IT202000005335A1 - Modulo di raffreddamento gratuito per sistema di gestione della temperatura - Google Patents

Modulo di raffreddamento gratuito per sistema di gestione della temperatura Download PDF

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IT202000005335A1
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fluid
unit
heat exchanger
temperature
state
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IT102020000005335A
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Paolo Perotti
Alessandro Polce
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Stulz S P A
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Description

MODULO DI RAFFREDDAMENTO GRATUITO PER SISTEMA DI GESTIONE
DELLA TEMPERATURA
DESCRIZIONE
CAMPO TECNICO
La presente invenzione si riferisce al settore della gestione della temperatura di un carico termico. In particolar modo, l?invenzione si riferisce a un'unit? di raffreddamento gratuito, o free cooler, un sistema di gestione della temperatura di un carico comprendente tale free cooler e un corrispondente metodo di controllo di tale sistema di gestione della temperatura.
STATO DELL'ARTE
Il controllo della temperatura di un carico termico, in particolare di un ambiente, ? un aspetto fondamentale per garantire una corretta operazione dei dispositivi in operazione in tale ambiente ? come un impianto industriale o un data center -o un adeguato comfort per le persone che utilizzano tale ambiente ? ad esempio un edificio di grandi dimensioni. Nel caso di data center, per esempio, variazioni di temperatura anche di pochi gradi possono compromettere il corretto funzionamento dei dispositivi di elaborazione e memorizzazione in operazione in tale ambiente.
Il tipico sistema di gestione della temperatura comprende un'unit? frigorifera, o chiller, il free cooler e un modulo di raffreddamento ad aria, o dry cooler, o, alternativamente, una torre evaporativa. Tipicamente, uno o pi? tra chiller, free cooler e dry cooler sono formati come un singolo gruppo fisico e, pi? in generale, ciascun modello di chiller, free cooler e dry cooler ? progettato per operare con uno specifico modello delle altre unit?.
Al fine di garantire una temperatura desiderata del carico termico, i sistemi di gestione noti sono configurati in modo da mantenere costante una tra la temperature di ingresso e la temperatura di uscita di uno o pi? fluidi di che sono usati per scambiare calore con il carico termico. Tipicamente, il chiller ? azionato per refrigerare un fluido che ? trasferito al carico di cui si vuole controllare la temperatura, mentre il dry cooler ha lo scopo di favorire il funzionamento del chiller trasferendo calore all'ambiente esterno. Il free cooler ? azionato in parallelo termico rispetto al chiller per coadiuvare la refrigerazione del fluido da trasferire al carico quando la temperatura esterna ? inferiore rispetto alla temperatura del fluido da raffreddare.
La Richiedente ha rilevato che i sistemi di gestione della temperatura noti sopra descritti non permettono di massimizzare l'efficienza energetica del sistema. In particolare, La richiedente ha osservato che i consumi energetici sistemi di gestione della temperatura noti sono dominati dalla potenza necessaria per il pompaggio dei fluidi attraverso il sistema.
SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE
? scopo della presente invenzione quello di superare gli inconvenienti dell?arte nota.
In particolare ? scopo della presente invenzione presentare un'unit? di raffreddamento gratuito, o unit? di free cooling, in grado di sfruttare efficacemente lo scambio di calore con l'ambiente esterno al fine di ridurre i consumi di un sistema di gestione della temperatura in cui ? inclusa tale unit?.
Un altro scopo della presente invenzione ? presentare un'unit? di free cooling, un sistema di gestione della temperatura e un metodo di controllo di tale sistema che permetta di massimizzare il contributo allo scambio di calore dato dall'unit? di free cooling.
Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un dispositivo incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.
Un aspetto della presente invenzione riguarda un'unit? di raffreddamento gratuito comprendente:
- uno scambiatore di calore configurato per consentire uno scambio termico tra un primo fluido e un secondo fluido;
- un primo gruppo di pompaggio configurato per pompare il primo fluido attraverso un primo circuito idraulico da una prima apertura di ingresso dell'unit? a una prima bocca di uscita dell'unit?;
- un secondo gruppo di pompaggio configurato per pompare il secondo fluido attraverso un secondo circuito idraulico da una seconda bocca di ingresso dell'unit? a una seconda bocca di uscita dell'unit?, e
- un modulo di controllo configurato per controllare il funzionamento dell'unit?.
Vantaggiosamente, l'unit? comprendere ulteriormente un gruppo deviatore disposto tra il primo gruppo di pompaggio e lo scambiatore di calore e configurato per commutare tra un primo stato in cui il primo fluido ? indirizzato attraverso lo scambiatore di calore prima di raggiungere la prima bocca di uscita e un secondo stato in cui il primo fluido ? indirizzato direttamente alla prima bocca di uscita.
Inoltre, il modulo di controllo ? configurato per commutare il gruppo deviatore nel primo stato quando una temperatura ambiente esterno ? inferiore a una temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? attraverso la seconda bocca di ingresso ridotta di un valore predeterminato e per commutare il gruppo di deviazione nel secondo stato quando la temperatura ambiente esterno ? maggiore o uguale alla temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? attraverso la seconda bocca di ingresso ridotta del valore predeterminato.
Preferibilmente, il valore predeterminato ? compreso tra 0? e 15? C, per esempio uguale a 5? C.
Grazie a tale soluzione ? possibile sfruttare appieno il trasferimento di calore ottenuto tramite lo scambiatore di calore dell'unit? di raffreddamento gratuito quando il primo fluido ha una temperatura adatta. Inoltre, la possibilit? di escludere completamente lo scambiatore di calore dal percorso del primo fluido permette di ridurre le perdite di carico sperimentate dalla pompa. Pertanto, ? possibile, contenere i consumi delle pompe che spingono il primo fluido all'interno dell'unit?.
In una forma di realizzazione, l'unit? comprende un ulteriore gruppo deviatore disposto tra il secondo gruppo di pompaggio e la seconda bocca di uscita in parallelo allo scambiatore di calore, detto l'ulteriore gruppo deviatore essendo configurato per commutare tra un primo stato in cui il secondo fluido fluisce attraverso lo scambiatore di calore prima di raggiungere la seconda bocca di uscita e un secondo stato in cui il secondo fluido ? indirizzato direttamente alla seconda bocca di uscita.
Inoltre, il modulo di controllo ?, preferibilmente, configurato per commutare l'ulteriore gruppo deviatore nel primo stato quando una temperatura ambiente esterno ? inferiore alla temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? attraverso la seconda bocca di ingresso ridotta del valore predeterminato e per commutare l'ulteriore gruppo di deviazione nel secondo stato quando la temperatura ambiente esterno ? maggiore o uguale alla temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? attraverso la seconda bocca di ingresso ridotta del valore predeterminato.
In questo modo, ? possibile escludere selettivamente lo scambiatore di calore anche dal circuito in cui fluisce il secondo fluido, con ci? ottenendo una riduzione dei consumi della corrispondente pompa in modo analogo a quanto sopra considerato.
In una forma di realizzazione, il gruppo deviatore comprende:
- una prima valvola idraulicamente connessa in serie a una mandata del primo gruppo di pompaggio e in parallelo a bocche di ingresso e uscita dello scambiatore di calore attraverso cui fluisce il primo fluido, e
- una seconda valvola idraulicamente connessa in serie a una mandata del primo gruppo di pompaggio e in serie alla bocca di ingresso dello scambiatore di calore attraverso cui fluisce il primo fluido.
