IT201900003345A1 - COOLING APPARATUS AND METHOD FOR A HEAT EXCHANGER AND HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
Descrizione del trovato avente per titolo: Description of the invention having as title:
"APPARATO E METODO DI RAFFREDDAMENTO PER UNO SCAMBIATORE DI CALORE E SCAMBIATORE DI CALORE" "COOLING APPARATUS AND METHOD FOR A HEAT EXCHANGER AND HEAT EXCHANGER"
CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION
Il presente trovato si rivolge preferenzialmente ad un apparato e ad un relativo metodo di raffreddamento per migliorare l’efficienza di uno scambiatore di calore per impianti di condizionamento e/o di refrigerazione di ambienti e non solo. The present invention is preferably aimed at an apparatus and a related cooling method to improve the efficiency of a heat exchanger for air conditioning and / or refrigeration systems of environments and more.
Il trovato si riferisce inoltre ad uno scambiatore di calore provvisto di un tale apparato di raffreddamento. The invention also relates to a heat exchanger provided with such a cooling apparatus.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
È noto che un settore che utilizza rilevanti quantitativi di energia elettrica è quello del condizionamento e della refrigerazione industriale. L’elevata richiesta di energia elettrica, in particolare nel periodo estivo, è dovuta principalmente all’elevato carico termico a cui sono sottoposti gli scambiatori di calore. It is known that a sector that uses significant quantities of electricity is that of industrial air conditioning and refrigeration. The high demand for electricity, especially in the summer, is mainly due to the high thermal load to which the heat exchangers are subjected.
Un altro motivo è dato dalla difficoltà che hanno gli scambiatori di calore a cedere calore all’aria che transita al'esteno. Another reason is given by the difficulty that heat exchangers have in releasing heat to the air that passes outside.
Questa situazione si accentua in presenza di elevate temperature esterne che rendono difficoltoso lo smaltimento del calore. This situation is accentuated in the presence of high external temperatures which make heat dissipation difficult.
È noto che gli scambiatori di calore sono generalmente costituiti da una pluralità di tubazioni, al cui interno circola un fluido termovettore, collegate tra loro e cooperanti con apposite alette in alluminio. It is known that heat exchangers generally consist of a plurality of pipes, inside which a heat-carrying fluid circulates, connected to each other and cooperating with suitable aluminum fins.
Sono noti sia scambiatori di calore in cui l’insieme tubazioni/alette viene investito da un flusso d’aria avente una temperatura inferiore a quella del fluido termovettore, in modo tale da raffreddare quest’ultimo, sia scambiatori di calore in cui il fluido termovettore che circola nelle tubazioni agisce tramite l’insieme tubazioni/alette sul flusso d’aria, raffreddando quest’ultimo. Both heat exchangers are known in which the piping / fins assembly is hit by an air flow having a temperature lower than that of the heat-carrying fluid, so as to cool the latter, and heat exchangers in which the heat-carrying fluid circulating in the pipes acts through the pipes / fins on the air flow, cooling the latter.
È noto che tanto minore è la temperatura del flusso d’aria che attraversa lo scambiatore, tanto maggiore è la potenza termica che lo scambiatore è in grado di trasmettere all’aria in transito riscaldandola. È questo il caso di scambiatori di calore per impianti di condizionamento ad aria in pompa di calore. It is known that the lower the temperature of the air flow that passes through the exchanger, the greater the thermal power that the exchanger is able to transmit to the air in transit by heating it. This is the case of heat exchangers for heat pump air conditioning systems.
Similmente, e in alternativa, tanta più capacità di asportazione di calore presenta l’aria, tanto più calore viene asportato dal fluido termovettore che scorre nelle tubazioni dello scambiatore di calore. Similarly, and alternatively, the more heat removal capacity the air has, the more heat is removed from the heat transfer fluid that flows in the heat exchanger pipes.
Questo è il caso degli scambiatori di calore che servono per ridurre la temperatura del fluido termovettore. This is the case with heat exchangers which serve to reduce the temperature of the heat transfer fluid.
Nei mesi caldi il contemporaneo funzionamento di un elevato numero di impianti, che spesso funzionano in condizioni limite, determina un considerevole aumento generale di consumo ed assorbimento di energia elettrica. In the hot months, the simultaneous operation of a large number of systems, which often operate in extreme conditions, determines a considerable general increase in consumption and absorption of electricity.
Nell’industria di processo, dove sono presenti diverse applicazioni che utilizzano un fluido termovettore come fluido refrigerante, ad esempio miscele idroglicoliche aventi temperature superiori a 25 °C, durante il periodo estivo gli impianti devono utilizzare un dispositivo “chiller” per il raffreddamento del fluido, in quanto le temperature esterne sono troppo elevate per utilizzare i dry cooler, con conseguente aumento di consumi e sprechi di energia. In the process industry, where there are various applications that use a heat transfer fluid as a cooling fluid, for example hydroglycolic mixtures having temperatures above 25 ° C, during the summer the systems must use a "chiller" device to cool the fluid , as the external temperatures are too high to use the dry coolers, with a consequent increase in consumption and waste of energy.
È noto che molti scambiatori di calore attualmente dispongono di dispositivi in grado di abbassare la temperatura dell’ aria entrante nel pacco alettato, facendo evaporare acqua direttamente nel flusso d’aria in entrata. Per raggiungere lo scopo, vengono utilizzati, ad esempio, appositi pacchi costituiti da strati di materiale idoneo, posizionati all’ingresso dello scambiatore di calore, i quali vengono irrorati d’acqua. It is known that many heat exchangers currently have devices capable of lowering the temperature of the air entering the finned pack, by evaporating water directly into the incoming air stream. To achieve this purpose, for example, special packs are used consisting of layers of suitable material, positioned at the inlet of the heat exchanger, which are sprayed with water.
Esistono anche dispositivi che utilizzano ugelli che nebulizzano acqua a bassa o alta pressione sui suddetti strati di materiale. There are also devices that use nozzles that atomise water at low or high pressure on the aforementioned layers of material.
I dispositivi sopra citati, tuttavia, presentano alcune criticità: The devices mentioned above, however, have some critical issues:
- nel caso di strati di materiale irrorati di acqua, si formano facilmente muffe ed alghe; - in the case of layers of material sprayed with water, molds and algae are easily formed;
- nel caso di dispositivi con ugelli spruzzatori a bassa pressione, la formazione di gocce d’acqua di dimensioni eccessive non è in grado di garantire la completa evaporazione della stessa, con conseguente minore efficacia dell’azione evaporativa e maggior consumo d’acqua; - in the case of devices with low pressure spray nozzles, the formation of oversized water droplets is not able to guarantee complete evaporation of the same, resulting in less effectiveness of the evaporative action and greater water consumption;
- nel caso di dispositivi con ugelli spruzzatori ad alta pressione, la non uniformità dell’azione di evaporazione ed il controllo di portata di tipo on/off creano discontinuità nella quantità di acqua utilizzata, che risulta non proporzionata alla quantità di calore che deve sottrarre. - in the case of devices with high pressure spray nozzles, the non-uniformity of the evaporation action and the on / off flow control create discontinuity in the amount of water used, which is not proportionate to the amount of heat that must be subtracted.
Tali dispositivi noti comportano, inoltre, notevoli costi aggiuntivi in termini di consumi energetici. Moreover, these known devices entail considerable additional costs in terms of energy consumption.
Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un apparato di raffreddamento e mettere a punto un metodo per migliorare l’efficienza di uno scambiatore di calore ad aria per il raffreddamento di un qualsiasi fluido termovettore circolante al suo interno, ovvero per il raffreddamento dell’ aria. An object of the present invention is to provide a cooling apparatus and to develop a method for improving the efficiency of an air heat exchanger for cooling any heat-carrying fluid circulating inside it, or for cooling the air.
