavoro del gruppo operativo di estrusione può essere olio, e avere una temperatura variabile tra circa 25-30°C.
I fluidi di lavoro vengono impiegati per raffreddare i diversi componenti dei rispettivi gruppi operativi, e devono essere a loro volta raffreddati, con rispettivi apparati di raffreddamento per dissipare il calore assorbito dai componenti dei gruppi operativi. La diversa tipologia di fluido di lavoro impiegato per i diversi gruppi operativi richiede, attualmente, l’impiego di apparati di raffreddamento diversi fra loro e ciascuno dei quali opportunamente configurato per raffreddare la specifica tipologia di fluido di lavoro.
Pertanto, nelle soluzioni note ciascun gruppo operativo è collegato ad un proprio apparato di raffreddamento che opera in modo indipendente dall’apparato di raffreddamento collegato ad un altro gruppo operativo. Un inconveniente delle soluzioni note, pertanto, è l’elevato ingombro e gli elevati spazi di installazione richiesti dovuti alla necessità di posizionare due apparati di raffreddamento.
Inoltre, tali soluzioni note richiedono un elevato numero di componenti, con conseguenti costi elevati di installazione, e manutenzione.
Le soluzioni note, inoltre, sono poco versatili e non permettono di modificare in modo semplice e veloce il funzionamento degli apparati di raffreddamento per adeguarli alle differenti condizioni climatiche in cui si trovano ad operare. Ciò comporta elevati consumi energetici.
Gli apparati di raffreddamento, infatti, sono generalmente installati all’esterno dell’edificio in cui è disposta la macchina operativa.
Uno scopo del presente trovato è quello di fornire un apparato e un metodo di raffreddamento che superino almeno in parte gli inconvenienti della tecnica nota.
Un altro scopo del presente trovato è quello di fornire un apparato di raffreddamento più compatto rispetto a quello degli apparati della tecnica nota, che presenti un ingombro ridotto e un minor numero di componenti.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di fornire un apparato di raffreddamento che possa essere adattato in modo veloce a diverse condizioni climatiche, e permetta di ottimizzare i consumi energetici. Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un metodo di raffreddamento che permetta di ottimizzare i consumi energetici.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono ad un apparato di raffreddamento comprendente un primo circuito di raffreddamento di un primo fluido termovetore, collegabile ad un primo gruppo operativo per raffreddare, con il primo fluido termovetore, un primo fluido di lavoro di quest’ultimo.
Il primo circuito di raffreddamento è provvisto di:
- un primo scambiatore aria-fluido nel quale circola il primo fluido termovetore,
- un dispositivo di ventilazione per generare un flusso d’aria atraverso il primo scambiatore aria-fluido e raffreddare il primo fluido termovetore, e
- un primo dispositivo di pompaggio per pompare il primo fluido termovetore atraverso il primo circuito di raffreddamento.
Secondo un aspeto del presente trovato, l’apparato di raffreddamento comprende un secondo circuito di raffreddamento, collegabile ad un secondo gruppo operativo per raffreddare, con il secondo fluido termovetore, un secondo fluido di lavoro di quest’ultimo.
Il secondo circuito di raffreddamento è provvisto di:
- un secondo scambiatore aria-fluido nel quale circola il secondo fluido termovetore, e
- un secondo dispositivo di pompaggio per pompare il secondo fluido termovetore atraverso il secondo circuito di raffreddamento.
Secondo un ulteriore aspeto del trovato, il dispositivo di ventilazione è configurato per generare il flusso d’aria anche atraverso il secondo scambiatore di calore aria-fluido per raffreddare anche il secondo fluido termovetore.
I due scambiatori di calore aria-fluido condividono pertanto lo stesso dispositivo di ventilazione, permettendo di ridurre gli ingombri complessivi dell’apparato, ridurre il numero di componenti operativi richiesti e pertanto anche i rispettivi costi di realizzazione.
Secondo forme di realizzazione, gli scambiatori aria-fluido comprendono rispettivamente una prima batteria alettata e una seconda batteria alettata, le quali sono attraversate dai condotti definenti rispettivamente il primo circuito di raffreddamento ed il secondo circuito di raffreddamento, e sono entrambe investite dal flusso d’aria generato dallo stesso dispositivo di ventilazione.
Secondo forme di realizzazione, almeno uno tra il primo circuito di raffreddamento ed il secondo circuito di raffreddamento comprende un circuito frigorifero selettivamente attivabile in funzione delle condizioni climatiche e/o delle temperature di raffreddamento richieste.
