IT202100001262A1 - Deumidificatore d’aria a ciclo frigorifero e procedimento di deumidificazione - Google Patents

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Description

DEUMIDIFICATORE D?ARIA A CICLO FRIGORIFERO E
PROCEDIMENTO DI DEUMIDIFICAZIONE
CAMPO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un deumidificatore d?aria impiegante un ciclo frigorifero ed al relativo procedimento per deumidificare aria.
In particolare, la presente invenzione ? relativa ad una macchina e ad un procedimento per controllare le caratteristiche termo igrometriche dell?aria trattata.
STATO DELL?ARTE
Com?? ampiamente noto, tra i deumidificatori d?aria attualmente pi? diffusi vi sono quelli a ciclo frigorifero, ovvero quelli che utilizzano un fluido refrigerante circolante all?interno di un circuito frigorifero per raffreddare l?aria al fine di condensare il vapore acqueo nella stessa contenuto.
Solitamente, tali deumidificatori comprendono un ventilatore, un compressore, un condensatore ad aria, un evaporatore ad espansione diretta ed un organo di laminazione del gas refrigerante oltre ad un igrostato che comanda l?avviamento e l?arresto del deumidificatore e ad un sistema di sbrinamento, attivabile in caso di congelamento dell?evaporatore.
Lo schema di funzionamento di un deumidificatore 1? a ciclo frigorifero di tipo noto, ? illustrato in figura 1. Come si pu? dedurre da tale figura, un fluido refrigerante circola in un circuito 5? comprendente un ciclo frigorifero. Un ventilatore 2? forza il transito dell?aria dapprima attraverso un evaporatore ad espansione diretta 3? e poi attraverso un condensatore 4? ad aria, in modo da abbassare dapprima la sua umidit? specifica e poi la sua umidit? relativa.
In particolare, la temperatura dell?evaporatore 3? ? mantenuta inferiore al punto di rugiada dell?aria da trattare in modo da provocare, oltre al raffreddamento dell?aria, la condensazione del vapore acqueo, nella stessa aria sospeso, e quindi la sua precipitazione. La condensa prodotta ? evacuata attraverso un apposito sistema di scarico.
Il deumidificatore 1? comprende anche un compressore 6? che aspira dall?evaporatore 3? il refrigerante allo stato gassoso, quindi lo comprime nel condensatore 4? per riportarlo allo stato liquido. Completa il circuito un organo di laminazione 7? che provvede ad alimentare l?evaporatore con la corretta quantit? di refrigerante liquido.
Il deumidificatore 1? illustrato in figura 1 ? chiamato ?deumidificatore a ciclo frigorifero semplice?.
L?aria in uscita dall?evaporatore 3? risulta raffreddata e con un contenuto di umidit? specifica ridotto rispetto all?aria in ingresso. Essa, tuttavia, risulta possedere un elevato tenore di umidit? relativa. Per questo l?aria viene spinta attraverso il condensatore 4? dove, per effetto dell?aumento di temperatura, assume un basso tenore di umidit? relativa: in queste condizioni, l?aria viene immessa nel locale da mantenere nelle condizioni di umidit? desiderate.
Un deumidificatore 1? di questo tipo massimizza l?effetto deumidificante, ma presenta l?inconveniente di immettere nell?ambiente masse d?aria estremamente secche e surriscaldate.
Com?? ampiamente noto, aria eccessivamente secca e calda provoca danni all?organismo umano.
Pertanto, per la salute dell?uomo, non ? sufficiente deumidificare l?aria, ma ? necessario mantenere le corrette condizioni sia di temperatura sia di umidit?.
Per superare tale inconveniente sono state proposte numerose soluzioni illustrate nelle figure da 2 a 6. In tali figure sono illustrati schemi di funzionamento di deumidificatori d?ora in avanti definiti ?a ciclo frigorifero modificato?.
In figura 2 ? illustrato lo schema di funzionamento di un deumidificatore 1? in cui, per limitare il surriscaldamento e l?essicazione dell?aria trattata sono stati aggiunti due scambiatori di calore del tipo aria-acqua.
In particolare, il deumidificatore 1? illustrato figura 2, oltre a comprendere tutti gli elementi del deumidificatore 1? a ciclo frigorifero semplice sopra descritto, comprende anche uno scambiatore di preraffreddamento 8? ed uno scambiatore di post-raffreddamento 9?, quest?ultimo posto a valle e in serie rispetto allo scambiatore di preraffreddamento 8?, all?evaporatore 3? ed al condensatore 4?, il condensatore 4? assolve anche una funzione di postriscaldamento dell?aria trattata dall?evaporatore 3?. Entrambi tali scambiatori sono alimentati separatamente dal ciclo frigorifero, con acqua a bassa temperatura (circa 15 - 18?C). Solitamente, tale sistema ? utilizzato con impianti a pannelli radianti, per cui l?acqua che alimenta i due suddetti scambiatori ? fornita dalla rete di alimentazione dei pannelli radianti.
