IT201800007680A1 - Sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo - Google Patents

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Description

Descrizione di un brevetto d’invenzione avente per titolo: “Sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo ed in particolare ad un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo a sovrasaturazione dove l’acqua introdotta viene distribuita efficacemente in un flusso di aria calda richiamata in prossimità dei diffusori d’acqua allo scopo di agevolarne l’assorbimento.
È tecnologia nota il trattamento adiabatico dell’aria esterna immessa in un ambiente per il controllo delle condizioni igrometriche, tali sistemi sono adottati da decenni, in particolare, nel mondo tessile dove gli alti tassi di umidità risultano necessari al processo di produzione.
I sistemi fin ora adottati si distinguono in sistemi ad immissione in ambiente di aria satura e in sistemi ad immissione in ambiente di aria sovrasaturata.
Nei sistemi ad aria satura, l’aria di trattamento viene presa esternamente rispetto all’ambiente trattato e viene umidificata ponendola a contatto con acqua.
I sistemi di umidificazione utilizzati sono i più disparati. Camere a pioggia ad acqua ricircolata: il flusso d’aria viene introdotto in apposite camere dove l’aria viene a contatto con una grossa mole d’acqua spruzzata da ugelli a bassa pressione (< 3 Bar); prima di lasciare la camera di umidificazione una serie di profili disposti a chicane ferma l’eccesso d’acqua non assorbita dall’aria.
Camere di saturazione ad alta pressione: il flusso d’aria viene introdotto in apposite camere dove l’aria viene a contatto con dell’acqua nebulizzata finemente a mezzo ugelli ad alta pressione (> 40 Bar) o a funzionamento acqua/aria compressa per un ottimale micronizzazione. Anche per questi sistemi prima di lasciare la camera di umidificazione una serie di profili disposti a chicane ferma l’eccesso d’acqua non assorbita dall’aria.
Umidificatori a pacco alveolare: l’aria attraversa speciali pannelli, normalmente realizzati con lastre in fibra di cellulosa profilati a canali esagonali a nido d’ape (PAD), costantemente irrorati ed impregnati di acqua, per contatto fisico l’aria in transito assorbe l’acqua presente nel PAD. Le velocità dell’aria in attraversamento sono contenute al fine di evitare trascinamenti a valle di acqua non assorbita e rendere inutili ulteriori profili ferma gocce.
Nei sistemi a sovrasaturazione, particolarmente adottati nell’industria tessile, prevedono la nebulizzazione dell’acqua all’interno di canalizzazioni di distribuzione aria e acqua appositamente disegnate per lo scopo.
Immediatamente all’ingresso dell’aria nel canale, differenti sistemi di nebulizzazione dell’aria (a bassa pressione, ad alta pressione o di tipo centrifugo) provvedono a fornire l’apporto di acqua all’aria da trattare.
Il condotto di distribuzione, essendo completamente irrorato di acqua, viene realizzato con un disegno speciale in grado di assicurare la raccolta delle condense e l’assenza degli stillicidi per mezzo di un tegolo di raccolta acqua posto sotto di esso, che ha anche la funzione di distributore di aria sovrassatura nella sala trattata.
Tale sistema permette una valore di sovrasaturazione fino a valori prossimi ad 1 gr/kg di aria, in ambiente viene diffusa aria satura più un aerosol di acqua che, assorbendo il calore ambiente, evapora direttamente in ambiente.
Entrambe i sistemi di umidificazione succitati presentano problematiche ad oggi irrisolte.
Nessun sistema ha un efficienza di umidificazione in grado di fare assorbire all’aria trattata l’interezza del quantitativo di acqua introdotta rendendo necessari sempre drenaggi con conseguenti possibili ristagni d’acqua.
Nei condotti di distribuzione è presente aria ad altissimi livelli di saturazione, facile innesco alle condensazioni, alle corrosione dei condotti ed alla proliferazione batterica.
Anche in caso di sistemi a sovrasaturazione, non è possibile fornire all’aria trattata un significativo apporto di acqua (superiore ad 1 gr/kg aria trattata) pena condensazioni e stillicidi.
Scopo della seguente invenzione è di provvedere ad un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo che superi gli inconvenienti dell’arte nota.
Altro scopo è quello di provvedere ad un sistema che elimini le problematiche legate al trasporto di aria satura o acqua all’interno dei condotti di distribuzione.