Secondo forme di realizzazione, il circuito frigorifero è presente nel circuito di raffreddamento nel quale scorre il fluido termovettore a temperatura minore.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono anche ad una macchina comprendente un primo gruppo operativo configurato per operare ad una prima temperatura operativa, un secondo gruppo operativo configurato per lavorare ad una seconda temperatura operativa differente dalla prima temperatura operativa, e un apparato di raffreddamento come sopra descritto, in cui il primo circuito di raffreddamento è collegato al primo gruppo operativo e il secondo circuito di raffreddamento è collegato al secondo gruppo operativo.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono anche ad un metodo di raffreddamento di fluidi di lavoro di un primo e di un secondo gruppo operativo, comprendente:
- raffreddare un primo fluido di lavoro mediante un primo fluido termovettore che viene fatto circolare in un primo circuito di raffreddamento mediante un primo dispositivo di pompaggio, in cui il primo fluido termovettore viene fatto transitare in un primo scambiatore aria-fluido e viene raffreddato da un flusso d’aria generato da un dispositivo di ventilazione attraverso il primo scambiatore aria-fluido; - raffreddare il secondo fluido di lavoro mediante un secondo fluido termovettore che viene fatto circolare in un secondo circuito di raffreddamento mediante un secondo dispositivo di pompaggio, in cui il secondo fluido termovettore viene fatto transitare in un secondo scambiatore aria-fluido, e viene raffreddato anche esso mediante lo stesso flusso d’aria che attraversa anche il primo scambiatore aria- fluido, e generato dallo stesso dispositivo di ventilazione.
L’utilizzo di un unico dispositivo di ventilazione per raffreddare entrambi i fluidi termovettori o di lavoro di due gruppi operativi differenti consente di ottimizzare l’efficienza del raffreddamento.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui: - la fìg. 1 è una vista schematica di una macchina operativa comprendente un apparato di raffreddamento secondo forme di realizzazione del trovato;
- la fig. 2 è una vista schematica laterale di un apparato di raffreddamento secondo forme di realizzazione del presente trovato;
- la fig. 3 è una vista schematica dell’apparato di raffreddamento in una prima modalità operativa;
- la fig. 4 è una vista schematica dell’apparato di raffreddamento di fig. 1 in una seconda modalità operativa;
- la fig. 5 è una vista schematica dell’apparato di raffreddamento di fig. 1 in una terza modalità operativa;
- la fig. 6 è una vista schematica dell’apparato di raffreddamento di fig. 1 in una quarta modalità operativa;
- la fig. 7 è una vista schematica dell’apparato di raffreddamento di fig. 1 in una quinta modalità operativa.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE
Forme di realizzazione qui descritte con riferimento alle figure allegate si riferiscono ad un apparato di raffreddamento 10 di fluidi di lavoro.
L’apparato di raffreddamento 10 può essere utilizzato in una macchina operativa 11 provvista di un primo gruppo operativo 12 e di un secondo gruppo operativo 13 che prevedono rispettivamente l’utilizzo di un primo fluido di lavoro e di un secondo fluido di lavoro, i quali possono essere diversi uno dall’altro per tipologia e/o temperatura operativa.
A titolo esemplificativo, la macchina operativa 11 può essere una macchina di stampaggio a iniezione comprendente un gruppo di stampaggio 12 ad esempio ad iniezione, e un gruppo di estrusione 13. Il gruppo di stampaggio 12 può essere raffreddato per mezzo del suddetto primo fluido di lavoro che può essere acqua eventualmente addizionata con glicole. Il gruppo di estrusione 13 può essere raffreddato per mezzo del suddetto secondo fluido di lavoro che può essere olio.
L’apparato di raffreddamento 10 comprende un primo circuito di raffreddamento 14 configurato per raffreddare un primo fluido termovettore. Il primo circuito di raffreddamento 14 è collegabile al primo gruppo operativo 12 per raffreddare, con il primo fluido termovettore, il primo fluido di lavoro.
L’apparato di raffreddamento 10 comprende, inoltre, un secondo circuito di raffreddamento 15 configurato per raffreddare un secondo fluido termovettore. Il secondo circuito di raffreddamento 15 è collegabile al secondo gruppo operativo 13 per raffreddare il secondo fluido di lavoro, con il secondo fluido termovettore.
Secondo forme di realizzazione può essere previsto che il primo e/o il secondo gruppo operativo 13 comprendano scambiatori di calore di tipo fluido-fluido per permettere lo scambio termico fra i fluidi di lavoro ed i fluidi termo vettori.
Secondo forme di realizzazione, i fluidi di lavoro dei gruppi operativi e quindi i fluidi termovettori dell’apparato di raffreddamento operano a temperature differenti uno dall’altro.