Lo scambiatore di preraffreddamento 8? ? posizionato a monte dell?evaporatore 3? rispetto al flusso di aria da trattare, per cui preraffredda l?aria innalzandone l?umidit? relativa e ottimizzando la capacit? deumidificante dell?evaporatore 3?. L?aria in ingresso nel condensatore 4? assume cos? una temperatura inferiore, per cui il post-riscaldamento che avviene in corrispondenza dello stesso condensatore 4? risulta meno invasivo rispetto al post-riscaldamento che avviene nel condensatore 4? di un deumidificatore a ciclo frigorifero semplice. Inoltre, il surriscaldamento dell?aria attraverso il condensatore 4? viene ulteriormente smorzato dalla presenza dello scambiatore di post-raffreddamento 9? posizionato a valle del condensatore 4? rispetto al flusso di aria, il quale permette di ridurre la temperatura dell?aria in uscita dal deumidificatore 1?.
In alcune varianti, lo scambiatore di post-raffreddamento 9?, invece di essere alimentato in serie allo scambiatore di preraffreddamento 8?, ? alimentato in parallelo ad esso.
Quando si parla di ?scambiatore di post-raffreddamento? 9? ci si riferisce ad uno scambiatore di calore atto a raffreddare l?aria in uscita dal condensatore, secondo la terminologia in uso nel settore.
Tale deumidificatore 1?, seppur limitando i summenzionati problemi di eccessiva essiccazione ed eccessivo surriscaldamento dell?aria in uscita presenta degli inconvenienti.
Risulta infatti complesso ed oneroso mantenere il corretto equilibrio tra le rese degli scambiatori che lavorano in antagonismo, ovvero tra l?evaporatore 3? ed il condensatore 4? prima, e, successivamente, tra il condensatore 4? che svolge la funzione di post-riscaldamento e lo scambiatore di post-raffreddamento 9?.
Inoltre, qualora la temperatura di alimentazione dell?acqua in ingresso nello scambiatore di preraffreddamento 8? e nello scambiatore di postraffreddamento 9? non fosse compresa tra 15? C e 18? C, si avrebbero problemi di inefficienza o di crisi dell?intero sistema.
Per di pi?, un siffatto deumidificatore 1? provvisto di quattro scambiatori di calore (evaporatore 3?, condensatore 4?, scambiatore di preraffreddamento 8? e scambiatore di post-raffreddamento 9?) posizionati in serie rispetto al flusso di aria, genera problemi di elevate perdite di carico con ovvie ripercussioni sull?efficacia del sistema.
In figura 3 ? illustrato lo schema di funzionamento di un deumidificatore 1? in cui, per limitare il surriscaldamento e l?essicazione dell?aria trattata rispetto ai deumidificatori 1? a ciclo frigorifero semplice, sono stati aggiunti uno scambiatore di calore ed un condensatore del tipo refrigerante-acqua. In particolare, il deumidificatore 1? illustrato in tale figura, oltre a comprendere tutti gli elementi del deumidificatore 1? a ciclo frigorifero semplice sopra descritto, comprende anche uno scambiatore di preraffreddamento 8?, analogamente al caso di figura 2 ed un ulteriore condensatore ad acqua 10?, collegato in serie a detto scambiatore di preraffreddamento 8? e a valle dello stesso, rispetto al fluido di alimentazione. Lo scambiatore di preraffreddamento 8? funziona analogamente a quanto descritto per la figura 2. L?ulteriore condensatore 10? ad acqua ? inserito nel circuito frigorifero, in parallelo al condensatore 4?, in modo da scaricare, in parte o completamente, il calore sviluppato dalla condensazione del fluido refrigerante nel condensatore 10? anzich? nel condensatore ad aria 4? cercando, in codesta maniera, di limitare il surriscaldamento dell?aria in uscita.
Un siffatto deumidificatore 1? presenta lo stesso problema descritto nel caso di figura 2, in merito alla temperatura dell?acqua in ingresso ed un analogo problema di gestione dell?equilibrio delle rese. In particolare, in tale caso, risulta complesso ed oneroso mantenere un corretto equilibrio tra il condensatore ad aria 4? e l?ulteriore condensatore ad acqua10? che lavorano in parallelo.
In figura 4 ? illustrata una variante del deumidificatore 1? di figura 3. In particolare, in figura 4, l?ulteriore condensatore ad acqua 10? ? posizionato in serie al condensatore 4? ed a monte di esso, rispetto al fluido refrigerante. L?effetto di tale ulteriore condensatore ad acqua 10? ? analogo all?effetto dell?ulteriore condensatore acqua 10? del caso di figura 3, ovvero quello di contenere il surriscaldamento dell?aria in uscita dal condensatore 4?.
I problemi relativi a tali sistemi, sono gli stessi elencati per i deumidificatori di figura 3. In particolare, in tal caso, il condensatore ad aria 4? e l?ulteriore condensatore ad acqua 10?, lavorando in serie si influenzano a vicenda, creando problemi nella gestione delle loro rese. Il problema di inefficienza del sistema per via di una non idonea temperatura dell?acqua in ingresso allo scambiatore di preraffreddamento 8? e all?ulteriore condensatore ad acqua 10?, resta invariato.
In figura 5 ? illustrato lo schema di funzionamento di un deumidificatore 1? in cui, per limitare il surriscaldamento e l?eccessiva essicazione dell?aria trattata rispetto ai deumidificatori 1? a ciclo frigorifero semplice, sono stati aggiunti uno scambiatore di calore di pre-raffreddamento 8? ed un condensatore ad aria 10? collocato in una zona non investita dal flusso dell?aria sottoposta a trattamento.