Un compito del presente trovato, in particolare, è quello di perfezionare il sistema di scambio termico dell’aria in ingresso ad uno scambiatore di calore. A task of the present invention, in particular, is to improve the heat exchange system of the air entering a heat exchanger.
Uno scopo del presente trovato è anche quello di realizzare un apparato di raffreddamento dell’aria, applicabile ad uno scambiatore ad aria, che sia semplice ed economico quanto meno nei consumi. An object of the present invention is also to provide an air cooling apparatus, applicable to an air exchanger, which is simple and economical at least in terms of consumption.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un apparato di raffreddamento in grado di sottoraffreddare il fluido termovettore circolante in uno scambiatore di calore nella fase in cui il fluido termovettore sia allo stato liquido. A further object of the present invention is to provide a cooling apparatus capable of subcooling the heat-carrying fluid circulating in a heat exchanger in the phase in which the heat-carrying fluid is in the liquid state.
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. In order to obviate the drawbacks of the known art and to obtain these and further objects and advantages, the Applicant has studied, tested and implemented the present invention.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO EXPOSURE OF THE FOUND
Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente/nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale. The present invention is expressed and characterized in the independent claim (s). The dependent claims disclose other features of the present invention or variants of the main solution idea.
I perfezionamenti che permettono di raggiungere gli scopi sopra indicati ed ulteriori vantaggi che appariranno meglio in seguito sono ottenuti da un apparato di raffreddamento secondo il trovato. The improvements which make it possible to achieve the objects indicated above and further advantages which will appear better later are obtained by a cooling apparatus according to the invention.
L’apparato di raffreddamento in particolare si basa su un sistema di raffreddamento adiabatico e può essere applicato ad un qualsiasi tipo di scambiatore ad aria. The cooling apparatus in particular is based on an adiabatic cooling system and can be applied to any type of air exchanger.
L’apparato di raffreddamento è applicabile in generale ad uno scambiatore di calore ad aria provvisto di tubazioni nelle quali scorre un fluido termovettore, le quali cooperano con alette di dissipazione termica per raffreddare il fluido termovettore transitante. The cooling apparatus is generally applicable to an air heat exchanger equipped with pipes in which a heat transfer fluid flows, which cooperate with heat dissipation fins to cool the passing heat transfer fluid.
In accordo con forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento comprende una sorgente di un liquido di raffreddamento, ad esempio acqua, ugelli nebulizzatori configurati per fornire il liquido di raffreddamento idoneo a smaltire da ogni scambiatore di calore il calore richiesto, una pompa idonea ad alimentare il fluido di raffreddamento dalla sorgente agli ugelli ed eventuali mezzi di controllo per regolare la quantità e la portata del fluido alimentato. In accordance with embodiments, the cooling apparatus comprises a source of a cooling liquid, for example water, atomising nozzles configured to supply the cooling liquid suitable to dispose of the required heat from each heat exchanger, a pump suitable for feeding the cooling fluid from the source to the nozzles and any control means for regulating the quantity and flow rate of the fluid supplied.
Secondo forme di realizzazione, gli ugelli nebulizzatori sono disposti secondo una matrice, ordinati per righe e per colonne. According to embodiments, the atomising nozzles are arranged according to a matrix, ordered by rows and by columns.
Secondo forme di realizzazione, gli ugelli nebulizzatori sono posti uno rispetto all’altro ad una distanza tale da fornire, in cooperazione uno con l’altro, un flusso di liquido di raffreddamento sostanzialmente uniforme su un piano parallelo alle rispettive bocche di uscita. According to embodiments, the atomizing nozzles are placed with respect to each other at such a distance as to provide, in cooperation with one another, a substantially uniform flow of cooling liquid on a plane parallel to the respective outlets.
Secondo forme di realizzazione, la pompa è del tipo idoneo ad alimentare acqua ad alta pressione agli ugelli nebulizzatori, così da ottenere gocce di dimensioni molto piccole anche alla minima pressione di funzionamento. In tal modo tutta l’acqua alimentata viene nebulizzata anche a carichi parziali. According to embodiments, the pump is of the type suitable for feeding water at high pressure to the atomising nozzles, so as to obtain very small droplets even at the minimum operating pressure. In this way, all the water supplied is nebulized even at partial loads.
Il presente trovato, se applicato in maniera capillare, considerando la capacità di aumentare l' efficienza degli scambiatori ad aria sia di nuova costruzione, sia già esistenti, permette di ridurre l’assorbimento di energia elettrica necessaria al loro funzionamento, evitando che si verifichino picchi di assorbimento di corrente elettrica, in particolare durante i mesi estivi. Tale apparato, inoltre, consente di ridurre significativamente l’emissione di anidride carbonica CO2 nell’ambiente. The present invention, if applied in a widespread manner, considering the ability to increase the efficiency of both new and existing air exchangers, allows to reduce the absorption of electrical energy necessary for their operation, avoiding peaks occurring. absorption of electricity, especially during the summer months. Moreover, this apparatus allows to significantly reduce the emission of carbon dioxide CO2 into the environment.
La capillarità della distribuzione del liquido di raffreddamento consente di ottimizzarne la distribuzione, evitando possibili sprechi. The capillarity of the distribution of the coolant allows to optimize the distribution, avoiding possible waste.
L’apparato secondo il trovato, essendo in grado di abbassare la temperatura dell'aria aspirata dal dispositivo di ventilazione di circa 10°C, permette di evitare l’attivazione dei dispositivi “chiller” anche con temperature dell’aria ambiente nell’intomo di 35 °C con considerevoli risparmi energetici quando il fluido termovettore deve circolare a 25°C. The apparatus according to the invention, being able to lower the temperature of the air sucked in by the ventilation device by about 10 ° C, allows to avoid the activation of the "chiller" devices even with ambient air temperatures in the 35 ° C with considerable energy savings when the heat transfer fluid has to circulate at 25 ° C.
L’apparato secondo il trovato può essere, inoltre, vantaggiosamente applicato anche a condensatori di gruppi frigoriferi che utilizzano diverse tipologie di refrigeranti sintetici (HFC, HFO, ecc.) o naturali (ammoniaca, miscele di propano e isobutano, ecc.). In questo caso, potendo raffreddare l’aria aspirata dai condensatori di circa 10 °C, permette di abbassare il rapporto di compressione dei compressori frigoriferi, con conseguente aumento di efficienza del sistema. The apparatus according to the invention can also be advantageously applied to condensers of refrigeration units that use different types of synthetic (HFC, HFO, etc.) or natural refrigerants (ammonia, mixtures of propane and isobutane, etc.). In this case, being able to cool the air sucked in by the condensers by about 10 ° C, it allows to lower the compression ratio of the refrigeration compressors, with a consequent increase in system efficiency.
L’apparato secondo il trovato, pertanto, aumentando l’efficienza energetica dello scambiatore, è in grado di aumentare sia il rapporto di efficienza energetica (EER) dello stesso, sia il rapporto di efficienza energetica stagionale (SEER). The apparatus according to the invention, therefore, by increasing the energy efficiency of the exchanger, is able to increase both the energy efficiency ratio (EER) of the same, and the seasonal energy efficiency ratio (SEER).
