IT9041661A1

IT9041661A1 - RADIATING AND / OR CONVECTIVE HEAT GENERATOR WITH EVACUATED PIPES AND NATURAL CIRCULATION.

Info

Publication number: IT9041661A1
Application number: IT041661A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Zullo
Original assignee: Fir Com Di Zullo Giovanni
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1992-01-19
Also published as: IT9041661A0; IT1244098B

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato ha per oggetto un The present invention relates to a

calore .irraggiante e/o convettivo a tubi evacuati ed a circolazione naturale adatto in modo particolare, ma non esclusivo, per il riscaldamento di ambienti civili ed industriali . radiant and / or convective heat with evacuated pipes and natural circulation suitable in particular, but not exclusively, for heating civil and industrial environments.

E' noto che per il riscaldamento di ambienti sono oggigiorno impiegati vari tipi di apparecchi sfruttanti in genere la trasmissione per convezione o per irraggiamento. It is known that various types of apparatus which generally exploit transmission by convection or by radiation are currently used for space heating.

Gli elementi riscaldanti, quali aci esempio i termosifoni e le piastre radianti, sono collegati ad un impianto ‘che li alimenta con un fluido vettore atto, nel caso dei termosifoni, a riscaldarne la superficie esterna, e nel caso delle piastre radianti a portarle alla temperatura ,di irraggiamento. The heating elements, such as radiators and radiant plates, are connected to a system that feeds them with a vector fluid which, in the case of radiators, can heat their external surface and, in the case of radiant plates, bring them up to temperature. , of irradiation.

Sono ancora noti, per lo più utilizzati per il riscaldamento di ambienti singoli, apparecchi autonomi ad energia elettrica per il riscaldamento di un fluido vettore contenuto in uno scambiatore di calore. There are also known, mostly used for heating single rooms, autonomous electrical energy appliances for heating a carrier fluid contained in a heat exchanger.

In altri apparecchi autonomi le resistenze elettriche sono associate a ventilatori che immettono In other autonomous appliances, the electrical resistances are associated with fans which inject

tipi di impianti citati in precedenza, come noto, abbisognano per il funzionamento di vari dispositivi quali pompe, circolatori, reintegri, ecc. e naturalmente, per i quali è necessario un certo consumo di energia, oltre che manutenzione periodica. types of plants mentioned above, as is known, require various devices such as pumps, circulators, replenishments, etc. for the operation. and of course, for which some energy consumption is required, as well as periodic maintenance.

Le tubazioni sono inoltre riempite di liquido vettore, usualmente acqua, a pressione atmosferica e sono perciò soggette a corrosione. The pipes are also filled with a carrier liquid, usually water, at atmospheric pressure and are therefore subject to corrosion.

Nel caso degli impianti a piastre radianti si verifica anche l'inconveniente che per la messa a.regime occorrono anche tre ore di riscaldamento e, naturalmente, allo spegnimento risultano raffreddarsi in non meno di altrettanto tempo. In the case of radiant plate systems there is also the drawback that three hours of heating are required to start up and, naturally, when they are switched off, they cool down in no less than the same time.

Anche per gli impianti a piastre radianti può verificarsi il fatto che escludendo dal funzionamento uno o più di esse l'intero impianto sia soggetto a sbilanciamenti. Also for radiant plate systems it may occur that by excluding one or more of them from operation, the entire system is subject to imbalances.

Per quanto riguarda gli apparecchi autonomi a funzionamento elettrico, e_ssi sono soggetti a consumi energetici cosi elevati che il più delle volte non ne è conveniente l'impiego. As far as the autonomous appliances with electrical operation are concerned, they are subject to such high energy consumption that most of the time it is not convenient to use them.

Compito principale del presente trovato è quello di mettere a punto un generatore di calore che per il suo funzionamento non abbia bisogno di alcun collegamento con fluidi vettori di riscaldamento. The aim of the present invention is to provide a heat generator which for its operation does not need any connection with heating vector fluids.

Conseguente primario scopo è quello di mettere a punto un generatore di calore che sia caratterizzato da rendimenti energetici elevati A consequent primary object is to provide a heat generator which is characterized by high energy yields

Un altro importante scopo è quello di mettere a punto un generatore di calore che presenti una immediata risposta messa a regime con eliminazione delle inerzie termiche per Another important object is to provide a heat generator which has an immediate response set up to speed with the elimination of thermal inertias for

il suo avvio e spegnimento. its startup and shutdown.

Un altro ,scopo ancora è quello di mettere a punto un generatore di calore che elimini completamente il pericolo di corrosione di tubi che affligge gli impianti di tipo noto. Yet another object is to provide a heat generator which completely eliminates the danger of pipe corrosion that afflicts known types of plants.