In particolare, il deumidificatore 1? illustrato in tale figura, oltre a comprendere tutti gli elementi del deumidificatore 1? a ciclo frigorifero semplice sopra descritto, comprende anche uno scambiatore di preraffreddamento 8?, analogamente ai deumidificatori delle figure 2 - 4 ed un ulteriore condensatore 10? ad aria, esterno al circuito di ventilazione dell?aria da trattare, ma inserito nel circuito 5? del ciclo frigorifero, in parallelo ad esso. L?ulteriore condensatore 10? ? esterno rispetto al flusso dell?aria da trattare, per questo ? stata illustrata una linea tratteggiata di separazione. I problemi di un tale deumidificatore 1?, sono gli stessi indicati per il deumidificatore 1? di figura 4.
In figura 6 ? illustrata una variante del deumidificatore di figura 4. In particolare, il deumidificatore 1? di figura 6 comprende gli stessi elementi del deumidificatore 1? di figura 4 ed una valvola termostatica 11?. Inoltre, l?ulteriore condensatore ad acqua 10 lavora in parallelo al condensatore 4? e non in serie come nel caso di figura 4.
I problemi di un tale deumidificatore 1?, sono gli stessi indicati per il deumidificatore 1? di figura 4.
Riassumendo, tutti i deumidificatori a ciclo frigorifero di tipo noto ed i relativi metodi di deumidificazione in essi attuati presentano inconvenienti.
In particolare, i deumidificatori a ciclo frigorifero semplice presentano un problema di eccessivo surriscaldamento ed essiccazione dell?aria in uscita. Mentre i deumidificatori a ciclo frigorifero modificato presentano un primo problema di inefficienza o crisi legato alla temperatura di acqua in ingresso, un secondo problema relativo alla gestione dell?equilibrio tra le rese dei diversi scambiatori di calore e, quasi sempre, anche un problema di elevate perdite di carico nel circuito di ventilazione.
Attualmente non sono noti deumidificatori a ciclo frigorifero, n? procedimenti per deumidificare aria che non presentino problemi di surriscaldamento e di essiccamento eccessivo e che siano, al tempo stesso esenti dai succitati inconvenienti relativi agli umidificatori e ai procedimenti di deumidificazione di tipo a ciclo frigorifero modificato.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE
Alla luce di quanto sopra, compito della presente invenzione ? quello di superare gli inconvenienti dei deumidificatori a ciclo frigorifero e dei procedimenti di deumidificazione di tipo noto.
In particolare, nell?ambito di tale compito, uno scopo della presente invenzione ? quello di fornire un deumidificatore a ciclo frigorifero che consenta di controllare, con maggior rigore e puntualit?, le condizioni termo igrometriche dell?aria immessa negli ambienti evitando il rischio di crisi e riducendo al minimo il rischio di inefficienza.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? rendere disponibile un deumidificatore a ciclo frigorifero che eviti il surriscaldamento e/o l?eccessiva essiccazione dell?aria trattata e, al tempo stesso, problemi di gestione degli equilibri delle rese dei suoi componenti.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di fornire un deumidificatore a ciclo frigorifero che non causi il surriscaldamento e/o l?eccessiva essiccazione dell?aria trattata e che superi i problemi legati alle eccessive perdite di carico.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? fornire un procedimento di deumidificazione d?aria che consenta di controllare le condizioni termo igrometriche dell?aria immessa nell?ambiente evitando perdite di carico e rischi di inefficienza o crisi e che risulti, al contempo, di semplice attuazione. I primi scopi sono raggiunti mediante un deumidificatore a ciclo frigorifero non tradizionale, in accordo con la rivendicazione 1, mentre l?ultimo scopo ? raggiunto mediante un procedimento di deumidificazione di aria come rivendicato nella rivendicazione 7.
In particolare, tali primi scopi sono ottenuti mediante un deumidificatore d?aria a ciclo frigorifero comprendente un circuito per un fluido refrigerante, detto circuito comprendente un evaporatore, atto all?evaporazione del fluido refrigerante e alla condensazione del vapore acqueo contenuto nell?aria da trattare; un compressore, atto a comprimere il fluido refrigerante, per ricondurlo allo stato liquido, nel condensatore ed un organo di laminazione atto a dosare la corretta quantit? di refrigerante da immettere nell?evaporatore per consentirne l?espansione alla pressione voluta, caratterizzato dal fatto che detto deumidificatore comprende inoltre:
- un condensatore alimentato ad acqua, inserito nel circuito frigorifero, a valle del compressore rispetto al fluido refrigerante, detto condensatore essendo atto alla condensazione del fluido refrigerante; ed
- uno scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento dell?aria trattata alimentato con l?acqua in uscita dal condensatore, detto scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento essendo collocato a valle dell?evaporatore rispetto al flusso di aria ed atto a ridurre l?umidit? relativa dell?aria in uscita dall?evaporatore.