Il gruppo deviatore cos? formato risulta di semplice e compatto da realizzare e permette, inoltre, di definire due percorsi per il primo fluido controllabili in modo indipendente l'uno dall'altro.
Vantaggiosamente, nel primo stato del gruppo deviatore la prima valvola ? chiusa, mentre la seconda valvola ? aperta. Diversamente, nel secondo stato del gruppo deviatore la prima valvola ? aperta, mentre la seconda valvola ? chiusa.
La presenza delle due valvole permette di cambiare lo stato operativo del gruppo deviatore in modo particolarmente semplice e affidabile.
In una forma di realizzazione, il primo gruppo di pompaggio comprende una prima pompa e una seconda pompa idraulicamente collegate in parallelo tra loro.
Vantaggiosamente, quando almeno una tra la prima pompa e la seconda pompa subisce un malfunzionamento, il modulo di controllo ? configurato per commutare il gruppo deviatore in uno stato intermedio tra il primo stato e il secondo stato. Preferibilmente, in detto stato intermedio sia la prima valvola sia la seconda valvola sono almeno parzialmente aperte in modo da garantire sufficiente flusso del primo fluido nel primo circuito idraulico, allo stesso tempo, imponendo la minima limitazione possibile allo scambio di calore eseguito dall'unit? di raffreddamento gratuito.
Grazie a questa soluzione l'unit? risulta pi? robusta rispetto a guasti del primo gruppo di pompaggio. In aggiunta, regolando l'apertura delle valvole ? possibile controllare le perdite di carico sperimentate dall'apparato di pompaggio. Di conseguenza, ? possibile garantire il corretto funzionamento dell'unit? anche in caso di malfunzionamenti e, allo stesso tempo, ? possibile sfruttare lo scambio di calore di tipo libero entro i limiti consentiti dal malfunzionamento del primo gruppo di pompaggio.
Un differente aspetto della presente invenzione propone un sistema per la gestione della temperatura di un carico, comprendente un'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno, un'unit? frigorifera e un'unit? di raffreddamento gratuito secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione sopra presentate.
Vantaggiosamente, l'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno, l'unit? frigorifera e l'unit? di raffreddamento gratuito sono collegate idraulicamente tra loro per definire un primo circuito idraulico in cui fluisce il primo fluido. Preferibilmente, il primo circuito idraulico comprendendo il primo gruppo di pompaggio, il primo gruppo deviatore e lo scambiatore di calore dell'unit? di raffreddamento gratuito, un condensatore dell'unit? frigorifera e uno scambiatore di calore dell'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno. Inoltre, l'unit? frigorifera e l'unit? di raffreddamento gratuito sono collegate idraulicamente tra loro per definire un secondo circuito idraulico in cui fluisce il secondo fluido. Preferibilmente, il secondo circuito idraulico comprendendo il secondo gruppo di pompaggio, e lo scambiatore di calore dell'unit? di raffreddamento gratuito, e un evaporatore dell'unit? frigorifera e, inoltre, uno scambiatore di calore associato al carico.
Tale sistema permette di sfruttare in maniera ottimale una differenza tra la temperatura dell'ambiente esterno e la temperatura del secondo fluido utilizzato per il raffrescamento del carico del sistema. Questo permette quindi di ridurre il contributo al raffrescamento necessario da parte dell'unit? frigorifera, o chiller del sistema, con una conseguente riduzione dei consumi del sistema e dei costi di esercizio.
In una forma di realizzazione, l'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno e l'unit? frigorifera comprendono un rispettivo modulo di controllo. Vantaggiosamente, il modulo di controllo dell'unit? di raffreddamento gratuito ? accoppiato con i moduli di controllo dell'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno e dell'unit? frigorifera ed ? configurata per ricevere dati di funzionamento dalle stesse e fornire istruzioni di funzionamento alle stesse.
Grazie a tale soluzione, l'unit? di raffreddamento gratuito pu? essere combinata a unit? frigorifere e unit? di scambio termico con l'ambiente esterno aventi caratteristiche differenti per costituire un sistema per la gestione della temperatura di un carico in modo efficiente.
In una forma di realizzazione, l'unit? di raffreddamento gratuito comprende un modulo di comunicazione configurato per scambiare dati con i moduli di controllo dell'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno e dell'unit? frigorifera tramite una comunicazione cablata o una comunicazione wireless. Preferibilmente, il modulo di comunicazione ? configurato per scambiare dati attraverso il protocollo Modbus.
Un differente aspetto della presente invenzione propone un metodo di controllo di un sistema per la gestione della temperatura di un carico.
In particolare, il sistema definisce:
- un primo circuito idraulico in cui fluisce un primo fluido, detto primo circuito idraulico comprendendo un primo gruppo di pompaggio, un primo gruppo deviatore, uno scambiatore di calore per scambiare calore con un secondo fluido, un condensatore per scambiare calore con un fluido refrigeratore, e un ulteriore scambiatore di calore per scambiare calore con l'ambiente esterno; - un secondo circuito idraulico in cui fluisce il secondo fluido, detto secondo circuito idraulico comprendendo un secondo gruppo di pompaggio, lo scambiatore di calore per scambiare calore con il primo fluido, un evaporatore per scambiare calore con il fluido refrigerante e uno scambiatore di calore associato al carico, e
- un circuito frigorifero in cui fluisce il fluido refrigerante. Per esempio, il circuito frigorifero comprendendo un compressore, il condensatore, una valvola di laminazione e l'evaporatore; alternativamente, un qualsiasi altro circuito frigorifero equivalente pu? essere implementato, come un circuito basato su un ciclo ad assorbimento.
Vantaggiosamente, il metodo prevede di:
- rilevare una temperatura ambiente esterno e una temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio;
- determinare se la temperatura ambiente esterno ? inferiore alla temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio ridotta di un valore predeterminato;
- in caso affermativo, commutare il gruppo deviatore in un primo stato in cui il primo fluido ? indirizzato attraverso lo scambiatore di calore prima di raggiungere la prima bocca di uscita, o
- in caso negativo, commutare il gruppo deviatore in un secondo stato in cui il primo fluido ? indirizzato direttamente alla prima bocca di uscita.
Grazie a tale soluzione ? possibile sfruttare appieno il trasferimento di calore ottenuto tramite lo scambiatore di calore dell'unit? di raffreddamento gratuito quando il primo fluido ha una temperatura adatta in modo analogo a quanto sopra considerato per l'unit? di raffreddamento gratuito.
In una forma di realizzazione, il secondo circuito idraulico ulteriormente comprende un ulteriore gruppo deviatore disposto tra il secondo gruppo di pompaggio e l'evaporatore in parallelo allo scambiatore di calore.
In questo caso, preferibilmente, il metodo ulteriormente comprende i passi di - quando la temperatura ambiente esterno ? inferiore alla temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio ridotta di un valore predeterminato, commutare l'ulteriore gruppo deviatore in un primo stato in cui il secondo fluido ? indirizzato attraverso lo scambiatore di calore rima di raggiungere l'evaporatore, o
- quando la temperatura ambiente esterno ? uguale o maggiore alla temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio ridotta del valore predeterminato, commutare l'ulteriore gruppo deviatore in un secondo stato in cui il secondo fluido ? indirizzato direttamente all'evaporatore.
