IT202100023498A1 - Apparato per riscaldare a induzione corpi metallici con raffreddamento perfezionato - Google Patents

Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo ?APPARATO PER RISCALDARE A INDUZIONE CORPI METALLICI CON RAFFREDDAMENTO PERFEZIONATO?

DESCRIZIONE

Ambito dell?invenzione

[0001] La presente invenzione si riferisce a un apparato per riscaldare corpi metallici per induzione, cio? sottoponendo tali corpi metallici a un campo elettromagnetico variabile, e inducendo quindi in essi delle correnti che ne provocano il riscaldamento. L?invenzione riguarda in particolare un procedimento perfezionato per raffreddare un siffatto apparato.

Descrizione della tecnica anteriore

[0002] Sono noti apparati per riscaldare temporaneamente, mediante correnti indotte, corpi metallici come meccanici da lavorare ad alta temperatura.

[0003] Come mostrato in figura 1, un apparato 100 di questo tipo comprende basilarmente un dispositivo impugnabile da un operatore o manipolo 1, un?unit? di generazione elettrica 2 e un circuito idraulico di raffreddamento 3 a liquido.

[0004] Pi? in dettaglio, come mostra la figura 2, il dispositivo impugnabile da un operatore 1 comprende una porzione d?impugnatura cava 10, un supporto allungato 21 che si estende dalla porzione d?impugnatura cava 10 e almeno una spira induttrice cava 32 disposta in corrispondenza di un?estremit? del supporto allungato 21 opposta alla porzione d?impugnatura cava 10. La spira induttrice cava 32, di forma dipendente dal corpo metallico da riscaldare, fa parte di un circuito elettrico induttore 30 che riceve un?alimentazione elettrica da un trasformatore di corrente 50 normalmente alloggiato nella porzione d?impugnatura cava 10.

[0005] L?unit? di generazione elettrica 2 ? disposta per prelevare tensione da una rete elettrica 9 e per alimentare una corrente alternata al trasformatore di corrente 50 attraverso conduttori 49 e, insieme al trasformatore di corrente 50, ? configurata per alimentare una corrente alternata di lavoro al circuito elettrico induttore 30.

[0006] Il circuito idraulico 3 ha una capacit? C tale da contenere una quantit? predeterminata di un liquido di raffreddamento 4, normalmente acqua trattata per l?uso ad alta temperatura. Inoltre, il circuito 3 comprende una porzione raffreddante 7 per contenere l?aumento di temperatura del manipolo 1, e una porzione raffreddata 6 per contenere l?aumento di temperatura del liquido di raffreddamento 4 per effetto del calore assorbito dal manipolo 1.

[0007] La porzione raffreddante 7 comprende a sua volta una via di passaggio di raffreddamento 70 definita all?interno del manipolo 1, in particolare all?interno della spira induttrice cava 32 e della porzione d?impugnatura cava 10, per asportare almeno in parte il calore generato dalla corrente che circola nel circuito elettrico induttore 30 e negli avvolgimenti del trasformatore 50. Per quest?ultimo, nella porzione di impugnatura 10 possono essere previsti elementi di scambio termico 72 e 73, o semplicemente porzioni di scambio termico 72, 73 della via di passaggio 70 configurate per scambiare calore con le parti interne della porzione id impugnatura 10. La via di passaggio di raffreddamento 70 permette inoltre di asportare il calore che la spira induttrice 32 riceve dal corpo riscaldato per induzione. Normalmente, la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3 comprende anche un elemento di scambio termico 71 previsto nell?unit? di generazione elettrica 2, solitamente nella forma di un radiatore, per raffreddare, in particolare, il ponte a IGBT in essa contenuto. Gli elementi o porzioni di scambio termico 71, 72 e 73 sono di norma disposti in serie tra loro.

[0008] La porzione raffreddata 6 comprende uno scambiatore di calore 61 per raffreddare il liquido di raffreddamento 4, asportandone una potenza termica Q. Normalmente si tratta di uno scambiatore ad aria in cui un radiatore 61? ha una superficie di scambio termico chiusa entro cui circola il liquido di raffreddamento 4 e in cui un dispositivo di convogliamento dell?aria come un ventilatore 61? ? disposto per convogliare aria esternamente su tale superficie di scambio termico. Una valvola di ritegno 63 correda vantaggiosamente il circuito idraulico 3.

[0009] La porzione raffreddata 6 comprende inoltre un serbatoio 60 avente una capacit? C, in modo da contenere una quantit? predeterminata di liquido di raffreddamento 4, e una pompa 65 per far circolare il liquido di raffreddamento 4 attraverso il circuito di raffreddamento 3.

[0010] Apparati di questo tipo sono descritti, per esempio, in US3495063, US3022368, WO2017186963.

[0011] La capacit? C del serbatoio 60 e la potenza termica Q asportabile dallo scambiatore di calore 61 vengono scelte tenendo presente, da un lato, la necessit? di mantenere la temperatura del dispositivo portatile 1 e dell?elettronica dell?unit? di generazione elettrica 2 entro limiti accettabili e, da un altro lato, la necessit? di contenere le dimensioni delle apparecchiature del circuito di raffreddamento 3, sopra descritte. Quanto sopra conduce a una soluzione di compromesso come indicato schematicamente nel diagramma di figura 3, in cui una temperatura caratteristica di funzionamento T dell?apparato, per esempio la temperatura T del liquido di raffreddamento come disponibile, ? riportata in funzione del tempo t, in cui ? mostrata la temperatura ambiente Ta, ovvero la temperatura del liquido di raffreddamento all?inizio di una lavorazione, e in cui sono definite una temperatura Tmax, raggiunta la quale, durante una fase di funzionamento 3 dell?apparato, l?unit? di generazione elettrica 2 interrompe automaticamente l?erogazione della potenza, e una temperatura Tr, raggiunta la quale, durante una fase di raffreddamento 4 del liquido di raffreddamento 4, l?unit? di generazione elettrica 2 abilita nuovamente l?erogazione della potenza.