Ulteriore scopo è quello di provvedere ad un sistema che elimini i ritorni di acqua non assorbita.
Altro scopo è quello di provvedere ad un sistema che sia in grado di innalzare la capacità di sovrasaturazione.
In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo comprendente: mezzi di generazione di un flusso di aria; una canalizzazione per trasportare detto flusso di aria; detta canalizzazione comprendendo una pluralità di fori per trasferire detto flusso di aria all’ambiente; almeno un dispositivo di umidificazione per immettere acqua nebulizzata nell’ambiente; caratterizzato dal fatto che detta canalizzazione comprende almeno una bocchetta di diffusione di detto flusso di aria avente una struttura tridimensionale aperta sia posteriormente che anteriormente; e dal comprendere un raddrizzatore di filetti posto all’estremità posteriore di detta almeno una bocchetta; dove detto almeno un dispositivo di umidificazione è posto all’interno di detta almeno una bocchetta di diffusione.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.
I vantaggi di questa soluzione rispetto alle soluzioni dell’arte nota sono diversi.
Il sistema si basa sul trattamento adiabatico dell’aria, sulla capacità dell’acqua in evaporazione di trasformare il calore sensibile dell’aria in calore latente di evaporazione, senza peraltro cambiarne il contenuto termico totale (trattamento isoentalpico).
In particolare il sistema si propone di controllare la temperatura e l’umidità di un ambiente a mezzo di immissione aria sovrasaturata di acqua con un sistema in grado di assicurarne il completo assorbimento senza stillicidi o gocciolamenti.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 mostra schematicamente un condotto, visto in sezione, di un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo, visto in sezione, in accordo alla presente invenzione;
la figura 2 mostra schematicamente un condotto, visto frontalmente, di un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo, visto di fronte, in accordo alla presente invenzione.
Riferendosi alle figure allegate, un sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo, in accordo alla presente invenzione, comprende mezzi di generazione di un flusso di aria, non mostrato, realizzato in modo noto, ad esempio con ventilatori.
Ai mezzi di generazione del flusso di aria è associato un impianto di diffusione dell'aria, che è composto da diverse canalizzazioni 10 o condotti, per portare l’aria nell'ambiente.
I condotti 10 sono generalmente costituiti da tubazioni metalliche a sezione circolare o quadrata.
Per fornire aria all'ambiente i condotti 10 presentano una pluralità di fori 1 1 di diffusione allineati longitudinalmente lungo i condotti 10.
I fori 1 1 possono avere differenti diametri anche diversi tra loro.
In particolare, sono previste più linee allineate 12 di fori 1 1 lungo i condotti 10.
Ad esempio si possono prevedere 7 linee 12 di fori 1 1 e considerando la sezione del condotto 10, le linee 12, partendo con 0° dalla sommità del condotto 10 e ruotando in senso orario sono posizionate, ogni 45°, ad eccezione dell’angolo 270° in cui sono mancanti.
I fori 1 1 di diffusione dell'aria nell'ambiente sono caratterizzati da una velocità di efflusso aria tale da generare micro turbolenze localizzate e conseguenti aree di depressione, un effetto induttivo ben conosciuto di richiamo aria dall'ambiente stesso verso la superfice esterna dei condotti 10.
Dimensioni, densità, posizioni dei fori deve essere tale da generare un effetto induttivo (richiamo aria) pari o superiore a 1 :10. Considerando 10 m3/h la portata aria di pressurizzazione del condotto, il richiamo di aria dall'ambiente in prossimità dello stesso deve essere > 100 m3/h.
La posizione dell’angolo 270° corrisponde alla parte frontale del condotto 10, ossia quello che è rivolto verso l’ambiente da raffrescare. Mentre la posizione dell’angolo 90° è normalmente quello posteriore, contro una parete, se il condotto è posizionato a fianco una parete dell’ambiente.
L’aria spinta nei condotti 10 fuoriesce dai fori di diffusione 1 1 e viene immessa nell’area di utilizzazione.
Per il raffrescamento dell’ambiente sono utilizzati in abbinamento alla diffusione dell’aria sistemi di umidificazione dell’aria in grado di immettere nell’aria gocce di acqua micronizzata o nebulizzata.
Il sistema di umidificazione comprende un condotto 15 per il trasporto dell’acqua, vincolato lungo i condotti 10, ed una pluralità di ugelli 16 di erogazione dell’acqua nebulizzata.
