IT202100032828A1 - Vaschetta di evaporazione per acqua di condensa di frigorifero - Google Patents

Description

TITOLO: ?Vaschetta di evaporazione per acqua di condensa di frigorifero?

Campo dell?invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo riscaldante che fornisce il calore per produrre l?evaporazione dell?acqua di condensa prodotta nei frigoriferi e ad un metodo di controllo del dispositivo riscaldante.

Stato della tecnica

Negli impianti frigoriferi durante il funzionamento si produce acqua di condensa che normalmente viene raccolta in un contenitore, per es. in una vaschetta, che consente l?evaporazione dell?acqua raccolta ed evita di prevedere un allacciamento ad un sistema di scarico esterno. ? anche utile accelerare l?evaporazione, in particolare quando l?impianto di refrigerazione ? di grandi dimensioni e la quantit? di condensa prodotta ? grande; si prevede a tal fine una resistenza elettrica riscaldante che sta immersa nell?acqua e, riscaldandola, ne accelera l?evaporazione. L?impiego di una resistenza riscaldante in una vaschetta di evaporazione viene spesso munito di un interruttore che interrompe la corrente e termina la funzione riscaldante quando l?acqua nella vaschetta ? evaporata completamente oppure ? scesa sotto un predeterminato livello al fine di ridurre il consumo di energia elettrica quando il calore prodotto dalla resistenza diventa inutile al riscaldamento dell?acqua.

In vaschette di evaporazione di tipo noto si prevedono sistemi di interruzione della corrente elettrica attivati da un galleggiante che sale e scende in funzione del salire e scendere del livello dell?acqua e interrompe l?alimentazione elettrica quando il galleggiante scende e l?acqua lascia scoperta la resistenza scaldante. D?altra parte, quando il livello dell?acqua nella vaschetta sale fino a coprire la resistenza, anche il galleggiante sale di livello e chiude il circuito di corrente e la resistenza scaldante riprende a produrre calore che favorisce l?evaporazione dell?acqua.

L?uso di un galleggiante crea problemi di affidabilit?, poich? esso si pu? bloccare per la presenza di incrostazioni o per altre cause e non risponde pi? con la stessa precisione e rende necessario l?uso di interruttori di maggiore affidabilit?, ma che comunque aumentano il costo della vaschetta.

E? pertanto sentito il bisogno di avere una vaschetta di evaporazione con un sistema di interruzione della corrente che sia affidabile pur mantenendo bassi i costi di produzione.

Sommario dell?invenzione

E? dunque oggetto della presente invenzione una vaschetta di evaporazione di acqua di condensa in un impianto frigorifero che sia affidabile e abbia un costo di produzione ridotto. Secondo un primo aspetto dell?invenzione, questo obiettivo ? raggiunto mediante una vasca di evaporazione per acqua di condensa, in particolare per frigorifero che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende una cartuccia contenente una o pi? resistenze elettriche ad effetto PTC capace di fare evaporare l?acqua nella vasca di evaporazione mediante un suo riscaldamento e disposta in modo tale da essere almeno parzialmente coperta dall?acqua di condensa nel corso del suo funzionamento,

un circuito di controllo per controllare l?alimentazione in corrente elettrica della resistenza scaldante comprendente un interruttore della corrente di alimentazione della resistenza elettrica, il circuito essendo programmato per staccare l?interruttore in funzione del raggiungimento di un predeterminato livello dell?acqua nella vasca di evaporazione.

Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, l?obiettivo sopra citato ? raggiunto mediante un metodo di controllo della cartuccia di cui sopra in cui acqua di condensa, in particolare prodotta da un frigorifero, viene raccolta nella vasca, comprende gli stadi seguenti:

- quando il livello dell?acqua di condensa nella vasca raggiunge un?altezza superiore o uguale all?altezza del piano orizzontale tangente alla superficie pi? bassa della cartuccia il circuito di controllo rileva l?aumento dell?assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia e comanda la chiusura di un interruttore consentendo l?alimentazione della cartuccia in corrente elettrica,

- quando il livello dell?acqua nella vaschetta per l?evaporazione scende sotto l?altezza del piano orizzontale tangente alla superficie pi? bassa della cartuccia il circuito di controllo rileva la diminuzione dell?assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia e comanda l?apertura dell?interruttore interrompendo l?alimentazione della cartuccia in corrente elettrica.