[0012] In considerazione dei vincoli di ingombro e di operabilit?/sicurezza sopra riassunti, la capacit? C e la potenza termica Q vengono scelte in modo da rendere possibili fasi di funzionamento 91 di durata ?ON sufficiente per compiere le operazioni di riscalamento pi? frequenti per questi apparati, per esempio il riscaldamento di bulloni necessario per il loro svitamento.

[0013] Vi sono tuttavia operazioni, come il riscaldamento integrale di lembi di lamiere da unire tra loro, per esempio, mediante brasatura, che richiedono tempi pi? lunghi, e che non possono essere concluse con una sola fase di riscaldamento di durata limitata a ?ON, essendo da prevedere fasi di inattivit? intermedie 92 di durata almeno uguale a ?OFF per consentire il raffreddamento del liquido di raffreddamento 4 dalla temperatura Tmax alla temperatura Tr. Questo fatto limita sensibilmente il campo di applicazione e comunque la produttivit? di questi apparati di riscaldamento a induzione.

[0014] Occorre altres? tenere conto che la situazione mostrata in figura 3 ? puramente schematica, infatti Il periodo di funzionamento ?ON dell?apparato 100 non ? prevedibile con precisione, cos? come non lo ? il tempo ?OFF di rientro nei parametri termici di funzionamento sicuro, essendo largamente dipendente dalle condizioni ambientali, in particolare dalla temperatura ambiente Ta e da quella del liquido di raffreddamento disponibile, e dal ciclo di lavoro stesso.

Sintesi dell?invenzione

[0015] ? quindi scopo della presente invenzione fornire un apparato di riscaldamento a induzione di corpi metallici, e un metodo di raffreddamento di detto apparato, che permettano di eseguire un riscaldamento continuativo dei corpi metallici per un tempo significativamente superiore rispetto a quanto consentito dagli apparati di tecnica anteriore.

[0016] ? anche scopo dell?invenzione fornire un siffatto apparato che permetta di prolungare la durata di riscaldamento continuo dei corpi metallici senza aumentare significativamente le dimensioni dell?apparato rispetto agli esemplari di tecnica anteriore.

[0017] Gli scopi sopra indicati sono raggiunti da un apparato riscaldatore a induzione e da un metodo per raffreddare detto apparato riscaldatore come definiti, rispettivamente, nelle rivendicazioni 1 e 10. Forme realizzative e varianti vantaggiose dell?apparato e del metodo sono definite nelle rivendicazioni rispettivamente dipendenti.

[0018] Secondo un aspetto dell?invenzione, un apparato per riscaldare a induzione un corpo metallico comprende:

- un dispositivo impugnabile da un operatore, a sua volta comprendente:

- una porzione d?impugnatura cava;

- un supporto allungato che si estende dalla porzione d?impugnatura cava;

- un circuito elettrico induttore comprendente almeno una spira induttrice cava disposta in corrispondenza di una porzione di estremit? del supporto allungato;

- un trasformatore di corrente disposto all?interno della porzione d?impugnatura e connesso elettricamente con il circuito elettrico induttore; - un?unit? di generazione elettrica connessa elettricamente al trasformatore di corrente, e configurata per alimentare una corrente alternata al circuito elettrico induttore attraverso il trasformatore di corrente;

- un circuito idraulico di un liquido di raffreddamento comprendente:

- una porzione raffreddante, definita internamente al manipolo, per raffreddare la porzione d?impugnatura cava e alla almeno una spira induttrice cava;

- una porzione raffreddata avente una capacit? tale da contenere una predeterminata quantit? di liquido di raffreddamento;

le cui caratteristiche principali sono che:

- la porzione raffreddata del circuito idraulico comprende una pluralit? di rami paralleli l?uno all?altro, cio? di sezioni di raffreddamento disposte in parallelo l?una all?altra, comprendenti rispettivi serbatoi,

- la capacit? della porzione raffreddata ? suddivisa in parti sostanzialmente uguali tra i serbatoi,

- i rami paralleli comprendono rispettivi sensori di temperatura configurati per rilevare e notificare rispettivi valori di temperatura del liquido di raffreddamento contenuto nei serbatoi, e

- la porzione raffreddata del circuito idraulico comprende inoltre un gruppo valvolare di commutazione configurato per porre selettivamente in comunicazione idraulica ciascuno dei rami paralleli della porzione raffreddata con la porzione raffreddante del circuito idraulico.

[0019] Secondo un altro aspetto dell?invenzione, un metodo per il raffreddamento di un apparato per eseguire un procedimento di riscaldamento a induzione di un corpo metallico, detto procedimento comprendendo fasi di:

- predisposizione di un apparato come da descrizione precedente;

detto procedimento di riscaldamento comprendendo inoltre fasi di:

- definizione di una temperatura massima del liquido di raffreddamento;

- posizionamento del corpo metallico e dell?almeno una spira induttrice cava in prossimit? l?uno all?altra; - connessione idraulica di un solo ramo dei rami paralleli della porzione raffreddata con la porzione raffreddante del circuito di raffreddamento, il ramo connesso essendo un ramo attivo della porzione raffreddata;

- attivazione di un convogliamento del liquido di raffreddamento in circuito chiuso tra il ramo attivo e la porzione raffreddante del circuito di raffreddamento;

- attivazione di un?alimentazione elettrica del circuito elettrico induttore, in cui una quantit? di calore generata da correnti elettriche circolanti in avvolgimenti del trasformatore e nella spira induttrice, e una quantit? di calore trasmessa dal corpo metallico riscaldato alla spira induttrice viene almeno in parte asportata dal liquido di raffreddamento circolante nella porzione raffreddante del circuito di raffreddamento; in modo da realizzare una fase di riscaldamento di detto corpo metallico,

in detto metodo per il raffreddamento, durante detta fase di riscaldamento di detto corpo metallico, a intervalli di tempo predeterminati, essendo previste fasi di:

- lettura di un valore di temperatura del liquido di raffreddamento contenuto nel ramo attivo;

- confronto del valore di temperatura letto del liquido di raffreddamento con la temperatura massima;

se il valore di temperatura letto del liquido di raffreddamento ? uguale o superiore alla temperatura massima,

- commutazione del ramo attivo su un diverso ramo tra i rami paralleli della porzione raffreddata del circuito, in cui ? inoltre prevista una fase di

- verifica di presenza di una condizione di fineriscaldamento;

in presenza della condizione di fine-riscaldamento, - interruzione della fase di alimentazione elettrica; - allontanamento tra il corpo metallico e l?almeno una spira induttrice cava.

