IT202000004204A1 - Scambiatore di calore per caldaie e caldaia comprendente detto scambiatore di calore - Google Patents

Scambiatore di calore per caldaie e caldaia comprendente detto scambiatore di calore Download PDF

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IT202000004204A1
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Giorgio Cestaro
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Cestaro Fond Spa
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Description

SCAMBIATORE DI CALORE PER CALDAIE E CALDAIA COMPRENDENTE DETTO SCAMBIATORE DI CALORE.
DESCRIZIONE
L?invenzione concerne uno scambiatore di calore perfezionato per caldaie, preferibilmente per caldaie a condensazione.
L?invenzione, riguarda altres? una caldaia, preferibilmente del tipo a condensazione, provvista del suddetto scambiatore di calore.
Com'? noto, gli scambiatori di calore per caldaie a condensazione presentano requisiti di compattezza e di efficienza particolarmente stringenti.
Per raggiungere tali requisiti, uno scambiatore di calore di tipo noto comprende generalmente una camicia tubolare che delimita internamente un primo condotto per il deflusso di un primo fluido di scambio termico, solitamente un gas caldo prodotto da un bruciatore. Lo scambiatore comprende altres? un secondo condotto per il passaggio di un secondo flusso di scambio termico, solitamente acqua. Tale secondo condotto ? generalmente a contatto termico almeno con una parete esterna della camicia tubolare ed ? genericamente provvisto di uno sviluppo elicoidale.
? inoltre presente una pluralit? di pioli, generalmente a sezione circolare, o di alette a sviluppo longitudinale, aggettanti dalla superficie interna della camicia tubolare verso l'interno del primo condotto.
In particolare, i pioli, secondo l?arte nota, sono organizzati secondo file sfalsate tra loro che si protendono da due facce opposte della camicia tubolare verso l'interno del primo condotto.
A ciascun piolo che si sviluppa da una faccia della camicia tubolare corrisponde un piolo sull?altra faccia, i due pioli presentando le rispettive estremit? affacciate in corrispondenza della zona centrale del primo condotto.
I suddetti pioli impongono al gas caldo un percorso tortuoso e catturano il calore del gas caldo per trasferirlo, per conduzione, alle pareti del secondo condotto e, quindi, all'acqua che fluisce all?interno di quest?ultimo.
Gli scambiatori del tipo suddetto sono generalmente ottenuti per fusione in sabbia di un metallo, preferibilmente alluminio o altro metallo con una conducibilit? e/o un peso analoghi.
Tuttavia, il fatto che la fiamma e il gas caldo presentino una traiettoria tortuosa lungo il primo condotto, dovuta alla suddetta configurazione dei pioli, determina l?inconveniente che parte della fiamma e del gas caldo tende a defluire verso le estremit? libere degli stessi pioli, scambiando una ridotta quantit? di calore con essi e di conseguenza con le pareti della camicia tubolare.
Pi? precisamente, poich? le estremit? libere dei pioli si trovano nella zona centrale del primo condotto, che ? quella pi? lontana dal secondo condotto, il fatto che il gas defluisca maggiormente nella suddetta zona centrale limita l'efficienza di scambio termico dello scambiatore.
Inoltre, tale percorso turbolento della fiamma e del gas caldo, determina, nella suddetta zona in prossimit? del bruciatore, un?elevata concentrazione di monossido di carbonio, dovuta ad una non corretta reazione di combustione, a sua volta dovuta, a difetto di ossigeno.
La presente invenzione si prefigge di realizzare uno scambiatore di calore che presenti efficienza superiore rispetto a quella degli scambiatori di tipo noto sopra descritti.
In particolare, ? scopo dell?invenzione realizzare uno scambiatore di calore, che consenta di ottenere un maggior bilanciamento termico nella zona di scambio termico.
Ulteriormente, ? scopo dell?invenzione, realizzare uno scambiatore di calore che permetta, nella porzione adiacente al bruciatore, un minor accumulo di monossido di carbonio dovuto ad una maggiore efficienza della reazione di combustione.