Un altro scopo ancora è quello di mettere a punto un generatore di calore che per il suo funzionamento non abbisogni di pompe, circolatori, reintegri, ecc. Yet another object is to provide a heat generator which for its operation does not require pumps, circulators, replenishments, etc.

Ancora uno scopo è quello di mettere a punto un generatore di calore che abbisogni di manutenzioni meccaniche ridotte. Another object is to provide a heat generator which requires reduced mechanical maintenance.

Un altro scopo ancora è quello di mettere a punto un generatore di calore che si adatti in particolar modo al riscaldamento di ambienti civili ed industriali che possa essere anche impiegato per il riscaldamento ad esempio di roulotte, caravans, case mobili, imbarcazioni, serre ecc. Yet another object is to provide a heat generator which is particularly suitable for heating civil and industrial environments which can also be used for heating, for example, caravans, caravans, mobile homes, boats, greenhouses, etc.

Non ultimo scopo è quello di mettere a punto un generatore di calore realizzabile a basso costo con gli usuali impianti produttivi. Not least object is to provide a heat generator which can be produced at low cost with the usual production plants.

Questi ed altri scopi ancora, che più chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da un generatore di calore, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un fascio di tubi o batteria sottovuoto comunicanti con almeno una pozza contenente una sostanza con proprietà convettive associata a mezzi atti a riscaldare la detta sostanza ed a provocarne l’evaporazione e con almeno una pozza non scaldata atta a raccogliere il condensato ed a trasferirlo, per via naturale o forzata, alla pozza riscaldata, e detto fascio di tubi o batteria essendo disposti in modo da poter scambiare calore con un ambiente o con altre materie, direttamente e/o indirettamente. These and still other objects, which will appear more clearly below, are achieved by a heat generator, characterized in that it comprises at least one bundle of tubes or vacuum batteries communicating with at least one pool containing a substance with convective properties associated with means suitable for heat said substance and cause its evaporation and with at least one unheated puddle suitable for collecting the condensate and transferring it, by natural or forced way, to the heated puddle, and said bundle of tubes or battery being arranged in such a way as to be able to exchange heat with an environment or with other materials, directly and / or indirectly.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dall descrizione dettagliata di alcune sue forme realizzative illustrate a titolo indicativo, ma non per questo limitativo, nelle allegate tavole di disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the detailed description of some of its embodiments illustrated by way of example, but not for this limitation, in the attached drawings in which:

la fig. 1 è uno schema che rappresenta una prima forma realizzativa del generatore utilizzato come termoventilatore ; fig. 1 is a diagram representing a first embodiment of the generator used as a fan heater;

- la fig. 2 è uno schema di una seconda forma realizzativa del generatore utilizzato come generatore di aria calda; - fig. 2 is a diagram of a second embodiment of the generator used as a hot air generator;

la fig. 3 è una vista prospettica di una terza forma realizzativa del generatore in oggetto utilizzato per riscaldamento ad irraggiamento; fig. 3 is a perspective view of a third embodiment of the generator in question used for radiant heating;

la fig. 4 è una vista schematica laterale del generatore di fig. 3; fig. 4 is a side schematic view of the generator of fig. 3;

le figg. 5, 6 e 7 rappresentano schematicamente in sezione possibili realizzazioni della piastra radiante del generatore delle figg. 3 e 4. figs. 5, 6 and 7 schematically show in section possible embodiments of the radiant plate of the generator of figs. 3 and 4.

Con riferimento alla fig. 1 precedentemente citata, una ' struttura scatolare metallica, indicata complessivamente con 1, presenta all'interno due zone, rispettivamente una primaria la ed una secondaria lb. With reference to fig. 1 previously mentioned, a metal box-like structure, indicated as a whole with 1, has two areas inside, respectively a primary 1a and a secondary 1b.

Nella zona primaria la è presente una pozza riscaldata 2 e nella zona secondaria lb è presente una pozza non riscaldata 3. In the primary zone la there is a heated pool 2 and in the secondary zone lb there is an unheated pool 3.

Un fascio di tubi alettati o batteria 4 è disposto nella parte superiore della struttura 1 collegando le pozze 2 e 3. A bundle of finned tubes or battery 4 is arranged in the upper part of the structure 1 connecting the pits 2 and 3.

Un altro tubo 13, - liscio o alettato, collega idraulicamente nella parte inferiore le pozze 2 e 3. Another tube 13, - smooth or finned, hydraulically connects the pits 2 and 3 in the lower part.

