IT202100009377A1 - Scambiatore di calore o caldaia perfezionato - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a uno scambiatore di calore o caldaia perfezionato.

Pi? in particolare, la presente invenzione si riferisce a uno scambiatore di calore o caldaia per un trasferimento di energia termica ad un fluido operativo, con detto scambiatore di calore o caldaia che pu? trovare un uso preferito, ma esclusivo, in dispositivi antifurto di tipo nebbiogeno.

Come ? noto, uno scambiatore di calore ? un dispositivo in cui si realizza uno scambio/trasferimento di energia termica a un fluido di lavoro finalizzato a un riscaldamento o raffreddamento di detto fluido.

Molteplici sono le tipologie di scambiatori di calore che appartengono alla tecnica nota e che possono essere del tipo a contatto diretto (se le interfacce dei fluidi che scambiano calore sono a diretto contatto tra loro), a contatto indiretto (nel caso in cui i fluidi non vengano a contatto tra loro, come avviene negli scambiatori a superficie) e ad irraggiamento diretto (in cui lo scambio termico avviene sotto a mezzo di energia radiante).

Le applicazioni degli scambiatori di calore sono molteplici sia in campo industriale che domestico (ad esempio, il calorifero, lo scaldabagno, ecc.). Tra le applicazioni note che fanno uso di uno scambiatore di calore o caldaia vi sono i dispositivi di antifurto nebbiogeno, ossia quelle tipologie di antifurto che, in caso di effrazione o tentativo di rapina, si attivano emettendo una fitta nebbia che riempie il locale e che impedisce la visibilit? al malintenzionato o rapinatore.

Considerando l?applicazione esemplificativa di un dispositivo nebbiogeno, lo scambiatore di calore definisce uno dei componenti funzionali di tale dispositivo che comprende, sostanzialmente, quattro elementi principali definiti da un serbatoio per un liquido nebbiogeno da nebulizzare, uno scambiatore di calore (comunemente definito ?caldaia?) con la funzione di trasformare il fluido dallo stato liquido a quello gassoso, un dispositivo atto ad iniettare il liquido nello scambiatore e un sistema elettronico di controllo.

Tradizionalmente, gli scambiatori di calore o caldaie tradizionali comprendono un corpo metallico provvisto di un foro di ingresso (per il liquido in ingresso) e un foro di uscita per la fuoriuscita di gas, con detti fori di ingresso ed uscita collegati tra loro a mezzo di un percorso obbligato interno al corpo metallico e caratterizzato da forme differenti (ad esempio, condotti a spirale, a diaframmi forati, a pacco alettato, a micro canali, a lamelle e simili) e atto a mettere il fluido operativo in contatto con una massa metallica calda cos? da consentire il passaggio di stato da liquido a gas (che, nel caso dei dispositivi nebbiogeni, ? necessario per consentire la generazione di nebbia a contatto con l?aria esterna).

Tuttavia, tali scambiatori di calore o caldaie di tipo tradizionale presentano degli inconvenienti di rilievo legati ai sopracitati percorsi obbligati che vincolano il percorso del fluido operativo limitando il contatto con la massa metallica alla sola struttura definita dal percorso obbligato senza interessare tutta la massa metallica e ci? limita la massa di fluido liquido che viene trasformato in gas e, conseguentemente, non porta a rendimenti e prestazioni ottimali dello scambiatore.

Un ulteriore inconveniente degli scambiatori di calore o caldaie tradizionali, conseguenza dell?inconveniente di cui sopra, ? legato ad un non ottimale rendimento del dispositivo cui lo scambiatore di calore ? applicato.

Scopo della presente invenzione ? quello di ovviare agli inconvenienti sopra riportati.

Pi? in particolare, scopo della presente invenzione ? quello di fornire uno scambiatore di calore perfezionato atto ad ottimizzare il trasferimento di calore dalla massa metallica al fluido operativo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire uno scambiatore di calore atto ad incrementare la massa di fluido trasformato da liquido a gas.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire uno scambiatore di calore atto a consentire una trasformazione del fluido operativo in tempi pi? rapidi rispetto a quelli dei dispositivi tradizionali.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire uno scambiatore di calore atto a consentire di incrementare la durata del mantenimento del calore.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione degli utilizzatori uno scambiatore di calore o caldaia perfezionato atto a garantire una elevata resistenza ed affidabilit? nel tempo e tale, inoltre, da poter essere facilmente ed economicamente realizzato.

Questi e altri scopi vengono raggiunti dall'invenzione che presenta le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1.

Secondo l'invenzione si fornisce uno scambiatore di calore o caldaia perfezionato per un trasferimento di energia termica ad un fluido operativo, comprendente un corpo-contenitore in materiale metallico, longitudinalmente sviluppato ed internamente cavo e provvisto di un condotto o foro di ingresso e di un condotto o foro di uscita e comprendente una camera interna comprendente zone o sezioni comprese tra detti condotti o fori di ingresso ed uscita sequenzialmente disposte nello sviluppo longitudinale del corpo-contenitore e comprendenti mezzi di scambio termico superficiale per una variazione progressiva dello stato termico di un fluido operativo da una temperatura iniziale T0 ad una temperatura finale Tfin.

