IT201800005938A1

IT201800005938A1 - Apparecchiatura a pompa di calore per un impianto di condizionamento dell’aria

Info

Publication number: IT201800005938A1
Application number: IT102018000005938A
Authority: IT
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2019-12-01
Also published as: EP3575700A1; ES2898888T3; EP3575700B1; HUE056622T2; LT3575700T; PL3575700T4; PL3575700T3

Description

APPARECCHIATURA A POMPA DI CALORE

PER UN IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione concerne un’apparecchiatura a pompa di calore per un impianto di condizionamento dell’aria, secondo il preambolo della rivendicazione indipendente n.1. L’apparecchiatura di cui trattasi è destinata vantaggiosamente ad essere impiegata, in ambito residenziale, commerciale e industriale, negli impianti di condizionamento dell’aria, in particolare di tipo roof top, al fine di controllare le condizioni climatiche all’interno di uno o più ambienti, garantendo una resa energetica ottimizzata dell’impianto, in particolare per lo sbrinamento automatico dello scambiatore di calore dell’unità esterna dell’apparecchiatura.

Stato della tecnica

Negli ultimi anni, nell’ambito industriale del riscaldamento di ambienti è particolarmente sentita l’esigenza di aumentare l’efficienza termica ed inoltre alcune norme legislative impongono l’utilizzo almeno parziale di fonti di energia rinnovabile.

Più chiaramente, la definizione riportata nell’attuale legislazione in materia di energia rinnovabile (Decreto Legislativo 3 marzo 2011, n. 28 - Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE.), riporta che l’«energia da fonti rinnovabili» è quell’energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili, vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas.

Nel settore delle apparecchiature per riscaldamento di ambienti sono note da tempo apparecchiature dotate di un impianto di riscaldamento a pompa di calore. Tali impianti sfruttano l’energia aerotermica, la quale è annoverata tra le fonti di energia rinnovabile, contenuta nell’aria dell’ambiente esterno per scaldare un fluido vettore a bassa temperatura contenuto in circuito chiuso mediante un evaporatore, normalmente posizionato all’esterno dell’ambiente da riscaldare all’interno di un corpo scatolare di contenimento.

Il fluido vettore così riscaldato mediante il calore assorbito dall’aria dell’ambiente esterno è compresso da un compressore, il quale crea una differenza di pressione atta a forzare il fluido vettore all’interno del circuito chiuso, in particolare verso un condensatore, normalmente posto all’interno dell’ambiente da riscaldare. In questa situazione, il fluido vettore ad alta temperatura e pressione condensa e cede all’ambiente da scaldare il calore precedentemente assorbito dall’ambiente esterno. Il circuito chiuso collega infine il condensatore e l’evaporatore mediante una valvola di laminazione, atta a riportare il fluido vettore (ormai raffreddato) alla pressione di esercizio per poter nuovamente assorbire calore dall’ambiente esterno.

Le apparecchiature per il condizionamento di ambienti dotate di un impianto di riscaldamento a pompa di calore del tipo fin qui sommariamente descritte si sono rivelate nella pratica non scevre di inconvenienti.

Un primo inconveniente risiede nel fatto l’efficienza energetica globale è fortemente limitata dalla differenza di temperatura tra l’ambiente esterno e l’ambiente da riscaldare. Pertanto, nelle stagioni invernali, o in generale nei periodi più freddi dell’anno, la suddetta differenza di temperatura è tale da inficiare in maniera significativa il rendimento totale dell’impianto a pompa di calore. Più in dettaglio, quando la temperatura dell’ambiente esterno si abbassa al di sotto dei 7°C il rendimento dell’impianto a pompa di calore diminuisce drasticamente. In particolare, se la temperatura dell’ambiente esterno scende al di sotto dei 2°C l’evaporatore è a rischio congelamento e/o brinamento. Nel caso l’evaporatore ghiacci, l’intero impianto di riscaldamento a pompa di calore smette di funzionare fino al completo scongelamento dell’evaporatore medesimo.

In questa situazione, sono noti dispositivi di scongelamento per permettere all’evaporatore di continuare a lavorare anche a basse temperature, quali ad esempio resistenze elettriche poste in corrispondenza dell’evaporatore medesimo, le quali scaldandosi per effetto ohmico aumentano la temperatura di quest’ultimo e ne permettono il funzionamento.

Il principale inconveniente di tale dispositivo di scongelamento dell’evaporatore risiede nel fatto che le resistenze elettriche sono altamente energivore e abbassano l’efficienza globale dell’apparecchiatura di condizionamento.

È noto inoltre, al fine di riscaldare l’evaporatore in caso di congelamento, un metodo di scongelamento il quale prevede l’utilizzo dell’impianto a pompa di calore invertendo il suo ciclo di funzionamento, e cioè facendo operare l’evaporatore da condensatore per alcuni minuti, al fine di trasportare una parte del calore dell’ambiente interno da riscaldare all’evaporatore medesimo, il quale aumenta la sua temperatura fino al completo scongelamento, per poi in seguito invertire nuovamente il ciclo dell’impianto per il suo normale funzionamento.

Il principale inconveniente del metodo di scongelamento dell’evaporatore del tipo noto sopra sommariamente descritto risiede nel fatto che l’inversione del ciclo di lavoro abbassa drasticamente il rendimento globale dell’apparecchiatura di condizionamento, in quanto in questa situazione essa toglie calore dall’ambiente interno da riscaldare per alcuni minuti; tale calore dovrà quindi essere trasferito nuovamente alla successiva inversione del ciclo di lavoro.