Questi scopi vengono raggiunti da uno scambiatore di calore secondo la rivendicazione principale.
Altre caratteristiche di dettaglio dello scambiatore dell'invenzione vengono date nelle relative rivendicazioni dipendenti.
In particolare, l'invenzione, secondo tali caratteristiche di dettaglio, consente, vantaggiosamente, di distribuire in modo uniforme e controllato l?energia termica lungo la direzione di avanzamento del gas caldo ed inoltre, ancora vantaggiosamente consente di definire un percorso pi? lineare del gas caldo lungo tale direzione, mantenendo comunque elevata l?efficienza dello scambiatore termico. Tali scopi sono, altres?, raggiunti da una caldaia, preferibilmente di tipo a condensazione, le cui caratteristiche vengono riportate nella rivendicazione 10.
I suddetti scopi ed i vantaggi che saranno specificati in seguito verranno compresi durante la descrizione di una preferita forma esecutiva dell'invenzione, data a titolo indicativo ma non limitativo con riferimento alle seguenti tavole di disegno allegate, dove:
- la fig. 1 rappresenta lo scambiatore di calore dell?invenzione in vista assonometrica;
- la fig. 2 rappresenta lo scambiatore di calore di fig. 1, con la rappresentazione schematica del secondo condotto di flusso dell?acqua;
- la fig. 3 rappresenta lo scambiatore di calore di fig. 1, parzialmente sezionato e in vista spaccata per consentire la visione della parte superiore del primo condotto di flusso del gas caldo;
- la fig. 4 rappresenta in vista spaccata lo scambiatore di calore di fig.
1, visto in sezione secondo il piano di traccia IV-IV;
- la fig.4a rappresenta un dettaglio di fig. 4;
- la fig. 5 rappresenta in vista spaccata lo scambiatore di calore di fig.
1, visto in sezione secondo il piano di traccia IV-IV;
- la fig. 5a rappresenta un dettaglio di fig. 5;
- le figg. da 6a a 6c rappresentano una sequenza di avanzamento della fiamma e dei gas caldi attraverso il primo condotto dello scambiatore di calore;
- la fig. 7 rappresenta in vista spaccata lo scambiatore di calore di fig.
1, visto in sezione secondo il piano di traccia VII-VII;
- la fig. 7a rappresenta un dettaglio di fig. 7;
- la fig. 8 rappresenta in vista spaccata lo scambiatore di calore di fig.
1, visto in sezione secondo il piano di traccia VIII-VIII;
- la fig. 8a rappresenta un dettaglio di fig. 8;
- la fig. 9 rappresenta la caldaia dell?invenzione in vista assonometrica.
Lo scambiatore di calore dell'invenzione viene rappresentato in fig. 1, dove viene indicato complessivamente con il riferimento 1.
Lo scambiatore 1 comprende una struttura monolitica 2 in cui si individua una camicia tubolare 3 che delimita internamente un primo condotto 4, sviluppato tra una sezione di ingresso 4a ed una sezione di uscita 4b che definiscono una direzione di deflusso F di un primo fluido G di scambio termico lungo il primo condotto 4.
Preferibilmente ma non necessariamente, il primo fluido G ? un gas caldo prodotto da un bruciatore disposto in corrispondenza della sezione di ingresso 4a del primo condotto 4, di per s? noto.
La sezione del primo condotto 4 presenta preferibilmente un?area decrescente dalla sezione d?ingresso 4a verso quella di uscita 4b, cos? che il gas defluisca lungo il primo condotto 4 con velocit? pressoch? costante, nonostante il suo aumento di densit? causato dal progressivo raffreddamento lungo il tragitto.
Lo scambiatore 1 comprende altres? un secondo condotto 5, visibile in fig. 2, per il passaggio di un secondo fluido di scambio termico che, preferibilmente, ? acqua.