In accordo alla presente invenzione, nella posizione dei condotti 10, definita precedentemente con l’angolo di 270° in cui non erano presenti i fori 1 1 , è posizionata una pluralità di bocchette di diffusione 17.
Le bocchette 17 sono posizionate lungo i condotti 10, preferibilmente orizzontalmente e dirette verso l’ambiente, in modo da fornire un flusso di aria all’interno dell’ambiente.
Le bocchette di diffusione 17, in accordo ad una forma di realizzazione, consistono in strutture tridimensionali a sezione rettangolare rientranti all’interno dei condotti 10, aperte sia posteriormente che anteriormente.
All’estremità 20 posteriore della bocchetta 17, e quindi interna al condotto 10, è presente un raddrizzatore di filetti 21 .
L’estremità anteriore della bocchetta 17 risulta a filo del bordo del condotto 10.
In alternativa alle bocchette 17, come descritte e rappresentate nelle figure, possono essere realizzate aventi differenti sezioni, ad esempio circolari o altro. Possono inoltre sporgere esternamente, parzialmente o completamente, dai condotti 10, invece di essere realizzati all’interno degli stessi.
Il raddrizzatore di filetti 21 consiste in una struttura di celle a nido d’ape, quindi celle a sezione esagonale unite tra loro, oppure, in alternativa, le celle sono realizzate con elementi a sezione circolare. La dimensione del raddrizzatore di filetti 21 è pari alla dimensione dell’apertura posteriore della bocchetta 17.
In un esempio di realizzazione della presente invenzione, con condotti 10 dal diametro compreso tra 1 100 e 600 mm, la bocchetta 17 è lunga 750 mm e alta 200, rientra all’interno del condotto 10 per circa 120 mm, ed il raddrizzatore di filetti 21 è profondo 30 mm (comunque compreso tra 10 e 100 mm) e le celle hanno un diametro tipico di 5 mm.
La profondità del raddrizzatore di filetti 21 è comunque dimensionata per fornire all’aria un flusso, il più possibile, laminare e rettilineo.
In accordo alla presente invenzione gli ugelli 16 sono posti (uno o più a seconda delle esigenze) all’interno delle bocchette 17, con il foro di uscita posto a meta dell’altezza della bocchetta 17 e diretto verso l’ambiente, e posti di fronte al raddrizzatore di filetti 21 e a circa metà della profondità della bocchetta 17.
Lo scopo delle bocchette 17 è duplice.
Imprime direzionalità al flusso d’aria 30 richiamato dal condotto 10 muovendo il flusso di aria propulsa ed il flusso d’aria 31 indotta, uscente dai fori 1 1 , verso una direzione specifica.
Protegge il flusso d’acqua nebulizzata dall’ugello 16 dalla turbolenza generata dal flusso indotto di richiamo dai fori 1 1 .
Infatti, l’aria dai condotti 10 passa nel raddrizzatore di filetti 21 e quindi nelle bocchette 17, intercetta gli ugelli 16 e fuoriesce 30 nell’ambiente.
È infatti risaputo che un flusso d’acqua finemente nebulizzata posto in un flusso d’aria turbolento e disordinato (come si presenta un flusso di aria indotta) perde gran parte della sua efficacia di evaporazione; le micro gocce, agitate e portate a contatto le une con le altre per il moto turbolento dell’aria, si addensano, aumentano di dimensione e di conseguenza precipitano, dato che per le dimensioni aumentate delle micro gocce evaporano per via naturale con maggior difficoltà.
L’ugello 16 di nebulizzazione svolge invece il suo lavoro in un canale d’aria protetto, generato dalle bocchette di diffusione 17, con un flusso d’aria di accompagnamento laminare tale da non disturbare o agitare la micronizzazione prodotta e mantenendo quindi inalterata la sua efficienza fino al completo assorbimento da parte deN’aria circostante.
Da notare inoltre che l’aria circostante la nebulizzazione non è, come per i sistemi di umidificazione adiabatica convenzionale, la sola introdotta dalle bocchette di diffusione aria, ma la somma di questa quantità con la totalità di aria di sala 31 richiamata, tramite il flusso della bocchetta 17, dai fori 1 1 che è pari ad almeno 10 volte la quantità di aria di pulsione.