La combinazione di tali caratteristiche consegue un deumidificatore a ciclo frigorifero in grado di controllare accuratamente le condizioni termo igrometriche dell?aria immessa nell?ambiente e, al tempo stesso, di evitare i summenzionati problemi di inefficienza o crisi relativi ai deumidificatori noti. Infatti, un siffatto deumidificatore funziona perfettamente con un ampio range di temperatura dell?acqua utilizzata. Di fatto, mentre i deumidificatori a ciclo frigorifero modificato richiedono una temperatura dell?acqua in ingresso compresa tra 15? C e 18? C, il deumidificatore della presente invenzione pu? funzionare con una temperatura dell?acqua in ingresso compresa tra 15? C e 30? C. Ci? ? dovuto al fatto che l?acqua non viene utilizzata per pre o post-raffreddare l?aria trattata ma principalmente per il raffreddamento del condensatore: essendo ammessa per la condensazione del refrigerante una temperatura fino a 60? C ci sar? sempre un ?t (differenza di temperatura fra acqua e refrigerante) sufficiente a garantire la corretta funzionalit? del sistema senza incorrere nel rischio di sovratemperature o sovrappressioni nel condensatore.
Inoltre, la combinazione delle suddette caratteristiche fa s? che il deumidificatore della presente invenzione eviti i problemi di surriscaldamento e di eccessiva essicazione degli umidificatori a ciclo frigorifero semplice e, nello stesso tempo, non presenti i problemi di gestione delle rese dei suoi scambiatori di calore, tipici degli umidificatori a ciclo frigorifero modificato. Infatti, il deumidificatore dell?invenzione consegue una riduzione del numero di componenti, rispetto a questi ultimi, garantendo una semplificata gestione delle rese degli stessi. Infatti, i deumidificatori a ciclo frigorifero modificato della tecnica nota prevedono la presenza di due scambiatori di calore aggiuntivi oltre ai due scambiatori del ciclo frigorifero, invece il deumidificatore della presente invenzione, prevede la presenza di un unico scambiatore aggiuntivo riducendo cos? il numero di componenti con conseguente semplificazione dell?intero sistema e vantaggi economici in termini di costi di investimento e di esercizio.
In particolare, il deumidificatore oggetto della presente invenzione, sostituisce il condensatore ad aria 4? dei deumidificatori a ciclo frigorifero semplice con un condensatore ad acqua per la condensazione del fluido refrigerante ed uno scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento dell?aria per l?ottimizzazione delle condizioni termo igrometriche dell?aria stessa. Inoltre, il deumidificatore della presente invenzione consegue una ottimizzazione delle condizioni termo igrometriche dell?aria da trattare e, simultaneamente, una riduzione delle perdite di carico nel circuito di ventilazione. Infatti, mentre nei summenzionati deumidificatori a ciclo frigorifero modificato, l?aria ? fatta transitare attraverso tre o quattro scambiatori di calore (a seconda del tipo di deumidificatore), il flusso di aria nell?umidificatore della presente invenzione intercetta solo due scambiatori, i.e. l?evaporatore e lo scambiatore di riscaldamento, riducendo al minimo le perdite di carico nel circuito di ventilazione.
In aggiunta a ci?, il deumidificatore della presente invenzione consente di minimizzare il consumo di energia elettrica, con ovvi vantaggi, in quanto lo scambiatore aria-acqua di riscaldamento utilizza il calore sottratto al fluido refrigerante nel condensatore per aumentare la temperatura dell?aria in uscita riconducendola al valore richiesto.
Inoltre, riducendo al minimo il numero degli scambiatori del circuito frigorifero viene ridotta al minimo anche la capacit? del refrigerante contenuto nel circuito frigorifero. La ridotta capacit? di refrigerante nel circuito agevola l?osservazione del rispetto delle Norme per la prevenzione dell?effetto serra e consente con pi? facilit? l?impiego dei refrigeranti di nuova generazione leggermente infiammabili, i cosiddetti A2L, per i quali ? previsto il rispetto di un rapporto ben definito fra la capacit? di refrigerante e la dimensione, in m<3>, dell?ambiente di installazione.
Infine, un umidificatore provvisto delle suddette caratteristiche consente l?utilizzo dello scambiatore aria-acqua 12 anche ad integrazione del sistema di raffreddamento o del sistema di riscaldamento dell?ambiente, a seconda delle stagioni e della temperatura dell?acqua disponibile nel sistema.
Preferibilmente, il deumidificatore ? provvisto di un ventilatore, atto ad forzare il flusso d?aria attraverso di esso. In alternativa, ? possibile sfruttare un ventilatore esterno, come meglio spiegato nel seguito.
In accordo con forme realizzative preferite dell?invenzione, il condensatore ? un condensatore del tipo a piastre saldobrasate, preferibilmente in AISI316. Un tale tipo di condensatore coniuga uno scambio termico particolarmente efficace con un ingombro estremamente ridotto. Esso, inoltre, possiede un elevato ciclo di vita, richiede ridotta manutenzione e resiste a temperature e pressioni estreme.
Il deumidificatore dell?invenzione potr? essere anche provvisto di una valvola di bypass, collocata a valle del compressore, la quale ? atta a deviare il flusso del fluido refrigerante, gas caldo, in modo che esso sia convogliato direttamente nell?evaporatore, bypassando il condensatore e l?organo di laminazione. In tal modo ? possibile sbrinare l?evaporatore, in caso di congelamento.