Preferibilmente ma non necessariamente, il secondo condotto 5 ? definito attorno a tutte le pareti esterne 3a, 3b, 3c e 3d della suddetta camicia tubolare 3, in contatto termico con esse. Non ? escluso, tuttavia, che tale secondo condotto 5, secondo differenti forme esecutive dell?invenzione, possa essere definito esternamente ad una sola parete esterna della camicia tubolare 3 o perlomeno ad un numero di pareti esterne di tale camicia tubolare 3 inferiore al numero totale di tali pareti esterne, purch? sempre in contatto termico con esse.
Il secondo condotto 5 si sviluppa anch?esso tra una bocca di ingresso 5a ed una bocca di uscita 5b.
La sezione del secondo condotto 5 pu? essere costante oppure variabile, in modo da ottenere un prefissato andamento della velocit? del secondo fluido lungo il secondo condotto 5 in relazione all?efficacia dello scambio termico che si vuole ottenere in ciascuna zona del secondo condotto 5.
Come si osserva pi? in dettaglio nel parziale spaccato di fig. 3, lo scambiatore di calore 1 comprende una pluralit? di elementi di scambio termico 6 aggettanti dalla camicia tubolare 3 verso l'interno del primo condotto 4.
Secondo l'invenzione, ? previsto che in corrispondenza di una prima porzione 4c del primo condotto 4 adiacente alla sezione di ingresso 4a, la pluralit? di tali elementi di scambio termico 6 comprenda una prima pluralit? di pioli 7, ciascuno dei quali ? definito sulla camicia tubolare 3 allineato ai pioli 7 ad esso adiacenti secondo assi X<1>, X<2>?X<n-1>, X<n >paralleli alla direzione di deflusso F e secondo assi Y<1>, Y<2>?Y<n-1>, Y<n >ortogonali alla stessa direzione di deflusso F, come visibile in fig. 4 e nel dettaglio di fig. 4a.
In sostanza, tale configurazione dello scambiatore di calore 1 dell?invenzione, consente di creare percorsi sostanzialmente rettilinei per la fiamma e il gas caldo tra linee di pioli 7 adiacenti e parallele tra loro e alla direzione del flusso F.
Ancora pi? in dettaglio, prendendo in considerazione la sequenza di figure da 6a a 6c, quando la fiamma e il gas caldo G entrano in contatto con una prima coppia di pioli 7 tra loro adiacenti, trasferiscono a quest?ultimi parte del proprio calore, e successivamente proseguono il loro avanzamento attraverso lo spazio vuoto 13 definito tra tale coppia di pioli 7. Passando attraverso tale spazio vuoto 13, la fiamma e/o il gas caldo subiscono un?accelerazione per effetto Venturi e quindi una spinta verso la coppia di pioli 7 successiva. Una volta oltrepassato tale spazio vuoto 13, la fiamma e/o il gas caldo G rallentano, allargano la propria traiettoria fino a colpire tale successiva coppia di pioli 7, ai quali trasferiscono in parte il proprio calore. Vantaggiosamente, come gi? accennato, l?accelerazione che subiscono la fiamma e il gas caldo attraversando lo spazio vuoto 13 tra le coppie di pioli 7 consente un loro continuo e costante avanzamento lungo la direzione di flusso F. In altri termini, la fiamma e il gas caldo non tendono a scavalcare i pioli 7 in corrispondenza delle estremit? libere di quest?ultimi, come avviene svantaggiosamente per le configurazioni degli scambiatori di calore dell?arte nota.
La sequenza di eventi appena descritta si ripete fino al termine della suddetta prima porzione 4c del primo condotto 4, successivamente alla quale si trova la porzione 4e a pi? elevata temperatura dello scambiatore di calore 1 e laddove, come visibile in fig. 4a, ? definita una pluralit? di alette 12 a sviluppo longitudinale, disposte parallelamente tra loro e alla suddetta direzione di flusso F.