Grazie al sistema di interruzione dell?invenzione si ha il vantaggio di evitare l?impiego di elementi meccanici mobili, evitando di impiegare un galleggiante che si muove in continuazione alternativamente dall?alto verso il basso e viceversa e si evita il rischio che per un qualche motivo esso rimanga bloccato in una posizione qualunque e non svolga pi? la funzione di interruzione, lasciando la resistenza sempre accesa oppure sempre spenta. Il sistema di interruzione della corrente dell?invenzione invece non ha elementi meccanici in movimento e aumenta l?affidabilit? del controllo della resistenza, pur garantendo un minimo consumo energetico.

? fondamentale l'utilizzo dell?effetto PTC perch? consente di dedurre la presenza di acqua rilevando il valore di corrente, mentre con una resistenza ohmica dello stato della tecnica non sarebbe possibile realizzare la modalit? di funzionamento dell?invenzione.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono realizzazioni preferite dell?invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di una vaschetta di evaporazione per acqua di condensa di una macchina frigorifera, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l?ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta un grafico con l?andamento dell?assorbimento di potenza di resistenza PTC quando essa ? immersa completamente in acqua,

la Fig. 2 rappresenta un grafico con l?andamento dell?assorbimento di potenza di una resistenza PTC quando essa si trova completamente fuori acqua,

la Fig.3 rappresenta uno schema di una vaschetta secondo l?invenzione,

la Fig.4 rappresenta uno schema di funzionamento della vaschetta della fig.3,

la Fig.5 rappresenta una variante della vaschetta dell?invenzione in una particolare fase operativa,

la Fig. 6 rappresenta la variante della vaschetta dell?invenzione della fig. 5 in una diversa fase operativa.

La Fig. 7A rappresenta una vista laterale di una forma di realizzazione di un componente della vaschetta dell?invenzione,

la Fig.7B rappresenta una sezione assiale parziale del componente della Fig.7A. Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell?invenzione Una vaschetta indicata globalmente con 1 comprende una resistenza elettrica scaldante o cartuccia 2 di tipo PTC. In questa descrizione, quando viene menzionata una cartuccia PTC o una resistenza PTC o una resistenza ad effetto PTC o autoregolante, ci riferiamo ad un elemento riscaldatore di forma cilindrica, denominato per semplificazione cartuccia, per la sua forma, e contenente al suo interno una o pi? resistenze riscaldanti 8 ad effetto PTC, comunemente chiamate ?pastiglie PTC? 8, come illustrato in maggiore dettaglio in fig. 7B. La corrente ? trasmessa alle pastiglie PTC 8 mediante due profili in alluminio 9 a sezione trasversale semicircolare. Altre forme di cartucce equivalenti a questa illustrata sono possibili senza uscire dall?ambito dell?invenzione. Bench? l?uso di pastiglie PTC sia preferito per i suoi vantaggi, esso non esclude altri tipi e forme di resistenze riscaldanti ad effetto PTC.

Caratteristica delle resistenze o pastiglie ad effetto PTC 8 ? quella di aumentare il coefficiente di resistenza all?aumentare della temperatura della resistenza stessa. Nella fig.3 la cartuccia 2, generalmente di forma cilindrica e con un raccordo filettato alla base, ? fissata orizzontalmente ad una parete della vaschetta 1, per es. per mezzo di una ghiera di serraggio 10, ed ? mostrata in una posizione fuori dall?acqua di condensa 4 e disposta ad una altezza dal fondo della vaschetta tale che il piano su cui giace la sua estremit? inferiore determina il livello minimo dell?acqua quando la funzione di evaporazione ? attivata. Vantaggiosamente tale altezza viene fissata molto bassa, di pochi millimetri, per massimizzarne la capacit? scaldante anche con piccole quantit? di acqua.

E? previsto un circuito di controllo 5 della cartuccia 2 che riceve il segnale di assorbimento della potenza elettrica da parte della stessa cartuccia che indica se questa si trova immersa totalmente o parzialmente nell?acqua oppure si trova completamente scoperta dall?acqua e circondata solo di aria. Quando l?acqua scende al livello minimo di progetto, a causa del procedere dell?evaporazione, la cartuccia 2 cambia il suo livello di assorbimento della potenza che viene rilevato dal circuito di controllo 5 e che a sua volta attiva un interruttore che interrompe l?alimentazione della cartuccia 2. Quando nella vaschetta 1 il livello dell?acqua di condensa sale e copre parte del corpo della cartuccia 2, quest?ultima ha un livello di assorbimento della potenza di corrente pi? elevato, corrispondente al valore di progetto, e ci? viene rilevato dal circuito di controllo 5 che aziona l?interruttore fornendo cos? corrente alla cartuccia 2 che scalda l?acqua e accelera la funzione di evaporazione dell?acqua 4.