Ad esempio, il primo fluido termovettore può avere una temperatura inferiore a quella del secondo fluido termovettore, ad esempio con una differenza compresa tra 10 e 20°C.
A titolo esemplificativo, si può prevedere che l’apparato di raffreddamento 10 sia configurato per raffreddare il primo fluido termovettore o entrambi i fluidi termovettori di circa 3-10 °C tra l’ingresso e l’uscita.
Secondo forme di realizzazione, il primo fluido termo vettore è dello stesso tipo del secondo fluido termovettore.
Secondo forme di realizzazione, il primo fluido termovettore e il secondo fluido termovettore sono entrambi liquidi, ad esempio acqua eventualmente addizionata con glicole.
Secondo forme di realizzazione, il primo circuito di raffreddamento 14 e il secondo circuito di raffreddamento 15 comprendono rispettivi condotti di mandata 14a, 15a e di ritorno 14b, 15b collegabili rispettivamente ad un ingresso e ad un’uscita del primo gruppo operativo 12 e del secondo gruppo operativo 13.
I condotti di mandata 14a, 15a e di ritorno 14b, 15b possono essere provvisti di valvole di intercettazione 16 selettivamente attivabili per consentire o impedire il passaggio rispettivamente del primo fluido termovettore e del secondo fluido termovettore.
Secondo il trovato, il primo circuito di raffreddamento 14 comprende un primo scambiatore aria- fluido 17 configurato per raffreddare il primo fluido termovettore mediante aria ambiente.
Secondo forme di realizzazione, il primo scambiatore aria- fluido 17 può essere uno scambiatore di calore del tipo “free-cooling”, e comprendere almeno una batteria alettata provvista di una pluralità di alette disposte parallele una all’altra, le quali sono attraversate da condotti di passaggio nei quali può scorrere il primo fluido termovettore. Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 14 comprende un dispositivo di ventilazione 20 configurato per generare un flusso d’aria attraverso il primo scambiatore aria- fluido 17 e raffreddare il primo fluido termo vettore.
Il flusso d’aria generato può incidere su almeno parte della batteria alettata, incrementando l’azione di asportazione del calore da parte del primo scambiatore aria- fluido 17.
Il primo circuito di raffreddamento 14 comprende, inoltre, un dispositivo di pompaggio 18 configurato per pompare il primo fluido termovettore attraverso il primo circuito di raffreddamento 14 dal condotto di ritorno 14b verso il condotto di mandata 14a.
Secondo forme di realizzazione, il secondo circuito di raffreddamento 15 comprende un secondo dispositivo di pompaggio 21 per pompare il secondo fluido termovettore attraverso il secondo circuito di raffreddamento 15 dal condotto di ritorno 15b verso il condotto di mandata 15 a.
Secondo forme di realizzazione, il secondo circuito di raffreddamento 15 comprende un secondo scambiatore aria- fluido 22 configurato per raffreddare il secondo fluido termovettore mediante aria ambiente.
Secondo forme di realizzazione, il secondo scambiatore aria-fluido 22 può essere anche esso uno scambiatore di calore del tipo “free-cooling”, analogo al primo scambiatore aria- fluido 17.
Secondo un aspetto del presente trovato, il dispositivo di ventilazione 20 è configurato per generare un flusso d’aria che attraversa anche il secondo scambiatore aria-fluido 22 e raffreddare quindi anche il secondo fluido termovettore.
Nelle figure allegate sono raffigurati due dispositivi di ventilazione, indicati entrambi con il numero 20, essi tuttavia si riferiscono ad uno stesso dispositivo di ventilazione 20.
Secondo forme di realizzazione, il dispositivo di ventilazione 20 può comprendere un ventilatore di tipo assiale, configurato per generare un flusso d’aria lungo un proprio asse centrale X.
Secondo forme di realizzazione, il dispositivo di ventilazione 20 può comprendere una pluralità di ventilatori, ad esempio tre, quattro, o più, disposti con i propri assi centrali X paralleli e allineati uno all’altro e configurati per generare ciascuno un rispettivo flusso d’aria sia verso il primo scambiatore aria- fluido 17, sia verso il secondo scambiatore ariafluido 22.
Il numero dei ventilatori può variare in funzione della dimensione degli scambiatori aria- fluido 17, 22, delle temperature dei fluidi termovettori, delle temperature ambientali medie, della quantità di raffreddamento relativa richiesta, o in base ad altri fattori.
Secondo forme di realizzazione, il primo scambiatore aria- fluido 17 e il secondo scambiatore aria-fluido 22 possono avere potenze di raffreddamento uguali o differenti.