Vantaggiosamente, quindi, tale configurazione della prima porzione 4c garantisce un convogliamento del gas caldo e della fiamma attraverso i pioli 7 e una trasmissione del calore pi? uniforme e pi? efficace rispetto agli scambiatori di calore dell?arte nota.
Inoltre, tale configurazione permette una minore produzione di monossido di carbonio, in quanto il gas caldo percorre un percorso pi? rettilineo e meno tortuoso, incontrando quindi minor ostacoli al suo passaggio, che favorisce un maggiore afflusso di ossigeno e quindi una combustione pi? corretta, raggiungendo pertanto gli scopi dell?invenzione.
Secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, come si osserva in fig. 3, i pioli 7 della prima porzione 4c presentano una forma tronco-conica.
Tale ultima caratteristica permette di definire il suddetto spazio vuoto 13 tra ciascuna coppia di pioli 7 adiacenti di forma triangolare rovesciata, come si pu? notare in fig. 8 e nel dettaglio di fig. 8a.
In particolare, ciascuna coppia di pioli 7 adiacenti presenta le proprie basi direttamente a contatto tra loro.
Vantaggiosamente, la suddetta configurazione consente di ottenere una ridistribuzione del calore in modo omogeneo lungo l?intera lunghezza dei pioli e allo stesso tempo favoriscono il suddetto effetto Venturi, in particolare in prossimit? delle basi dei pioli 7, che a sua volta contribuisce all?avanzamento della fiamma e del gas caldo nella direzione del flusso F.
Ancora preferibilmente, in corrispondenza della suddetta prima porzione 4c, tra ciascuna coppia di piolo 7 allineati secondo un asse X<1>, X<2>?X<n-1>, X<n >parallelo alla direzione di flusso F, ? definita una nervatura di interconnessione 8, in modo da aumentare la superficie di contatto tra i vari pioli 7. Tale nervatura di interconnessione 8, in particolare, ? definita aggettante dalla camicia tubolare 3 verso l?interno del primo condotto 4 per un?altezza h1 inferiore alle altezze h2 degli stessi pioli 7.
Tale nervatura di interconnessione 8 ?, inoltre, definita tra ciascun ultimo piolo 7 delle suddette file parallele di pioli 7 appartenenti alla prima porzione 4c e una delle alette 12 della porzione 4e a pi? elevata temperatura, anche in questo caso in modo da aumentare la superficie di contatto tra tale ultimo piolo 7 e le alette 12.
In particolare, poich?, come detto in precedenza, in tale porzione 4c, le alette 12 assorbono una quantit? di energia termica molto elevata, che solitamente non viene completamente trasferita alla superficie sottostante della camicia tubolare 3 per lo scambio termico con l?acqua che fluisce attraverso il secondo condotto 5, la presenza della suddetta nervatura di interconnessione 8 consente di ridistribuire tale energia termica in eccesso in direzione contraria alla suddetta direzione del flusso F, ovvero nella direzione dei pioli 7, presenti nella prima porzione 4c.
Si evita, quindi, che si instauri una elevata differenza termica tra il primo condotto 4, in cui ? presente il gas caldo, e il secondo condotto 5, in cui scorre l?acqua, in corrispondenza delle suddette alette 12. Di conseguenza, si scongiura che in corrispondenza di tale porzione 4e a pi? elevata temperatura si verifichi uno scorrimento delle fibre del materiale con cui ? realizzato lo scambiatore di calore 1 dalla parte del primo condotto 4 per effetto dell?elevato calore, mentre dalla parte del secondo condotto 5 il materiale resti stabile.
Infatti, ? noto che tale elevata differenza termica con il conseguente scorrimento delle fibre provocherebbe il manifestarsi di difetti strutturali, noti in gergo tecnico come ?cricche?, nella struttura dello scambiatore di calore.
Sempre secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, in corrispondenza di tale prima porzione 4c, i pioli 7 presentano altezze h2 tra loro differenti e crescenti verso la direzione del flusso F, in modo da definire nella stessa prima porzione 4c una cavit? vuota 14 atta a fungere da camera di combustione, come chiaramente rappresentato in fig. 7 e nel dettaglio di fig. 7a.