Nella zona primaria la, inferiormente alla pozza riscaldata 2, è posto un bruciatore 5 accoppiato a note apparecchiature di controllo e sicurezza necessarie al suo funzionamento ed indicate con 6. In the primary zone la, below the heated pool 2, there is a burner 5 coupled to known control and safety equipment necessary for its operation and indicated with 6.

Nella parte superiore rispetto a detto bruciatore 5 è posto un attacco 7 per una tubazione di espulsione dei combusti . In the upper part with respect to said burner 5 there is a connection 7 for a fuel expulsion pipe.

Nella zona secondaria lb il detto fascio di tubi o batteria 4 è collegato alla pozza non riscaldata 3 che raccoglie il condensato In the secondary zone 1b the said bundle of tubes or batteries 4 is connected to the unheated pool 3 which collects the condensate

Lo stesso condensato tramite il collegamento effettuato col tubo 13 ritorna raffreddato alla pozza riscaldata 2. The same condensate through the connection made with the tube 13 returns cooled to the heated pool 2.

Nella zona secondaria 1b il detto fascio di tubi con batteria 4 è interposto fra una griglia di uscita.d'aria. 8 ed un apparato di ventilazione, comprendente un ventilatore 9 con rispettivo motore di azionamento 10, ed una presa d'aria 11 con filtro 12. In the secondary zone 1b the said bundle of tubes with battery 4 is interposed between an air outlet grille. 8 and a ventilation apparatus, comprising a fan 9 with respective drive motor 10, and an air intake 11 with filter 12.

Il principio di funzionamento è il seguente: il sistema pozza 2, pozza 3, fascio di tubi alettati o batteria 4, tubo di collegamento 13 sono assiemati e costituiscono un tutt'uno stagno. The operating principle is as follows: the system pool 2, pool 3, bundle of finned tubes or battery 4, connection tube 13 are assembled and form a single pool.

Nel sistema viene quindi praticato il vuoto A vacuum is then created in the system

e sempre sottovuoto viene immessa una ben determinata quantità di sostanza ( ad esempio acqua). and always under vacuum a well determined quantity of substance is introduced (for example water).

In alternativa può essere immessa prima la sostanza e poi praticato il vuoto. Alternatively, the substance can be introduced first and then vacuum applied.

La sostanza immessa si confina quindi nella pozza 2, nella pozza 3 e nel tubo di collegamento 13, mentre tutto il fascio tubiero o batteria 4 è vuoto ed in depressione. The introduced substance therefore confines itself in the puddle 2, in the puddle 3 and in the connecting pipe 13, while the whole tube bundle or battery 4 is empty and in depression.

Il sistema in tali condizioni è in equilibrio, con il liquido allo stesso livello ed alla stessa temperatura nelle pozze 2 e 3. The system in these conditions is in equilibrium, with the liquid at the same level and at the same temperature in wells 2 and 3.

Sottoponendo a riscaldamento la pozza 2 il liquido in essa contenuto evapora ed il vapore tende ad occupare tutto il volume disponibile propagandosi quindi nei tubi o' batteria 4 che sono vuoti. By subjecting the pool 2 to heating, the liquid contained in it evaporates and the vapor tends to occupy all the available volume, thus propagating in the tubes or batteries 4 which are empty.

L'effetto della ventilazione forzata o della convezione naturale asporta calore dai tubi facendo condensare il vapore in esso contenuto. The effect of forced ventilation or natural convection removes heat from the pipes, making the steam contained in them condense.

La condensazione crea nuovo vuoto (o altera in quella zona le condizioni di pressione) per cui il nuovo vapore occupa il posto di quello condensato. Condensation creates a new vacuum (or alters the pressure conditions in that area) so that the new vapor takes the place of the condensed one.

Il condensato ottenuto fluisce verso la pozza 3 e da questa, per effetto della diversa pressione, funzione di temperatura e battente, ritorna alla pozza 2. The condensate obtained flows towards pool 3 and from this, due to the different pressure, function of temperature and head, returns to pool 2.

Il ventilatore 9 genera una corrente di aria che investe i tubi o batteria 4 e riscaldandosi viene immesso nell'ambiente tramite la griglia di uscita 8. The fan 9 generates a current of air which strikes the pipes or battery 4 and, when heated, is introduced into the environment through the outlet grille 8.

Eliminando il ventilatore si ha un termoconvettore che funziona solo per i moti convettivi dell'aria. By eliminating the fan you have a convector that works only for the convective motions of the air.

Nella realizzazione atta a costituire un generatore di aria calda, illustrata in fig. 2, lo scambiatore in pratica differisce dal precedente per il fatto che al posto della griglia di uscita 8 è in esso presente un raccordo 108 per una tubazione di convogliamento d'aria e distribuzione a vari ambienti. In the embodiment adapted to constitute a hot air generator, illustrated in fig. 2, the exchanger in practice differs from the previous one in that instead of the outlet grille 8 there is a fitting 108 for a pipe for conveying air and distribution to various environments.