Le apparecchiature di tipo noto fin qui descritte, al fine di non lasciare mai l’ambiente da riscaldare senza il necessario apporto di calore, costringono, in fase di progettazione, ad un sovradimensionamento della portata termica da installare rispetto al reale fabbisogno dell’utenza, utilizzando ad esempio più evaporatori, tra loro collegati in una batteria e funzionanti ad intervalli prestabiliti.

Presentazione dell’invenzione

In tale contesto quindi, lo scopo principale della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti della tecnica già nota sopra descritta, presentando un’apparecchiatura a pompa di calore per un impianto di condizionamento dell’aria che sia in grado di migliorare il rendimento globale dell’apparecchiatura e non necessiti un aumento della potenza termica da installare oltre a quella richiesta per condizionare termicamente l’ambiente interno. Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di presentare un’apparecchiatura a pompa di calore per un impianto di condizionamento dell’aria la quale permetta di raggiungere elevati rendimenti mediante l’utilizzo almeno parziale di una fonte di energia rinnovabile.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di presentare un’apparecchiatura a pompa di calore per un impianto di condizionamento dell’aria la quale permetta un funzionamento continuo, che sia sicura e del tutto affidabile.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche tecniche dell’invenzione, secondo il compito e gli scopi proposti, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione illustrate a titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui:

− la figura 1 illustra l’apparecchiatura a pompa di calore in oggetto, in accordo con una prima forma realizzativa della presente invenzione;

− la figura 2 illustra l’apparecchiatura a pompa di calore in oggetto, in accordo con una seconda forma realizzativa della presente invenzione;

− la figura 3 illustra l’apparecchiatura a pompa di calore in oggetto, in accordo con una terza forma realizzativa della presente invenzione;

− la figura 4 illustra un particolare dell’apparecchiatura oggetto della presente invenzione, relativo ad un’unità esterna dell’apparecchiatura medesima;

− la figura 5 illustra l’unità esterna di figura 4, in cui sono rappresentati inoltre un’unità di controllo e mezzi di rilevamento della temperatura;

− la figura 6 illustra un impianto di condizionamento dell’aria comprendente l’apparecchiatura a pompa di calore illustrata in figura 1;

− la figura 7 illustra un impianto di condizionamento dell’aria comprendente l’apparecchiatura a pompa di calore illustrata in figura 3;

− la figura 8 illustra l’apparecchiatura a pompa di calore di figura 1 in una configurazione a ciclo invertito.

− le figure 9A e 9B illustrano, in due differenti viste, un particolare della pompa di calore in oggetto relativo ad un emettitore ad incandescenza facente parte dei mezzi di sbrinamento.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Con riferimento agli uniti disegni è stato indicato nel suo complesso con 100 un’apparecchiatura a pompa di calore per un impianto di condizionamento dell’aria in accordo con una forma realizzativa preferenziale della presente invenzione. L’apparecchiatura di cui trattasi è destinata vantaggiosamente ad essere impiegata, in ambito residenziale, commerciale e industriale, negli impianti di condizionamento dell’aria, in particolare di tipo roof top.

L’apparecchiatura a pompa di calore 100 per un impianto di condizionamento dell’aria, comprende una unità esterna 1, la quale comprende a sua volta un primo corpo di contenimento 2 destinato ad essere disposto preferibilmente in un ambiente esterno E1, E2 e pertanto dotato di caratteristiche strutturali e di isolamento adeguate al clima ambiente locale oltre ad avere caratteristiche tali per poter essere posizionato sia sui tetti che a terra e comunque soggetto direttamente a pioggia, neve e ghiaccio.

L’unità esterna 1 risulta altresì dotata di un primo scambiatore di calore 3 disposto nel primo corpo di contenimento 2 e suscettibile di operare come evaporatore per assorbire una certa quantità di calore Q1 da un flusso d’aria esterna 7 prelevata dall’ambiente esterno E1, E2.

Preferibilmente, il primo scambiatore di calore 3 è del tipo a pacco alettato con batterie che all’occorrenza possono essere curve a una, due o tre pieghe. Per tali batterie sono possibili trattamenti esterni come ad esempio verniciatura a polveri o in cataforesi e stagnatura elettrolitica su scambiatori in rame, oltre a poter avere tubo in cupronichel (CuNi9010) per scambiatori che lavorino in ambienti aggressivi (salsedine). Per l’apparecchiatura a pompa di calore 100 i materiali costituenti le batterie del primo scambiatore di calore 3 devono poter operare a temperature attorno ai 100°C in quanto soggetti a riscaldamento ad irraggiamento dei mezzi di sbrinamento 80.

Vantaggiosamente il primo scambiatore di calore 3 può essere del tipo a fascio tubiero che all’occorrenza può essere di varie forme e sul quale esternamente possono essere fatti trattamenti al fine di migliorare l’efficacia dello scambio termico fra l’aria che lo lambisce esternamente ed il fluido che vi scorre internamente.

L’unità esterna 1 è altresì dotata di mezzi di sbrinamento 80 operativamente associati al primo scambiatore di calore 3 in modo da poter riscaldare la superficie esterna di quest’ultimo.

A tale scopo, in accordo con l’idea alla base della presente invenzione, i mezzi di sbrinamento 80 comprendono un emettitore ad incandescenza 8 configurato per riscaldare per irraggiamento diretto ed in modo efficace la superficie esterna del primo scambiatore di calore 3.

L’emettitore ad incandescenza 8 comprende mezzi di alimentazione 12 collegati ad una prima sorgente di aria comburente 10 e ad una seconda sorgente di gas combustibile 11. Tali mezzi di alimentazione 12 sono preferibilmente dotati di una valvola automatica di regolazione portata gas e di una serranda per l’aria comburente.