In particolare, può essere previsto che lo scambiatore aria-fluido nel quale scorre il fluido termovettore a temperatura maggiore, nel caso di esempio il secondo scambiatore aria-fluido 22, abbia una potenza di raffreddamento maggiore rispetto al primo scambiatore aria- fluido 17.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, può essere previsto che uno, o entrambi, il primo scambiatore aria-fluido 17 e il secondo scambiatore aria-fluido 22 possano fornire potenze di raffreddamento differenti in funzione delle esigenze.
Secondo forme di realizzazione, il primo scambiatore aria- fluido 17 e il secondo scambiatore aria-fluido 22 giacciono su rispettivi piani di giacitura P1, P2, inclinati uno rispetto all’altro ed eventualmente anche rispetto alla direzione del flusso d’aria erogato dal dispositivo di ventilazione 20 definita dall’asse centrale X.
In particolare, lo scambiatore aria-fluido nel quale scorre il fluido termovettore avente temperatura maggiore, nel caso di esempio il secondo scambiatore aria- fluido 22, può presentare un angolo di inclinazione maggiore rispetto allo scambiatore aria-fluido nel quale scorre il fluido termovettore avente temperatura minore, nel caso di esempio il primo scambiatore aria- fluido 17. In questo modo lo scambiatore aria-fluido nel quale scorre il fluido termovettore a temperatura maggiore 22 viene investito da una porzione maggiore del flusso d’aria, favorendo l’azione di raffreddamento.
Secondo possibili soluzioni realizzative, descritte con riferimento alla fig. 1, il primo scambiatore aria- fluido 17 può giacere su un primo piano di giacitura PI parallelo all’asse centrale X del dispositivo di ventilazione 20, o comunque inclinato di un angolo inferiore a 5° rispetto ad esso.
Secondo forme di realizzazione, il secondo scambiatore aria-fluido 22 può giacere su un secondo piano di giacitura P2 inclinato di un angolo di inclinazione a compreso tra circa 25°-30°, così da essere direttamente investito dal flusso d’aria generato dal dispositivo di ventilazione 20. In questo modo lo scambiatore aria-fluido nel quale scorre il fluido termovettore a temperatura maggiore viene investito da una porzione maggiore del flusso d’aria e quindi è sottoposto ad un’azione di raffreddamento superiore.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende un circuito frigorifero 23 il quale può essere selettivamente attivato in funzione delle necessità per raffreddare almeno uno tra il primo fluido termovettore e il secondo fluido termovettore.
Secondo forme di realizzazione, il circuito frigorifero 23 è disposto lungo il primo circuito di raffreddamento 14, eventualmente a valle del primo scambiatore aria- fluì do 17.
Secondo forme di realizzazione, il circuito frigorifero 23 comprende in modo noto un dispositivo evaporatore 24, un dispositivo compressore 25, un dispositivo condensatore 26 ed una valvola di espansione 27 nei quali è atto a scorrere un terzo fluido termovettore.
Secondo tali forme di realizzazione, il dispositivo evaporatore 24 può essere uno scambiatore di calore fluido-fluido nel quale il primo fluido termovettore cede calore al terzo fluido termovettore, raffreddandosi di conseguenza.
Secondo forme di realizzazione, il dispositivo compressore 25 può comprendere un singolo compressore, o due o più compressori collegati in parallelo uno all’altro, selettivamente attivabili in funzione delle necessità per fornire in ogni occasione la potenza di compressione effettivamente richiesta, ottimizzando i consumi complessivi.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, il dispositivo condensatore 26 comprende almeno un condensatore 27 ed un ventilatore 28 configurato per generare un flusso d’aria idoneo a raffreddare il terzo fluido termovettore.
Secondo possibili varianti, il dispositivo condensatore 22 può comprendere due o più condensatori 28 collegati in parallelo uno all’altro, selettivamente attivabili in funzione delle necessità in funzione delle esigenze di condensazione richieste.
Secondo tali forme di realizzazione può essere previsto che ciascun condensatore 28 cooperi con almeno un proprio ventilatore 29.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende inoltre un primo serbatoio 31 di accumulo disposto lungo il primo circuito di raffreddamento 14 e configurato per contenere una determinata quantità di primo fluido termovettore.
Secondo forme di realizzazione, il primo serbatoio 31 può essere posizionato a valle del primo scambiatore aria- fluido 17 ed eventualmente anche del circuito frigorifero 23, in modo tale da ricevere e conservare il primo fluido termovettore alla prima temperatura operativa.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende un secondo serbatoio 32 di accumulo disposto lungo il secondo circuito di raffreddamento 15, a valle del secondo scambiatore aria-fluido 22, configurato per contenere una determinata quantità di secondo fluido termovettore.