Il vapore del liquido di raffreddamento, inoltre, viene aspirato immediatamente dallo scambiatore di calore, senza avere il tempo per generare formazioni batteriche o muffa, rendendo l’apparato secondo il trovato igienico ed idoneo ad essere applicato in qualsiasi ambiente. Furthermore, the vapor of the coolant is immediately sucked by the heat exchanger, without having the time to generate bacterial or mold formations, making the apparatus according to the invention hygienic and suitable for application in any environment.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato comprende dispositivi di controllo configurati per alimentare il flusso di liquido di raffreddamento tra un circuito di mandata e un circuito di aspirazione della pompa. According to embodiments, the apparatus comprises control devices configured to feed the flow of coolant between a delivery circuit and a suction circuit of the pump.
Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, l’apparato comprende dispositivi di intercettazione configurati per parzializzare la superficie interessata dagli ugelli nebulizzatori. According to a further embodiment, the apparatus includes interception devices configured to choke the surface affected by the atomizing nozzles.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento secondo il trovato, nel caso in cui il fluido termovettore sia un gas, permette di sottoraffreddare quest’ultimo durante la fase in cui si trova allo stato liquido, così da aumentare l’effetto entalpico utile a parità di energia elettrica richiesta migliorando l’efficienza dello scambiatore di calore. According to further embodiments, the cooling apparatus according to the invention, in the case in which the heat-carrying fluid is a gas, allows the latter to be subcooled during the phase in which it is in the liquid state, so as to increase the enthalpy effect useful for the same electricity required by improving the efficiency of the heat exchanger.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono anche ad un metodo di raffreddamento di uno scambiatore di calore, che prevede di spruzzare un liquido di raffreddamento mediante ugelli nebulizzatori disposti in modo ordinato a matrici su una superficie di uno scambiatore di calore, in modo tale che il liquido di raffreddamento in forma nebulizzata evapori in modo capillare sostanzialmente su un’intera superficie dello scambiatore di calore, in particolare sulla superficie di ingresso dell’aria. Embodiments described here also refer to a method of cooling a heat exchanger, which provides for spraying a cooling liquid by means of atomizing nozzles arranged in an ordered manner in matrices on a surface of a heat exchanger, so that the coolant in atomized form evaporates in a capillary manner substantially over an entire surface of the heat exchanger, in particular on the air inlet surface.
Ulteriori forme di realizzazione si riferiscono ad uno scambiatore di calore comprendente un apparato di raffreddamento secondo il trovato. Further embodiments refer to a heat exchanger comprising a cooling apparatus according to the invention.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI ILLUSTRATION OF DRAWINGS
Questi ed ulteriori aspetti, caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno chiari dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fonite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui: These and further aspects, characteristics and advantages of the present invention will become clear from the following description of embodiments, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:
- la fig. 1 è una vista schematica frontale di uno scambiatore di calore provvisto di un apparato di raffreddamento secondo forme di realizzazione qui descritte; - fig. 1 is a schematic front view of a heat exchanger provided with a cooling apparatus according to embodiments described here;
- la fig. 2 è una vista schematica laterale di un apparato di raffreddamento applicato ad uno scambiatore di calore secondo una forma di realizzazione; - la fig. 3 è una vista schematica laterale di un apparato di raffreddamento applicato ad uno scambiatore di calore secondo una variante; - fig. 2 is a side schematic view of a cooling apparatus applied to a heat exchanger according to an embodiment; - fig. 3 is a side schematic view of a cooling apparatus applied to a heat exchanger according to a variant;
- la fig. 4 è una vista schematica frontale di un apparato di raffreddamento applicato ad uno scambiatore di calore secondo una ulteriore variante; - fig. 4 is a schematic front view of a cooling apparatus applied to a heat exchanger according to a further variant;
- la fig. 5 è una vista schematica laterale di un apparato di raffreddamento secondo il trovato secondo una variante di realizzazione applicato a due scambiatori di calore. - fig. 5 is a schematic side view of a cooling apparatus according to the invention according to a variant embodiment applied to two heat exchangers.
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. To facilitate understanding, identical reference numbers have been used wherever possible to identify identical common elements in the figures. It should be understood that elements and features of one embodiment can be conveniently incorporated into other embodiments without further specification.
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Si farà ora riferimento nel dettaglio alle varie forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o più esempi sono illustrati nelle figure allegate. Reference will now be made in detail to the various embodiments of the invention, of which one or more examples are illustrated in the attached figures.
Ciascun esempio è fornito a titolo di illustrazione del trovato e non è inteso come una limitazione dello stesso. Ad esempio, le caratteristiche illustrate o descritte in quanto facenti parte di una forma di realizzazione potranno essere adottate su, o in associazione con, altre forme di realizzazione per produrre un’ulteriore forma di realizzazione. Resta inteso che il presente trovato sarà comprensivo di tali modifiche e varianti. Each example is provided by way of illustration of the invention and is not intended as a limitation thereof. For example, the features illustrated or described as being part of an embodiment may be adopted on, or in association with, other embodiments to produce a further embodiment. It is understood that the present invention will include these modifications and variations.
Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono ad un apparato 10 configurato per raffreddare uno scambiatore di calore 11 in modo tale da migliorare l’efficienza di scambio termico di quest’ultimo. Embodiments described here refer to an apparatus 10 configured to cool a heat exchanger 11 in such a way as to improve the heat exchange efficiency of the latter.
Lo scambiatore di calore 11 a cui può essere applicato l’apparato 10 secondo il trovato può essere un qualsiasi scambiatore di calore ad aria, di nuova costruzione, o già esistente. Nel primo caso l’apparato 10 rende gli scambiatori di calore 11 più performanti rispetto all’origine, in particolare nel caso in cui essi siano dimensionati per condizioni climatiche differenti da quelle attuali, ovvero per temperature esterne inferiori. The heat exchanger 11 to which the apparatus 10 according to the invention can be applied can be any newly built or existing air heat exchanger. In the first case, the apparatus 10 makes the heat exchangers 11 more performing compared to the origin, in particular if they are sized for climatic conditions different from the current ones, or for lower external temperatures.
Lo scambiatore di calore 11 comprende tubazioni 12 che si sviluppano tra un condotto di ingresso 13 e un condotto di uscita 14, nelle quali è atto a scorrere un fluido termovettore. Le tubazioni 12 possono definire un condensatore di un circuito frigorifero. The heat exchanger 11 comprises pipes 12 which extend between an inlet pipe 13 and an outlet pipe 14, in which a heat-carrying fluid is able to flow. The pipes 12 can define a condenser of a refrigeration circuit.
Il fluido termovettore entra nello scambiatore di calore 11 attraverso il condotto di ingresso 13 ed esce, raffreddato, dal condotto di uscita 14. Lo scambiatore di calore 11 comprende, in modo noto, una pluralità di alette dissipatrici 15, cooperanti con le tubazioni 12 e configurate per aumentarne la superficie di scambio termico e agevolare la dissipazione del calore e, quindi, il raffreddamento del fluido termovettore circolante all’ interno. The heat transfer fluid enters the heat exchanger 11 through the inlet duct 13 and exits, cooled, from the outlet duct 14. The heat exchanger 11 comprises, in a known way, a plurality of dissipating fins 15, cooperating with the pipes 12 and configured to increase the heat exchange surface and facilitate the dissipation of heat and, therefore, the cooling of the heat transfer fluid circulating inside.
Secondo forme di realizzazione lo scambiatore 11 comprende, inoltre, uno o più dispositivi di ventilazione 16 configurati per generare un flusso d’aria forzato attraverso le alette 15 e le tubazioni 12 per incrementare l’asportazione del calore da esse. According to embodiments, the exchanger 11 also comprises one or more ventilation devices 16 configured to generate a forced air flow through the fins 15 and the pipes 12 to increase the removal of heat from them.