In accordo con forme realizzative preferite, il deumidificatore ? provvisto di una prima valvola modulante atta a modulare la portata di acqua in ingresso nel condensatore, in modo da controllare la pressione/temperatura di condensazione del fluido refrigerante. Ci? consente di dosare con estrema precisione la potenza di raffreddamento dell?evaporatore e quindi il grado di condensazione del vapore acqueo nello stesso evaporatore.
Inoltre, preferibilmente, il deumidificatore ? provvisto anche di una seconda valvola modulante atta a dosare la portata dell?acqua di alimentazione dello scambiatore aria-acqua, di post-riscaldamento, in modo da controllare la temperatura, e quindi l?umidit? relativa, dell?aria in uscita dal deumidificatore stesso. Tale seconda valvola modulante, infatti dosa il flusso che attraversa lo scambiatore di riscaldamento, stabilendo la percentuale di acqua calda che deve transitare nello scambiatore per riportare l?aria trattata alla temperatura ed all?umidit? relativa desiderate.
Le valvole modulanti, pertanto, consentono un controllo ulteriormente accurato e rigoroso delle condizioni termo igrometriche dell?aria in uscita dal deumidificatore.
Vantaggiosamente, ? prevista la presenza di trasduttori di temperatura, umidit? relativa e pressione, atti a comandare l?avviamento, l?arresto del deumidificatore e la modulazione delle valvole del circuito idronico.
L?ultimo dei summenzionati scopi della presente invenzione ? raggiunto mediante un procedimento per deumidificare l?aria mediante utilizzo di un ciclo frigorifero comprendente le seguenti fasi:
- creare un flusso forzato per l?aria da trattare;
- far transitare l?aria da trattare attraverso un evaporatore di detto ciclo frigorifero in modo da ridurre la sua temperatura e condensare almeno parzialmente il vapore acqueo in quell?aria sospeso, riducendo cos? la sua umidit? specifica;
- incrementare la temperatura dell?aria in uscita dall?evaporatore e quindi diminuire la sua umidit? relativa, facendola transitare attraverso uno scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento, alimentato con l?acqua calda in uscita dal condensatore di detto ciclo frigorifero.
Tale procedimento consente di controllare in modo rigoroso le condizioni termo igrometriche dell?aria immessa nell?ambiente evitando perdite di carico e rischi di inefficienza o crisi, risultando al contempo di semplice attuazione.
Infatti, la fase di riscaldare l?aria mediante scambio termico con uno scambiatore alimentato con l?acqua in uscita da un condensatore di un ciclo frigorifero il cui evaporatore ? utilizzato per condensare il vapore acqueo, contenuto nell?aria da trattare, consegue una ottimizzazione del procedimento in termini di flussi energetici, consentendo un accurato controllo delle condizioni termo igrometriche dell?aria trattata.
L?ottimizzazione del procedimento in termini di flussi energetici implica anche una ottimizzazione dei costi di esercizio.
Un tale procedimento, inoltre, prevedendo il transito dell?aria solo attraverso due scambiatori di calore (un evaporatore ed uno scambiatore di riscaldamento), consente di ridurre al minimo le perdite di carico, rispetto ai deumidificatori a ciclo frigorifero modificato di tipo noto.
La combinazione delle suddette fasi, inoltre consegue un procedimento semplice e non soggetto a rischi di inefficienza o crisi, in quanto prevede l?utilizzo di acqua per condensare il fluido refrigerante e poi l?utilizzo del calore prelevato dal fluido refrigerante per post-riscaldare l?aria in uscita dall?evaporatore. Ci? consente di utilizzare acqua ad una temperatura compresa in ampio range, come spiegato in precedenza.
Nel presente contesto, quando si parla di ?umidit? specifica? si fa riferimento al rapporto tra la massa del vapore acqueo e la massa di aria secca in un determinato volume. Mentre il termine ?umidit? relativa? si riferisce al rapporto tra la densit? del vapore contenuto nella miscela vapore acqueoaria e la densit? del vapore saturo alla temperatura della miscela.
ELENCO DELLE FIGURE
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente chiari dalla seguente descrizione di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del deumidificatore d?aria a ciclo frigorifero e del relativo procedimento di deumidificazione, illustrati a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui:
- la figura 1 mostra uno schema di funzionamento di un deumidificatore a ciclo frigorifero semplice di tipo noto;
- Le figure 2 - 6 mostrano schemi di funzionamento di cinque diversi deumidificatori a ciclo frigorifero modificato di tipo noto;
- La figura 7 mostra uno schema di funzionamento di un deumidificatore a ciclo frigorifero conforme alla forma realizzativa preferita della presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE
Un deumidificatore d?aria a ciclo frigorifero, secondo la presente invenzione, ? complessivamente e schematicamente indicato con il numero di riferimento 1 in Fig.7.
Il deumidificatore 1 comprendente un circuito 5 per un fluido refrigerante, un circuito per l?acqua di servizio ed un circuito di ventilazione per l?aria. Il circuito 5 del fluido refrigerante comprende un evaporatore 3, del tipo ad espansione diretta. Tale evaporatore 3 ? atto all?evaporazione del fluido refrigerante e alla condensazione del vapore acqueo contenuto nell?aria da trattare. L?evaporatore 3, condensando il vapore acqueo, provoca una riduzione dell?umidit? specifica dell?aria. Il circuito 5 del fluido refrigerante comprende anche un compressore 6, atto a comprimere in un condensatore il fluido refrigerante per ricondurlo allo stato liquido ed un organo di laminazione 7 atto a fornire all?evaporatore la corretta quantit? di refrigerante liquido che verr? fatto evaporare. L?organo di laminazione 7 pu? essere un tubo capillare oppure una valvola termostatica di espansione o una valvola di espansione elettronica, ed ? collocato a monte dell?evaporatore 3, rispetto al fluido refrigerante, mentre il compressore 6 ? posizionato a valle dell?evaporatore 3, in maniera nota.