[0020] In tal modo, ? possibile alimentare selettivamente la porzione raffreddante del circuito idraulico con il liquido di raffreddamento proveniente dal serbatoio di un altro ramo quando la temperatura del liquido di raffreddamento alimentato da un ramo correntemente in comunicazione idraulica con la porzione raffreddante supera una temperatura massima predeterminata, dopo un certo tempo di funzionamento.

[0021] Ci? permette di prolungare il tempo di funzionamento continuo rispetto a quanto consentito dagli apparati di tecnica anteriore, in cui il circuito di raffreddamento dispone di una sola capacit? o serbatoio di liquido di raffreddamento collegato idraulicamente in modo permanente con la porzione raffreddante del circuito stesso. Gli inventori si sono infatti resi conto che in tal modo la disponibilit? di liquido a una temperatura abbastanza bassa per raffreddare efficacemente il manipolo, ed eventualmente l?elettronica di potenza, ? garantita per un tempo continuo notevolmente pi? lungo rispetto al caso in cui tutto il liquido di raffreddamento disponibile venga fatto circolare in modo permanente nella porzione raffreddante del circuito, anche senza aumentare proporzionalmente la quantit? di liquido complessivamente contenuta nel circuito idraulico.

[0022] Grazie all?invenzione, ? possibile eseguire in modo continuo lavorazioni prolungate come il riscaldamento di porzioni estese di pezzi metallici, per esempio lembi di lamiere da unire tra loro mediante brasatura, o il riscaldamento in sequenza di numerose unioni filettate come bulloni da svitare per scomporre determinati complessi di pezzi metallici. Pi? in generale, disporre di un numero di unit? di raffreddamento superiore a uno, nei limiti degli ingombri che ne derivano, permette di adeguare l?apparecchiatura alle esigenze di vari cicli produttivi, senza dover adottare soluzioni economicamente onerose e/o ambientalmente rischiose come allestire pi? apparati di riscaldamento a induzione di tecnica anteriore o introdurre macchine frigorifere per refrigerare il fluido di raffreddamento.

[0023] Un altro vantaggio dell?apparato e del metodo secondo l?invenzione ? che, se si verifica un guasto in uno dei rami di raffreddamento paralleli, l?apparato pu? comunque continuare a operare, sia pure con prestazioni ridotte, in attesa del ripristino del ramo ove ha avuto luogo il guasto.

[0024] In una forma realizzativa vantaggiosa, l?apparato comprende inoltre un?unit? di controllo configurata per eseguire il metodo in modo automatico, in particolare, tale unit? di controllo ? configurata per:

- acquisire un segnale di temperatura dai sensori di temperatura predisposti nei serbatoi o comunque nei rami della porzione raffreddata del circuito idraulico e, - quando il segnale di temperatura indica che la temperatura del liquido di raffreddamento alimentato da un ramo attivo dei rami paralleli, cio? da un ramo correntemente in comunicazione idraulica con la porzione raffreddante, supera la temperatura massima, azionare il gruppo valvolare di commutazione, in modo da porre in comunicazione idraulica un diverso ramo con la porzione raffreddante del circuito idraulico.

[0025] In tal modo ? possibile garantire il prolungamento del tempo di funzionamento continuo senza che l?operatore debba sorvegliare direttamente la temperatura del liquido di raffreddamento e procedere manualmente allo scambio tra il ramo attivo un altro ramo ponendo quest?ultimo in comunicazione idraulica con la porzione raffreddante del circuito idraulico al posto del primo.

[0026] In varie forme realizzative, la porzione raffreddata del circuito idraulico comprende un numero di rami paralleli superiore a due, e il metodo prevede una fase di scelta del ramo, diverso da quello correntemente attivo, da commutare in ramo attivo, cio? da porre in comunicazione con la porzione raffreddante del circuito idraulico quando la temperatura del liquido di raffreddamento proveniente dal ramo correntemente attivo eguaglia o supera la temperatura massima. In tal caso, l?unit? di controllo ? configurata per operare tale scelta, per esempio, eleggendo come nuovo ramo attivo il ramo che contiene il liquido di raffreddamento alla temperatura pi? bassa tra i rami paralleli non attivi. Ci? permette di aumentare l?incremento di capacit? refrigerante reso possibile dalla suddivisione della quantit? di liquido di raffreddamento in pi? porzioni e dal loro utilizzo in alternanza l?una all?altra.

[0027] Vantaggiosamente, i rami paralleli della porzione raffreddata del circuito idraulico comprendono, oltre ai rispettivi serbatoi, rispettivi scambiatori di calore per raffreddare il liquido di raffreddamento. Preferibilmente, ciascuno dei serbatoi e ciascuno degli scambiatori di calore sono disposti per mantenere sotto raffreddamento il liquido di raffreddamento mentre il rispettivo ramo non ? attivo, cio? mentre esso non ? in comunicazione idraulica con la porzione raffreddante del circuito idraulico.

[0028] In questo modo, si aumenta la velocit? di raffreddamento del liquido contenuto nei serbatoi dei singoli rami, mentre questi non sono attivi. ? cos? possibile disporre in un tempo pi? breve di liquido di raffreddamento a una temperatura abbastanza bassa da poter raffreddare in modo efficace le varie parti del manipolo, ed eventualmente anche dell?elettronica di potenza dell?apparato. Ci? permette di prolungare ulteriormente la durata del raffreddamento continuo e/o di limitare il numero di rami paralleli della porzione raffreddata del circuito idraulico, a parit? di durata massima del raffreddamento continuo.

[0029] Vantaggiosamente, i rami paralleli della porzione raffreddata del circuito idraulico comprendono, oltre ai rispettivi serbatoi, rispettive pompe per alimentare la porzione raffreddante del circuito idraulico con il liquido di raffreddamento.