Vantaggiosamente, i mezzi di alimentazione 12 dell’emettitore ad incandescenza 8 comprendono sistemi di miscelazione (di tipo di per sé noto) per bruciatori premix che generano fiamme premiscelate per i soli combustibili gassosi e dove aria e combustibile devono miscelarsi in modo omogeneo prima della zona di reazione.

L’emettitore ad incandescenza 8 comprende altresì una camera di distribuzione 9 direttamente collegata ai mezzi di alimentazione 12 per ricevere la miscela combustibile C da bruciare formata da aria comburente prelevata preferibilmente dallo stesso ambiente esterno E1 e da gas combustibile proveniente dalla seconda sorgente di gas combustibile 11 costituita ad esempio dalla rete di distribuzione nel caso di gas metano o da pacchi bombole nel caso di GPL.

Con riferimento agli esempi delle figure 1, 9A e 9B, l’emettitore ad incandescenza 8 è altresì dotato di mezzi di innesco 9’ azionabili per innescare la combustione della miscela combustibile C con la conseguente generazione di calore e di prodotti di combustione 14. Tali mezzi di innesco 9’ sono costituiti da elettrodi di accensione che vantaggiosamente possono sostituire pure elettrodi di rilevazione della fiamma 9’’. Quest’ultimi assicurano la chiusura dei mezzi di alimentazione 12, in particolare per bloccare l’alimentazione del gas combustibile, nel caso di mancata accensione o spegnimento della fiamma stessa.

L’emettitore ad incandescenza 8 comprende un corpo emittente 13 direttamente collegato alla camera di distribuzione 9, il quale è configurato per ricevere in modo uniforme su tutta la sua superficie dapprima la miscela combustibile C e successivamente il calore generato dalla combustione.

Vantaggiosamente, il corpo emittente 13 è composto da più piastre ceramiche microforate rettangolari poste affiancate l’una all’altra e tali da formare un’unica superficie radiante 13’. La combustione della miscela combustibile C avviene 1-2 mm sotto la superficie delle piastre ceramiche microforate e all’interno di microcanali. Il calore prodotto dalla combustione riscalda immediatamente la ceramica. Il processo di combustione sulla superficie esterna delle piastre ceramiche microforate consente di raggiungere una temperatura di circa 1000°C generando calore che viene ceduto per irraggiamento dalla superficie radiante 13’ verso il primo scambiatore di calore 3. La parte interna della piastra ceramica rivolta verso la camera di distribuzione 9, raggiunge invece una temperatura di circa 100°C.

Il corpo emittente 13 svolge la funzione di riscaldare per irraggiamento grazie alla superficie radiante 13’ orientata verso il primo scambiatore di calore 3 la quale, costituita preferibilmente da più piastre ceramiche microforate portate a temperatura di circa 1000°C per effetto della combustione, emette radiazioni termiche in modo da riscaldare per irraggiamento diretto proprio la superficie esterna del primo scambiatore di calore 3 senza che vi sia nessun contatto fisico fra le parti.

L’emettitore ad incandescenza 8 è preferibilmente dotato lateralmente di schermi riflettenti 13’’ aventi lo scopo di reindirizzare ulteriormente le radiazioni termiche emesse dalla superficie radiante 13’ verso il primo scambiatore di calore 3.

L’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende altresì una unità interna 1’ destinata ad essere disposta in un sistema di canalizzazione 301 di un impianto di climatizzazione dell’aria 300 atto a immettere in un ambiente I un flusso d’aria ambiente 26 proveniente da una sorgente ambiente A.

L’unità interna 1’ comprende un secondo scambiatore di calore 19, termicamente collegato al primo scambiatore di calore 3 e destinato ad essere inserito nel sistema di canalizzazione 300 ad intercettazione del flusso d’aria ambiente 26, e suscettibile di cedere calore Q2 al flusso d’aria ambiente 26.

Il secondo scambiatore di calore 19 è solitamente del tipo a batterie alettate ma all’occorrenza può essere del tipo a fascio tubiero.

L’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende inoltre un’unità di controllo 50, la quale è operativamente collegata ai sopracitati mezzi di sbrinamento 80 per abilitarne il corretto funzionamento.

In particolare, l’unità di controllo 50 è operativamente collegata ai mezzi di alimentazione 12 per comandare a questi ultimi l’alimentazione di aria comburente e di gas combustibile alla camera di distribuzione 9, ed è operativamente collegata ai mezzi di innesco 9’ per comandare a loro l’innesco della combustione della miscela combustibile C formatasi nella camera distribuzione 9.

Vantaggiosamente, l’unità di controllo 50 può essere operativamente collegata anche agli elettrodi di rilevazione della fiamma 9’’, qualora questi ultimi siano presenti ed il loro ruolo non sia sostituito dagli stessi elettrodi dei mezzi d’innesco 9’.

Preferibilmente, sia i mezzi d’innesco 9’ che gli elettrodi di rilevazione fiamma 9’’ sono posizionati a ridosso delle piastre ceramiche microforate interessate dalla combustione e precisamente dalla parte della superfice radiante emittente 13’ rivolta verso il primo scambiatore di calore 3.

Vantaggiosamente, con riferimento agli esempi delle figure 1-4, il primo corpo di contenimento 2 dell’unità esterna 1 è dotato di una prima sezione di ingresso 16 e di una prima sezione di uscita 17 comunicanti con l’ambiente esterno E1, E2.