Grazie a tale soluzione ? possibile eliminare perdite di carico relative allo scambiatore di calore dell'unit? di raffreddamento gratuito quando quest'ultimo non permette di ridurre la temperatura del secondo fluido.
In una forma di realizzazione, il metodo comprende il passo di:
- quando il gruppo deviatore ? nel primo stato, regolare il funzionamento dell'ulteriore scambiatore di calore in modo che la temperatura del secondo fluido in uscita da quest'ultimo raggiunga un valore inferiore a un valore di riferimento del secondo fluido.
In tale modo si massimizza il contributo allo scambio termico dato dall'unit? di raffreddamento gratuito ? permesso dalla differenza tra temperatura ambiente esterno (pi? fredda) e la temperatura del carico (pi? calda). Di conseguenza, ? possibile ridurre l'attivit? del circuito frigorifero e, quindi, la potenza assorbita; inoltre, ci? rende possibile ridurre l'usura dei componenti del circuito frigorifero stesso e i costi di esercizio del sistema complessivo cos? controllato.
In una forma di realizzazione, il metodo comprende il passo di:
- quando il gruppo deviatore ? nel primo stato, selezionare una portata maggiore tra:
- una minima portata operativa consentita dallo scambiatore di calore;
- una minima portata operativa consentita dall'ulteriore scambiatore di calore, e
- una minima portata operativa consentita dal condensatore.
Laddove con minima portata operativa consentita si intende la minima portata che permette il corretto funzionamento del corrispondente elemento del circuito idraulico.
Questa selezione della portata assicura un funzionamento efficiente del sistema e, allo stesso tempo, consente di ridurre la potenza assorbita dal primo gruppo di pompaggio con una conseguente riduzione dei costi di esercizio e di usura del gruppo di pompaggio.
In una forma di realizzazione, il primo gruppo di pompaggio comprende due pompe collegate tra loro in parallelo, mentre il gruppo deviatore comprende una prima valvola idraulicamente connessa in serie a una mandata delle due pompe e in parallelo a bocche di ingresso e uscita dello scambiatore di calore attraverso cui fluisce il primo fluido, e una seconda valvola idraulicamente connessa in serie a una mandata delle due pompe e in serie alla bocca di ingresso dello scambiatore di calore attraverso cui fluisce il primo fluido.
In tale caso, il metodo prevede gli ulteriori passi di:
- identificare un malfunzionamento di una delle pompe del primo gruppo di pompaggio, e
- quando ? identificato un malfunzionamento, portare progressivamente la prima valvola e la seconda valvola in uno stato di apertura parziale al fine di ridurre le perdite di carico sperimentate dalla pompa funzionante.
Alternativamente, il metodo prevede i seguenti passi:
- identificare un malfunzionamento di una delle pompe del primo gruppo di pompaggio;
- quando ? identificato un malfunzionamento, aumentare la velocit? di pompaggio della pompa funzionante in modo da raggiungere un valore di portata di desiderato del primo fluido, e
- se ? raggiunta una velocit? di pompaggio massima prima del raggiungimento del valore di portata desiderato del primo fluido,
- portare progressivamente la prima valvola e la seconda valvola in uno stato di apertura parziale al fine di raggiungere la portata desiderata del primo fluido.
Grazie a tale soluzione ? possibile garantire una continuit? della gestione della temperatura e, allo stesso tempo, garantire di sfruttare, per quanto possibile, lo scambio termico dato dalla differenza tra la temperatura ambiente esterno, sostanzialmente inferiore della temperatura del carico.
Ulteriori caratteristiche e scopi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
L?invenzione verr? descritta qui di seguito con riferimento ad alcuni esempi, forniti a scopo esplicativo e non limitativo, ed illustrati nei disegni annessi. Questi disegni illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, dove appropriato, numeri di riferimento illustranti strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento similari.
La Figura 1 ? uno schema semplificato del circuito idraulico di un sistema di gestione della temperatura secondo una forma di realizzazione della presente invenzione collegato a un carico termico;
la Figura 2 ? uno schema a blocchi semplificato dell'elettronica di controllo del sistema di gestione della temperatura di Figura 1;
la Figura 3 ? un diagramma di flusso di una procedura di controllo del sistema secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, e
la Figura 4 ? un diagramma di flusso di una procedura di sicurezza del sistema secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE
Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l?invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni.
L?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. L?uso di ?include? significa ?include, ma non limitato a? a meno che non sia altrimenti indicato.
Con riferimento alle Figure 1 e 2, ? descritto un sistema di gestione della temperatura, indicato sinteticamente come 'sistema 1' nel seguito, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Il sistema 1 ? configurato per controllare una temperatura TL di un carico L, per esempio un data center di cui si desidera mantenere la temperatura interna entro un valore o un intervallo di valori desiderati ?TL.
Il sistema 1 comprende un'unit? di raffreddamento ad aria, o dry cooler 10, un'unit? frigorifera, o chiller 20 e un'unit? di raffreddamento gratuito, o free cooler 30, e connessi tra loro idraulicamente ed elettricamente come descritto nel seguito.
Il dry cooler 10 comprende uno scambiatore di calore aria/fluido 11 ? ad esempio dotato di una o pi? ventole per forzare un flusso d'aria attraverso uno scambiatore a pacco alettato in cui transita un primo fluido f1 (per esempio, acqua).
Il chiller 20 comprende evaporatore 21, un condensatore 23, un compressore 25 e una valvola di laminazione 27, laddove tali componenti sono connessi tra loro a formare un circuito idraulico in cui il compressore 25 e la valvola di laminazione 27 sono in parallelo tra evaporatore 21 e condensatore 23 (come illustrato in Figura 1), al fine di consentire la circolazione di un fluido refrigerante fR (per esempio, R-134a).
Inoltre, una bocca di uscita per liquido refrigerante ? il primo fluido f1 nell'esempio considerato ? del condensatore 23 ?, preferibilmente, collegata idraulicamente a una valvola a tre vie 40, mentre una bocca di uscita per liquido refrigerato ? un secondo fluido f2 (per esempio, acqua) ? dell'evaporatore 21 ?, preferibilmente, collegato idraulicamente a uno scambiatore di calore 50 associato al carico L per scambiare calore con lo stesso ? per esempio, lo scambiatore di calore 50 pu? comprendere uno o pi? scambiatori acqua/acqua (fascio tubiero, a piastre, a pacco alettato immerso, a serpentina, tubo in tubo, serbatoio o collettore idraulico ecc) o aria/acqua (pacco alettato, fan coil, radiatore, ecc..).
Nelle forme di realizzazione della presente invenzione il free cooler 30 comprende uno scambiatore di calore 31 ? per esempio, uno scambiatore a piastre ?, un primo gruppo di pompaggio 32, preferibilmente comprendente una coppia di pompe 32a e 32b in parallelo, a portata e/o velocit? variabile, un secondo gruppo di pompaggio 33, nell'esempio non limitante considerato comprendente una singola pompa, a portata e/o velocit? variabile, un primo gruppo deviatore 34, preferibilmente comprendente una coppia di valvole 34a e 34b regolabili, e un secondo gruppo deviatore 35, preferibilmente comprendente una valvola.