A titolo esemplificativo, il primo 31 e il secondo serbatoio 32 possono avere ciascuno una capacità di circa 500 litri, ma la loro dimensione può essere minore, o maggiore, in funzione delle esigenze e dell’applicazione dell’apparato di raffreddamento 10.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende un circuito di collegamento 30 idoneo a collegare selettivamente tra loro il primo circuito di raffreddamento 14 e il secondo circuito di raffreddamento 15, in modo tale permettere di mescolare il primo fluido termovettore e il secondo fluido termovettore e raffreddare il secondo fluido termovettore avente temperatura maggiore direttamente con una porzione del primo fluido termovettore avente una temperatura minore.
Secondo forme di realizzazione, il circuito di collegamento 30 comprende un primo condotto 30a, configurato per collegare il primo serbatoio 31 del primo circuito di raffreddamento 14 al secondo circuito di raffreddamento 15 a valle del secondo scambiatore aria- fluido 22 o dell’eventuale secondo serbatoio 32.
Il primo condotto 30a può essere provvisto di mezzi di intercettazione selettiva, ad esempio una prima valvola a due vie 33, selettivamente azionabile per consentire o impedire il transito attraverso di esso del primo fluido termovettore proveniente dal primo circuito di raffreddamento 14.
Il primo fluido termo vetore può scorrere lungo il primo condoto 30a grazie all’azione di aspirazione esercitata dal secondo dispositivo di pompaggio 21.
Secondo forme di realizzazione, il circuito di collegamento 30 comprende un secondo condoto 30b configurato per collegare tra loro il primo serbatoio 31 e il secondo serbatoio 32, in modo tale che, per il principio dei vasi comunicanti, i fluidi termovetori nel primo serbatoio 31 e nel secondo serbatoio 32 siano allo stesso livello.
In questo modo la quantità di primo fluido termovetore prelevata dal primo serbatoio 31 dal secondo circuito di raffreddamento 15, viene compensata con una pari quantità di secondo fluido termovetore.
Lungo il secondo condoto 30b può essere previsto un secondo dispositivo valvolare, ad esempio una valvola a due vie 34, seletivamente ativabile per permetere o impedire il transito del secondo fluido termovetore.
Secondo forme di realizzazione, lungo il primo circuito di raffreddamento 14 può essere previsto un dispositivo di intercetazione, ad esempio una prima valvola a tre- vie 35, seletivamente azionabile per deviare il primo fluido termovetore impedendone il transito atraverso il primo scambiatore aria-fluido 17.
Secondo forme di realizzazione, lungo il secondo circuito di raffreddamento 15 può essere previsto un dispositivo di intercetazione, ad esempio una seconda valvola a tre- vie 36, seletivamente azionabile per deviare il secondo fluido termovetore impedendone il transito atraverso il secondo scambiatore aria-fluido 22.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende una pluralità di sensori di temperatura S1-S6 disposti rispettivamente lungo il primo circuito di raffreddamento 14 e il secondo circuito di raffreddamento 15 e configurati per rilevare le temperature del primo fluido termovettore e del secondo fluido termovettore che scorrono in essi.
In particolare possono essere previsti un primo SI e un secondo sensore S2 di temperatura associati rispettivamente al condotto di ritorno 14b e al condotto di mandata 14a del primo circuito di raffreddamento 14 per rilevare la temperatura del primo fluido termovettore in ingresso e in uscita dall’apparato di raffreddamento 10.
Possono essere anche previsti un terzo S3 e un quarto sensore S4 di temperatura associati rispettivamente al condotto di ritorno 15b e al condotto di mandata 15a del primo circuito di raffreddamento 14 per rilevare la temperatura del secondo fluido termovettore in ingresso e in uscita dall’apparato di raffreddamento 10.
Secondo altre forme di realizzazione possono essere previsti anche un quinto sensore S5 e un sesto sensore S6 di temperatura posti rispettivamente a monte e a valle del circuito frigorifero 23.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, il primo 14 e il secondo circuito frigorifero 15 possono comprendere rispettivi dispositivi di rilevazione della pressione 37, 38 configurati per rilevare la pressione di flusso rispettivamente del primo e del secondo fluido termovettore in transito.
Secondo forme di realizzazione illustrate a titolo esemplificativo in fig. 2, l’apparato di raffreddamento 10 può essere realizzato come una singola unità.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprendente un’unica struttura di supporto 39 che definisce un vano di alloggiamento 40 nel quale è installato almeno il primo scambiatore ariafluido 17, il secondo scambiatore aria-fluido 22 e il dispositivo di ventilazione 20 che asserve entrambi, realizzando così un’unità estremamente compatta.