[0030] In questo caso ? possibile prevedere in ciascun ramo una tubazione di riciclo tra il gruppo valvolare di commutazione e l?ingresso nel rispettivo serbatoio, e disporre lungo la tubazione di riciclo il rispettivo scambiatore di calore. Secondo una forma realizzativa vantaggiosa per costi e per semplicit? di installazione e manutenzione, lo scambiatore di calore pu? essere uno scambiatore di calore ad aria forzata, in cui un dispositivo di come un ventilatore ? disposto per convogliare aria sulla superficie esterna di un elemento di scambio termico come un radiatore, all?interno del quale ? fatto passare il liquido di raffreddamento.

[0031] In una forma realizzativa vantaggiosa, l?unit? di controllo ? inoltre configurata per azionare il gruppo valvolare di commutazione, quando il segnale di temperatura indica che la temperatura del liquido di raffreddamento alimentato dal ramo attivo supera la temperatura massima, in modo tale da porre in comunicazione idraulica la pompa del ramo precedentemente attivo con la tubazione di riciclo anzich? con la porzione raffreddante del circuito, facendo riciclare sul rispettivo serbatoio e mantenendo sotto raffreddamento il liquido di ciascun ramo anche mentre questo non ? attivo, cio? anche quando esso ? escluso dalla comunicazione idraulica con la porzione raffreddante del circuito idraulico.

[0032] In alternativa, gli scambiatori di calore possono essere realizzati integralmente ai serbatoi stessi, comprendendo per esempio elementi di scambio termico immersi nel liquido di raffreddamento contenuto nel serbatoio o solidali alla parete del serbatoio, come serpentine di raffreddamento disposte per essere attraversate per esempio da acqua fredda come acqua di pozzo, ove disponibile, non utilizzabile direttamente nel circuito idraulico dell?apparato.

[0033] La porzione raffreddante del circuito idraulico pu? inoltre comprendere un elemento di scambio termico dell?unit? di generazione elettrica, in particolare, per mantenere la temperatura di un ponte a IGBT della unit? di generazione elettrica al di sotto di un valore massimo di temperatura predeterminato.

Breve descrizione dei disegni

[0034] Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente con la descrizione che segue di varianti e forme realizzative, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

? la figura 1 ? uno schema a blocchi di un apparato per riscaldare a induzione un corpo metallico, secondo la tecnica anteriore;

? la figura 2 ? un diagramma a blocchi dell?apparato di figura 1, in cui viene mostrata pi? in dettaglio la struttura del dispositivo induttore portatile e del circuito di raffreddamento;

? la figura 3 ? un diagramma che mostra schematicamente l?andamento di una temperatura caratteristica di un apparato come nelle figure 1 e 2, evidenziando fasi di erogazione di potenza e riscaldamento alternate a fasi di raffreddamento del liquido di raffreddamento;

? La figura 4 ? uno schema a blocchi di un apparato per riscaldare a induzione un corpo metallico, secondo l?invenzione;

? la figura 5 ? un diagramma a blocchi dell?apparato di figura 4, in cui viene mostrata pi? in dettaglio la struttura del dispositivo induttore portatile e del circuito di raffreddamento secondo una forma realizzativa dell?invenzione;

? la figura 6 ? un diagramma a blocchi di un apparato per riscaldare a induzione corpi metallici secondo un?altra forma realizzativa dell?invenzione, in cui la commutazione tra rami attivi e inattivi della porzione raffreddata del circuito idraulico ? eseguita in modo automatico;

? la figura 7 ? un diagramma a blocchi di un apparato per riscaldare a induzione corpi metallici secondo un?altra forma realizzativa dell?invenzione, in cui ciascun circuito di raffreddamento comprende un proprio scambiatore di calore e una propria pompa;

? la figura 8 ? un diagramma a blocchi di un apparato per riscaldare a induzione corpi metallici secondo un?ulteriore forma realizzativa dell?invenzione, in cui ciascun circuito di raffreddamento ? configurato per eseguire una fase di raffreddamento del liquido di raffreddamento nel rispettivo serbatoio anche quando tale circuito non alimenta il percorso di raffreddamento dell?apparato;

? la figura 9 ? un diagramma che mostra schematicamente l?andamento della temperatura del liquido di raffreddamento contenuto nei serbatoi dei rispettivi circuiti di raffreddamento dell?apparato di figura 7; ? la figura 10 mostra uno schema di flusso di un metodo secondo l?invenzione.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite [0035] Con riferimento alle figure 4 e 5, viene descritto un apparato 101 per riscaldare a induzione corpi metallici, secondo una forma realizzativa dell?invenzione. L?apparato 101 comprende un dispositivo portatile o manipolo 1, un?unit? di generazione elettrica 2 e un circuito idraulico 3 che ha una porzione raffreddante 7 per raffreddare il manipolo 1 con un liquido di raffreddamento 4, tipicamente acqua preferibilmente trattata per scambio termico.

[0036] Il manipolo 1, l?unit? di generazione elettrica 2 e la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3 hanno le stesse caratteristiche delle parti corrispondenti del dispositivo 100 di tecnica anteriore gi? descritto con riferimento alla figura 2, pertanto si evita di ripeterne la descrizione.

[0037] Come mostra la linea tratteggiata in figura 4, la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3 pu? comprendere, oltre alla via di passaggio di raffreddamento 70 all?interno del manipolo 1, un elemento di scambio termico 71 disposto per asportare calore da determinati componenti dell?unit? di generazione elettrica 2 che sono soggetti a surriscaldamento, in misura non compatibile con la loro funzionalit? o integrit?. ? questo il caso, in particolare di un ponte a IGBT che pu? essere presente nell?unit? di generazione elettrica 2.

[0038] Secondo l?invenzione, il circuito idraulico 3 ha una porzione raffreddata 6 che comprende una pluralit? di n rami paralleli 61,62,?6n, ovvero sezioni di raffreddamento disposte in parallelo tra loro, rispetto alla porzione raffreddante 7. I rami paralleli 61,62,?6n comprendono rispettivi serbatoi 601,602,?60n aventi sostanzialmente la medesima capacit?, per cui la capacit? complessiva della porzione raffreddata 6 del circuito idraulico 3 ? suddivisa in parti sostanzialmente uguali tra i rami paralleli 61,62,?6n.