Preferibilmente, le aspirazioni delle pompe 32a e 32b sono collegate idraulicamente a una prima bocca di ingresso 36i del free cooler 30 ? configurata per il collegamento idraulico a una bocca di uscita del dry cooler 10, per ricevere il primo fluido f1 ?, mentre le mandate delle pompe 32a e 32b sono idraulicamente collegate al gruppo deviatore 34. Il gruppo deviatore 34 ? idraulicamente collegato a un primo ingresso (ingresso fluido refrigerante) dello scambiatore di calore 31 e a una prima bocca di uscita 36o del free cooler 30 ? la quale ? collegata a un ingresso del condensatore 23 (ingresso fluido refrigerante) del chiller 20 e alla valvola a tre vie 40 ? per fornire il primo fluido f1. Alla medesima bocca di uscita 36o ? idraulicamente connessa anche una prima uscita (uscita fluido refrigerante) dello scambiatore di calore 31 da cui esce il fluido f1 dopo avere attraversato lo scambiatore 31. In dettaglio, una prima valvola 34a ? interposta tra le pompe 32a e 32b e lo scambiatore di calore 31, mentre una seconda valvola 34b ? interposta tra le pompe 32a e 32b e la bocca di uscita 36o, con la prima uscita dello scambiatore di calore 31 connessa alla bocca di uscita 36o a valle della seconda valvola 32b.
Preferibilmente, l'aspirazione della pompa del secondo gruppo di pompaggio 33, indicata sinteticamente come 'terza pompa 33' nel seguito, ? collegata idraulicamente a una seconda bocca di ingresso 37i del free cooler 30 ? configurata per essere collegata allo scambiatore di calore 50 associato al carico L, al fine di ricevere il secondo fluido f2. La mandata della pompa 33 ? collegata a un secondo ingresso (ingresso fluido refrigerato) dello scambiatore di calore 31 e alla valvola del secondo gruppo deviatore 35, sinteticamente indicata come 'terza valvola 35' nel seguito. La terza valvola 35 e una seconda uscita (uscita fluido refrigerato) dello scambiatore di calore 31 sono connesse a una seconda uscita 37o del free cooler 30 ? configurata per essere connessa a un ingresso per liquido refrigerato dell'evaporatore 21 del chiller 20, in modo che il secondo fluido f2 transiti attraverso l'evaporatore 21 prima di essere trasferito al carico L.
Infine, la valvola a tre vie 40 ? collegata a una bocca di ingresso del dry cooler 10, in modo da fornire il primo fluido f1 in ingresso allo scambiatore di calore 11
In funzionamento, il primo fluido di raffreddamento f1 circola in un primo circuito idraulico definito dalle pompe 32a e 32b, dalle valvole 34a, 34b e 40, dagli scambiatori di calore 11 e 31, la valvola a tre vie 40 e il condensatore 23. In particolare, lo scambiatore di calore 31 del free cooler 30 risulta in serie al condensatore 23 del chiller 20. Diversamente, il fluido refrigerante fR circola in un circuito frigorifero definito dal condensatore 23, dal compressore 25, dall'evaporatore 21 e dalla valvola di laminazione 27. Infine, il secondo fluido f2 circola in un secondo circuito idraulico definito dalla terza pompa 33, dalla terza valvola 35, dagli scambiatori di calore 31 e 50 e dall'evaporatore 21. In particolare, lo scambiatore di calore 31 del free cooler 30 risulta in serie all'evaporatore 21 del chiller 20.
Come illustrato nell'esempio di Figura 2, ciascuna delle unit? 10, 20 e 30 comprende uno o pi? componenti elettronici e/o elettromeccanici connessi tra loro per gestire in modo sostanzialmente automatico il funzionamento del sistema 1.
Il dry cooler 10 preferibilmente comprende un modulo di azionamento 110 comprendente un circuito adatto ad alimentare e controllare la velocit? di rotazione delle ventole di raffreddamento. Ad esempio, il modulo di azionamento 110 del dry cooler 10 comprende un componente di elaborazione ? come microcontrollore, un PLC, una ASIC, ecc. ? e un componente di attuazione - come un circuito di potenza configurato per alimentare un motore elettrico delle ventole. Vantaggiosamente, il dry cooler 10 comprende anche un sensore di temperatura 120 configurato per fornire un segnale indicativo della temperatura ambiente Ta esterna al sistema 1 e al carico L.
Il chiller 20 preferibilmente comprende un modulo di controllo 210 comprendente un circuito adatto ad alimentare e controllare il funzionamento del compressore 25. Ad esempio, il modulo di controllo 210 del chiller 20 comprende un componente di elaborazione ? come microcontrollore, un PLC, una ASIC, ecc. ? e un componente di attuazione - come un circuito di potenza configurato per alimentare il compressore 25. Nella forma di realizzazione considerata, il modulo di controllo 210 ? configurato anche per controllare la commutazione della valvola a tre vie 40. Vantaggiosamente, il chiller 20 comprende anche una pluralit? di sensori 220 configurati per misurare parametri di funzionamento del chiller 20: come una temperatura di condensatore TC, una temperatura di evaporatore TE, una temperatura di ingresso evaporatore Tf2E del secondo fluido f2 che fluisce in ingresso all'evaporatore, una temperatura di uscita Tf2L del secondo fluido f2 che fluisce al carico L, ecc.
Il free cooler 30 comprende un modulo di controllo 310 configurato per alimentare e controllare il funzionamento delle pompe 32a, 32b, e 33, e delle valvole 34a, 34b e 35. Ad esempio, il modulo di controllo 310 del free cooler 30 comprende un componente di elaborazione ? come un microcontrollore, un PLC, un microprocessore, una FPGA, una ASIC, ecc. - e un componente di attuazione - come un circuito di potenza configurato per alimentare e attuare le pompe 32a, 32b, e 33, e le valvole 34a, 34b e 35 in base a istruzioni fornite dal modulo di controllo 310. Vantaggiosamente, il free cooler 30 comprende anche una pluralit? di sensori 320 configurati per fornire al modulo di controllo 310 misure di parametri di funzionamento del free cooler 20: come una temperatura di scambiatore Ts, una temperatura di ingresso Tf1I e, opzionalmente, una temperatura di uscita Tf1O del primo fluido f1, una temperatura di ingresso Tf2I e, opzionalmente, una temperatura di uscita Tf2O del secondo fluido f2 (sostanzialmente corrispondente alla temperatura di ingresso evaporatore Tf2E), una portata primo fluido f1 e del secondo fluido f2, ecc.
In aggiunta, il free cooler 30 secondo la forma di realizzazione della presente invenzione comprende un modulo di comunicazione 330 elettricamente connesso al modulo di controllo 310 del free cooler 30, al modulo di controllo 210 del chiller 20 e al modulo di azionamento 110 del dry cooler 10, al fine di permettere uno scambio di dati tra il modulo di controllo 310 del free cooler 30 e i moduli di controllo 110 e 210 del dry cooler 10 e del chiller 20. Ad esempio, il modulo di comunicazione 330 ? configurato per connettersi ai moduli 110 e 210 in modo da scambiare dati tramite un protocollo noto, ad esempio il protocollo Modbus. Preferibilmente, il modulo di controllo 310 ? configurato per fornire istruzioni di funzionamento ai moduli di controllo 110 e 120, e per ricevere misure acquisite dai sensori 120 e 220 a bordo del dry cooler 10 e del chiller 20.