Secondo forme di realizzazione, nel vano di alloggiamento 40 sono disposti anche i componenti del circuito frigorifero 23, ed eventualmente il circuito di collegamento 30, il primo serbatoio 31 ed il secondo serbatoio 32.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende un’unità di controllo e comando, non illustrata, configurata per ricevere i dati rilevati dai sensori di temperatura S1-S6, dai dispositivi di rilevazione della pressione 37, 38 ed eventuali informazioni sulle condizioni ambientali e sulle temperature operative e, sulla base di tali informazioni, regolare il funzionamento del primo circuito di raffreddamento 14, del secondo circuito di raffreddamento 15 ed eventualmente del circuito frigorifero 23 e del circuito di collegamento 30.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono anche ad un metodo di raffreddamento di almeno un primo e un secondo fluido di lavoro.
Il metodo secondo il trovato prevede di raffreddare il primo fluido di lavoro mediante un primo fluido termovettore che viene fatto circolare nel primo circuito di raffreddamento 14 mediante il primo dispositivo di pompaggio 18, e viene fatto transitare in un primo scambiatore ariafluido 17 nel quale viene raffreddato mediante un flusso d’aria generato da un dispositivo di ventilazione 20 attraverso il primo scambiatore ariafluido 17.
Il metodo secondo il trovato prevede, inoltre, di raffreddare il secondo fluido di lavoro mediante un secondo fluido termovettore che viene fatto circolare nel secondo circuito di raffreddamento 15 mediante il secondo dispositivo di pompaggio 21, e viene fatto transitare in un secondo scambiatore aria-fluido 22, nel quale viene raffreddato mediante lo stesso flusso d’aria che attraversa anche il primo scambiatore aria- fluido 17, e generato dallo stesso dispositivo di ventilazione 20.
L’apparato di raffreddamento 10 secondo il trovato è molto versatile e può essere fatto operare in modalità operative differenti in funzione delle condizioni climatiche ambientali, e delle temperature richieste per i fluidi di lavoro, in modo tale da ottimizzare in ogni occasione i consumi energetici complessivi.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 può funzionare efficientemente in un ampio intervallo di temperature ambientali, ad esempio tra una temperatura minima di circa 0 °C e una temperatura massima anche superiore a 30 °C, ad esempio di 35-40 °C.
Con riferimento alle figg. 3-7, saranno ora descritte alcune possibili modalità operative dell’apparato di raffreddamento 10 applicato ad una macchina 11, in cui i percorsi del primo e del secondo fluido termovettori nelle diverse modalità operative sono indicate con un tratto in grassetto.
Per semplicità di descrizione si farà riferimento ad un caso in cui il primo liquido di lavoro del primo gruppo operativo 12 ha una prima temperatura Tl, ad esempio di circa 10 °C e il secondo liquido di lavoro del secondo gruppo operativo 13 ha una seconda temperatura T2, ad esempio di circa 25 °C; tali valori, tuttavia, sono puramente indicativi. Nella fig. 3 è illustrata una prima modalità operativa dell’apparato di raffreddamento 10, la quale può essere attivata quando la temperatura ambiente è di circa 10 °C inferiore alla prima temperatura Tl, ovvero nel caso di esempio intorno a 0 °C.
In questa prima modalità operativa, l’apparato di raffreddamento 10 può raffreddare sia il primo sia il secondo fluido di raffreddamento unicamente mediante il “free-cooling”, sfruttando il dispositivo di ventilazione 20 comune. In questo caso il circuito frigorifero 23 e il circuito di collegamento 30 sono spenti. Il primo fluido termovettore viene fatto transitare attraverso il primo scambiatore aria- fluido 17, il secondo fluido termovettore viene fatto transitare attraverso il secondo scambiatore aria-fluido 22, e vengono entrambi raffreddati dallo stesso flusso d’aria.
Nella fig. 4 è illustrata una seconda modalità operativa dell’apparato di raffreddamento 10, la quale può essere implementata, ad esempio, quando la temperatura ambiente è di circa 5 °C inferiore alla prima temperatura Tl, ovvero nel caso di esempio intorno a 5 °C.
Secondo forme di realizzazione, nella seconda modalità operativa il circuito frigorifero 23 è in funzione, e il primo fluido termovettore viene fatto circolare sia attraverso il primo scambiatore aria- fluido 17 nel quale viene parzialmente raffreddato mediante il flusso d’aria del dispositivo di ventilazione 20, sia attraverso il circuito frigorifero 23, nel quale viene raffreddato mediante il terzo fluido termovettore.