[0039] I rami paralleli 61,62,?6n comprendono inoltre rispettivi sensori di temperatura 661,662,?66n, preferibilmente montati sui serbatoi 601,602,?60n, per rilevare e notificare rispettivi valori di temperatura T1,T2,?Tn del liquido di raffreddamento 4 contenuto nei serbatoi 601,602,?60n. I sensori di temperatura 661,662,?66n sono vantaggiosamente associati a semplici indicatori di temperatura locali, non mostrati, visibili a un operatore che adopera il manipolo 1.

[0040] Sempre secondo l?invenzione, la porzione raffreddata 6 del circuito idraulico 3 comprende un gruppo valvolare di commutazione 8 configurato per porre selettivamente in comunicazione idraulica ciascuno dei rami paralleli 61,62,?6n della porzione raffreddata 6 con la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3. Pi? in dettaglio, nella forma realizzativa mostrata, il gruppo valvolare di commutazione 8 comprende una prima pluralit? di valvole di intercettazione 681,682,?68n in ingresso ai rispettivi serbatoi 601,602,?60n e una seconda pluralit? di valvole di intercettazione 691,692,?69n in uscita dai rispettivi serbatoi 601,602,?60n. . Una valvola di ritegno 63 correda vantaggiosamente il circuito idraulico 3.

[0041] In tal modo, attraverso la pompa 65, gi? descritta con riferimento alla figura 2, ? possibile porre in comunicazione idraulica uno qualsiasi dei rami paralleli 6i, i=1,2?n con la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3, mantenendo esclusi gli altri rami 6j, j?i, dalla comunicazione idraulica con la porzione raffreddante 7. Pertanto, ? possibile alimentare selettivamente la porzione raffreddante 7 con il liquido di raffreddamento 4 contenuto in uno solo dei serbatoi 60i di un rispettivo ramo 6i i=1,2?n.

[0042] In particolare, quando la temperatura Ti del liquido di raffreddamento 4 di un ramo 6i correntemente attivo, cio? collegato idraulicamente con la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3, eguaglia o supera una predeterminata temperatura massima Tmax per effetto del calore asportato dal manipolo 1, i sensori e gli indicatori di temperatura permettono a un operatore di commutare le valvole 681,682,?68n e 691,692,?69n del gruppo valvolare di commutazione 8 di intercettare il serbatoio 60i/il ramo 6i, cio? di escluderlo dalla comunicazione idraulica con la porzione raffreddante 7, e di porre in comunicazione idraulica con la porzione raffreddante 7 un diverso serbatoio 60j / un diverso ramo 6j, j?i, in modo da alimentare la porzione raffreddante 7 con il liquido di raffreddamento 4 di tale serbatoio 60j che ha una temperatura Tj inferiore a Ti, e quindi inferiore alla temperatura massima Tmax, in quanto non sottoposto, fino al momento della commutazione, al riscaldamento per effetto del calore generato nel manipolo 1.

[0043] L?andamento della temperatura T del liquido di raffreddamento 4 che alimenta la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3 ? mostrato in figura 9. In tale figura, ciascuna curva mostra la temperatura Ti, Tj del liquido di raffreddamento 4 di un dato serbatoio 60i, 60j, con tratto spesso quando tale liquido alimenta la sezione raffreddante 7 del circuito idraulico, e con tratto sottile quando tale liquido non alimenta la sezione raffreddante 7 del circuito idraulico. Gli istanti t1, t2?t5 sono istanti di commutazione in corrispondenza dei quali viene cambiato il ramo 61,62,?6n della porzione raffreddata 6 in comunicazione con la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3. In particolare, il passaggio dall?alimentazione del liquido di raffreddamento proveniente dal ramo 6i al liquido di raffreddamento proveniente dal ramo 6j ? mostrato con riferimento all?istante di commutazione t3.

[0044] Con riferimento nuovamente alla figura 5, la porzione raffreddata 6 del circuito idraulico 3 comprende almeno uno scambiatore di calore 61 per asportare calore almeno dalla porzione di liquido di raffreddamento 4 che viene alimentata alla porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3. Lo scambiatore di calore 61 ? rappresentato in figura 5 come uno scambiatore ad aria, comprendente un radiatore 61? all?interno del quale viene fatto passare il liquido di raffreddamento 4, e un ventilatore o apparecchio equivalente 61? disposto per convogliare aria sulla superficie esterna del radiatore 61?. Tuttavia, ? possibile utilizzare anche scambiatori di tipo diverso, come scambiatori a tubi concentrici o a piastre, serviti da una corrente liquida fredda, per esempio acqua di pozzo.

[0045] Come mostrato in figura 6, un apparato 103, secondo un?altra forma realizzativa dell?invenzione, comprende un?unit? di controllo 80 configurata per acquisire segnali di temperatura provenienti da trasmettitori di temperatura, non mostrati, associati ai sensori di temperatura 661,662,?66n. Inoltre, quando il segnale di temperatura proveniente da un sensore 66i del ramo attivo 6i indica che la temperatura Ti del liquido di raffreddamento 4 ? uguale o superiore alla temperatura massima Tmax, l?unit? di controllo 80 ? configurata per aprire/chiudere opportune valvole del gruppo di commutazione 8 in modo da porre in comunicazione idraulica un diverso ramo 6j, j?i, con la porzione raffreddante 7, e di escludere il ramo correntemente attivo 6i da tale comunicazione idraulica.

[0046] L?apparato 103 permette di attuare in modo automatico l?avvicendamento dei rami 61, 62, 63,? 6n, nella comunicazione idraulica con la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3, cio? di attuare il metodo secondo l?invenzione, descritto pi? oltre. La caratteristica di questa forma realizzativa pu? essere estesa in modo ovvio alle altre forme realizzative descritte nel seguito ed esemplificate per esempio attraverso gli apparati 104 e 105 delle figure 7 e 8.