Preferibilmente, il modulo di controllo 310 del free cooler 30 ? configurato per controllare il funzionamento dell'intero sistema 1 sulla base delle misure acquisite dei parametri operativi del sistema 1 ? temperature, portate, potenze elettriche assorbite, ecc. - al fine di mantenere la temperatura del carico TL entro l'intervallo di valori desiderati ?TL. A tale scopo, il modulo di controllo 310 comprende una memoria, preferibilmente formata da porzioni sia di tipo volatile sia di tipo non volatile, in cui sono memorizzate istruzioni di funzionamento, dati acquisiti e/o generati durante il funzionamento ecc.
Avendo descritto la struttura del sistema 1 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, si descrive ora una procedura di controllo 600 implementata dal sistema 1.
Inizialmente, sono acquisiti i dati forniti dai sensori 120, 220 e 320 compresi nel sistema, in particolare la temperatura ambiente esterno Ta e la temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2, (blocco 601) ed ? verificato se la temperatura ambiente esterno Ta sia inferiore alla temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 nel free cooler 30 ? ossia, la temperatura del fluido di ritorno dal carico L ? meno un valore predeterminato, denominato approccio AT (blocco decisionale 603). Preferibilmente, il valore di approccio AT ? compreso tra 0? e 15? C, per esempio uguale a 5? C. In particolare, l'approccio AT ? selezionato in modo da garantire che lo scambiatore di calore 31 sia in grado di promuovere uno scambio di calore efficace tra il primo fluido f1 e il secondo fluido f2.
In caso negativo (ossia, Ta ? Tf2I - AT, ramo di uscita N del blocco 603), la valvola 34b ? chiusa, mentre le valvole 34a e 35 sono aperte, in modo da escludere lo scambiatore di calore 31 dai circuiti idraulici ? ossia, si impedisce al primo fluido f1 e al secondo fluido f2 di fluire attraverso lo scambiatore di calore 31 (blocco 605).
Successivamente, lo scambiatore 11 del dry cooler 10, in particolare la velocit? di rotazione delle ventole, ? regolato in modo da mantenere sostanzialmente costante la temperatura di ingresso Tf1I del primo fluido f1 ? ossia, la temperatura del primo fluido f1 alla prima bocca di ingresso 36i ? (blocco 607). Alternativamente, lo scambiatore 11 del dry cooler 10 ? regolato in modo da mantenere sostanzialmente costante la temperatura di ritorno del primo fluido f1 a valle del condensatore 23 del chiller 20. Allo stesso tempo le pompe 32a e 32b sono azionate in modo da mantenere la portata nominale richiesta dal condensatore 23 del chiller 20.
Il compressore 25 del chiller 20 ? azionato in modo che la temperatura del secondo fluido f2 in ingresso al carico L ? ossia, la temperatura di uscita Tf2L del secondo fluido f2 in uscita dall'evaporatore del chiller 20 ? rimanga sostanzialmente costante e pari a un valore desiderato, o setpoint di andata Tf2|A tale da garantire che la temperatura del carico TL, a sua volta, sia compresa nell'intervallo di valori desiderati ?TL (blocco 609). Preferibilmente, la terza pompa 33 del free cooler 30 ? regolata in modo per garantire una portata del secondo fluido f2 costante e corrispondente a una portata nominale richiesta dal carico 50 Alternativamente, il compressore 25 ? azionato in modo da mantenere sostanzialmente costante la temperatura del secondo fluido f2 in uscita dal carico L ? ossia, la temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 nel free cooler 30 -e pari a un valore desiderato, o setpoint di ritorno Tf2|R tale da garantire che la temperatura del carico TL , a sua volta, sia compresa nell'intervallo di valori desiderati ?TL.
Inoltre, la valvola a tre vie 40 ? controllata per deviare dal condensatore 21 del chiller 20 una quantit? del primo fluido f1 proveniente dal free cooler 30, in modo da mantenere costante una pressione di condensazione all'interno del condensatore 21 (blocco 611).
Successivamente, la procedura ritorna al blocco decisionale 603 per monitorare la temperatura ambiente esterno Ta al fine di individuare una riduzione di temperatura ambiente inferiore alla temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 nel free cooler 30.
Nel caso sia rilevata una temperatura ambiente esterno Ta inferiore alla temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 nel free cooler 30 meno l'approccio AT (Ta < Tf2I - AT, ramo di uscita Y del blocco 603), la valvola 34b ? aperta, mentre le valvole 34a e 35 sono chiuse, in modo forzare il primo fluido f1 e il secondo fluido f2 a fluire attraverso lo scambiatore di calore 31 (blocco 613).
Lo scambiatore di calore 11 del dry cooler 10 ? configurato per massimizzare lo scambio di calore tra il primo fluido f1 e l'aria esterna (blocco 615). Nelle forme di realizzazione della presente invenzione, lo scambiatore di calore 11 ? controllato per massimizzare lo scambio termico tra il primo fluido f1 e il secondo fluido f2, in particolare lo scambiatore di calore 11 ? azionato in modo che la temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 - di ritorno dal carico L ? insegua il setpoint di ritorno Tf2|R. In una forma di realizzazione preferita, lo scambiatore di calore 11 ? regolato in modo che la temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 assuma un valore inferiore al setpoint di ritorno Tf2|R, per esempio inferiore di un valore differenza dT compreso tra 0,5? e 5? C, per esempio 1?C. In altre parole, il sistema 1 ? regolato per fornire la massima resa frigorifera 'gratuita' disponibile attraverso il free cooler 30 e il dry-cooler 10.
Le pompe 32a e 32b del free cooler 30 sono regolate in modo da massimizzare la differenza di temperatura media logaritmica o ?TML tra il primo fluido f1 e l'aria esterna allo scambiatore di calore del dry cooler 10 alla temperatura ambiente esterno Ta (blocco 617). A tale scopo, in una forma di realizzazione della presente invenzione, le pompe 32a e 32b sono configurate per operare con la portata ? di maggiore valore tra la minima portata operativa consentita dallo scambiatore di calore 11 del dry cooler 10, tra la minima portata operativa consentita dal condensatore 23 del chiller 20 e la minima portata operativa consentita dallo scambiatore di calore 31 del free cooler 30. Laddove con minima portata operativa consentita si intende la minima portata del flusso del primo fluido f1 che consente un corretto un corretto scambio termico ? ossia tale da mantenere un regime turbolento del primo fluido che attraversa gli scambiatori 11 e 31, e il condensatore 23; in altre parole la minima portata selezionata evita che la velocit? del fluido diminuisca eccessivamente portando all'insorgere del regime laminare, con un conseguente decadimento dello scambio termico.
Preferibilmente, la terza pompa 33 del free cooler 30 ? regolata in modo per garantire una portata del secondo fluido f2 costante e corrispondente a una portata nominale dello scambiatore di calore 50 associato al carico L (blocco 619).
Di conseguenza, il compressore 25 del chiller 20 ? azionato solo quando la temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 assume un valore maggiore del setpoint di ritorno Tf2|R, ossia quando ? rilevato che la temperatura di uscita Tf2L del secondo fluido f2 fornito in ingresso al carico L assume un valore maggiore della setpoint di andata Tf2|A (blocco decisionale 621).