Il deumidificatore 1 pu? comprende un ventilatore 2 atto a creare un flusso forzato di aria che transiti attraverso il deumidificatore 1 stesso, definendo il suddetto circuito di ventilazione. Il flusso di ventilazione pu? essere forzato anche da un ventilatore non inserito nello stesso deumidificatore ma facente parte di un sistema pi? grande nel quale l?intero deumidificatore 1 potr? essere integrato.
Con riferimento alla figura 7, che schematizza il deumidificatore 1 della presente invenzione, il flusso forzato di aria ? illustrato per mezzo delle frecce F ed F? che indicano rispettivamente l?ingresso e l?uscita dell?aria che transita attraverso il deumidificatore 1.
Il deumidificatore 1 comprende anche un condensatore 4 ad acqua a completamento del ciclo frigorifero, e quindi inserito nel circuito 5 del fluido refrigerante, a valle del compressore 6 rispetto al fluido refrigerante e a monte dell?organo di laminazione 7. Esso ? atto alla condensazione del fluido refrigerante.
Secondo la presente invenzione, tale condensatore 4 ? raffreddato con acqua. In particolare, esso ? alimentato con l?acqua di un circuito di servizio. Tale circuito ? definito da un ingresso 16 per l?immissione di acqua e dalla relativa uscita 17. Tra l?ingresso 16 e l?uscita 17, l?acqua ? fatta transitare attraverso detto condensatore 4, in modo da sottrarre al fluido refrigerante il calore prodotto dalla sua condensazione.
In accordo con la presente invenzione, il deumidificatore 1 comprende anche uno scambiatore di calore aria-acqua 12 per il post-riscaldamento dell?aria il quale ? alimentato con l?acqua in uscita dal condensatore 4. Rispetto al flusso forzato dell?aria detto scambiatore aria-acqua di postriscaldamento 12 ? collocato a valle dell?evaporatore 3 e, rispetto al circuito dell?acqua di servizio, ? collocato a valle del condensatore 4. In tal modo ? possibile veicolare il calore sottratto al fluido refrigerante dal condensatore 4, all?aria in uscita dall?evaporatore 3. Riscaldando l?aria, si consegue una riduzione della sua umidit? relativa ed una ottimizzazione delle sue condizioni termo igrometriche.
Preferibilmente detto condensatore 4 ? un condensatore del tipo a piastre saldobrasate, ancor pi? preferibilmente in AISI 316. In alternativa, si potrebbe prevedere un condensatore di tipo coassiale o uno a fascio tubiero.
Come visibile in figura 7, il deumidificatore 1 pu? essere dotato di una valvola di bypass 13, posizionata a valle del compressore 6 rispetto al fluido refrigerante. Essa ? atta a deviare il flusso del fluido refrigerante in uscita dal compressore 6, gas caldo allo stato gassoso, in modo che sia convogliato direttamente nell?evaporatore 3, bypassando il condensatore 4 e l?organo di laminazione 7. In tal modo, il fluido refrigerante deviato, ad alta temperatura, viene utilizzato per sbrinare l?evaporatore 3, in caso di congelamento.
Nel circuito dell?acqua di servizio sono inoltre previste due valvole modulanti 14, 15. In particolare, una prima valvola modulante 14 ? prevista tra l?ingresso dell?acqua 16 ed il condensatore 4, in modo da modulare la portata di acqua in ingresso nel condensatore 4 e quindi controllare la pressione e la temperatura di condensazione del fluido refrigerante, come spiegato in precedenza. Una seconda valvola modulante 15, prevista a valle del condensatore 4 consente di deviare il flusso, in toto o in parte, o verso linea scarico 17 o verso lo scambiatore aria-acqua di postriscaldamento 12, in modo da dosare opportunamente la portata di acqua nello scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento 12 e quindi controllare accuratamente la temperatura, e quindi l?umidit? relativa, dell?aria in uscita dal deumidificatore 1.
E? possibile prevedere la presenza di una sola valvola modulante 14, 15 o di entrambe, a seconda di quanto rigorosamente devono essere controllate le condizioni termo igrometriche dell?aria trattata.
Dato che i deumidificatori a ciclo frigorifero sono spesso abbinati ad impianti a pannelli radianti, ? preferibile usare acqua proveniente dalla rete di alimentazione dei pannelli radianti come acqua di servizio. In tal modo ? infatti possibile ottimizzare la gestione ed i costi del circuito del fluido di servizio.
Il deumidificatore 1 ? provvisto di un trasduttore di umidit? relativa, non mostrato in figura, atto a comandare l?avviamento e l?arresto del deumidificatore 1 stesso, il quale ? posizionato a valle dello scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento12.
Anche un trasduttore di temperatura ? posizionato a valle dello stesso scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento12.