Nella figura 1 ? mostrato un grafico tipico dell?andamento qualitativo della potenza elettrica che assorbe una cartuccia PTC quando viene alimentata di corrente e si trova immersa in acqua e quindi ha un forte assorbimento.

Nella figura 2 ? mostrato il grafico dell?andamento dell?assorbimento di potenza elettrica della stessa cartuccia 2 quando si trova in aria, dopo che ? avvenuto il prosciugamento dell?acqua in cui la cartuccia 2 era immersa, ed ? mostrata la riduzione molto rapida di assorbimento della potenza elettrica che avviene subito dopo che si ? verificato un picco di assorbimento di potenza iniziale a causa dell?aumento del valore della una o pi? resistenze PTC 8 all?aumento della sua/loro temperatura.

E? previsto nel sistema anche un controllo della potenza assorbita dalla cartuccia PTC 2 alimentando quest?ultima ad intervalli regolari di tempo, per es. ogni 30 o 60 minuti circa, oppure pi? lunghi o pi? brevi, che sono scelti in base alla capacit? di evaporazione della cartuccia 2 stessa e alla quantit? di acqua che la vaschetta 1 contiene o che si riversa nella vaschetta 1, il circuito di controllo comanda l?accensione della cartuccia 2 quando il livello dell?acqua ha cominciato a lambire la cartuccia 2 e questo viene rilevato dal maggiore assorbimento di potenza e comanda lo spegnimento della cartuccia 2 quando quest?ultima rimane scoperta completamente dall?acqua e lavora solo in aria.

Si utilizza nel circuito di controllo per es. un misuratore di tensione oppure di corrente per riconoscere la diversa quantit? di assorbimento di potenza nelle una o pi? resistenze PTC della cartuccia 2, poich? ? sufficiente riconoscere il superamento di una soglia verso l?alto o verso il basso per rilevare la presenza oppure l?assenza di acqua intorno alla cartuccia 2, e non ? necessario rilevare il livello esatto dell?acqua, per avere un buon funzionamento del sistema.

L?alimentazione di corrente elettrica della vaschetta 1 viene fatta in modo noto alla persona esperta nel ramo mediante cavi 11 e non viene descritta in dettaglio qui. Un metodo di operazione preferito di questa vaschetta conforme all?invenzione viene ora descritto. L?acqua di condensa, in particolare quella prodotta da un frigorifero, viene raccolta nella vasca 1, e quando il livello dell?acqua 4 nella vaschetta 1 raggiunge un?altezza che lambisce la resistenza o cartuccia 2 il circuito di controllo 5 rileva l?aumento di assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia PTC 2 e comanda la chiusura dell?interruttore consentendo l?alimentazione in corrente elettrica della cartuccia stessa.

Quando il livello dell?acqua 4 nella vasca 1 scende sotto l?altezza in cui lambisce la cartuccia 2 a causa dell?evaporazione, il circuito di controllo rileva la diminuzione dell?assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia 2 e comanda l?apertura dell?interruttore interrompendo l?alimentazione della cartuccia 2 in corrente elettrica. In alternativa, a secondo dell?impiego della casca di evaporazione dell?invenzione ? anche previsto di mantenere senza interruzioni l?alimentazione in corrente della cartuccia 2 anche quando l?acqua ? scesa di livello sotto la cartuccia 2 oppure fino a che l?acqua ? completamente evaporata dalla vasca 1.

Il circuito di controllo 5 effettua periodicamente un rilevamento della potenza assorbita dalla cartuccia 2 ad intervalli preprogrammati di tempo, per es. ogni 30 o 60 min., ma altri intervalli pi? brevi o pi? lunghi possono essere scelti, lasciando alimentata la cartuccia 2 quando viene rilevato che il livello di acqua 4 nella vaschetta 1 supera il livello minimo.

In una variante vantaggiosa dell?invenzione ? previsto di evitare che il circuito di controllo 5 comandi lo spegnimento della cartuccia 2 quando quest?ultima rimane scoperta completamente dall?acqua. In questa variante la cartuccia 2 ? sempre alimentata in corrente e produce energia termica senza interruzione, tuttavia l?assorbimento di potenza elettrica nella cartuccia 2 ? maggiore quando questa ? immersa nell?acqua, mentre l?assorbimento di potenza elettrica ? molto basso quando la cartuccia 2 ? scoperta completamente dall?acqua, e diventa molto prossimo ad essere trascurabile in termini di bilancio energetico.