In caso la temperatura di uscita Tf2L sia maggiore del setpoint di andata Tf2|A ? e, qunidi, la temperatura di ingresso Tf2I ? maggiore del setpoint di ritorno Tf2|R -(ramo di uscita Y del blocco 621), il compressore 25 del chiller 20 ? controllato al fine di modificare (ridurre) la temperatura di uscita Tf2L del secondo fluido f2 in modo da raggiungere il setpoint di andata setpoint di andata Tf2|A attraverso lo scambio termico all'evaporatore 21 del chiller 20 (blocco 623).
Come sopra, la valvola a tre vie 40 ? controllata per deviare parte del primo fluido f1 dal condensatore 21 del chiller 20, se necessario, in modo da mantenere costante una pressione di condensazione all'interno del condensatore 21 (blocco 625).
In caso la temperatura di uscita Tf2L sia inferiore o uguale al setpoint di andata Tf2|A ? e, quindi, la temperatura di ingresso Tf2I ? inferiore o uguale al setpoint di ritorno Tf2|R - (ramo di uscita N del blocco 621), il compressore 25 non ? attivato, in altre parole, il chiller 20 ? spento e la gestione della temperatura TL del carico L ? ottenuto unicamente attraverso il controllo del funzionamento del dry cooler 10 e del free cooler 30 come sopra descritto (blocco 627).
Successivamente, la procedura ritorna al blocco decisionale 603 per monitorare la temperatura ambiente esterno Ta.
In una forma di realizzazione preferita, il sistema 1 ? configurato per eseguire una procedura di sicurezza 700 per garantire una continuit? di servizio anche in caso di un malfunzionamento del gruppo di pompaggio 32. In particolare, la procedura di sicurezza 700 rileva quando una delle pompe 32a e 32b subisce un malfunzionamento e garantisce una continuit? del funzionamento del sistema 1 per la durata della condizione di malfunzionamento e, possibilmente, per la durata di operazioni di riparazione/sostituzione/manutenzione di una delle pompe 32a e 32b.
La procedura 700 prevede di identificare l'insorgere di una condizione di malfunzionamento nelle pompe 32a e 32b durante il funzionamento del sistema 1 (blocco decisionale 701). Per esempio, ? rilevato un segnale di malfunzionamento fornito dalla pompa 32a o 32bla. Alternativamente, condizione di malfunzionamento pu? essere identificata sulla base della rilevazione di una variazione o di un valore di assorbimento di potenza anomalo da parte di una delle pompe 32a o 32b.
Fintanto che non ? rilevato un malfunzionamento (ramo di uscita N del blocco 701), non ? intrapresa alcuna azione oltre al monitoraggio dello stato delle pompe 32a e 32b.
A scopo puramente esemplare, nel seguito si fa riferimento al caso in cui la pompa 32b subisca un malfunzionamento, mentre la pompa 32a rimane operativa. Ovviamente, i medesimi passi possono essere eseguiti nel caso opposto in cui la pompa 32a si guasti, mentre la pompa 32b rimanga operativa.
Quando ? rilevato un malfunzionamento della pompa 32b e la temperatura ambiente esterno Ta ? superiore alla temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 nel free cooler 30 meno l'approccio AT (Ta ? Tf2I - AT) ? ossia, lo scambiatore di calore 31 del free cooler 30 ? isolato ? (ramo Y1 del blocco 701), ? previsto aumentare la velocit? di pompaggio della pompa della pompa 32a funzionante fino al raggiungimento del valore di portata desiderato per il gruppo di pompaggio 32 o fino al raggiungimento della velocit? massima raggiungibile dalla pompa 32a funzionante (blocco 703).
Successivamente, l'operazione ritorna a monitorare la condizione delle pompe 32a al blocco 701 per continuare a garantire la continuit? del funzionamento del sistema 1 fino alla correzione del malfunzionamento.
Quando ? rilevato un malfunzionamento della pompa 32b la temperatura ambiente esterno Ta ? inferiore alla temperatura di ingresso Tf2I del secondo fluido f2 nel free cooler 30 meno l'approccio AT (Ta < Tf2I - AT) ? ossia, lo scambiatore di calore 31 del free cooler 30 ? collegato in serie al condensatore del chiller 20 ? (ramo Y2 del blocco 701), aumentare la velocit? di pompaggio della pompa della pompa 32a funzionante fino al raggiungimento del valore di portata desiderato per il gruppo di pompaggio 32 o fino al raggiungimento della velocit? massima raggiungibile dalla pompa 32a funzionante (blocco 705).
Inoltre, ? previsto di monitorare la velocit? della pompa 32a funzionante (blocco decisionale 707).
Fintanto che non ? rilevato un raggiungimento del valore di velocit? massimo della pompa 32a funzionante (ramo di uscita N del blocco 707), non ? intrapresa alcuna azione oltre al monitoraggio della velocit? e della portata della pompa 32a.
Quando ? rilevato il raggiungimento del valore di portata minimo senza che la pompa 32a funzionante abbia raggiunto la velocit? massima (ramo di uscita Y1 del blocco 707), ? previsto di proseguire il controllo della temperatura del carico L in accordo con la procedura 600 sopra descritta (blocco 709) ed ? previsto di ritornare a monitorare la condizione delle pompe 32a al blocco 701 per continuare a garantire la continuit? del funzionamento del sistema 1 fino alla correzione del malfunzionamento.
Quando ? rilevato il raggiungimento di velocit? massimo per la pompa 32a funzionante senza che sia raggiunto il valore di portata minimo (ramo di uscita Y2 del blocco 707), ? previsto di aprire progressivamente la valvola 34a e di chiudere progressivamente la valvola 34b, al fine di ridurre le perdite di carico sperimentate dalla pompa 32a per via dello scambiatore di calore 31 (blocco 711).
In questo caso, il compressore 25 del chiller 20 ? attivato, in modo sostanzialmente proporzionale all'apertura della valvola 34a, cos? da garantire che la temperatura di uscita Tf2L sia sostanzialmente uguale al setpoint di andata Tf2|A ? e, quindi, la temperatura di ingresso Tf2I ? inferiore o uguale al setpoint di ritorno Tf2|R - (blocco 713).
In altre parole, l'apertura delle valvole 34a e 34b, cos? come il funzionamento del chiller 20, sono modulati in modo da ridurre le perdite di carico sperimentate dalla pompa 32a funzionante, cos? da garantire un flusso del primo fluido f1 minimo nel primo circuito idraulico che consenta il corretto funzionamento del sistema 1 e che consenta di mantenere la temperatura TL del carico L entro l'intervallo d valori desiderati ?TL.
Successivamente, l'operazione ritorna a monitorare la condizione delle pompe 32a al blocco 701 per continuare a garantire la continuit? del funzionamento del sistema 1 fino alla correzione del malfunzionamento.
L?invenzione cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell?ambito della presente invenzione quale risulta dalle rivendicazioni allegate.
Ad esempio, nulla vieta che il primo gruppo di pompaggio 32 comprenda un numero differente di pompe, come una singola pompa o pi? di due pompe in parallelo. Analogamente, anche il secondo gruppo di pompaggio 33 pu? comprendere due o pi? pompe disposte in parallelo tra loro. In tale caso pu? essere prevista una procedura di continuit? del servizio che controlli il funzionamento delle pompe del secondo gruppo di pompaggio 33 in caso di funzionamento.