Il deumidificatore 1 comprende anche un filtro disidratatore 18, a valle del condensatore 4, atto ad individuare ed eliminare eventuali tracce di vapore presenti nel circuito.
Il deumidificatore 1 ? preferibilmente provvisto di un contenitore di raccolta del vapore acqueo condensato, posizionato inferiormente all?evaporatore 3 e di un opportuno sistema di evacuazione del vapore acqueo condensato. La presente invenzione riguarda anche un procedimento per deumidificare aria, mediante utilizzo di un ciclo frigorifero.
Tale procedimento comprende una prima fase che prevede di creare un flusso forzato per l?aria da trattare.
Tale fase ? preferibilmente attuata per mezzo di un ventilatore 2 che genera un circuito di ventilazione che prevede l?ingresso di aria in accordo con la freccia F di figura 7 e l?uscita di aria in accordo con la freccia F? della stessa figura. In tal modo l?aria umida in ingresso, dopo aver attraversato il deumidificatore 1, esce da esso con ridotte umidit? specifica ed umidit? relativa.
In accordo con una ulteriore fase del procedimento di deumidificazione dell?invenzione, l?aria da trattare viene fatta transitare attraverso l?evaporatore 3 del ciclo frigorifero. Nell?evaporatore 3, il ciclo frigorifero sottrae calore all?aria, riducendo la sua temperatura ed aumentando la sua umidit? relativa, in modo tale da provocare la condensazione, almeno parziale, del vapore acqueo contenuto al suo interno, riducendo cos? la sua umidit? specifica.
Pertanto l?aria esce dall?evaporatore 3 con un basso grado di umidit? specifica ed un alto grado di umidit? relativa.
Preferibilmente il vapore acqueo condensato ? drenato per gravit?, raccolto in un apposito contenitore, posizionato inferiormente all?evaporatore 3, ed evacuato per mezzo di un opportuno sistema di evacuazione, come accennato in precedenza.
Successivamente, la temperatura dell?aria in uscita dall?evaporatore 3 viene incrementata e quindi la sua umidit? relativa ridotta, facendo transitare l?aria attraverso lo scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento 12.
In tale scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento 12, infatti, l?aria sottrae calore all?acqua calda scaricata dal condensatore 4 del ciclo frigorifero. L?acqua di servizio, immessa nel corrispondente circuito mediante l?ingresso 16, proviene preferibilmente dalla rete di alimentazione dei pannelli radianti dell?impianto a pannelli radianti abbinato all?umidificatore 1. Qualora l?umidificatore 1 non fosse integrato ad un impianto a pannelli radianti, sarebbe possibile usare acqua fornita da un produttore di acqua refrigerata di processo: chiller o pompa di calore.
Il procedimento dell?invenzione, in accordo con forme attuative preferite, comprende inoltre la fase di controllare la temperatura/pressione di condensazione del fluido refrigerante del ciclo frigorifero nel condensatore 4 mediante modulazione della portata di acqua al suo ingresso. Tale controllo consente di modulare la potenza di raffreddamento dell?evaporatore 3 e quindi dell?umidit? specifica dell?aria in uscita da esso. Analogamente, il procedimento dell?invenzione comprende la fase di regolare la temperatura e quindi l?umidit? relativa dell?aria immessa nell?ambiente mediante modulazione della portata di acqua in ingresso allo scambiatore aria-acqua di pos-riscaldamento 12.
La prima regolazione ? attuata mediante la summenzionata prima valvola modulante 14 e la seconda mediante la summenzionata seconda valvola modulante 15.
Il procedimento pu? inoltre prevedere una fase di deviare il flusso del fluido refrigerante del ciclo frigorifero in modo che esso sia convogliato direttamente in corrispondenza dell?evaporatore 3, bypassando il condensatore 4 e l?organo di laminazione 7, in modo da sbrinare l?evaporatore 3, in caso di congelamento.
Segue ora un riepilogo delle fasi a cui sono sottoposti i fluidi usati nel procedimento di deumidificazione di aria della presente invenzione.
Il fluido refrigerante che attraversa il circuito 5 ? sottoposto, all?uscita dall?organo di laminazione 7?, ad una fase di evaporazione nell?evaporatore 3?, dove assorbe calore dall?aria da trattare, quindi ? sottoposto ad una fase di compressione attuata dal compressore 6?, ed in ultimo ad una fase di condensazione nel condensatore 4 che lo riconduce allo stato liquido, analogamente ad un ciclo frigorifero di tipo noto. Tuttavia, a differenza dei circuiti tradizionali, il fluido refrigerante della presente invenzione ? condensato nel condensatore 4, del tipo refrigerante-acqua, scambiando calore con un fluido di servizio, i.e. acqua e non con l?aria da trattare.
L?acqua, immessa nel deumidificatore 1 attraverso un ingresso 16, ? convogliata nel condensatore 4, dove sottrae calore al fluido refrigerante, scaldandosi, viene quindi deviata, nella quantit? necessaria, nello scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento 12 dove cede calore all?aria in trattamento, per poi uscire attraverso l?uscita 17.