[0047] In varie forme realizzative, la porzione raffreddata del circuito idraulico comprende un numero di rami paralleli 61,62,?6n superiore a due, e il metodo prevede una fase di scelta del ramo 6j, diverso dal ramo correntemente attivo 6i, da commutare in ramo attivo, cio? da porre in comunicazione con la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3 quando la temperatura Ti del liquido di raffreddamento proveniente dal ramo correntemente attivo 6i eguaglia o supera la temperatura massima Tmax. In tal caso, l?unit? di controllo ? configurata per operare tale scelta, per esempio, eleggendo come nuovo ramo attivo il ramo 6j che contiene il liquido di raffreddamento alla temperatura pi? bassa tra i rami paralleli non attivi. Ci? permette di aumentare l?incremento di capacit? refrigerante reso possibile dalla suddivisione della quantit? di liquido di raffreddamento in pi? porzioni e dal loro utilizzo in alternanza l?una all?altra.

[0048] In forme realizzative non rappresentate, i rami paralleli 61,62,?6n comprendono, oltre ai serbatoi 601,602,?60n, rispettivi scambiatori di calore 611,612,?61n per raffreddare il liquido di raffreddamento 4, e/o rispettive pompe 651,652,?65n per alimentare il liquido di raffreddamento 4 alla porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3. In particolare, in figura 7 ? mostrato un apparato 104 in accordo con una forma realizzativa dell?invenzione, in cui i rami paralleli 61,62,?6n comprendono sia gli scambiatori di calore 611,612,?61n che le pompe 651,652,?65n.

[0049] In questi casi, le valvole di intercettazione 681,682,?68n in ingresso ai rami 61,62,?6n sono disposte a monte dei rispettivi scambiatori 611,612,?61n, e/o le valvole di intercettazione 691,692,?69n in uscita dai rami 61,62,?6n sono disposte sulle tubazioni di mandata delle rispettive pompe 651,652,?65n.

[0050] La figura 8 si riferisce a un apparato 105, secondo un?ulteriore forma realizzativa dell?invenzione, in cui i rami paralleli 61,62 della porzione raffreddata del circuito idraulico 3 comprendono rispettive tubazioni di riciclo tra il gruppo valvolare di commutazione 8, in questo caso tra rispettive valvole di intercettazione 671,672 disposte in mandata alle pompe 651,652 e gli ingressi dei rispettivi serbatoi 61,62. Lungo le tubazioni di riciclo sono montati gli scambiatori di calore 611,612, in particolare gli scambiatori di calore sono scambiatori di calore ad aria forzata come gi? discusso.

[0051] In particolare, un?unit? di controllo come l?unit? di controllo 80 dell?apparato 103 di figura 6 pu? essere prevista anche nell?apparato 105 di figura 8, configurata inoltre, quando il segnale di temperatura 81i indica che la temperatura Ti del liquido di raffreddamento 4 alimentato dal ramo correntemente attivo 6i eguaglia o supera la temperatura massima Tmax, per azionare il gruppo valvolare di commutazione 8, in particolare per chiudere le valvole 68i,69i e per aprire la valvola 67i, in modo da porre in comunicazione idraulica la rispettiva pompa 65i del ramo precedentemente attivo con la tubazione di riciclo e quindi mantenere sotto raffreddamento forzato il liquido di raffreddamento 4 nello scambiatore di calore 61i.

[0052] L?apparato 105 di figura 8 permette di mantenere sotto raffreddamento il liquido di raffreddamento 4 dei rami paralleli 61,62,?6n anche quando questi non sono non attivi, cio? anche quando non sono collegati idraulicamente e non alimentano la porzione raffreddante 7 del circuito idraulico 3, in particolare in modo automatico, assistito dall?unit? di controllo 80 sopra descritta.

[0053] Tale obiettivo si pu? tuttavia raggiungere anche con un apparato, non mostrato, in cui gli scambiatori di calore 611,612,?61n sono realizzati integralmente ai serbatoi 601,602,?60n, nella forma di elementi di scambio termico disposti all?interno o solidali alla parete dei serbatoi 601,602,?60n, quali serpentine di raffreddamento configurate per collegarsi a un circuito di acqua fredda come acqua di pozzo, ove disponibile, non utilizzabile direttamente nel circuito idraulico 3 dell?apparato.

[0054] Nell?apparato 105 di figura 8, la porzione raffreddata 6 del circuito idraulico 3 comprende due soli rami 61,62 per semplicit? e chiarezza di rappresentazione. Tuttavia, tale forma realizzativa pu? essere estesa in modo ovvio al caso di un numero qualsiasi n di rami paralleli 61,62,?6n, come nelle forme realizzative precedentemente descritte con riferimento alle figure 4-7.

[0055] Con riferimento infine alla figura 10, viene descritto nel seguito un metodo per raffreddare un apparato riscaldatore a induzione.

[0056] Tale metodo prevede fasi preliminari di predisposizione 200 di un apparato di riscaldamento a induzione come descritto con riferimento alle figure 5-8, di definizione 210 di una temperatura massima Tmax del liquido di raffreddamento 4, di posizionamento 221 dell?almeno una spira induttrice cava 32 in prossimit? del corpo metallico da riscaldare, non mostrato nelle figure, o viceversa, e di connessione idraulica 222 di un solo ramo 6i tra i rami paralleli 61,62,?6n della porzione raffreddata 6 con la porzione raffreddante 7 del circuito di raffreddamento 3.

[0057] Una volta eseguite tali fasi preliminari 200,210,221,222, ? prevista una fase di attivazione 230 del convogliamento del liquido di raffreddamento 4 nel circuito idraulico chiuso 3, pi? precisamente tra il ramo attivo 6i e la porzione raffreddante 7 del circuito di raffreddamento 3, nonch? una fase di attivazione 240 dell?alimentazione elettrica al circuito elettrico induttore 30, che d? inizio a una fase 250 di riscaldamento del corpo metallico.