Preferibilmente, la suddetta cavit? vuota 14 presenta un profilo triangolare, con la sezione che ? massima in corrispondenza della sezione di ingresso 4a del primo condotto 4 e decresce progressivamente fino ad annullarsi in corrispondenza del termine di tale prima porzione 4c e l?inizio di tali alette 12.
Secondo la preferita forma esecutiva dello scambiatore di calore 1 dell?invenzione, nel suddetto primo condotto 4, in corrispondenza di una seconda porzione 4d adiacente alla sezione di uscita 4b, la suddetta pluralit? di elementi di scambio termico 6 comprende una seconda pluralit? di pioli 10, laddove il rapporto dimensionale tra lo spazio vuoto 11 tra due pioli 10 affiancati, rispetto a tutte le direzioni, e il diametro di ciascuno di tali pioli 10 sia compreso tra 0,3 e 0,5, preferibilmente tra 0,35 e 0,45, ancora pi? preferibilmente detto rapporto ? nell?interno di 0,38.
Ancora preferibilmente, tale seconda pluralit? di pioli 10 ? distribuita secondo file sfalsate tra loro, in modo che in corrispondenza della suddetta seconda porzione 4d, il gas caldo sia costretto a percorrere un percorso turbolento e sia costretto a sbattere contro le superfici dei vari pioli 10, in modo da favorire la sua condensazione.
Tale rapporto, assieme alla disposizione sfalsate dei pioli 10, consente, vantaggiosamente, di favorire la suddetta condensazione, e allo stesso tempo di ridurre, se non evitare, l?accumulo, nel tempo, di pulviscolo o detriti in generale, dovuti alla stessa condensazione.
Secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, ciascun piolo 10 di tale seconda pluralit? di pioli 10, presenta un diametro compreso tra 4 e 5 mm, preferibilmente un diametro di 4,5 mm, e lo spazio vuoto 11 tra ciascuna coppia di pioli 10 adiacenti presenta una larghezza compresa tra 1,5 e 2 mm, preferibilmente una larghezza pari a 1,7 mm.
Non ? escluso, tuttavia, che secondo differenti forme esecutive dell?invenzione, tali dimensioni assolute siano differenti, purch? sia mantenuto il rapporto dimensionale, tra gli spazi vuoti 11 e il diametro dei pioli 10, sopra indicato.
Per inciso, ? importante evidenziare che la configurazione della suddetta seconda porzione 4d, potrebbe essere di per s? oggetto di rivendicazione senza la necessit? che lo scambiatore di calore 1 presenti nella prima porzione 4c la configurazione di allineamento dei pioli 7 descritta sopra. Infatti, tale configurazione della seconda porzione 4d consente da sola di favorire la condensazione, e allo stesso tempo di ridurre, se non evitare, l?accumulo, nel tempo, di pulviscolo o detriti in generale, dovuti alla stessa condensazione.
Per quanto concerne il secondo condotto 5, preferibilmente e come si pu? apprezzare in fig. 2, esso presenta andamento elicoidale, in modo che il secondo fluido incontri la minima resistenza di deflusso e, al contempo, lambisca tutti i lati della camicia tubolare 3.
Una variante esecutiva dello scambiatore di calore 1 dell?invenzione, potrebbe tuttavia prevedere che tale secondo condotto 5 presenti un andamento a serpentina.
? evidente che, in ulteriori varianti esecutive dell'invenzione non rappresentate, il secondo condotto 5 pu? presentare un qualsivoglia andamento diverso dai due sopra descritti, purch? tale da consentire lo scambio termico tra il secondo fluido e la camicia tubolare 3.
Preferibilmente, la camicia tubolare 3 e gli elementi di scambio termico 6 sono realizzati come un corpo monoblocco 2, ad esempio mediante fusione in sabbia.