Secondo forme di realizzazione, nella seconda modalità operativa il secondo fluido termovettore viene fatto transitare attraverso il secondo scambiatore aria- fluido 22 e viene raffreddato mediante il flusso d’aria generato dal dispositivo di ventilazione 20.
Nella fig. 5 è illustrata una terza modalità operativa dell’apparato di raffreddamento 10, la quale può essere implementata, ad esempio, quando la temperatura ambiente è compresa tra la prima TI e la seconda temperatura T2, ad esempio pari a circa 15 °C.
Secondo forme di realizzazione, nella terza modalità operativa il circuito frigorifero 23 è in funzione, e la prima valvola a tre vie 35 inibisce il transito del primo fluido termovettore attraverso il primo scambiatore aria- fluido 17. Il primo fluido termovettore pertanto viene raffreddato solo mediante il circuito frigorifero 23.
Inoltre, nella terza modalità operativa il secondo fluido termovettore viene fatto transitare attraverso il secondo scambiatore aria-fluido 22 e viene raffreddato mediante il flusso d’aria generato dal dispositivo di ventilazione 20, come nella prima e nella seconda modalità operative.
Il circuito di collegamento 30 è chiuso, per cui il primo e il secondo fluido termo vettore rimangono separati uno dall’altro.
Nella fig. 6 è illustrata una quarta modalità operativa dell’apparato di raffreddamento 10, la quale può essere implementata, ad esempio, quando la temperatura ambiente è superiore alla prima temperatura T1 e circa uguale alla seconda temperatura T2, ad esempio pari a circa 25 °C.
Secondo forme di realizzazione, nella quarta modalità operativa il circuito frigorifero 23 è in funzione, e la prima valvola a tre vie 35 inibisce il transito del primo fluido termovettore attraverso il primo scambiatore aria- fluido 17. Il primo fluido termovettore pertanto viene raffreddato solo mediante il circuito frigorifero 23.
Inoltre, nella quarta modalità operativa, il circuito di collegamento 30 è attivo, e i dispositivi valvolari 33, 34 sono nello stato aperto, consentendo il transito rispettivamente del primo fluido termovettore e del secondo fluido termovettore nel rispettivo primo condotto 30a e secondo condotto 30b.
Secondo tali forme di realizzazione, il secondo fluido termovettore viene raffreddato in parte durante il transito nel secondo scambiatore aria-fluido 22 mediante il flusso d’aria del dispositivo di ventilazione 20 e in parte mediante il mescolamento con il primo fluido termovettore che viene aspirato dal primo serbatoio 31 dall’azione del secondo dispositivo di pompaggio 21.
Nella fig. 7 è illustrata una quinta modalità operativa dell’apparato di raffreddamento 10, la quale può essere implementata, ad esempio, quando la temperatura ambiente è superiore sia alla prima temperatura T1, sia alla seconda temperatura T2, ad esempio circa 30 °C.
Secondo forme di realizzazione, nella quinta modalità operativa il circuito frigorifero 23 è in funzione, e la prima valvola a tre vie 35 inibisce il transito del primo fluido termovettore attraverso il primo scambiatore aria- fluido 17. Il primo fluido termovettore pertanto viene raffreddato solo mediante il circuito frigorifero 23.
Inoltre, nella quarta modalità operativa, il circuito di collegamento 30 è attivo, e i dispositivi valvolari 33, 34 sono nello stato aperto, consentendo il transito rispettivamente del primo fluido termovettore e del secondo fluido termovettore nel rispettivo primo condotto 30a e secondo condotto 30b.
Secondo tali forme di realizzazione, la seconda valvola a tre vie 36 inibisce il transito del secondo fluido termovettore attraverso il secondo scambiatore aria- fluido 17, per cui il secondo fluido termovettore viene raffreddato anche esso dal circuito frigorifero 23 attraverso il mescolamento con il primo fluido termovettore che viene aspirato dal primo serbatoio 31 dall’azione del secondo dispositivo di pompaggio 21.
È chiaro che all’apparato 10 e al metodo di raffreddamento fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.