Secondo forme di realizzazione, la direzione del flusso d’aria F, indicata ad esempio dalle frecce in fig. 2, è sostanzialmente ortogonale ad una superficie di scambio termico laterale dello scambiatore di calore 11 ed assiale rispetto ai dispositivi di ventilazione 16. According to embodiments, the direction of the air flow F, indicated for example by the arrows in fig. 2, is substantially orthogonal to a lateral heat exchange surface of the heat exchanger 11 and axial with respect to the ventilation devices 16.
La direzione del flusso d’aria F nello scambiatore di calore 1 1 definisce un lato di ingresso 22 ed un lato di uscita 23 di quest’ultimo. The direction of the air flow F in the heat exchanger 11 defines an inlet side 22 and an outlet side 23 of the latter.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende un circuito idraulico 17 collegato, in uso, ad una sorgente di alimentazione 18 di un liquido di raffreddamento, e configurato per permettere lo scorrimento di quest’ultimo al suo interno. According to embodiments, the cooling apparatus 10 comprises a hydraulic circuit 17 connected, in use, to a power source 18 for a cooling liquid, and configured to allow the latter to flow inside it.
Secondo forme di realizzazione, il liquido di raffreddamento è acqua. La sorgente di alimentazione 18 può essere un serbatoio compreso nell’apparato 10, o può essere una rete idraulica, domestica o industriale. According to embodiments, the coolant is water. The power source 18 can be a tank included in the apparatus 10, or it can be a hydraulic, domestic or industrial network.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato di raffreddamento 10 comprende una pluralità di ugelli nebulizzatori 19 configurati per nebulizzare il liquido di raffreddamento alimentato lungo il circuito idraulico 17. According to embodiments, the cooling apparatus 10 comprises a plurality of atomizing nozzles 19 configured to nebulize the cooling liquid fed along the hydraulic circuit 17.
Secondo forme di realizzazione, gli ugelli nebulizzatori 19 sono disposti con un ordinamento a matrice su rispettivi condotti di alimentazione 20, ciascuno alimentato dal liquido di raffreddamento circolante nel circuito idraulico 17. According to embodiments, the atomizing nozzles 19 are arranged in a matrix arrangement on respective supply ducts 20, each fed by the cooling liquid circulating in the hydraulic circuit 17.
I condotti di alimentazione 20 possono essere disposti paralleli uno all’altro ed equidistanti lungo un collettore 21 definente un tratto terminale del circuito idraulico 17. The supply ducts 20 can be arranged parallel to each other and equidistant along a manifold 21 defining an end section of the hydraulic circuit 17.
Secondo forme di realizzazione, gli ugelli nebulizzatori 19 sono disposti equamente distanziati tra loro lungo righe e/o colonne. According to embodiments, the atomising nozzles 19 are arranged equally spaced apart along rows and / or columns.
L’area di estensione del collettore 21 e di distribuzione degli ugelli nebulizzatori 19 è sostanzialmente corrispondente ad una superficie 24 da raffreddare dello scambiatore di calore 11. The area of extension of the collector 21 and distribution of the nebulizing nozzles 19 is substantially corresponding to a surface 24 to be cooled of the heat exchanger 11.
Secondo forme di realizzazione, il numero e la distanza reciproca tra gli ugelli nebulizzatori 19 dipende dall’estensione dell’area superficiale che deve essere raffreddata. Ad esempio, numero e distanza degli ugelli 19 possono essere definiti in funzione del tipo di scambiatore di calore 11 a cui devono essere applicati. According to embodiments, the number and the mutual distance between the atomizing nozzles 19 depends on the extension of the surface area to be cooled. For example, the number and distance of the nozzles 19 can be defined according to the type of heat exchanger 11 to which they are to be applied.
Il posizionamento degli ugelli nebulizzatori 19 e dei condotti di alimentazione 21 è definito in modo tale da garantire un’adeguata ed uniforme fuoriuscita di vapore acqueo sull’intera superficie 24 dello scambiatore di calore 11 in modo capillare, senza alcuna insufficienza né spreco di vapore, così da ottenere un livello di efficienza massimo. The positioning of the atomizing nozzles 19 and of the supply ducts 21 is defined in such a way as to guarantee an adequate and uniform escape of water vapor over the entire surface 24 of the heat exchanger 11 in a capillary manner, without any insufficiency or waste of steam, so as to obtain a maximum level of efficiency.
In tal modo, grazie alla capillarità di nebulizzazione del liquido di raffreddamento, è possibile raffreddare efficacemente e in modo uniforme sostanzialmente l’intera superficie 24 dello scambiatore di calore 11 rivolta dal lato di ingresso 22. In this way, thanks to the atomization capillarity of the coolant, it is possible to effectively and uniformly cool substantially the entire surface 24 of the heat exchanger 11 facing the inlet side 22.
Secondo forme di realizzazione descritte con riferimento alle figg. 1-3 e 5, gli ugelli nebulizzatori 19 sono orientati, in uso, lungo una direzione sostanzialmente ortogonale alla superficie 24 da raffreddare delle alette 15. Secondo forme di realizzazione, gli ugelli nebulizzatori 19 possono essere configurati per nebulizzare il liquido di raffreddamento con un getto avente un determinato cono d’apertura, in modo tale da fornire, in cooperazione con gli altri ugelli nebulizzatori 19 un flusso sostanzialmente uniforme su un piano P parallelo alle rispettive bocche di uscita 19a, posto ad una distanza D da queste ultime. According to embodiments described with reference to figs. 1-3 and 5, the atomising nozzles 19 are oriented, in use, along a direction substantially orthogonal to the surface 24 to be cooled of the fins 15. According to embodiments, the atomising nozzles 19 can be configured to atomize the coolant with a jet having a specific opening cone, so as to provide, in cooperation with the other atomizing nozzles 19, a substantially uniform flow on a plane P parallel to the respective outlet openings 19a, located at a distance D from the latter.
Ad esempio, l inclinazione del cono d’acqua nebulizzata può essere compresa tra circa 60° e 80°. For example, the inclination of the atomized water cone can be between about 60 ° and 80 °.
A titolo esemplificativo gli ugelli nebulizzatori 19 possono essere configurati per nebulizzare il liquido di raffreddamento con un cono avente diametro di circa 90-150mm, e comunque dipendente dalla pressione in uscita e dalla velocità dell’aria in transito, sul piano P. By way of example, the nebulizing nozzles 19 can be configured to nebulize the coolant with a cone having a diameter of about 90-150mm, and in any case dependent on the outlet pressure and the speed of the air in transit, on the P plane.
A titolo esemplificativo la distanza D può essere compresa tra circa 10cm e circa 30cm. Secondo forme di realizzazione, ad esempio descritte con riferimento alla fìg. 3, in uso, gli ugelli nebulizzatori 19 sono posizionati con le proprie bocche di uscita 19a rivolte verso lo scambiatore di calore 11, dal lato opposto rispetto al/ai dispositivo/i di ventilazione 16. In questo modo, il liquido nebulizzato dagli ugelli 19 viene erogato direttamente sulla superfìcie 24 del lato di ingresso 22 dello scambiatore di calore 11, in direzione concorde al flusso d’aria generato dal dispositivo di ventilazione 16. By way of example, the distance D can be between about 10cm and about 30cm. According to embodiments, for example described with reference to Fig. 3, in use, the nebulizing nozzles 19 are positioned with their outlets 19a facing the heat exchanger 11, on the opposite side with respect to the ventilation device (s) 16. In this way, the atomized liquid from the nozzles 19 it is delivered directly onto the surface 24 of the inlet side 22 of the heat exchanger 11, in a direction concordant with the air flow generated by the ventilation device 16.