Viene descritto qui il metodo di operazione di questa variante della vaschetta dell?invenzione.

Quando il livello dell?acqua di condensa che viene raccolta nella vaschetta 1 raggiunge un?altezza superiore a quella minima in cui l?acqua 4 lambisce la cartuccia 2, il circuito di controllo rileva l?aumento dell?assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia 2 e l?alimentazione della cartuccia 2 in corrente elettrica prosegue con la massima intensit? di potenza di progetto.

Quando il livello dell?acqua 4 nella vaschetta 1 a causa dell?evaporazione prodotta dal riscaldamento scende sotto l?altezza minima in cui l?acqua 4 lambisce la cartuccia 2, il circuito di controllo 5 rileva la diminuzione dell?assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia 2 e l?alimentazione in corrente elettrica della cartuccia 2 prosegue ad un livello di potenza minimale molto inferiore a quello di progetto.

In questa seconda variante dell?invenzione quando il livello dell?acqua 4 si trova sotto un determinato livello la cartuccia 2 alimentata in corrente si trova a dissipare calore in aria, perch? non ? pi? circondata da acqua, come mostrato dallo schema della fig.4, cosa che comporta uno spreco di energia, dove con le frecce F ? indicata in modo molto schematico la dispersione del calore in aria anche quando l?acqua non lambisce la cartuccia 2, e quantunque tale dispersione di calore sia molto bassa, in particolari casi si vuole vantaggiosamente limitare anche questa perdita. Una forma di realizzazione particolare della cartuccia 2 prevede che le pastiglie riscaldanti 8 funzionino in modo da portarsi in una condizione di equilibrio termico nell?intorno di una data temperatura, tipicamente intorno a 180?C. Questo fa s? che una volta che la cartuccia 2 si trova a lavorare in aria la corrente assorbita si riduce in funzione dell?energia termica trasmessa all?ambiente e non all?acqua, portando la cartuccia 2 ad una temperatura prossima a 180 ?C a regime.

A titolo di esempio una tipica resistenza PTC di potenza nominale di 250W, quando si trova in acqua, una volta a secco continua ad assorbire circa 30 a 40W di potenza. Si tratta di quella energia termica dissipata in aria citata poco sopra nella descrizione, e inutile per la funzione di evaporazione.

Quindi in tali casi, per ridurre il consumo di energia elettrica, viene realizzata la seguente variante di realizzazione dell?invenzione qui descritta, con particolare riferimento alla fig. 5. La cartuccia 2 ? racchiusa in una struttura termicamente isolante 6, ad esempio in un tubo fatto di materiale a bassa conducibilit?, per es. in acciaio inossidabile, oppure una copertura fatta da una guaina in lana di vetro o in lana ceramica o in altro materiale termoisolante.

Nel corso del funzionamento, la cartuccia 2 si porta sempre alla sua condizione di regime determinata dalla temperatura di equilibrio delle pastiglie riscaldanti PTC 8 utilizzate al suo interno. L?energia termica irradiata verso l?ambiente sar? minore poich? l'irraggiamento termico e la convezione termica, indicati schematicamente dalle frecce F sono ostacolati dalla struttura isolante 6 che avvolge la cartuccia 2. Di conseguenza l?energia elettrica assorbita, necessaria per mantenere la condizione di equilibrio, si riduce notevolmente. Da test in laboratorio si riscontra a regime un assorbimento elettrico di circa 7 a 8W.

Il risultato ? quindi un importante risparmio energetico nella fase operativa quando la cartuccia 2 ? accesa in aria e non trasmette calore all?acqua, ma disperde una piccola quantit? di energia all?ambiente, come indicano schematicamente le frecce E in fig.5.

Nella condizione di funzionamento in immersione, quando la cartuccia 2, con l?elemento isolante 6 che l?avvolge, lavora per far evaporare l?acqua di condensa, come illustrato dalla figura 6, dove le frecce indicano molto schematicamente l?evaporazione, la cartuccia 2 assorbe energia elettrica dalla rete elettrica a cui ? collegata e la trasforma in calore trasmesso all?acqua come ? ben noto e le frecce F indicano molto schematicamente tale trasmissione di calore.