È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparato 10 e metodo di raffreddamento, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato di raffreddamento comprendente un primo circuito di raffreddamento (14) di un primo fluido termovettore, collegabile ad un primo gruppo operativo (12) per raffreddare, con il primo fluido termovettore, un primo fluido di lavoro di quest’ultimo, detto primo circuito di raffreddamento (14) essendo provvisto di un primo scambiatore aria- fluido (17) nel quale circola il primo fluido termovettore, di un dispositivo di ventilazione (20) per generare un flusso d’aria attraverso il primo scambiatore aria-fluido (17) e raffreddare il primo fluido termovettore, e di un primo dispositivo di pompaggio (18) per pompare il primo fluido termovettore attraverso il primo circuito di raffreddamento (14), caratterizzato dal fatto che comprende un secondo circuito di raffreddamento (15) di un secondo fluido termovettore, collegabile ad un secondo gruppo operativo (13) per raffreddare, con il secondo fluido termovettore, un secondo fluido di lavoro di quest’ultimo, e provvisto di un secondo scambiatore aria-fluido (22) nel quale circola il secondo fluido termovettore, e di un secondo dispositivo di pompaggio (21) per pompare il secondo fluido termovettore attraverso il secondo circuito di raffreddamento (15), e che detto dispositivo di ventilazione (20) è configurato per generare detto flusso d’aria anche attraverso detto secondo scambiatore aria- fluido (22) per raffreddare anche il secondo fluido termovettore.
- 2. Apparato come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una struttura di supporto (39) singola definente un vano di alloggiamento (40) nel quale sono installati almeno detto primo scambiatore aria-fluido (17), detto secondo scambiatore aria- fluido (22) e detto dispositivo di ventilazione (20) asservito alla coppia definita da detto primo scambiatore aria-fluido (17) e detto secondo scambiatore aria-fluido (22).
- 3. Apparato come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che comprende un circuito frigorifero (23) selettivamente attivabile in funzione delle condizioni climatiche e/o delle temperature di raffreddamento richieste per raffreddare almeno uno tra il primo fluido termo vettore e il secondo fluido termovettore.
- 4. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo scambiatore aria- fluido (17) e detto secondo scambiatore aria-fluido (22) giacciono su rispettivi piani di giacitura (PI, P2) inclinati uno rispetto all’altro, e che lo scambiatore aria-fluido (22) nel quale scorre il fluido termovettore avente temperatura maggiore, ha un angolo di inclinazione maggiore rispetto allo scambiatore aria- fluido (17) nel quale scorre il fluido termovettore avente temperatura minore.
- 5. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un primo serbatoio (31) di accumulo disposto lungo il primo circuito di raffreddamento (14), a valle di detto primo scambiatore aria-fluido (17), e configurato per contenere detto primo fluido termovettore.
- 6. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un secondo serbatoio (32) di accumulo disposto lungo il secondo circuito di raffreddamento (15), a valle di deto secondo scambiatore aria-fluido (22), e configurato per contenere deto secondo fluido termovetore.
- 7. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un circuito di collegamento (30) idoneo a collegare seletivamente tra loro deto primo circuito di raffreddamento (14) e deto secondo circuito di raffreddamento (15) per mescolare tra loro deto primo fluido di raffreddamento e deto secondo fluido di raffreddamento.
- 8. Macchina comprendente: - un primo gruppo operativo (12) provvisto di un primo fluido di lavoro configurato per operare ad una prima temperatura operativa; - un secondo gruppo operativo (13) provvisto di un secondo fluido di lavoro configurato per lavorare ad una seconda temperatura operativa differente dalla prima temperatura operativa; caratterizzato dal fatto che comprende un apparato di raffreddamento (10) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il primo circuito di raffreddamento (14) è collegato a deto primo gruppo operativo (12) e il secondo circuito di raffreddamento (14) è collegato a deto secondo gruppo operativo (13).
- 9. Metodo di raffreddamento di fluidi di lavoro, comprendente: - raffreddare un primo fluido di lavoro mediante un primo fluido termovetore che viene fato circolare in un primo circuito di raffreddamento (14) mediante un primo dispositivo di pompaggio (21), in cui il primo fluido termovetore viene fatto transitare in un primo scambiatore aria- fluido (17) nel quale viene raffreddato mediante un flusso d’aria generato da un dispositivo di ventilazione (20) attraverso detto primo scambiatore aria- fluido (17), caratterizzato dal fatto che prevede di raffreddare un secondo fluido di lavoro mediante un secondo fluido termovettore che viene fatto circolare in un secondo circuito di raffreddamento (15) mediante un secondo dispositivo di pompaggio (21), in cui il secondo fluido termovettore viene fatto transitare in un secondo scambiatore aria-fluido (22), nel quale viene raffreddato mediante lo stesso flusso d’aria che attraversa anche detto primo scambiatore ariafluido (17), e generato dallo stesso dispositivo di ventilazione (20).
- 10. Metodo come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che prevede di utilizzare detto dispositivo di ventilazione (20) di tipo assiale e di direzionare il flusso d’aria in modo differenziato verso i due scambiatori aria- fluido (17, 22), in modo tale che una porzione di flusso maggiore investa lo scambiatore di calore aria-fluido (22) nel quale scorre il fluido termovettore avente temperatura maggiore,
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