Tale soluzione realizzativa può essere implementata, ad esempio, quando lo spazio disponibile tra le bocche di uscita 19a e lo scambiatore di calore 11 è maggiore o uguale alla distanza D, e quindi tale da garantire una nebulizzazione uniforme del liquido di raffreddamento sull’intera superficie 24. This embodiment can be implemented, for example, when the space available between the outlet ports 19a and the heat exchanger 11 is greater than or equal to the distance D, and therefore such as to ensure uniform nebulization of the coolant over the entire surface. 24.
Secondo possibili varianti di realizzazione, ad esempio illustrate con riferimento alle figg. 2 e 4, in uso, gli ugelli nebulizzatori 19 sono posizionati con le proprie bocche di uscita 19a rivolte in direzione opposta rispetto allo scambiatore di calore 11 e al flusso d’aria F entrante nello scambiatore di calore 11. According to possible variants of embodiment, illustrated for example with reference to figs. 2 and 4, in use, the nebulizer nozzles 19 are positioned with their outlet openings 19a facing in the opposite direction with respect to the heat exchanger 11 and the air flow F entering the heat exchanger 11.
L’erogazione del fluido di raffreddamento in direzione opposta allo scambiatore 11, in combinazione con l’azione del flusso d’aria F permette di catturare tutto il cono di liquido di raffreddamento nebulizzato dagli ugelli spruzzatori 19, in modo tale da ottenere una distribuzione uniforme sulla superficie 24 da raffreddare. The delivery of the cooling fluid in the opposite direction to the exchanger 11, in combination with the action of the air flow F, allows the entire cone of nebulized coolant to be captured from the spray nozzles 19, in such a way as to obtain a uniform distribution on the surface 24 to be cooled.
Tale forma realizzativa risulta essere particolarmente vantaggiosa quando lo spazio tra il collettore 21 o i condotti di alimentazione 20 e lo scambiatore 21 è limitato. This embodiment is particularly advantageous when the space between the manifold 21 or the supply ducts 20 and the exchanger 21 is limited.
Secondo forme di realizzazione descritte con riferimento alla fig. 4, gli ugelli nebulizzatori 19 sono orientati, in uso, lungo una direzione sostanzialmente parallela alla superficie 24 da raffreddare delle alette 15. According to embodiments described with reference to fig. 4, the atomising nozzles 19 are oriented, in use, along a direction substantially parallel to the surface 24 of the fins 15 to be cooled.
Secondo tale forma di realizzazione, può essere previsto che gli ugelli nebulizzatori 19 su condotti di alimentazione 20 adiacenti siano disposti sfalsati uno rispetto all’altro, con le bocche di erogazione 19a di un condotto di alimentazione 20 rivolte verso un condotto di alimentazione 20 adiacente. According to this embodiment, it can be provided that the nebulizing nozzles 19 on adjacent supply ducts 20 are arranged offset from each other, with the delivery mouths 19a of a supply duct 20 facing an adjacent supply duct 20.
In tal modo, in uso, si viene a creare una cortina di vapore acqueo attraverso il quale transita il flusso d’aria, che viene quindi raffreddato. In this way, in use, a curtain of water vapor is created through which the flow of air passes, which is then cooled.
Anche secondo tale soluzione realizzativa si può prevedere che il cono d’acqua nebulizzato sia compreso tra circa 60° e circa 80°. Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende una pompa 25 configurata per aspirare il liquido di raffreddamento dalla sorgente di alimentazione 18 e fornirlo ai condotti di alimentazione 20. Also according to this embodiment solution it can be expected that the nebulized water cone is between about 60 ° and about 80 °. According to embodiments, the apparatus 10 comprises a pump 25 configured to suck the coolant from the power source 18 and supply it to the supply ducts 20.
Secondo forme di realizzazione, la pompa 25 è disposta lungo il circuito idraulico 17, tra un ramo di aspirazione 17a collegato alla sorgente di alimentazione 18 e un ramo di mandata 17b collegato ai condotti di alimentazione 20. According to embodiments, the pump 25 is arranged along the hydraulic circuit 17, between a suction branch 17a connected to the supply source 18 and a delivery branch 17b connected to the supply pipes 20.
Secondo forme di realizzazione, la pompa 25 è una pompa ad alta pressione, ad esempio in grado di fornire pressioni comprese tra 25 e 100bar. According to embodiments, the pump 25 is a high-pressure pump, for example capable of supplying pressures ranging from 25 to 100bar.
Preferibilmente la pompa 25 è tale da consentire che il liquido di raffreddamento fuoriesca dagli ugelli nebulizzatori 19 con pressioni tra 25 e 100bar, preferibilmente intorno a 70bar o superiori. Preferably the pump 25 is such as to allow the cooling liquid to escape from the atomising nozzles 19 with pressures between 25 and 100bar, preferably around 70bar or higher.
Secondo forme di realizzazione, le bocche di uscita 19a degli ugelli nebulizzatori 19 possono avere un foro di passaggio compreso tra i 150 e i 1000 μm . In tal modo si ottengono gocce d’acqua di vapore aventi dimensioni molto minori di quelle dei sistemi spray tradizionali, e quindi, con pressioni di 25bar, tutta l’acqua, ovvero il liquido di raffreddamento, viene nebulizzata, anche a carichi parziali. According to embodiments, the outlet openings 19a of the atomizing nozzles 19 can have a passage hole between 150 and 1000 μm. In this way, steam water drops are obtained with dimensions much smaller than those of traditional spray systems, and therefore, with pressures of 25 bar, all the water, or the coolant, is atomized, even at partial loads.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, la pompa 25 è a portata regolabile ed è provvista di un dispositivo inverter, non illustrato, incorporato o collegato ad essa, azionabile per modificarne la potenza di alimentazione e modulare di conseguenza la portata di funzionamento. According to further embodiments, the pump 25 has an adjustable flow rate and is provided with an inverter device, not illustrated, incorporated or connected thereto, which can be operated to modify its supply power and consequently modulate the operating flow rate.
Questo permette di ridurre significativamente i consumi energetici in quanto l’assorbimento di energia della pompa 25 diminuisce al diminuire della portata. This allows to significantly reduce energy consumption as the energy absorption of the pump 25 decreases as the flow rate decreases.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende dispositivi di intercettazione 26 configurati per parzializzare la superficie interessata dagli ugelli nebulizzatori 19. According to embodiments, the apparatus 10 comprises interception devices 26 configured to choke the surface affected by the nebulizing nozzles 19.
Secondo forme di realizzazione, i dispositivi di intercettazione 26 possono comprendere almeno una valvola di parzializzazione 27 disposta lungo il collettore 21 e selettivamente azionabile per impedire il transito del liquido di raffreddamento verso uno o più dei condotti di alimentazione 20. According to embodiments, the interception devices 26 can comprise at least one capacity valve 27 arranged along the manifold 21 and selectively operable to prevent the transit of the coolant towards one or more of the supply ducts 20.
Secondo forme di realizzazione, la valvola di parzializzazione 27 suddivide i condotti di alimentazione 20 in due gruppi, i quali possono avere lo stesso o un diverso numero di condotti di alimentazione 20. According to embodiments, the capacity control valve 27 divides the supply ducts 20 into two groups, which can have the same or a different number of supply ducts 20.