L’unità esterna 1 comprende inoltre primi mezzi di ventilazione 15 che sono operativamente associati al primo scambiatore di calore 3 e sono azionabili dall’unità di controllo 50 con lo scopo di forzare il flusso d’aria esterna 7 ad entrare nel primo corpo di contenimento 2 attraverso la prima sezione di ingresso 16 ed intercettare il primo scambiatore di calore 3, oltre a forzare una miscela 18 di prodotti di combustione 14 e di aria esterna ad uscire dal primo corpo di contenimento 2 dell’unità esterna 1 attraverso la prima sezione di uscita 17.

Vantaggiosamente, con riferimento all’esempio di figura 2, l’unità interna 1’ dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende un secondo corpo di contenimento 27 il quale alloggia il secondo scambiatore di calore 19, preferibilmente del tutto analogo al primo scambiatore di calore 3.

Il secondo corpo di contenimento 27 è dotato di una seconda sezione di ingresso 28 e di una seconda sezione di uscita 29 comunicanti con il sistema di canalizzazione 301.

L’unità interna 1’ comprende secondi primi mezzi di ventilazione 25 i quali sono operativamente associati al secondo scambiatore di calore 19 e sono azionabili dall’unità di controllo 50 allo scopo di forzare il flusso d’aria ambiente 26 ad entrare nel secondo corpo di contenimento 27 attraverso la seconda sezione di ingresso 28 ed intercettare il secondo scambiatore di calore 19 per ricevere il calore Q2 e per forzare poi sempre il flusso d’aria ambiente 26 riscaldato ad uscire dal secondo corpo di contenimento 27 attraverso la seconda sezione di uscita 29 per essere convogliato all’ambiente I.

Vantaggiosamente, l’unità esterna 1’ comprende un primo circuito idraulico 22 il quale è suscettibile di essere percorso da un primo fluido vettore 6. Il primo circuito idraulico 22 interseca il primo scambiatore di calore 3, il quale è idraulicamente collegato sempre al primo circuito idraulico 22 mediante un primo ingresso 4 ed una prima uscita 5 per essere attraversato dal primo fluido vettore 6.

L’unità esterna 1’ comprende altresì un compressore 23 il quale si trova inserito nel primo circuito idraulico 22 e ha lo scopo di comprimere il primo fluido vettore 6 proveniente dal primo scambiatore di calore 3 il quale qui opera come evaporatore.

L’unità esterna 1’ comprende inoltre una valvola di laminazione 24 che si trova inserita nel primo circuito idraulico 22 e ha lo scopo di espandere il primo fluido vettore 6 che viene convogliato verso il primo scambiatore di calore 3 il quale qui opera come evaporatore. Vantaggiosamente, con riferimento all’esempio di figura 2, il secondo scambiatore di calore 19 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 è idraulicamente collegato al primo scambiatore di calore 3 mediante il suddetto primo circuito idraulico 22, ed è suscettibile di operare come condensatore per cedere calore Q2 al flusso d’aria ambiente 26. In tale configurazione, il compressore 23 è interposto tra il primo scambiatore di calore 3 ed il secondo scambiatore di calore 19, e lavora per forzare il primo fluido vettore 6 dal primo scambiatore di calore 3, che qui opera come evaporatore, al secondo scambiatore di calore 19, che qui opera come condensatore.

È altresì prevista una valvola di laminazione 24 la quale è interposta tra il secondo scambiatore di calore 19 ed il primo scambiatore di calore 3, ed è atta ad espandere e raffreddare il primo fluido vettore 6 proveniente dal secondo scambiatore di calore 19 che qui opera come condensatore.

Vantaggiosamente, con riferimento all’esempio di figura 3, l’unità esterna 1 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende un terzo corpo di contenimento 32, il quale alloggia un terzo scambiatore di calore 43 idraulicamente collegato al primo scambiatore di calore 3 mediante il primo circuito idraulico 22 e suscettibile di operare come condensatore. In accordo con tale esempio realizzativo, il compressore 23, interposto tra il primo scambiatore di calore 3 ed il terzo scambiatore di calore 43, lavora per forzare il primo fluido vettore 6 dal primo scambiatore di calore 3, qui operante come evaporatore, al terzo scambiatore di calore 43, qui operante come condensatore. La valvola di laminazione 24 è interposta tra il terzo scambiatore di calore 43 ed il primo scambiatore di calore 3, ed è atta ad espandere e raffreddare il primo fluido vettore 6 proveniente dal terzo scambiatore di calore 43 qui operante come condensatore.

Vantaggiosamente, sempre con riferimento all’esempio di figura 3, l’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende inoltre un secondo circuito idraulico 38 suscettibile di essere attraversato da un secondo fluido vettore 41 ed idraulicamente collegato al secondo scambiatore di calore 19.

In accordo con tale esempio realizzativo, è previsto un quarto scambiatore di calore 35, il quale è alloggiato nel terzo corpo di contenimento 32 dell’unità esterna 1, è inserito nel secondo circuito idraulico 38 e risulta termicamente accoppiato al terzo scambiatore di calore 43 per trasferire il calore Q2 dal primo fluido vettore 6 al secondo fluido vettore 41. Sistemi di pompaggio 42, alloggiati preferibilmente nel terzo corpo di contenimento 32 dell’unità esterna 1, sono inseriti nel secondo circuito idraulico 38 ed operano per far circolare il secondo fluido vettore 41 tra il secondo scambiatore di calore 19 ed il quarto scambiatore di calore 35.

Preferibilmente, nell’esempio realizzativo descritto sopra, l’accoppiamento alloggiato nel terzo corpo di contenimento 32 dell’unità esterna 1, fra il terzo scambiatore di calore 43 inserito nel primo circuito idraulico 22, ed il quarto scambiatore di calore 35 inserito nel secondo circuito idraulico 38, è realizzato mediante uno scambiatore a piastre tipico per i trasferimenti di calore fra un gas ed un liquido.