[0058] Durante tale fase di riscaldamento 250, una quantit? di calore generata da correnti elettriche circolanti negli avvolgimenti del trasformatore 50, nella spira induttrice 32 e negli altri conduttori del manipolo 1 viene almeno in parte asportata dal liquido di raffreddamento 4 circolante nella porzione raffreddante 7 del circuito di raffreddamento 3, assieme a una quantit? di calore trasmessa dal corpo metallico riscaldato alla spira induttrice 32.

[0059] Sempre durante la fase di riscaldamento 250, a intervalli di tempo predefiniti, vengono eseguite ciclicamente fasi di lettura 251 della temperatura Ti del liquido di raffreddamento 4 contenuto nel ramo attivo 6i, e di successivo confronto 252 del valore di temperatura Ti letto del liquido di raffreddamento 4 con la temperatura massima Tmax definita nella fase preliminare 210. In base a tale confronto 252, se il valore di temperatura Ti letto del liquido di raffreddamento 4 risulta uguale o superiore alla temperatura massima Tmax, il ciclo delle fasi di lettura 251 e confronto 252 viene interrotto, e viene eseguita una fase di commutazione 260 dal ramo correntemente attivo 6i a un diverso ramo 6j scelto tra i rami paralleli della porzione raffreddata 6 del circuito 3.

[0060] Sempre durante la fase di riscaldamento 250, a intervalli di tempo predefiniti, viene eseguita ciclicamente una fase di verifica 270 della presenza di una condizione di fine-riscaldamento, quale un segnale di fine riscaldamento generato da un interruttore di fine-riscalamento 41 (figura 5), azionato dall?operatore che adopera il manipolo 1. Se viene rilevata una tale condizione di fine-riscaldamento, il relativo ciclo di verifica si interrompe e viene eseguita una fase di interruzione 280 dell?alimentazione elettrica ed eventualmente, preferibilmente dopo un tempo di ritardo predeterminato, una fase 290 di interruzione del convogliamento del liquido di raffreddamento 4 nel circuito idraulico 3. Segue una fase di allontanamento tra detto corpo metallico e detta almeno una spira induttrice cava (32).

[0061] Come anticipato descrivendo le figure 5 e 6, le fasi di lettura 251, confronto 252 ed eventualmente commutazione 260 possono essere eseguite manualmente dall?operatore che adopera il manipolo 1, o da un?unit? di controllo 80 in base a un segnale di temperatura proveniente da un sensore di temperatura 66i e mediante un segnale di comando-commutazione che apre o chiude opportune valvole del gruppo valvolare di commutazione 8.

[0062] La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche ? in grado di mostrare l?invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e, per questo, non limitativo.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Un apparato per riscaldare a induzione un corpo metallico, detto apparato comprendendo:

- un dispositivo impugnabile (1) da un operatore, comprendente:

- una porzione d?impugnatura cava (10);

- un supporto allungato (21) che si estende da detta porzione d?impugnatura cava (10);

- un circuito elettrico induttore (30) comprendente almeno una spira induttrice cava (32) disposta in corrispondenza di una porzione di estremit? di detto supporto allungato (21); - un trasformatore di corrente (50) disposto all?interno di detta porzione d?impugnatura cava (10) e connesso elettricamente con detto circuito elettrico induttore (30);

- un?unit? di generazione elettrica (2) connessa elettricamente a detto trasformatore di corrente (50), e configurata per alimentare una corrente alternata a detto circuito elettrico induttore (30) attraverso detto trasformatore di corrente (50); - un circuito idraulico (3) di un liquido di raffreddamento (4) comprendente:

- una porzione raffreddante (7), definita internamente a detto manipolo (1), per raffreddare detta porzione d?impugnatura cava (10) e a detta almeno una spira induttrice cava (32);

- una porzione raffreddata (6) avente una capacit? (C) tale da contenere una predeterminata quantit? di detto liquido di raffreddamento (4);

caratterizzato dal fatto che detta porzione raffreddata (6) di detto circuito idraulico (3) comprende una pluralit? di rami paralleli (61,62,?6n) l?uno all?altro, comprendenti rispettivi serbatoi (601,602,?60n),

che detta capacit? (C) ? suddivisa in parti sostanzialmente uguali tra detti serbatoi (601,602,?60n),

che detti rami paralleli (61,62,?6n) comprendono rispettivi sensori di temperatura (661,662,?66n) configurati per rilevare e notificare rispettivi valori di temperatura (T1,T2,?Tn) di detto liquido di raffreddamento (4) contenuto in detti serbatoi (601,602,?60n),

e che detta porzione raffreddata (6) di detto circuito idraulico (3) comprende un gruppo valvolare di commutazione (8) configurato per porre selettivamente in comunicazione idraulica ciascuno di detti rami paralleli (61,62,?6n) di detta porzione raffreddata (6) con detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3),

in modo da poter alimentare selettivamente detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3) con detto liquido di raffreddamento (4) proveniente da un diverso serbatoio (60j) di detti serbatoi quando la temperatura (Ti) di detto liquido di raffreddamento (4) alimentato da un ramo (61i,i?j) di detti rami paralleli correntemente in comunicazione idraulica con detta porzione raffreddante (7) supera una temperatura massima (Tmax) predeterminata.

2. L?apparato secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un?unit? di controllo (80) configurata per: - acquisire un segnale di temperatura da detti sensori di temperatura (661,662,?66n), e

- quando detto segnale di temperatura indica che detta temperatura (Ti) di detto liquido di raffreddamento (4) alimentato da un ramo attivo (61i) di detti rami paralleli, correntemente in comunicazione idraulica con detta porzione raffreddante (7), supera detta temperatura massima (Tmax), azionare detto gruppo valvolare di commutazione (8) in modo da porre in comunicazione idraulica un diverso ramo (61j,j?i) di detti rami paralleli con detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3).

3. L?apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detti rami paralleli (61,62,?6n) comprendono, oltre a detti rispettivi serbatoi (601,602,?60n), rispettivi scambiatori di calore (611,612,?61n) per raffreddare detto liquido di raffreddamento (4).