Inoltre, in forme di realizzazione alternative (non illustrate), i gruppi di pompaggio 32 e 34 possono essere disposti a valle dello scambiatore idraulico rispetto alla direzione dei flussi f1 e f2, quindi con le aspirazioni connesse alle rispettive bocche di uscita dello scambiatore di calore 31 e le mandate connesse alle bocche di uscita 36o e 37o, rispettivamente, del free cooler 30.
In una forma di realizzazione (non illustrata), il primo gruppo deviatore 34 comprende una valvola a tre vie anzich? una coppia di valvole come sopra descritto nella forma di realizzazione illustrata.
Inoltre, ? possibile prevedere forme di realizzazione semplificate (non illustrate) prive del secondo gruppo deviatore.
Nulla vieta di modificare il free cooler 30 per comprende una terza bocca di ingresso connessa a una terza bocca di uscita, in modo da definire un condotto che permetta di collegare idraulicamente la valvola a tre vie 40 e lo scambiatore di calore 11 del dry cooler 10. Inoltre, il free cooler pu? essere equipaggiato di uno o pi? sensori di portata e/o di temperatura disposti in tale condotto, al fine di monitorare parametri operativi del primo fluido f1 in tale tratto del primo circuito idraulico.
In alternativa al dry cooler, il sistema secondo altre forme di realizzazione della presente invenzione (non illustrate) possono comprendere altre unit? di scambio termico con l'ambiente esterno, per esempio una torre di raffreddamento, una torre evaporativa, un dry cooler adiabatico, ecc. opportunamente dimensionato.
Inoltre, nulla vieta di prevedere uno scambiatore di calore del free cooler 30 differente da uno scambiatore a piastre. Per esempio, in forme di realizzazione della presente invenzione alternative (non illustrate), il free cooler pu? comprendere un qualsiasi tipo di scambiatore acqua/acqua (fascio tubiero, a piastre, a pacco alettato immerso, a serpentina, tubo in tubo, serbatoio o collettore idraulico, ecc.).
In una forma di realizzazione alternativa, il modulo di comunicazione pu? essere configurato per comunicare con il chiller e il dry cooler con un differente protocollo e/o tramite segnali analogici. Inoltre, il modulo di comunicazione pu? prevedere opzionalmente mezzi cablati o wireless per comunicare con un dispositivo remoto. In tale caso la procedura di continuit? del servizio prevede di trasmettere una segnalazione di guasti al dispositivo remoto.
Naturalmente, forme di realizzazione alternative del free cooler e/o dell'intero sistema 1 possono comprendere componenti idraulici e/o elettronici aggiuntivi come valvole di esclusione, valvole di sfogo, valvole di non ritorno, interfacce utente, sensori di portata, sensori di pressione, ecc. In particolare, forme di realizzazione alternative del sistema 1 comprendono uno o pi? sensori d temperatura disposti sul e/o all'interno del carico al fine di determinare la temperatura di carico TL e/o sue variazioni.
Come sar? evidente al tecnico del settore, una o entrambe le procedure sopra presentate sono comprese in un metodo per la gestione della temperatura di un carico. In aggiunta, uno o pi? passi della medesima procedura o di differenti procedure possono essere eseguite in parallelo tra loro o con un ordine differente da quello sopra presentato. Analogamente, uno o pi? passi opzionali possono essere aggiunti o rimossi da una o pi? delle procedure sopra descritte. Per esempio, il sistema 1, in particolare il modulo di controllo 310, pu? essere configurato per implementare le operazioni descritte ai blocchi da 605 a 611 della procedura 600 in parallelo anzich? in serie. In aggiunta o in alternativa, anche le operazioni descritte ai blocchi da 613 a 619, e/o 623 e 625 possono essere eseguite in parallelo anzich? in serie.
Opzionalmente, la valvola a tre vie 40 pu? essere controllata per escludere il condensatore 21 del chiller 20, quando il chiller 20 non ? acceso.
Infine, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In particolare, il circuito refrigeratore pu? avere una struttura differente. Per esempio, in forme di realizzazione alternative (non illustrate) il circuito refrigeratore pu? comprende un ciclo ad assorbimento.
Inoltre, come sar? evidente al tecnico del settore che i collegamenti tra i moduli di controllo 110, 210 e 310 possono essere realizzati tramite un canale di comunicazione cablato e/o wireless.
In conclusione, i materiali impiegati, nonch? le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le specifiche esigenze implementative senza per questo uscire dall?ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Unit? (30) di raffreddamento gratuito comprendente: - uno scambiatore di calore (31) configurato per consentire uno scambio termico tra un primo fluido e un secondo fluido; - un primo gruppo di pompaggio (32) configurato per pompare il primo fluido attraverso un primo circuito idraulico da una prima apertura di ingresso (36i) dell'unit? (30) a una prima bocca di uscita (36o) dell'unit? (30); - un secondo gruppo di pompaggio (33) configurato per pompare il secondo fluido attraverso un secondo circuito idraulico da una seconda bocca di ingresso (37i) dell'unit? (30) a una seconda bocca di uscita (37o) dell'unit? (30), e - un modulo di controllo (310) configurato per controllare il funzionamento dell'unit? (30), caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente un gruppo deviatore (34) disposto tra il primo gruppo di pompaggio (32) e lo scambiatore di calore (31) e configurato per commutare tra un primo stato in cui il primo fluido ? indirizzato attraverso lo scambiatore di calore (31) prima di raggiungere la prima bocca di uscita (36o) e un secondo stato in cui il primo fluido ? indirizzato direttamente alla prima bocca di uscita (36o), e dal fatto che il modulo di controllo (310) ? configurato per commutare il gruppo deviatore (34) nel primo stato quando una temperatura ambiente esterno ? inferiore a una temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? (30) attraverso la seconda bocca di ingresso (37i) ridotta di un valore predeterminato e per commutare il gruppo di deviazione (34) nel secondo stato quando la temperatura ambiente esterno ? maggiore o uguale alla temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? (30) attraverso la seconda bocca di ingresso (37i) ridotta del valore predeterminato.
  2. 2. Unit? (30) secondo la rivendicazione 1, comprendente un ulteriore gruppo deviatore (35) disposto tra il secondo gruppo di pompaggio (33) e la seconda bocca di uscita (37o) in parallelo allo scambiatore di calore, detto ulteriore gruppo deviatore (35) essendo configurato per commutare tra un primo stato in cui il secondo fluido fluisce attraverso lo scambiatore di calore prima di raggiungere la seconda bocca di uscita (37o) e un secondo stato in cui il secondo fluido ? indirizzato direttamente alla seconda bocca di uscita (37o), e in cui il modulo di controllo (310) ? configurato per commutare l'ulteriore gruppo deviatore (35) nel primo stato quando una temperatura ambiente esterno ? inferiore alla temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? (30) attraverso la seconda bocca di ingresso (37i) ridotta del valore predeterminato e per commutare l'ulteriore gruppo di deviazione (35) nel secondo stato quando la temperatura ambiente esterno ? maggiore o uguale alla temperatura del secondo fluido in ingresso nell'unit? (30) attraverso la seconda bocca di ingresso (37i) ridotta del valore predeterminato.