In questo modo, vantaggiosamente, lo scambiatore di calore 1 viene ottenuto con un?unica fusione, semplificando il processo produttivo e, quindi, il costo dello scambiatore di calore 1 rispetto agli scambiatori di tipo noto per impiego analogo.
Preferibilmente, la fusione viene realizzata in alluminio sebbene, in varianti esecutive dell?invenzione, possa venire impiegato qualsiasi altro materiale termoconduttore, in particolare metalli aventi caratteristiche termiche e meccaniche analoghe a quelle dell?alluminio.
Operativamente, lo scambiatore di calore 1 sopra descritto viene associato ad un bruciatore 101 disposto in corrispondenza della sezione di ingresso 4a del primo condotto 4.
La fiamma prodotta dal bruciatore si sviluppa in corrispondenza della cavit? vuota 14 definito in corrispondenza della prima porzione 4c del primo condotto 4.
Il gas caldo percorre il primo condotto 4 verso la sezione di uscita 4b, lambendo gli elementi di scambio termico 6, ai quali cede una parte del suo calore.
Il calore cos? recuperato viene trasmesso per convenzione alla camicia tubolare 3 e, quindi, al secondo fluido che scorre nel secondo condotto 5 e che, come anticipato, ? preferibilmente acqua.
Man mano che il gas caldo procede verso la sezione di uscita 4b del primo condotto 4, la sua temperatura diminuisce fino a quando, in prossimit? della sezione di uscita 4b, cedendo ulteriormente calore al secondo fluido, prima di abbandonare definitivamente il primo condotto 3.
Come detto in precedenza fa parte dell?invenzione anche la caldaia 100, preferibilmente di tipo a condensazione, comprendente un bruciatore 101 e uno scambiatore di calore 1 dell?invenzione, come schematizzato in fig. 9.
In base a quanto detto quindi lo scambiatore di calore dell?invenzione e la caldaia comprendente tale scambiatore di calore raggiungono tutti gli scopi prefissati.
Pi? precisamente, ? raggiunto lo scopo di realizzare uno scambiatore di calore che presenti efficienza superiore rispetto a quella degli scambiatori di calore di tipo noto sopra descritti.
Ancora pi? in dettaglio, ? raggiunto lo scopo di realizzare uno scambiatore di calore, che consenta di ottenere un maggior bilanciamento termico nella zona di scambio termico.
E? altres? raggiunto lo scopo di realizzare uno scambiatore termico che permetta, nella porzione adiacente al bruciatore, un minor accumulo di ossido di carbonio.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Scambiatore di calore (1), particolarmente adatto all?impiego in caldaie a condensazione, comprendente una struttura monolitica (2) in cui si individua: - una camicia tubolare (3) che delimita internamente un primo condotto (4) sviluppato tra una sezione di ingresso (4a) ed una sezione di uscita (4b) che individuano una direzione di deflusso (F) per un primo fluido (G) di scambio termico; - un secondo condotto (5) disposto in contatto termico con almeno una parete esterna (3a) di detta camicia tubolare (3) e sviluppato tra una bocca di ingresso (5a) ed una bocca di uscita (5b) per il passaggio di un secondo fluido di scambio termico; - una pluralit? di elementi di scambio termico (6), aggettanti da detta camicia tubolare (3) verso l?interno di detto primo condotto (4); caratterizzato dal fatto che almeno per una prima porzione (4c) di detto primo condotto (4) adiacente a detta sezione di ingresso (4a), detta pluralit? di elementi di scambio termico (6) comprende una prima pluralit? di pioli (7), ciascuno di detti pioli (7) essendo definito su detta camicia tubolare (3) allineato ai pioli (7) ad esso adiacenti secondo assi paralleli (X<1>, X<2>?X<n-1>, X<n>) a detta direzione di deflusso (F) e secondo assi ortogonali (Y<1>, Y<2>?Y<n-1>, Y<n>) a detta direzione di deflusso (F).