Vantaggiosamente, con riferimento all’esempio di figura 5, l’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende primi mezzi di rilevamento 51, i quali sono operativamente collegati al primo circuito idraulico 22 in corrispondenza della prima uscita 5 del primo scambiatore di calore 3, e sono configurati per misurare dei primi valori di temperatura del primo fluido vettore 6 ed inviare successivamente all’unità di controllo 50 i corrispondenti primi segnali contenenti i primi valori di temperatura.

Nel caso l’unità di controllo 50 è configurata per abilitare il funzionamento dell’emettitore ad incandescenza 8 in funzione di detti primi valori di temperatura.

Vantaggiosamente, sempre con riferimento all’esempio di figura 5, l’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende secondi mezzi di rilevamento 52 i quali sono operativamente associati alla prima sezione di ingresso 16 del primo corpo di contenimento 2, e sono configurati per misurare dei secondi valori di temperatura del flusso d’aria esterna 7 ed inviare successivamente all’unità di controllo 50 i corrispondenti secondi segnali contenenti i secondi valori di temperatura.

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura a pompa di calore 100 comprende terzi mezzi di rilevamento 53 i quali sono operativamente associati alla prima sezione di uscita 17 del primo corpo di contenimento 2, e sono configurati per misurare dei terzi valori di temperatura della miscela 18 formata dai prodotti di combustione 14 e da aria esterna 7, ed inviare successivamente all’unità di controllo 50 i corrispondenti terzi segnali contenenti i terzi valori di temperatura.

Nel caso l’unità di controllo 50 è configurata per abilitare il funzionamento dell’emettitore ad incandescenza 8 in funzione dei secondi valori di temperatura e/o dei terzi valori di temperatura.

Preferibilmente, i mezzi di rilevamento 51, 52, 53 comprendono corrispondenti sonde di temperatura atte a rilevare la temperatura del fluido che intercettano.

Vantaggiosamente, l’unità di controllo 50 è configurata per abilitare l’accensione dell’emettitore ad incandescenza 8 quando almeno uno tra i primi, secondi e terzi valori di temperatura scendono al di sotto di una corrispondente soglia di temperatura indicativa di condizioni dell’ambiente esterno E1, E2 che possono determinare la formazione di brina o di ghiaccio sulla superficie del primo scambiatore di calore 3.

Negli esempi delle figure 6 e 7 è raffigurato un impianto di climatizzazione 300 per un ambiente, il quale oltre all’apparecchiatura a pompa di calore 100 sopra trattata, comprende almeno un sistema di canalizzazione dell’aria 301 dotato di una terza sezione di ingresso 302, destinata ad essere collegata ad una sorgente ambiente A, e di una terza sezione di uscita 303, destinata ad essere collegata ad un ambiente I, al fine di immettere nell’ambiente I un flusso d’aria ambiente 26 proveniente dalla sorgente ambiente A. L’impianto di climatizzazione 300 è dotato inoltre di una unità di trattamento aria 310 comprendente un bruciatore a gas 311 atto a generare calore tramite la combustione di una miscela combustibile formata da un gas e da aria comburente.

L’impianto di climatizzazione 300 comprende inoltre mezzi di scambio termico 312, i quali sono termicamente ed operativamente collegati al bruciatore a gas 311 e comprendono ad esempio tubi a serpentina attraversati da fumi di combustione generati dal bruciatore a gas 311 medesimo. I mezzi di scambio termico 312 sono inseriti nel sistema di canalizzazione 301 allo scopo di intercettare il flusso d’aria ambiente 26 e cedere ad esso il calore generato dal processo di combustione del bruciatore a gas 311 (e presente in particolare nei fumi di combustione).

Il secondo scambiatore di calore 19 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 è disposto all’interno del sistema di canalizzazione 301 allo scopo di intercettare il flusso d’aria ambiente 26.

L’impianto di climatizzazione 300 comprende inoltre una prima sorgente di aria comburente 10 collegata ai mezzi di alimentazione 12 dell’emettitore ad incandescenza 8. L’impianto di climatizzazione 300 comprende inoltre una seconda sorgente di gas combustibile 11 collegata ai mezzi di alimentazione 12 dell’emettitore ad incandescenza 8 e al bruciatore a gas 311 dell’unità di trattamento aria 310.

L’impianto di climatizzazione 300 comprende una centralina di controllo 313, la quale è operativamente collegata al bruciatore a gas 311 dell’unità di trattamento aria 310 e all’unità di controllo 50 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100.

La centralina di controllo 313 è configurata per abilitare il funzionamento dell’unità di trattamento aria 310 e/o dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 ed è operativamente collegata alla seconda sorgente di gas combustibile 11 per fornire il gas combustibile rispettivamente al bruciatore a gas 311 e/o all’emettitore ad incandescenza 8 quando quest’ultimo è abilitato ad operare dall’unità di controllo 50.

Opzionalmente, la centralina di controllo 313 può essere integrata con l’unità di controllo 50 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100.

Vantaggiosamente, la seconda sorgente di gas combustibile 11 comprende una prima derivazione 11’ collegata al bruciatore a gas 311 ed una seconda derivazione 11’’ collegata ai mezzi di alimentazione 12 di dell’emettitore ad incandescenza 8.