Secondo forme di realizzazione, nel caso di uno scambiatore di calore 11 in cui il fluido termovettore è un fluido a cambiamento di stato, la valvola di parzializzazione 27 è posta in una posizione intermedia tale da suddividere i condotti di alimentazione 20 e quindi gli ugelli nebulizzatori 19 in due sotto-gruppi, di cui uno idoneo a cooperare con la porzione di scambiatore 11 in cui il fluido termovettore è nello stato gassoso e un secondo idoneo a cooperare con la porzione di scambiatore 11 in cui il fluido termovettore è nello stato liquido. According to embodiments, in the case of a heat exchanger 11 in which the heat-carrying fluid is a change-of-state fluid, the throttling valve 27 is placed in an intermediate position such as to divide the supply ducts 20 and therefore the atomising nozzles 19 in two sub-groups, one of which is suitable for cooperating with the exchanger portion 11 in which the heat-carrying fluid is in the gaseous state and a second suitable for cooperating with the exchanger portion 11 in which the heat-carrying fluid is in the liquid state.
Secondo varianti di forme di realizzazione, possono essere previste una pluralità di valvole, ciascuna associata ad un condotto di alimentazione 20, e selettivamente attivabili in modo indipendente dalle altre. According to variants of embodiments, a plurality of valves can be provided, each associated with a supply duct 20, and which can be selectively activated independently of the others.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende dispositivi di rilevazione della temperatura del fluido 28 configurati per rilevare la temperatura del fluido termovettore da raffreddare circolante nello scambiatore di calore 11. According to embodiments, the apparatus 10 comprises devices for detecting the temperature of the fluid 28 configured to detect the temperature of the heat transfer fluid to be cooled circulating in the heat exchanger 11.
Secondo forme di realizzazione, i dispositivi di rilevazione della temperatura del fluido 28 comprendono un sensore di ingresso 29 associato, in uso, al condotto di ingresso 13 e un sensore di uscita 30 associato, in uso, al condotto di uscita 14. According to embodiments, the fluid temperature detection devices 28 comprise an inlet sensor 29 associated, in use, with the inlet duct 13 and an outlet sensor 30 associated, in use, with the outlet duct 14.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 può comprendere, inoltre, dispositivi di rilevazione delle condizioni ambientali 31, tra cui un sensore di temperatura ambiente 32 per rilevare la temperatura e un sensore di umidità 33 per rilevare l’umidità dell’aria circostante. According to embodiments, the apparatus 10 may also comprise devices for detecting the environmental conditions 31, including an ambient temperature sensor 32 to detect the temperature and a humidity sensor 33 to detect the humidity of the surrounding air.
I dispositivi di rilevazione delle condizioni ambientali 3 1 possono essere integrati in un unico componente o realizzati come elementi distinti. The devices for detecting environmental conditions 3 1 can be integrated in a single component or made as separate elements.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende, inoltre, un’unità di controllo e comando 34 configurata per controllare il funzionamento dell’apparato 10 in funzione almeno della temperatura del fluido termovettore e/o delle condizioni ambiente rilevate dai rispettivi dispositivi di rilevazione 28, 31. According to embodiments, the apparatus 10 further comprises a control and command unit 34 configured to control the operation of the apparatus 10 as a function at least of the temperature of the heat-carrying fluid and / or of the ambient conditions detected by the respective detection devices 28, 31.
Secondo forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 34 è collegata ai dispositivi di rilevazione 28, 31 per ricevere da essi informazioni relative alle rilevazioni effettuate ed è configurata per comandare almeno la pompa 25 e i dispositivi di intercettazione 26 in funzione delle informazioni ricevute allo scopo di aumentare l’efficienza dello scambiatore di calore 11. According to embodiments, the control and command unit 34 is connected to the detection devices 28, 31 to receive information from them relating to the detections made and is configured to control at least the pump 25 and the interception devices 26 according to the information received. in order to increase the efficiency of the heat exchanger 11.
Secondo forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 34 è configurata per attivare l’apparato di raffreddamento 10 quando lo scambiatore di calore 11 è in funzione e si verificano determinate condizioni ambientali. In questo modo, l’apparato di raffreddamento 10 viene utilizzato solo quando il suo funzionamento è vantaggioso in termini di consumi energetici, e quindi evitando sprechi di liquido di raffreddamento quando inutile e non necessario. According to embodiments, the control and command unit 34 is configured to activate the cooling apparatus 10 when the heat exchanger 11 is in operation and certain environmental conditions occur. In this way, the cooling apparatus 10 is used only when its operation is advantageous in terms of energy consumption, and thus avoiding waste of coolant when useless and unnecessary.
Secondo forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 34 può anche disattivare automaticamente l’apparato 10 quando le condizioni rilevate dai dispositivi di rilevazione 28, 31 non lo rendono vantaggioso. According to embodiments, the control and command unit 34 can also automatically deactivate the apparatus 10 when the conditions detected by the detection devices 28, 31 do not make it advantageous.
Secondo forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 34, per verificare se lo scambiatore di calore 11 è in funzione, può elaborare i dati rilevati dai dispositivi di rilevazione della temperatura del fluido 28. According to embodiments, the control and command unit 34, to check if the heat exchanger 11 is in operation, can process the data detected by the fluid temperature detection devices 28.
Ad esempio l’unità di controllo e comando 34 può confrontare la temperatura di uscita e la temperatura di ingresso del fluido termovettore rilevata dai sensori di ingresso 29 e uscita 30 e può attivare l’apparato 10 quando la temperatura di uscita è inferiore a quella di ingresso. For example, the control and command unit 34 can compare the outlet temperature and the inlet temperature of the heat carrier fluid detected by the inlet 29 and outlet 30 sensors and can activate the apparatus 10 when the outlet temperature is lower than that of entrance.
Secondo forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 34 può regolare il funzionamento della pompa 25, ad esempio agendo su un dispositivo inverter collegato ad essa, per modularne la portata in funzione dei dati rilevati dai dispositivi di rilevazione delle condizioni ambiente 31 e della temperatura del fluido termovettore rilevata dal sensore di uscita 30. In particolare l’unità di controllo e comando 34 regola la portata della pompa 25 in modo tale da mantenere la temperatura del fluido termovettore nel condotto di uscita 14 in un intorno di un valore predefinito utilizzando il minor quantitativo possibile di fluido di raffreddamento. In tal modo si riduce il consumo di energia della pompa 25, e nel contempo si evita uno spreco di liquido di raffreddamento. According to embodiments, the control and command unit 34 can regulate the operation of the pump 25, for example by acting on an inverter device connected to it, to modulate its flow rate according to the data detected by the devices for detecting the ambient conditions 31 and of the temperature of the heat-carrying fluid detected by the outlet sensor 30. In particular, the control and command unit 34 adjusts the flow rate of the pump 25 in such a way as to maintain the temperature of the heat-carrying fluid in the outlet duct 14 within a range of a predefined value using the least possible amount of cooling fluid. In this way the energy consumption of the pump 25 is reduced, and at the same time a waste of coolant is avoided.
In particolare l’unità di controllo e comando 34 può diminuire o aumentare la portata della pompa 25 in funzione della differenza tra la temperatura del fluido termovettore in uscita e il valore predefinito. Il valore predefinito può essere pre-impostato e/o memorizzato in un’unità di memoria 40 integrata, o collegata, all’unità di controllo e comando 34, o può essere un valore impostato da un utente ad esempio tramite un’interfaccia di comando 41. In particular, the control and command unit 34 can decrease or increase the flow rate of the pump 25 as a function of the difference between the temperature of the outgoing heat transfer fluid and the default value. The default value can be pre-set and / or stored in a memory unit 40 integrated, or connected, to the control and command unit 34, or it can be a value set by a user e.g. via a command interface 41.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, l’apparato 10 può comprendere un pressostato di sicurezza 35 configurato per rilevare la pressione del liquido di raffreddamento nel circuito idraulico 17 e comunicare i dati rilevati all’unità di controllo e comando 34. According to further embodiments, the apparatus 10 may comprise a safety pressure switch 35 configured to detect the pressure of the coolant in the hydraulic circuit 17 and communicate the detected data to the control and command unit 34.