4. L?apparato secondo la rivendicazione 3, in cui ciascuno di detti serbatoi (601,602,?60n) e ciascuno di detti scambiatori di calore (611,612,?61n) di ciascun ramo di detti rami paralleli (601,602,?60n) sono disposti per mantenere sotto raffreddamento detto liquido di raffreddamento (4) mentre detto ciascun ramo non ? in comunicazione idraulica con detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3).

5. L?apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detti rami paralleli (61,62,?6n) comprendono, oltre a detti rispettivi serbatoi (601,602,?60n), rispettive pompe (651,652,?65n) per alimentare detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3) con detto liquido di raffreddamento (4).

6. L?apparato secondo le rivendicazioni dalla 3 alla 5, in cui

- detti rami paralleli (61,62,?6n) comprendono rispettive tubazioni di riciclo tra detto gruppo valvolare di commutazione (8) e ingressi di rispettivi detti serbatoi;

- detti scambiatori di calore (611,612,?61n) sono disposti lungo rispettive dette tubazioni di riciclo, in particolare detti scambiatori di calore (611,612,?61n) sono scambiatori di calore ad aria forzata.

7. L?apparato secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta unit? di controllo (80) ? inoltre configurata, quando detto segnale di temperatura (81i) indica che detta temperatura (Ti) di detto liquido di raffreddamento (4) alimentato da detto ramo attivo (61i) di detti rami paralleli supera detta temperatura massima (Tmax), per azionare detto gruppo valvolare di commutazione (8) in modo da porre in comunicazione idraulica una rispettiva di dette pompe (651,652,?65n) di detto ramo attivo (6i) con detta tubazione di riciclo, in modo da mantenere sotto raffreddamento detto liquido di raffreddamento (4) di ciascuno di detti rami mentre ciascuno di detti rami paralleli (61,62,?6n) non ? in comunicazione idraulica con detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3).

8. L?apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detta porzione raffreddante (7) di detto circuito idraulico (3) comprende inoltre un elemento di scambio termico (71) di detta unit? di generazione elettrica (2), in particolare, per mantenere la temperatura di un ponte a IGBT di detta unit? di generazione elettrica (2) al di sotto di un valore di temperatura predeterminato.

9. Un metodo per il raffreddamento di un apparato per eseguire un procedimento di riscaldamento a induzione di un corpo metallico, detto procedimento comprendendo una fase (200) di predisposizione di un apparato comprendente:

- un dispositivo impugnabile (1) da un operatore, comprendente:

- una porzione d?impugnatura cava (10);

- un supporto allungato (21) che si estende da detta porzione d?impugnatura cava (10);

- un circuito elettrico induttore (30) comprendente almeno una spira induttrice cava (32) disposta in corrispondenza di una porzione di estremit? di detto supporto allungato (21); - un trasformatore di corrente (50) disposto all?interno di detta porzione d?impugnatura cava (10) e connesso elettricamente con detto circuito elettrico induttore (30);

- un?unit? di generazione elettrica (2) connessa elettricamente a detto trasformatore di corrente (50), e configurata per alimentare una corrente alternata a detto circuito elettrico induttore (30) attraverso detto trasformatore di corrente (50); - un circuito idraulico (3) di un liquido di raffreddamento (4) comprendente:

- una porzione raffreddante (7), definita internamente a detto manipolo (1), per raffreddare detta porzione d?impugnatura cava (10) e a detta almeno una spira induttrice cava (32);

- una porzione raffreddata (6) avente una capacit? (C) tale da contenere una predeterminata quantit? di detto liquido di raffreddamento (4);

in cui detta porzione raffreddata (6) di detto circuito idraulico (3) comprende una pluralit? di rami paralleli (61,62,?6n) l?uno all?altro, comprendenti rispettivi serbatoi (601,602,?60n), in cui detta capacit? (C) ? suddivisa in parti sostanzialmente uguali tra detti serbatoi (601,602,?60n),

detto procedimento di riscaldamento comprendendo inoltre fasi di:

- definizione (210) di una temperatura massima (Tmax) di detto liquido di raffreddamento (4);

- posizionamento (221) di detto corpo metallico e di detta almeno una spira induttrice cava (32) in prossimit? tra di loro;

- connessione idraulica (222) di un solo ramo (6i) di detta porzione raffreddata (6) con detta porzione raffreddante (7) di detto circuito di raffreddamento (3), detto ramo connesso essendo un ramo attivo di detta porzione raffreddata (6);

- attivazione (230) di un convogliamento di detto liquido di raffreddamento in circuito chiuso tra detto ramo attivo (6i) e detta porzione raffreddante (7) di detto circuito di raffreddamento (3);

- attivazione (240) di un?alimentazione elettrica di detto circuito elettrico induttore (30), in cui una quantit? di calore generata da correnti elettriche circolanti in avvolgimenti di detto trasformatore (50) e in detta spira induttrice (32), e una quantit? di calore trasmessa da detto corpo metallico riscaldato a detta spira induttrice (32) viene almeno in parte asportata da detto liquido di raffreddamento (1) circolante in detta porzione raffreddante (7) di detto circuito di raffreddamento (3);

in modo da realizzare una fase di riscaldamento (250) di detto corpo metallico,

in detto metodo per il raffreddamento, durante detta fase di riscaldamento di detto corpo metallico, a intervalli di tempo predeterminati, essendo previste fasi di:

- lettura (251) di un valore di temperatura (Ti) di detto liquido di raffreddamento (4) contenuto in detto ramo attivo (6i);

- confronto (252) di detto valore di temperatura (Ti) letto di detto liquido di raffreddamento (4) con detta temperatura massima (Tmax);

- se detto valore di temperatura (Ti) letto di detto liquido di raffreddamento (4) ? uguale o superiore a detta temperatura massima (Tmax),

- commutazione (260) di detto ramo attivo (6i) su un diverso ramo (6j) tra detti rami paralleli di detta porzione raffreddata (6) di detto circuito (3) in cui ? inoltre prevista una fase di

- verifica (270) di presenza di una condizione di fine-riscaldamento;

in presenza di detta condizione di fineriscaldamento,

- interruzione (280) di detta fase di alimentazione elettrica (240);

- allontanamento tra detto corpo metallico e detta almeno una spira induttrice cava (32).