Preferibilmente, la seconda sorgente di gas combustibile 11 è inoltre dotata di mezzi valvolari di consenso 11’’’ che sono posti ad intercettazione delle derivazioni 11’, 11’’ e risultano operativamente collegati alla centralina di controllo 313 al fine di abilitare selettivamente il passaggio del gas combustibile nella prima derivazione 11’ (per alimentare il bruciatore 311), o nella seconda derivazione 11’’ (per alimentare l’emettitore ad incandescenza 8), o in entrambe le derivazioni 11’ e 11’’ (per alimentare contemporaneamente sia il bruciatore a gas 311 che l’emettitore ad incandescenza 8). Ad esempio i suddetti mezzi valvolari di consenso 11’’’ comprendono una valvola a tre vie posta in corrispondenza del raccordo tra le due derivazioni 11’, 11’’ (come negli esempi delle figure 6 e 7), oppure diversamente distinte valvole di consenso ciascuna delle quali è posta nella corrispondente derivazione.

Nell’esempio di figura 8 è illustrata l’apparecchiatura a pompa di calore 100 in una configurazione a ciclo invertito, in cui il primo scambiatore di calore 3 opera come condensatore ed il secondo scambiatore di calore 19 opera come evaporatore. Tale modalità operativa è impostata ad esempio nei mesi estivi per raffreddare (mediante il secondo scambiatore di calore 19 operante come evaporatore) l’aria immessa nell’ambiente I. Operativamente, la centralina di controllo 313 dell’impianto di climatizzazione 300 è impostata, in particolare nei mesi invernali, ad abilitare, oltre al funzionamento dell’apparecchiatura a pompa di calore 100, il contemporaneo funzionamento del bruciatore a gas 311 dell’unità di trattamento aria 310 per riscaldare ulteriormente l’aria da immettere nell’ambiente I mediante i mezzi di scambio termico 312 del bruciatore a gas 311 medesimo, solamente quando la temperatura del flusso d’aria ambiente 26 in uscita dal secondo scambiatore di calore 19 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 (disposto all’interno del sistema di canalizzazione 301 allo scopo di intercettare il flusso d’aria ambiente 26) risulta troppo bassa per poter essere immessa direttamente nell’ambiente I. In tale condizione operativa l’apparecchiatura a pompa di calore 100 è sempre e comunque accesa.

In particolare, in tale configurazione operativa la centralina di controllo 313 comanda ai mezzi valvolari di consenso 11’’’ di abilitare il passaggio del gas combustibile sia nella seconda derivazione 11’’ collegata all’emettitore ad incandescenza 8, sia nella prima derivazione 11’ per alimentare il bruciatore a gas 311 qualora sia richiesto l’innalzamento della temperatura del flusso d’aria 26 da immettere nell’ambiente I.

Nelle stagioni di transizione, in particolare primavera ed autunno, la centralina di controllo 313 dell’impianto di climatizzazione 300, al fine di riscaldare l’aria da immettere nell’ambiente I, tiene abilitato il funzionamento della pompa di calore 100 mentre all’occorrenza (cioè quando la temperatura del flusso d’aria ambiente 26 da immettere nell’ambiente I è già sufficientemente riscaldata dall’apparecchiatura a pompa di calore 100) spegne il bruciatore a gas 311 dell’unità di trattamento aria 310. In particolare, in tale configurazione operativa, la centralina di controllo 313 comanda all’unità di controllo 50 dell’apparecchiatura a pompa di calore 100 di far funzionare quest’ultima a ciclo diretto, cioè con il primo scambiatore di calore 3 operante come evaporatore e con il secondo scambiatore di calore 19 (o il terzo scambiatore di calore 43) operante come condensatore per cedere calore Q2 al flusso d’aria ambiente 26 destinato ad entrare nell’ambiente I da scaldare.

In particolare, sia in quest’ultima condizione operativa, ma soprattutto nella condizione operativa dei mesi invernali precedentemente descritta, se la temperatura dell’ambiente esterno scende al di sotto un determinato valore di soglia (ad esempio circa 2°C), la superficie del primo scambiatore di calore 3 (operante come evaporatore) è a rischio congelamento e/o brinamento. In tale situazione (individuata dall’unità di controllo 50 ad esempio mediante uno o più dei mezzi di rilevamento 51 ,52, 53), la centralina di controllo 313 comanda all’unità di controllo 50 di azionare l’emettitore ad incandescenza 8 per riscaldare la superficie del secondo scambiatore di calore 3 al fine di evitare la formazione di ghiaccio o brina su tale superficie. In particolare, in tale configurazione operativa la centralina di controllo 313 comanda ai mezzi valvolari di consenso 11’’’ di abilitare il passaggio del gas combustibile nella seconda derivazione 11’’ per alimentare l’emettitore ad incandescenza 8, mantenendo chiusa invece la prima derivazione 11’ collegata al bruciatore a gas 311.

Nella stagione estiva, la centralina di controllo 313 dell’impianto di climatizzazione 300, al fine di raffrescare l’aria da immettere nell’ambiente I, abilita il funzionamento della pompa di calore 100 con ciclo invertito (illustrato nell’esempio di figura 8) mantenendo spento il bruciatore a gas 311 dell’unità di trattamento aria 310.