L’apparato 10 può comprendere, inoltre, un circuito di deviazione 36, collegato tra il ramo di aspirazione 17a e il ramo di mandata 17b e selettivamente apribile o chiudibile mediante un dispositivo valvolare 37. The apparatus 10 can also comprise a deviation circuit 36, connected between the suction branch 17a and the delivery branch 17b and selectively openable or closed by means of a valve device 37.
Secondo forme di realizzazione, il dispositivo valvolare 37 può essere selettivamente comandabile dall’unità di controllo e comando 34 in funzione dei dati rilevati dal pressostato di sicurezza 35 per equilibrare la pressione tra il ramo di aspirazione 17a e il ramo di portata 17b quando la pompa 25 è disattivata. According to embodiments, the valve device 37 can be selectively controllable by the control and command unit 34 according to the data detected by the safety pressure switch 35 to balance the pressure between the suction branch 17a and the flow branch 17b when the pump 25 is disabled.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 può comprendere, lungo il circuito idraulico 17, ad esempio all’ingresso del ramo di aspirazione 17a, uno o più elementi filtranti 38 idonei a filtrare il liquido di raffreddamento in transito. According to embodiments, the apparatus 10 may comprise, along the hydraulic circuit 17, for example at the inlet of the suction branch 17a, one or more filter elements 38 suitable for filtering the cooling liquid in transit.
Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 può comprendere, inoltre, dispositivi anticalcare 39 idonei a rimuovere e trattenere l’eventuale calcare presente nel liquido di raffreddamento, così da prevenire possibili ostruzioni delle tubazioni del circuito idraulico 17 e allungarne la vita utile. Secondo forme di realizzazione, l’apparato 10 può essere utilizzato per ottimizzare l’efficienza dello scambiatore di calore 11 quando la temperatura dell’aria ambiente è superiore alla temperatura ottimale per il suo funzionamento. Tale modalità consente, pertanto, di migliorare la resa dello scambiatore di calore 11 quando le condizioni climatiche, ovvero temperatura elevata, ne compromettono l’efficacia. According to embodiments, the apparatus 10 may also comprise anti-limescale devices 39 suitable for removing and retaining any limescale present in the coolant, so as to prevent possible obstructions of the pipes of the hydraulic circuit 17 and extend its useful life. According to embodiments, the apparatus 10 can be used to optimize the efficiency of the heat exchanger 11 when the ambient air temperature is higher than the optimal temperature for its operation. This mode therefore allows to improve the performance of the heat exchanger 11 when the climatic conditions, or high temperature, compromise its effectiveness.
Secondo ulteriori forme di realizzazione, Tapparato 10 può essere utilizzato per ottimizzare ulteriormente l’efficienza dello scambiatore di calore 11 anche quando la temperatura dell’aria ambiente è ottimale. Questo caso si può verificare in particolare quando Tapparato 10 è applicato ad uno scambiatore di calore 11 che utilizza come fluido termovettore un fluido bifase, ovvero un fluido che è sottoposto ad un cambiamento di stato tra vapore e liquido e viceversa in funzione delle condizioni di pressione e temperatura. According to further embodiments, Tapparato 10 can be used to further optimize the efficiency of the heat exchanger 11 even when the ambient air temperature is optimal. This case can occur in particular when Tapparato 10 is applied to a heat exchanger 11 which uses a two-phase fluid as the heat transfer fluid, i.e. a fluid that is subjected to a change of state between vapor and liquid and vice versa as a function of the pressure conditions. and temperature.
Il funzionamento secondo la prima modalità prevede di verificare se sono verificate le seguenti condizioni: Operation according to the first mode involves checking whether the following conditions are met:
- lo scambiatore di calore 11 è attivo; - the heat exchanger 11 is active;
- i dispositivi di rilevazione delle condizioni ambienti 31 rilevano condizioni termoigrometriche tali per cui risulta vantaggiosa l’attivazione dell’apparato 10 per rendere più efficace il raffreddamento dello scambiatore di calore 11. - the devices for detecting the ambient conditions 31 detect thermohygrometric conditions such that it is advantageous to activate the apparatus 10 to make the cooling of the heat exchanger 11 more effective.
Il metodo di raffreddamento secondo il trovato prevede di sfruttare il principio noto di raffreddamento dellaria per evaporazione adiabatica. The cooling method according to the invention provides for exploiting the known principle of cooling the air by adiabatic evaporation.
Il metodo in particolare prevede di erogare un fluido di raffreddamento mediante ugelli nebulizzatori 19 posizionati in forma di matrice in modo tale da distribuire il liquido di raffreddamento in modo uniforme ed omogeneo sull’intera superficie 24 dello scambiatore di calore 11, in particolare sull’intera superficie 24 rivolta dal lato di ingresso dell’aria. In particular, the method provides for delivering a cooling fluid by means of atomizing nozzles 19 positioned in the form of a matrix in such a way as to distribute the cooling liquid uniformly and homogeneously over the entire surface 24 of the heat exchanger 11, in particular over the entire surface 24 facing the air inlet side.
In questo modo sulla superficie 24 l’evaporazione avviene in modo capillare, rendendo uniforme il beneficio che il trovato è in grado di garantire per aumentare l’efficienza dello scambiatore 11. In this way on the surface 24 evaporation occurs in a capillary manner, making uniform the benefit that the invention is able to guarantee to increase the efficiency of the exchanger 11.
Secondo forme di realizzazione il liquido di raffreddamento viene nebulizzato direttamente verso la superfìcie 24. According to embodiments, the coolant is nebulized directly towards the surface 24.
Secondo altre forme di realizzazione, il liquido di raffreddamento viene erogato in direzione opposta allo scambiatore 11 e viene trascinato dal flusso d’aria generato dai dispositivi di ventilazione 16. According to other embodiments, the coolant is delivered in the opposite direction to the exchanger 11 and is entrained by the air flow generated by the ventilation devices 16.
Il metodo di raffreddamento prevede, inoltre, di analizzare i dati relativi alle condizioni ambientali e alla temperatura del fluido termovettore rilevati dai dispositivi di rilevazione 28, 31 per regolare il funzionamento della pompa 25, ed in particolare la portata della stessa, così da aumentare l’efficienza del raffreddamento e, nel contempo, ottimizzare i consumi di energia e di liquido di raffreddamento. The cooling method also provides for analyzing the data relating to the environmental conditions and the temperature of the heat carrier fluid detected by the detection devices 28, 31 to regulate the operation of the pump 25, and in particular the flow rate thereof, so as to increase the cooling efficiency and, at the same time, optimizing energy and coolant consumption.
A titolo esemplificativo e non limitativo, le condizioni termoigrometriche adatte per la prima modalità di funzionamento possono prevedere una temperatura compresa tra circa 30-35 °C e un’umidità compresa tra circa 60% e 90%. By way of non-limiting example, the thermohygrometric conditions suitable for the first mode of operation can provide a temperature between about 30-35 ° C and a humidity between about 60% and 90%.