L?aria ? spinta dal flusso forzato generato dal ventilatore 2 a transitare attraverso l?evaporatore 3 dove cede calore al fluido refrigerante il quale provoca la condensazione del vapore acqueo presente al suo interno, diminuendo la sua umidit? specifica. Quindi l?aria ? spinta ad attraversare lo scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento 12, in modo da riscaldarsi prelevando calore dall?acqua di servizio e diminuire cos? la sua umidit? relativa, senza variare la sua umidita specifica. L?aria ? quindi immessa nell?ambiente nelle condizioni termo igrometriche desiderate.
Si ? cos? mostrato come il deumidificatore 1 nonch? il procedimento di deumidificazione secondo la presente invenzione raggiungano il compito e gli scopi preposti. In particolare, si ? mostrato come essi consentano di conseguire un controllo termo igrometrico ottimale dell?aria trattata, senza incorrere nei problemi di inefficienza, gestione delle rese o elevate perdite di carico degli umidificatori e dei procedimenti di deumidificazione di tipo noto.
Il deumidificatore 1 e il procedimento di deumidificazione qui descritti sono utilizzabili per usi domestici, commerciali ed industriali, sia su masse d?aria di ricircolo che su masse d?aria di rinnovo.
Il deumidificatore d?aria a ciclo frigorifero 1 in Fig. 7 ed il procedimento di deumidificazione cos? concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?ambito dell?invenzione. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. I materiali impiegati nonch? le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI
1. Deumidificatore (1) di un flusso d?aria del tipo a ciclo frigorifero comprendente un circuito (5) per un fluido refrigerante, detto circuito (5) comprendente un evaporatore (3), atto all?evaporazione del fluido refrigerante e alla condensazione del vapore acqueo contenuto nell?aria da trattare; un compressore (6), atto alla compressione del fluido refrigerante nel condensatore (4) atto ricondurre il fluido refrigerante allo stato liquido ed un organo di laminazione (7) atto ad alimentare l?evaporatore con la corretta quantit? di fluido refrigerante, caratterizzato dal fatto che detto deumidificatore (1) comprende inoltre:
- un condensatore (4) alimentato ad acqua, inserito nel circuito (5) frigorifero, a valle del compressore (6) rispetto al fluido refrigerante, detto condensatore (4) essendo atto alla condensazione del fluido refrigerante; ed
- uno scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento (12) dell?aria trattata alimentato con l?acqua in uscita dal condensatore (4), detto scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento (12) essendo collocato a valle dell?evaporatore (3) rispetto al flusso di aria ed atto a ridurre l?umidit? relativa dell?aria in uscita dall?evaporatore (3).
2. Deumidificatore (1) secondo la rivendicazione 1, pu? comprendere anche un ventilatore (2) per creare un flusso forzato di aria attraverso il deumidificatore (1) stesso.
3. Deumidificatore (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto condensatore (4) ? un condensatore del tipo a piastre saldobrasate, o di tipo coassiale o a fascio tubiero.
4. Deumidificatore (1) seconda una delle rivendicazioni precedenti, provvisto inoltre di una valvola di bypass (13), a valle del compressore (6), atta a deviare il flusso del fluido refrigerante in modo che esso sia convogliato direttamente in corrispondenza dell?evaporatore (3), bypassando il condensatore (4) e l?organo di laminazione (7), in modo da sbrinare l?evaporatore (3), in caso di congelamento dello stesso.
5. Deumidificatore (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, provvisto di una prima valvola modulante (14) atta a modulare la portata di acqua in ingresso nel condensatore (4), in modo da controllare la pressione/temperatura di condensazione del fluido refrigerante.
6. Deumidificatore (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, provvisto di una seconda valvola modulante (15) atta a modulare la portata di acqua in ingresso nello scambiatore aria-acqua di postriscaldamento (12) in modo da controllare la temperatura, e quindi l?umidit? relativa, dell?aria in uscita dal deumidificatore (1) stesso.
7. Deumidificatore (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, provvisto di trasduttori di temperatura, umidit? relativa e pressione, atti a comandare l?avviamento e l?arresto del deumidificatore (1) stesso ed a pilotare l?apertura/chiusura delle valvole modulanti.
8. Procedimento per deumidificare aria mediante utilizzo di un ciclo frigorifero comprendente le seguenti fasi:
- realizzare un circuito attraverso il quale far transitare un flusso forzato di aria da trattare;
- far transitare l?aria da trattare attraverso un evaporatore (3) di detto ciclo frigorifero in modo da ridurre la sua temperatura per far condensare, almeno parzialmente, il vapore acqueo contenuto al suo interno, riducendo cos? la sua umidit? specifica;
- incrementare la temperatura dell?aria in uscita dall?evaporatore (3) e quindi diminuire la sua umidit? relativa, facendola transitare attraverso uno scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento (12) alimentato con l?acqua in uscita da un condensatore (4) di detto ciclo frigorifero.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, comprendente inoltre la fase di raccogliere ed evacuare il vapore acqueo condensato.
10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente inoltre la fase di regolare il grado di condensazione del fluido refrigerante del ciclo frigorifero nel condensatore (4) mediante regolazione della portata di acqua al suo ingresso.
11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 8 - 10, comprendente inoltre la fase di regolare la temperatura e quindi l?umidit? relativa dell?aria immessa nell?ambiente mediante regolazione della portata di acqua in ingresso allo scambiatore aria-acqua di post-riscaldamento (12).
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