È fisica nota che la quantità massima di acqua che l’aria può assorbire per effetto della vaporizzazione è limitato da precise condizioni termo igrometriche a cui l’aria stessa si trova, una volta raggiunto il valore 100% di umidità (RH) l’aria infatti non è più in grado di assorbire ulteriore acqua che, restando in forma liquida, precipiterà al suolo senza svolgere più funzione di umidificazione.
A titolo puramente di esempio, un kg di aria alle condizioni iniziali di 30°C con 40% RH e che contiene già 10,5 gr di acqua in forma di vapore è in grado di assorbire al massimo ulteriori 4 gr prima di raggiungere la saturazione (100% RH) oltre i quali, ogni ulteriore grammo d’acqua introdotto non potrà più essere assorbito e precipiterà in forma liquida.
Nel caso della presente invenzione, l’ugello 16 di nebulizzazione acqua viene protetto e la diffusione di acqua nebulizzata accompagnata dal flusso d’aria laminare in un flusso di aria richiamata pari a 10 volte tanto la normale situazione di lavoro; a parità di condizioni dell’esempio succitato il sistema è quindi in grado di fornire all'ambiente fino a 40gr ogni kg di aria immessa dalla bocchetta 17, una capacità massima di umidificazione superiore a 10 volte rispetto un sistema convenzionale.
Senza la necessità di spingersi al limite di saturazione, il sistema è quindi in grado di assicurare elevatissime capacità di umidificazione in totale sicurezza, ben lontani dalla curva di saturazione e quindi precipitazione acqua La quantità di acqua introdotta in ambiente è calibrata proporzionale alla richiesta di umidità dell’ambiente stesso, la regolazione dell’esatto quantitativo introdotto avviene variando la pressione idrica di alimentazione acqua all’ugello/i e preferibilmente ma non indispensabile, variando anche la quantità d’aria di pulsione.
E noto però che ogni ugello di nebulizzazione acqua, di qualsiasi tipo e forma costruttiva, perde efficienza al calare della pressione di alimentazione; in particolare al di sotto di un preciso valore determinato dalle caratteristiche costruttive dell’ugello stesso, l’efficienza di nebulizzazione crolla drasticamente e la micronizzazione di acqua peggiora fino a produrre particelle di acqua non sufficientemente micronizzate da essere assorbite dall’aria, causando stillicidi.
L’ugello è preferibilmente dotato di valvola di esclusione automatica costituita da una molla calibrata e da un otturatore del condotto di alimentazione: al disotto di un valore di pressione predeterminato (> della pressione minima efficienza ugello) la molla spingerà l’otturatore alla chiusura.
Durante il controllo automatico dell’umidità, al ridursi della pressione di alimentazione la valvola inserita a monte dell’ugello di nebulizzazione chiude il circuito, la pompa viene esclusa ed il circuito alimentazione acqua depressurizzato istantaneamente mediante apertura repentina di punto sfogo pressione.

Claims (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema ventilante di umidificazione e raffrescamento evaporativo comprendente: mezzi di generazione di un flusso di aria; una canalizzazione per trasportare detto flusso di aria; detta canalizzazione comprendendo una pluralità di fori per trasferire detto flusso di aria all'ambiente; almeno un dispositivo di umidificazione per immettere acqua nebulizzata nell'ambiente; caratterizzato dal fatto che detta canalizzazione comprende almeno una bocchetta di diffusione di detto flusso di aria avente una struttura tridimensionale aperta sia posteriormente che anteriormente; e dal comprendere un raddrizzatore di filetti posto all’estremità posteriore di detta almeno una bocchetta; dove detto almeno un dispositivo di umidificazione è posto all’interno di detta almeno una bocchetta di diffusione.
  2. 2. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto raddrizzatore di filetti consiste in una struttura di celle a nido d’ape o a celle circolari.
  3. 3. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto almeno un dispositivo di umidificazione presenta il foro di uscita diretto verso l’ambiente.
  4. 4. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto almeno un dispositivo di umidificazione è posto di fronte al raddrizzatore di filetti.
  5. 5. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto raddrizzatore di filetti ha una dimensione pari alla dimensione dell’apertura posteriore di detta bocchetta.
  6. 6. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto raddrizzatore di filetti ha una profondità compresa tra 10 e 100 mm.
  7. 7. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che bocchetta di diffusione è a sezione rettangolare.
  8. 8. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che bocchetta di diffusione è a sezione circolare.
  9. 9. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che bocchetta di diffusione è rientrante all’interno di detta canalizzazione.
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