Realizzazioni vantaggiose dell'invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche costruttive e funzionali dello scambiatore di calore o caldaia perfezionato della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue nella quale si far? riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione data solo a scopo esemplificativo e non limitativo ed in cui:

la figura 1 rappresenta schematicamente una vista in assonometria dello scambiatore di calore o caldaia perfezionato dell?invenzione;

la figura 2 rappresenta schematicamente una vista in sezione secondo un piano longitudinale (un piano verticale) dello scambiatore di calore di cui alla rivendicazione 1.

Con riferimento alle citate figure, lo scambiatore di calore o caldaia perfezionato della presente invenzione, indicato complessivamente con 10, comprende un corpo-contenitore 12 che comprende un condotto o foro di ingesso 14 ed un condotto o foro di uscita 16, rispettivamente atti a consentire un ingresso del fluido operativo nel corpo-contenitore 12 e una sua uscita dopo aver transitato all?interno del medesimo corpo-contenitore secondo quanto meglio dettagliato nel seguito.

Il corpo-contenitore 12, nella forma di realizzazione preferita, ? realizzato in materiale metallico e presenta una sagoma a sviluppo longitudinale cilindrico internamente cavo, chiuso inferiormente e superiormente a mezzo, rispettivamente, di un primo elemento di chiusura 18 e di un secondo elemento di chiusura 20 vincolati al corpo-contenitore 12 con un collegamento del tipo saldatura o di tipo filettato o per interferenza o con altra modalit? di vincolo nota ed idonea allo scopo.

E? da intendersi che il corpo-contenitore pu? presentare anche una sagoma tubolare differente quale, ad esempio, una sagoma in sezione quadrata o, quadrangolare, poligonale o simile.

Internamente al corpo-contenitore 12 ? disposta un?anima 22 inserita coassialmente al corpocontenitore, longitudinalmente sviluppata e stabilizzata tra detti primo elemento di chiusura 18 e secondo elemento di chiusura 20.

L?assieme corpo-contenitore 12 e anima 22 centrale definiscono una camera 24 anulare a sviluppo longitudinale in collegamento con l?esterno a mezzo del condotto o foro di ingesso 14 e del condotto o foro di uscita 16.

Detta camera 24 anulare ? riempita di sfere 25 metalliche (o in altro materiale idoneo allo scopo) definenti la superficie di scambio termico con la quale il fluido operativo, immesso attraverso il condotto o foro di ingresso 14, viene a contatto per essere poi emesso esternamente attraverso il condotto o foro di uscita 16.

La camera 24 anulare provvista delle sfere 25 definisce, sostanzialmente, tre zone o sezioni disposte secondo lo sviluppo longitudinale del corpo-contenitore 12 compreso tra il condotto o foro di ingresso 14 ed il condotto o foro di uscita 16 e corrispondenti a differenti fasi di variazioni di stato del fluido operativo immesso nel corpo contenitore 12 attraverso il condotto o foro di ingresso 14 (da una temperatura iniziale T0 ad una temperatura finale Tfin).

Le zone o sezioni della camera 24 anulare comprendono, una prima zona o sezione ?A? in collegamento con il condotto o foro di ingresso 14 e definente una zona in cui il fluido operativo si trova in uno stato liquido, una seconda zona o sezione ?B? o zona intermedia definita successivamente alla prima zona o sezione ?A? nello sviluppo longitudinale della camera 24 e definente una zona in cui il fluido proveniente dalla prima zona o sezione si trova in uno stato transitorio, una terza zona o sezione ?C? definita successivamente alla seconda zona o sezione ?B? ed in collegamento con il condotto o foro di uscita 16 e definente una zona in cui il fluido si trova allo stato gassoso.

Le sfere 25, possono essere tutte dello stesso diametro in tutte le zone o sezioni oppure possono essere caratterizzate da diametri differenti per ciascuna singola zona o sezione; con riferimento alla forma di realizzazione preferita, le sfere 25 presentano un primo diametro nella prima zona o sezione ?A?, un secondo diametro maggiore del primo nella seconda zona o sezione ?B? ed un terzo diametro maggiore del secondo nella terza zona o sezione ?C?.

Nella forma di realizzazione preferita di cui alle figure sono presenti tre zone o sezioni occupate dalle sfere, tuttavia, il numero di tali sezioni pu? essere variabile in funzione delle caratteristiche di scambio termico che si desiderano ottenere.

Con riferimento all?utilizzo dello scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione in un dispositivo nebbiogeno, il fluido nebbiogeno allo stato liquido entra nello corpo-contenitore 12 dello scambiatore di calore o caldaia dal condotto o foro di ingresso 14 e transita progressivamente nella prima zona o sezione ?A?, nella seconda zona o sezione ?B? e nella terza zona o sezione ?C? passando, per contatto con le sfere 25, dallo stato liquido ad uno stato transitorio e, infine, ad uno stato gassoso per essere poi espulso esternamente attraverso il secondo condotto o foro 16 generando una nebbia fitta che andr? a riempire tutto un locale togliendo ogni visuale ad un potenziale ladro o malintenzionato/effrattore.