  3. 3. Unit? (30) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il gruppo deviatore (34) comprende: - una prima valvola (34a) idraulicamente connessa in serie a una mandata del primo gruppo di pompaggio (34) e in parallelo a bocche di ingresso e uscita dello scambiatore di calore (31) attraverso cui fluisce il primo fluido, e - una seconda valvola (34b) idraulicamente connessa in serie alla mandata del primo gruppo di pompaggio (34) e in serie alla bocca di ingresso dello scambiatore di calore (31) attraverso cui fluisce il primo fluido, e in cui nel primo stato del gruppo deviatore (32), la prima valvola (34a) ? chiusa e la seconda valvola (34b) ? aperta, mentre nel secondo stato del gruppo deviatore (32) la prima valvola (34a) ? aperta e la seconda valvola (34b) ? chiusa.
  4. 4. Unit? (30) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il primo gruppo di pompaggio comprende una prima pompa (32a) e una seconda pompa (32b) idraulicamente collegate in parallelo tra loro, e in cui, quando almeno una tra la prima pompa (32a) e la seconda pompa (32b) subisce un malfunzionamento, il modulo di controllo (310) ? configurato per commutare il gruppo deviatore (34) in uno stato intermedio tra il primo stato e il secondo stato, in detto stato intermedio sia la prima valvola (34a) sia la seconda valvola (34b) essendo almeno parzialmente aperte in modo da ridurre una perdita di carico sperimentata dal primo gruppo di pompaggio (32).
  5. 5. Sistema (1) per la gestione della temperatura di un carico (L), comprendente un'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno (10), un'unit? frigorifera (20) e un'unit? di raffreddamento gratuito (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, laddove l'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno (10), l'unit? frigorifera (20) e l'unit? di raffreddamento gratuito (30) sono collegate idraulicamente tra loro per definire un primo circuito idraulico in cui fluisce il primo fluido, detto primo circuito idraulico comprendendo il primo gruppo di pompaggio (32), il primo gruppo deviatore (34) e lo scambiatore di calore (31) dell'unit? di raffreddamento gratuito (30), un condensatore (23) dell'unit? frigorifera (20) e uno scambiatore di calore (11) dell'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno (10), e laddove l'unit? frigorifera (20) e l'unit? di raffreddamento gratuito (30) sono collegate idraulicamente tra loro per definire un secondo circuito idraulico in cui fluisce il secondo fluido, detto secondo circuito idraulico comprendendo il secondo gruppo di pompaggio (33), e lo scambiatore di calore (31) dell'unit? di raffreddamento gratuito (30), e un evaporatore (21) dell'unit? frigorifera (20) e uno scambiatore di calore (50) associato al carico (L).
  6. 6. Sistema (1) secondo la rivendicazione 5, in cui l'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno (10) e l'unit? frigorifera (20) comprendono un rispettivo modulo di controllo (110, 120), e in cui il modulo di controllo (310) dell'unit? di raffreddamento gratuito (30) ? accoppiato con i moduli di controllo (110, 120) dell'unit? di scambio termico con l'ambiente esterno (10) e dell'unit? frigorifera (20) ed ? configurato per ricevere dati di funzionamento dalle stesse e fornire istruzioni di funzionamento alle stesse.
  7. 7. Metodo (600; 700) di controllo di un sistema (1) per la gestione della temperatura di un carico (L), il sistema (1) definendo: - un primo circuito idraulico in cui fluisce un primo fluido, detto primo circuito idraulico comprendendo un primo gruppo di pompaggio (32), un primo gruppo deviatore (34), uno scambiatore di calore (31) per scambiare calore con un secondo fluido, un condensatore (23) per scambiare calore con un fluido refrigeratore, e un ulteriore scambiatore di calore (11) per scambiare calore con l'ambiente esterno; - un secondo circuito idraulico in cui fluisce il secondo fluido, detto secondo circuito idraulico comprendendo un secondo gruppo di pompaggio (33), lo scambiatore di calore (31) per scambiare calore con il primo fluido, un evaporatore (21) per scambiare calore con il fluido refrigerante e uno scambiatore di calore (50) associato al carico (L), e - un circuito frigorifero in cui fluisce il fluido refrigerante, in cui il metodo prevede di: - rilevare (601) una temperatura ambiente esterno e una temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio (33); - determinare (603) se la temperatura ambiente esterno ? inferiore alla temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio (33) ridotta di un valore predeterminato; - in caso affermativo, commutare (613) il gruppo deviatore (34) in un primo stato in cui il primo fluido ? indirizzato attraverso lo scambiatore di calore (31) prima di raggiungere la prima bocca di uscita (36o), o - in caso negativo, commutare (605) il gruppo deviatore (34) in un secondo stato in cui il primo fluido ? indirizzato direttamente alla prima bocca di uscita (36o).
  8. 8. Metodo (600; 700) secondo la rivendicazione 7, in cui il secondo circuito idraulico ulteriormente comprende un ulteriore gruppo deviatore (35) disposto tra il secondo gruppo di pompaggio (33) e l'evaporatore (21) in parallelo allo scambiatore di calore (31), e in cui il metodo (600) ulteriormente comprende i passi di: - quando la temperatura ambiente esterno ? inferiore alla temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio (33) ridotta di un valore predeterminato, commutare (613) l'ulteriore gruppo deviatore (35) in un primo stato in cui il secondo fluido ? indirizzato attraverso lo scambiatore di calore (31) prima di raggiungere l'evaporatore (21), o - quando la temperatura ambiente esterno ? uguale o maggiore alla temperatura del secondo fluido all'aspirazione del secondo gruppo di pompaggio (33) ridotta del valore predeterminato, commutare (605) l'ulteriore gruppo deviatore (35) in un secondo stato in cui il secondo fluido ? indirizzato direttamente all'evaporatore (21).
  9. 9. Metodo (600; 700) secondo la rivendicazione 7 o 8, ulteriormente comprendente il passo di: - quando il gruppo deviatore ? nel primo stato, regolare (615) il funzionamento dell'ulteriore scambiatore di calore (11) in modo che la temperatura del secondo fluido in uscita da quest'ultimo raggiunga un valore inferiore a un valore di riferimento del secondo fluido.
  10. 10. Metodo (600; 700) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 7 a 9, ulteriormente comprendente il passo di: - quando il gruppo deviatore ? nel primo stato, selezionare (617) una portata maggiore tra: - una minima portata operativa consentita dallo scambiatore di calore (31); - una minima portata operativa consentita dall'ulteriore scambiatore di calore (11), e - una minima portata operativa consentita dal condensatore (23).
  11. 11. Metodo (600; 700) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 7 a 10, in cui il primo gruppo di pompaggio comprende due pompe (32a, 32b) collegate tra loro in parallelo, mentre il gruppo deviatore (34) comprende una prima valvola (34a) idraulicamente connessa in serie a una mandata delle due pompe (34a, 34b) e in parallelo a bocche di ingresso e uscita dello scambiatore di calore (31) attraverso cui fluisce il primo fluido, e una seconda valvola (34b) idraulicamente connessa in serie alla mandata delle due pompe (34a, 34b) e in serie alla bocca di ingresso dello scambiatore di calore (31) attraverso cui fluisce il primo fluido, e in cui il metodo (700) prevede gli ulteriori passi di: - identificare (701) un malfunzionamento di una delle pompe (32a, 32b) del primo gruppo di pompaggio (32), e - quando ? identificato un malfunzionamento, portare (625) progressivamente la prima valvola (34a) e la seconda valvola (34b) in uno stato di apertura parziale al fine di ridurre le perdite di carico sperimentate dalla pompa (32a, 32b) funzionante.
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