L?acqua 4 si scalda ed evapora velocemente. L?elemento isolante 6 disposto attorno alla cartuccia PTC 2 ? provvisto di piccoli fori 7, nel caso si tratti di un isolamento realizzato con tubo metallico, in modo che l?acqua bagni comunque la cartuccia 2 e che ne sia di conseguenza riscaldata. Nel caso si tratti di un isolante del tipo lana di vetro o lana ceramica o materiale isolante similare ? la struttura porosa del materiale stesso che fa in modo che l?acqua bagni comunque la superficie della cartuccia 2 e che ne sia di conseguenza riscaldata.

I test effettuati in laboratorio mostrano come in prima approssimazione la velocit? di evaporazione dell?acqua resta sostanzialmente paragonabile alla variante di realizzazione dell?invenzione senza isolante. Si nota altres? una riduzione della potenza impiegata durante la fase di evaporazione, e i test effettuati in laboratorio hanno mostrato una riduzione di circa 25% di potenza elettrica impiegata.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinate senza peraltro uscire dall?ambito di protezione della presente domanda.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI

1. Vasca di evaporazione (1) per acqua di condensa, in particolare per frigorifero, comprendente

una cartuccia (2) contenente una o pi? resistenze elettriche (8) ad effetto PTC capace di fare evaporare acqua di condensa (4) nella vasca di evaporazione (1) mediante un riscaldamento della cartuccia (2), la cartuccia (2) essendo fissata nella vasca di evaporazione (1) in modo tale da essere almeno parzialmente coperta da acqua di condensa (4) nel corso del suo funzionamento,

un circuito di controllo (5) atto a controllare l?alimentazione in corrente elettrica della una o pi? resistenze elettriche (8) comprendente un interruttore dell?alimentazione della una o pi? resistenze elettriche (8) , il circuito di controllo essendo programmato per aprire l?interruttore in funzione del raggiungimento di un predeterminato livello dell?acqua nella vasca di evaporazione (1).

2. Vasca di evaporazione secondo la rivendicazione precedente, in cui la cartuccia (2) ? disposta in posizione orizzontale ed ? immersa completamente in acqua quando la vasca di evaporazione ? piena.

3. Vasca di evaporazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il predeterminato livello di acqua ? pari al piano orizzontale tangente alla superficie pi? bassa della superficie inferiore della cartuccia (2).

4. Vasca di evaporazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la cartuccia (2) ? avvolta da uno scudo termicamente isolante (6).

5. Vasca di evaporazione secondo la rivendicazione precedente, in cui lo scudo termicamente isolante (6) ? un tubo di acciaio inox, o un rivestimento di lana di vetro o un rivestimento in lana di ceramica.

6. Metodo di controllo della cartuccia (2) della vasca di evaporazione (1) secondo una delle rivendicazioni 1 a 5 in cui acqua di condensa, prodotta in particolare da un frigorifero, viene raccolta nella vasca (1), il metodo comprendente gli stadi seguenti:

- quando il livello dell?acqua (4) di condensa nella vasca di evaporazione (1) raggiunge un?altezza superiore o uguale all?altezza del piano orizzontale tangente alla superficie pi? bassa della cartuccia (2) il circuito di controllo (5) rileva un aumento di assorbimento di potenza elettrica nella cartuccia (2) e comanda la chiusura di un interruttore consentendo l?alimentazione della cartuccia (2) in corrente elettrica,

- quando il livello dell?acqua nella vasca di evaporazione (1) scende sotto l?altezza del piano orizzontale tangente alla superficie pi? bassa della cartuccia (2) il circuito di controllo (5) rileva una diminuzione dell?assorbimento della potenza elettrica nella cartuccia (2) e comanda l?apertura dell?interruttore interrompendo l?alimentazione della cartuccia (2) in corrente elettrica.

7. Metodo di controllo secondo la rivendicazione precedente, in cui il circuito di controllo (5) effettua un rilevamento di presenza di acqua di condensa nella vasca (1) mediante rilevamento della potenza elettrica assorbita dalla cartuccia (2) effettuato ad intervalli di tempo preprogrammati, in particolare di durata compresa tra 30 e 60 min.

8. Metodo di controllo della resistenza elettrica della vasca di evaporazione (1) secondo una delle rivendicazioni 1 a 5 in cui acqua di condensa, in particolare prodotta da un frigorifero, viene raccolta nella vasca (1) e viene attivata un?alimentazione della cartuccia (2) in corrente elettrica, che viene mantenuta attivata continuamente anche quando il livello di acqua nella vasca di evaporazione (1) scende sotto l?altezza del piano orizzontale tangente ad una superficie pi? bassa della cartuccia (2).