  2. 2) Scambiatore di calore (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti pioli (7) di detta prima porzione (4c) presentano una forma tronco-conica.
  3. 3) Scambiatore di calore (1), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, tra ciascuna coppia di detti pioli (7) allineata secondo un asse parallelo (X<1>, X<2>?X<n-1>, X<n>) a detta direzione di flusso (F) ? definita una nervatura di interconnessione (8) di detta coppia di detti pioli (7), detta nervatura di interconnessione (8) essendo aggettante da detta camicia tubolare (3) verso l?interno di detto primo condotto (4) per un?altezza (h1) inferiore alle altezze (h2) di detti pioli (7).
  4. 4) Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, in corrispondenza di detta prima porzione (4c) di detto primo condotto (4), detti pioli (7) presentano altezze (h2) tra loro differenti per definire in detta porzione di ingresso (4a) una cavit? vuota (14) atta a fungere da camera di combustione.
  5. 5) Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno per una seconda porzione (4d) di detto primo condotto (4) adiacente a detta sezione di uscita (4b), detta pluralit? di elementi di scambio termico (6) comprende una seconda pluralit? di pioli (10), laddove il rapporto dimensionale tra lo spazio vuoto (11) tra due pioli (10) adiacenti e il diametro di ciascun piolo (10) ? compreso tra 0,3 e 0,5, preferibilmente tra 0,35 e 0,45, ancora pi? preferibilmente detto rapporto ? nell?interno di 0,38.
  6. 6) Scambiatore di calore (1) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta seconda pluralit? di pioli (10) ? distribuita secondo file sfalsate tra loro.
  7. 7) Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 o 6, caratterizzato dal fatto che ciascun piolo (10) di detta seconda pluralit? di pioli (10) presenta un diametro compreso tra 4 e 5 mm, preferibilmente un diametro di 4,5 mm, e lo spazio vuoto (11) tra ciascuna coppia di pioli (11) adiacenti presenta una larghezza compresa tra 1,5 e 2 mm, preferibilmente della larghezza ? pari a 1,7 mm.
  8. 8) Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo condotto (5) presenta un andamento a serpentina.
  9. 9) Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che detto secondo condotto (5) presenta un andamento elicoidale.
  10. 10) Caldaia (100), preferibilmente di tipo a condensazione, comprendente: - un bruciatore (101); - uno scambiatore di calore (1); caratterizzata dal fatto che detto scambiatore di calore (1) ? del tipo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2381306A (en) * 2001-08-09 2003-04-30 Gruppo Imar S P A Heat exchanger plates
DE102005010501A1 (de) * 2005-03-08 2006-09-14 Schott Ag Wärmetauscher für ein Heißwassergerät
EP2278234A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-26 Stefano Zanforlin Heat exchanger particularly suitable for condensation boilers
WO2015024712A1 (en) * 2013-08-20 2015-02-26 Bekaert Combustion Technology B.V. Sectional heat exchanger for use in a heat cell
EP2863160A1 (en) * 2013-10-18 2015-04-22 Dejatech Holding B.V. Heat exchanger, set and method for forming the same
EP3168548A1 (de) * 2015-11-10 2017-05-17 Robert Bosch Gmbh Heizgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer heizgerätevorrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2381306A (en) * 2001-08-09 2003-04-30 Gruppo Imar S P A Heat exchanger plates
DE102005010501A1 (de) * 2005-03-08 2006-09-14 Schott Ag Wärmetauscher für ein Heißwassergerät
EP2278234A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-26 Stefano Zanforlin Heat exchanger particularly suitable for condensation boilers
WO2015024712A1 (en) * 2013-08-20 2015-02-26 Bekaert Combustion Technology B.V. Sectional heat exchanger for use in a heat cell
EP2863160A1 (en) * 2013-10-18 2015-04-22 Dejatech Holding B.V. Heat exchanger, set and method for forming the same
EP3168548A1 (de) * 2015-11-10 2017-05-17 Robert Bosch Gmbh Heizgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer heizgerätevorrichtung

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