Quando l’umidità rilevata dal sensore di umidità 33 è ad un valore superiore al 90%, l’unità di controllo e comando 34 può decidere di non attivare l’apparato 10, in quanto in tali condizioni il liquido di raffreddamento nebulizzato sulla superficie 24 non riuscirebbe ad evaporare, e quindi non si avrebbe alcun beneficio. When the humidity detected by the humidity sensor 33 is at a value higher than 90%, the control and command unit 34 can decide not to activate the apparatus 10, since in such conditions the coolant atomized on the surface 24 it would not be able to evaporate, and therefore there would be no benefit.
Secondo forme di realizzazione, la seconda modalità di funzionamento può essere applicata quando le condizioni ambientali, ovvero temperatura e umidità dell’aria ambiente sono al di sotto dei valori previsti per l’attivazione della prima modalità. According to embodiments, the second mode of operation can be applied when the environmental conditions, ie temperature and humidity of the ambient air, are below the values expected for the activation of the first mode.
A titolo esemplificativo e non limitativo, le condizioni termoigrometriche adatte per la seconda modalità di funzionamento possono prevedere una temperatura compresa tra circa 25-30 °C e un’umidità compresa tra circa 40% e 70%. By way of non-limiting example, the thermohygrometric conditions suitable for the second mode of operation can provide a temperature between about 25-30 ° C and a humidity between about 40% and 70%.
Secondo forme di realizzazione, quando l’unità di controllo e comando 34 rileva tali condizioni termo-igrometriche può azionare la valvola di parzializzazione 27 in modo tale da permettere l’erogazione del liquido di raffreddamento solo attraverso gli ugelli nebulizzatori 19 cooperanti con la zona dello scambiatore di calore 11 nel quale il fluido termovettore è allo stato liquido. According to embodiments, when the control and command unit 34 detects these thermo-hygrometric conditions, it can actuate the throttling valve 27 in such a way as to allow the delivery of the coolant only through the atomizing nozzles 19 cooperating with the area of the heat exchanger 11 in which the heat transfer fluid is in the liquid state.
L’aria entrante nello scambiatore di calore 11, e raffreddata dall’azione degli ugelli nebulizzatori 19 in corrispondenza dell’area interessata dal fluido termovettore allo stato liquido determina un sotto-raffreddamento del fluido termovettore. Di conseguenza si ottiene un aumento dell’effetto entalpico del fluido termovettore, che si traduce in un aumento della capacità frigorifera, mantenendo inalterata la potenza assorbita richiesta. The air entering the heat exchanger 11, and cooled by the action of the nebulizing nozzles 19 in correspondence with the area affected by the liquid heat carrier fluid causes an under-cooling of the heat carrier fluid. Consequently, an increase in the enthalpy effect of the heat transfer fluid is obtained, which results in an increase in the cooling capacity, while maintaining the required absorbed power unchanged.
A titolo esemplificativo, il fluido termovettore liquido sotto-raffreddato può avere una temperatura compresa tra 20 e 22 °C. Ad esempio, con una temperatura ambiente di circa 25 °C ed una umidità relativa del 40%, l’apparato 10 è in grado di abbassare la temperatura dellaria aspirata dallo scambiatore di calore 11 nella porzione in cui si trova il fluido termovettore allo stato liquido a circa 16,2°. By way of example, the sub-cooled liquid heat transfer fluid can have a temperature between 20 and 22 ° C. For example, with an ambient temperature of about 25 ° C and a relative humidity of 40%, the apparatus 10 is able to lower the temperature of the air sucked in by the heat exchanger 11 in the portion where the liquid heat carrier fluid is located. about 16.2 °.
Secondo forme di realizzazione, nella seconda modalità di funzionamento, l’unità di controllo e comando 34 può regolare la portata della pompa 25 in funzione della temperatura richiesta per il liquido sottoraffreddato in corrispondenza del condotto di uscita 14. According to embodiments, in the second mode of operation, the control and command unit 34 can adjust the flow rate of the pump 25 as a function of the temperature required for the subcooled liquid at the outlet duct 14.
La fig. 5 è utilizzata per descrivere un’ulteriore forma di realizzazione di un apparato di raffreddamento 10, applicato nel caso di esempio a due scambiatori di calore 11. Fig. 5 is used to describe a further embodiment of a cooling apparatus 10, applied in the example case to two heat exchangers 11.
In tal caso, possono essere previsti due o più collettori 21, ciascuno associato ad un rispettivo gruppo di ugelli nebulizzatori 19 disposti in modo ordinato a matrice, e posizionati ad una voluta distanza da una superfìcie 24 di scambio termico di un rispettivo scambiatore di calore 11. In this case, two or more manifolds 21 can be provided, each associated with a respective group of atomising nozzles 19 arranged in an orderly matrix manner, and positioned at a desired distance from a heat exchange surface 24 of a respective heat exchanger 11 .
Secondo forme di realizzazione, ciascun collettore 21 può essere selettivamente collegabile al circuito idraulico 17 mediante rispettive valvole di intercettazione 42 attivabili in modo indipendente una dall’ altra. According to embodiments, each manifold 21 can be selectively connectable to the hydraulic circuit 17 by means of respective shut-off valves 42 which can be activated independently from each other.
Secondo forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 34 può regolare il funzionamento di ciascun gruppo di ugelli nebulizzatori 19 in modo correlato agli altri gruppi di ugelli nebulizzatori 19. According to embodiments, the control and command unit 34 can adjust the operation of each group of nebulizing nozzles 19 in a manner related to the other groups of nebulizing nozzles 19.
Secondo possibili varianti di realizzazione, può essere previsto che per ciascun gruppo di ugelli nebulizzatori 19 e per ciascuno scambiatore di calore 1 1 siano previsti rispettivi dispositivi di rilevazione della temperatura 28 e delle condizioni ambientali 31. According to possible embodiments, it can be provided that for each group of atomising nozzles 19 and for each heat exchanger 11 there are provided respective devices for detecting the temperature 28 and the environmental conditions 31.
In tal modo è possibile ottimizzare il funzionamento di due o più scambiatori di calore 11 anche disposti in posizioni differenti, ad esempio rivolti uno a nord, o uno a sud, o in zone più o meno in battuta di sole o in ombra, e quindi sottoposti a condizioni ambientali differenti. In this way it is possible to optimize the operation of two or more heat exchangers 11 also arranged in different positions, for example facing one to the north, or one to the south, or in areas more or less sunny or in the shade, and therefore subjected to different environmental conditions.
Secondo tali forme di realizzazione, può anche essere previsto che ciascun gruppo di ugelli nebulizzatori 19 sia alimentato mediante una propria pompa 25, selettivamente azionabile dall’unità di controllo e comando 34. According to these embodiments, it can also be provided that each group of nebulizing nozzles 19 is fed by its own pump 25, which can be selectively operated by the control and command unit 34.
È chiaro che all’apparato 10 e al metodo di raffreddamento di uno scambiatore di calore e allo scambiatore di calore 11 fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti o fasi, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato come definito dalle rivendicazioni. It is clear that modifications and / or additions of parts or phases may be made to the apparatus 10 and to the cooling method of a heat exchanger and to the heat exchanger 11 described up to now, without thereby departing from the scope of the present invention as defined by the claims.
I materiali impiegati, purché compatibili con l’uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere variati a seconda delle esigenze. The materials used, as long as they are compatible with the specific use, as well as the contingent shapes and sizes, may be varied according to needs.
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 di uno scambiatore di calore, e rispettivo scambiatore di calore 11, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito. It is also clear that, although the present invention has been described with reference to some specific examples, a person skilled in the art will certainly be able to realize many other equivalent forms of apparatus 10 and method of cooling a heat exchanger, and respective heat exchanger. heat 11, having the characteristics expressed in the claims and therefore all falling within the scope of protection defined by them.
Claims (10)
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Also Published As
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