L’invenzione così descritta raggiunge pertanto gli scopi prefissati.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura a pompa di calore (100) per un impianto di condizionamento dell’aria, la quale apparecchiatura a pompa di calore (100) comprende: − una unità esterna (1) la quale comprende: - un primo corpo di contenimento (2) destinato ad essere disposto in un ambiente esterno (E1, E2); - un primo scambiatore di calore (3) disposto in detto primo corpo di contenimento (2) e suscettibile di operare come evaporatore per assorbire calore (Q1) da un flusso d’aria esterna (7) prelevata da detto ambiente esterno (E1, E2); - mezzi di sbrinamento (80) operativamente associati a detto primo scambiatore di calore (3) ed azionabili per riscaldare la superficie di detto primo scambiatore di calore (3); − una unità interna (1’) destinata ad essere disposta in un sistema di canalizzazione (301) di un impianto di climatizzazione (300) atto a immettere in un ambiente (I) un flusso d’aria ambiente (26) proveniente da una sorgente ambiente (A); detta unità interna (1’) comprendendo un secondo scambiatore di calore (19), termicamente collegato a detto primo scambiatore di calore (3), destinato ad essere disposto in detto impianto di canalizzazione (300) ad intercettazione di detto flusso d’aria ambiente (26), e suscettibile di cedere calore (Q2) a detto flusso d’aria ambiente (26); − una unità di controllo (50) operativamente collegata a detti mezzi di sbrinamento (80) per abilitare il funzionamento di detti mezzi di sbrinamento (80); detta apparecchiatura a pompa di calore (100) essendo caratterizzata dal fatto che detti mezzi di sbrinamento (80) comprendono un emettitore ad incandescenza (8) configurato per riscaldare per irraggiamento detto primo scambiatore di calore (3), il quale emettitore ad incandescenza (8) comprende: − mezzi di alimentazione (12) destinati ad essere collegati ad una prima sorgente di aria comburente (10) e ad una seconda sorgente di gas combustibile (11); − una camera di distribuzione (9) collegata a detti mezzi di alimentazione (12) per ricevere una miscela combustibile (C) di detta aria comburente e di detto gas combustibile; − mezzi di innesco (9’) azionabili per generare una combustione di detta miscela combustibile (C) con conseguente generazione di calore e di prodotti di combustione (14); − almeno un corpo emittente (13), il quale è configurato per ricevere il calore generato da detta combustione, ed è dotato di almeno una superficie radiante orientata verso detto primo scambiatore di calore (3) per emettere radiazioni termiche verso detto primo scambiatore di calore (3) in modo da riscaldare per irraggiamento diretto detto primo scambiatore di calore (3); in cui detta unità di controllo (50) è operativamente collegata a detti mezzi di alimentazione (12) per comandare a detti mezzi di alimentazione (12) di alimentare detta miscela combustibile (C) a detta camera di combustione (9), ed è operativamente collegata a detti mezzi di innesco (9’) per comandare a detti mezzi di innesco (9’) di innescare la combustione di detta miscela combustibile (C).
2. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione n. 1, caratterizzata dal fatto che detto primo corpo di contenimento (2) è dotato di una prima sezione di ingresso (16) e di una prima sezione di uscita (17) comunicanti con detto ambiente esterno (E1, E2); in cui detta unità esterna (1) comprende primi mezzi di ventilazione (15) operativamente associati a detto primo scambiatore di calore (3) ed azionabili da detta unità di controllo (50): − per forzare detto flusso d’aria esterna (7) ad entrare in detto primo corpo di contenimento (2) attraverso detta prima sezione di ingresso (16) ed intercettare detto primo scambiatore di calore (3), − e per forzare una miscela (18) di detti prodotti di combustione (14) e di detta aria esterna (7) ad uscire da detto primo corpo di contenimento (2) attraverso detta prima sezione di uscita (17).
3. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione n. 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta unità interna (1’) comprende: − un secondo corpo di contenimento (27) il quale alloggia detto secondo scambiatore di calore (19) ed è dotato di una seconda sezione di ingresso (28) e di una seconda sezione di uscita (29) destinati ad essere comunicanti con detto sistema di canalizzazione (301); − secondi primi mezzi di ventilazione (25) operativamente associati a detto secondo scambiatore di calore (19) ed azionabili da detta unità di controllo (50): - per forzare detto flusso d’aria ambiente (26) ad entrare in detto secondo corpo di contenimento (27) attraverso detta seconda sezione di ingresso (28) ed intercettare detto secondo scambiatore di calore (19) per ricevere detto calore (Q2); - e per forzare detto flusso d’aria ambiente (26) riscaldata ad uscire da detto secondo corpo di contenimento (27) attraverso detta seconda sezione di uscita (29) per essere convogliato a detto ambiente (I).
4. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta unità esterna (1’) comprende: − un primo circuito idraulico (22) suscettibile di essere percorso da un primo fluido vettore (6) e nel quale detto primo circuito idraulico (22) è inserito detto primo scambiatore di calore (3), il quale è idraulicamente collegato a detto primo circuito idraulico (22) mediante un primo ingresso (4) ed una prima uscita (5) per essere attraversato da detto primo fluido vettore (6); − un compressore (23) inserito in detto primo circuito idraulico (22) per comprimere detto primo fluido vettore (6) proveniente da detto primo scambiatore di calore (3) operante come evaporatore; − una valvola di laminazione (24) inserita in detto primo circuito idraulico (22) per espandere detto primo fluido vettore (6) convogliato verso detto primo scambiatore di calore (3) operante come evaporatore.
5. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione n. 4, caratterizzata dal fatto che detto secondo scambiatore di calore (19) è idraulicamente collegato a detto primo scambiatore di calore (3) mediante detto primo circuito idraulico (22); in cui detto compressore (23) è interposto tra detto primo scambiatore di calore (3) e detto secondo scambiatore di calore (19), per forzare detto primo fluido vettore (6) da detto primo scambiatore di calore (3), operante come evaporatore, a detto secondo scambiatore di calore (19), operante come condensatore; in cui detta valvola di laminazione (24) è interposta tra detto secondo scambiatore di calore (19) e detto primo scambiatore di calore (3), ed è atta ad espandere e raffreddare detto primo fluido vettore (6) proveniente da detto secondo scambiatore di calore (19) operante come condensatore.
6. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione n. 4, caratterizzata dal fatto che detta unità esterna (1) comprende un terzo scambiatore di calore (43) idraulicamente collegato a detto primo scambiatore di calore (3) mediante detto primo circuito idraulico (22) e suscettibile di operare come condensatore; in cui detto compressore (23) è interposto tra detto primo scambiatore di calore (3) e detto terzo scambiatore di calore (43), per forzare detto primo fluido vettore (6) da detto primo scambiatore di calore (3), operante come evaporatore, a detto terzo scambiatore di calore (43), operante come condensatore; in cui detta valvola di laminazione (24) è interposta tra detto terzo scambiatore di calore (43) e detto primo scambiatore di calore (3), ed è atta ad espandere e raffreddare detto primo fluido vettore (6) proveniente da detto terzo scambiatore di calore (43) operante come condensatore; in cui detta apparecchiatura a pompa di calore (100) comprende, inoltre: − un secondo circuito idraulico (38) suscettibile di essere attraversato da un secondo fluido vettore (41) ed idraulicamente collegato a detto secondo scambiatore di calore (19); − un quarto scambiatore di calore (35) inserito in detto secondo circuito idraulico (38) e termicamente accoppiato a detto terzo scambiatore di calore (43) per trasferire calore (Q2) da detto primo fluido vettore (6) a detto secondo fluido vettore (41); − sistemi di pompaggio (42) inseriti in detto secondo circuito idraulico (38) ed azionabili per far circolare detto secondo fluido vettore (41) tra detto quarto scambiatore di calore (35) e detto secondo scambiatore di calore (19).
7. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti dalla 4 alla 6, caratterizzata dal fatto di comprendere primi mezzi di rilevamento (51) operativamente collegati a detto primo circuito idraulico (22) in corrispondenza della prima uscita (5) di detto primo scambiatore di calore (3), e configurati per misurare primi valori di temperatura di detto primo fluido vettore (6) e per inviare a detta unità di controllo (50) corrispondenti primi segnali contenenti detti primi valori di temperatura; in cui detta unità di controllo (50) è configurata per abilitare il funzionamento di detto emettitore ad incandescenza (8) in funzione di detti primi valori di temperatura.
8. Apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo la rivendicazione n. 2, caratterizzata dal fatto di comprendere: − secondi mezzi di rilevamento (52) operativamente associati alla prima sezione di ingresso (16) di detto primo corpo di contenimento (2) e configurati per misurare secondi valori di temperatura di detto flusso d’aria esterna (7) e per inviare a detta unità di controllo (50) corrispondenti secondi segnali contenenti detti secondi valori di temperatura, e/o − terzi mezzi di rilevamento (53) operativamente associati alla prima sezione di uscita (17) di detto primo corpo di contenimento (2) e configurati per misurare terzi valori di temperatura di detta miscela (18) di detti prodotti di combustione (14) e di detta aria esterna, e per inviare a detta unità di controllo (50) corrispondenti terzi segnali contenenti detti terzi valori di temperatura; in cui detta unità di controllo (50) è configurata per abilitare il funzionamento di detto emettitore ad incandescenza (8) in funzione di detti secondi valori di temperatura e/o di detti terzi valori di temperatura.
9. Impianto di climatizzazione (300) per un ambiente, il quale comprende: − almeno un sistema di canalizzazione dell’aria (301) dotato di una terza sezione di ingresso (302) destinata ad essere collegata ad una sorgente ambiente (A) e di una terza sezione di uscita (303) destinata ad essere collegata ad un ambiente (I), ed atto ad immettere in detto ambiente (I) un flusso d’aria ambiente (26) proveniente da detta sorgente ambiente (A); − una unità di trattamento aria (310) comprendente: - un bruciatore a gas (311) atto a generare calore per combustione di un gas combustibile; - mezzi di scambio termico (312) operativamente collegati a detto bruciatore a gas (311) e posti in detto sistema di canalizzazione (301) per intercettare detto flusso d’aria ambiente (26) al fine di cedere calore a detto flusso d’aria ambiente (26); − una apparecchiatura a pompa di calore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo scambiatore di calore (19) è disposto in detto sistema di canalizzazione (301) per intercettare detto flusso d’aria ambiente (26); − una prima sorgente di aria comburente (10) collegata almeno ai mezzi di alimentazione (12) di detto emettitore ad incandescenza (8); − una seconda sorgente di gas combustibile (11) collegata ai mezzi di alimentazione (12) di detto emettitore ad incandescenza (8) e al bruciatore a gas (311) di detta unità di trattamento aria (310); − una centralina di controllo (313), la quale è operativamente collegata al bruciatore a gas (311) di detta unità di trattamento aria (310) e all’unità di controllo (50) di detta apparecchiatura a pompa di calore (100); è configurata per abilitare selettivamente il funzionamento di detta unità di trattamento aria (310) o di detta apparecchiatura a pompa di calore (100); ed è operativamente collegata a detta seconda sorgente di gas combustibile (11) per fornire detto gas combustibile rispettivamente a detto bruciatore a gas (311), o a detto emettitore ad incandescenza (8) quando quest’ultimo è abilitato da detta unità di controllo (50).
10. Impianto di climatizzazione (300) secondo la rivendicazione n.9, caratterizzato dal fatto che detta seconda sorgente di gas combustibile (11) comprende: − una prima derivazione (11’) collegata a detto bruciatore a gas (311) ed una seconda derivazione (11’’) collegata ai mezzi di alimentazione (12) di detto emettitore ad incandescenza (8); − mezzi valvolari di consenso (11’’’) posti ad intercettazione di dette derivazioni (11’, 11’’) ed operativamente collegati a detta centralina di controllo (313) per abilitare il passaggio di detto gas combustibile in detta prima derivazione (11’) e/o in detta seconda derivazione (11’’).