Test sperimentali condotti sullo scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione e su scambiatori di calore o caldaie di tipo tradizionale hanno messo in luce le caratteristiche positive di cui allo scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione.

Infatti, i test hanno messo in luce come una caldaia tradizionale con una massa di 6kg (kilogrammi) e dimensionata per erogare 200 m<3 >(metri cubi) di nebbia realizzi l?erogazione di detta nebbia in un intervallo di tempo pari a circa 25 secondi con un consumo di fluido tendenzialmente pari a 180 g (grammi), mentre nel caso dello scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione, a parit? di massa (6 kg), dimensionato per coprire 200 m<3 >si realizzi l?erogazione di nebbia in un intervallo di tempo pari a circa 14 secondi con un consumo di fluido tendenzialmente pari a 130 g (grammi).

Come si pu? rilevare d quanto precede sono evidenti i vantaggi che lo scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione consegue.

Lo scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione consente vantaggiosamente di ottimizzare il trasferimento di calore dalla massa metallica al fluido operativo; la presenza delle sfere, infatti, permette di disporre di una superficie di scambio termico maggiore rispetto alle tradizionali superfici di scambio del tipo tubolari, diaframmi, alette e simili, considerato il fatto che il fluido transitando dal condotto o foro di ingresso al condotto o foro di uscita entra a contatto con tutte le sfere presenti nella camera 24 e sfrutta, in tal modo, tutta la massa riscaldata disponibile. Ulteriore vantaggio dello scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione ? rappresentato dal fatto che esso permette un incremento della massa di fluido trasformato da liquido a gas; infatti, i test sperimentali sopra enunciati hanno messo in luce tale aspetto.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione ? rappresentato dal fatto che esso consente una riduzione dei tempi di saturazione rispetto ai dispositivi tradizionali; infatti, i test sperimentali hanno evidenziato una erogazione di nebbia in un intervallo di tempo pari a circa 14 secondi, inferiore rispetto ai 25 secondi di equivalenti scambiatori di calore o caldaie di tipo noto.

Ulteriormente vantaggioso ? il fatto che lo scambiatore di calore o caldaia dell?invenzione consente di realizzare una migliorata nebulizzazione del fluido e ci? ? confermato dai test sperimentali che hanno messo in luce una riduzione dei consumi con riferimento ai dispositivi tradizionali.

Bench? l?invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento ad una sua forma di realizzazione data solo a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti ad un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nell?ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Uno scambiatore di calore o caldaia (10) perfezionato per un trasferimento di energia termica ad un fluido operativo, comprendente un corpo-contenitore (12) in materiale metallico, longitudinalmente sviluppato ed internamente cavo e provvisto di un condotto o foro di ingresso (14) e di un condotto o foro di uscita (16) e caratterizzato dal fatto di comprendere una camera (24) interna comprendente zone o sezioni comprese tra detti condotti o fori di ingresso (14) ed uscita (16) sequenzialmente disposte nello sviluppo longitudinale del corpo-contenitore (12) e comprendenti mezzi di scambio termico superficiale per una variazione progressiva dello stato termico di un fluido operativo da una temperatura iniziale T0 ad una temperatura finale Tfin.

2. Lo scambiatore di calore o caldaia secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno tre zone o sezioni comprendenti una prima zona o sezione (A) in collegamento con il condotto o foro di ingresso (14), una seconda zona o sezione (B) o zona intermedia successiva alla prima zona o sezione (A) ed una terza zona o sezione (C) definita successivamente alla seconda zona o sezione (B) ed in collegamento con il condotto o foro di uscita (16).

3. Lo scambiatore di calore o caldaia secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi di scambio termico superficiale comprendono una pluralit? di sfere (25) metalliche alloggiate nella camera (24) del corpo-contenitore (12).

4. Lo scambiatore di calore o caldaia secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le sfere (25) sono tutte di eguali dimensioni.

5. Lo scambiatore di calore o caldaia secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le sfere (25) presentano dimensioni differenti per ciascuna zona o sezione (A, B, C) e crescenti tra una zona o sezione e la successiva.

6. Lo scambiatore di calore o caldaia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il corpo-contenitore (12) comprende un primo elemento di chiusura (18) e un secondo elemento di chiusura (20) vincolati al corpo-contenitore 12 in corrispondenza di estremit? aperte di detto ultimo.

7. Lo scambiatore di calore o caldaia secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere un?anima (22) inserita coassialmente al corpo-contenitore, longitudinalmente sviluppata e stabilizzata tra detti primo elemento di chiusura (18) e secondo elemento di chiusura (20).

8. Lo scambiatore di calore secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il corpo-contenitore (12) comprende una sagoma a sviluppo longitudinale cilindrico.

9. Lo scambiatore di calore secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il corpo-contenitore (12) comprende sagoma in sezione quadrata o quadrangolare o pentagonale.