Tenendo in considerazione ora le figure da 3 a 7 precedentemente citate, una terza forma realizzativa dello scambiatore in oggetto comprende un fascio di tubi 201 intimamente connessi ad una piastra metallica 202 costituita da una lamiera in cui le estremità comunicano per un lato ad una pozza (caldaia) riscaldata 203 e per l'altra parte con una pozza non riscaldata 204. Taking into consideration now the figures 3 to 7 mentioned above, a third embodiment of the exchanger in question comprises a bundle of tubes 201 intimately connected to a metal plate 202 consisting of a sheet in which the ends communicate on one side to a pool ( boiler) heated 203 and for the other part with an unheated puddle 204.

Alla pozza riscaldata 203 è At the heated pool 203 is

associato un bruciatore 205 con altri sistemi idonei a scaldare. associated a burner 205 with other systems suitable for heating.

Le due pozze 203 e 204, secondo il trovato, sono collegate inferiormente per mezzo di un tubo 206 di ritorno del condensato. The two wells 203 and 204, according to the invention, are connected at the bottom by means of a condensate return pipe 206.

Come visibile in fig. 3 le piastre 201 sono anche rivestite superiormente con un isolamento 207 atto a limitare le dispersioni di calore. As can be seen in fig. 3, the plates 201 are also coated at the top with an insulation 207 suitable for limiting heat losses.

Le- piastre possono essere collegate tra loro sino a costituisce strisele di notevole lunghezza ed estendersi su un solo lato della pozza riscaldata 203 o su entrambi i lati di questa. The plates can be connected together to form strisele of considerable length and extend on only one side of the heated pool 203 or on both sides of it.

Praticato il vuoto ed immessa la sostanza, il generatore si trova nelle medesime condizioni descritte in precedenza; la sostanza, infatti, occupa le pozze 203 e 204 ed il tubo di collegamento 206 al di sotto di esse, ma non occupa i tubi 201 che risultano vuoti ed in depressione. Once the vacuum has been created and the substance has been introduced, the generator is in the same conditions described above; the substance, in fact, occupies the wells 203 and 204 and the connecting pipe 206 below them, but does not occupy the pipes 201 which are empty and in depression.

Sottoponendo a riscaldamento la pozza -203 associata al bruciatore 205 il vapore prodotto si trasferisce nei tubi 201 ove condensando cede calore a questi. By heating the puddle -203 associated with the burner 205, the steam produced is transferred to the pipes 201 where, by condensing, it transfers heat to them.

I tubi a loro volta per conduzione scaldano la piastra radiante 202 ad essi connessa e tutto il sistema viene così portato alla temperatura di irraggiamento voluta (da circa 40° centigradi a circa 350° centigradi). The tubes, in turn, by conduction heat the radiant plate 202 connected to them and the whole system is thus brought to the desired irradiation temperature (from about 40 ° centigrade to about 350 ° centigrade).

Opportune apparecchiature sono preposte al funzionamento ed al controllo e regolazione dei parametri di temperatura voluti. Appropriate equipment is responsible for the operation and control and regulation of the desired temperature parameters.

Il vapore condensato nei tubi fluisce verso la pozza non riscaldata 204 e da questa ritorna alla pozza riscaldata 203 tramite il collegamenti 206. The steam condensed in the pipes flows to the unheated pool 204 and from this returns to the heated pool 203 via the connections 206.

A causa della lunghezza del sistema è possibile l'inserimento di più pozze non scaldate lungo il sistema. Due to the length of the system it is possible to insert several non-heated pools along the system.

Il sistema è completato da una camera di combustione 208 e da un condotti di espulsione dei fumi 209 che da questa si deriva. The system is completed by a combustion chamber 208 and a fumes expulsion duct 209 which derives from this.

Tale camera 208 si rende necessaria quando si intende realizzare una combustione bilanciata in cui l'aria di combustione viene prelevata dall'esterno. This chamber 208 is necessary when a balanced combustion is intended in which the combustion air is taken from the outside.

Con particolare riferimento alle figure 5, 6 e 7, la piastra radiante 202 è realizzata in varie forme indicate rispettivamente in sezione con 202a, 202b e 202c. With particular reference to figures 5, 6 and 7, the radiating plate 202 is made in various shapes indicated in section with 202a, 202b and 202c respectively.

Come nei casi precedenti i tubi del fascio 201 sono sottovuoto. As in the previous cases, the tubes of the bundle 201 are vacuum packed.

E’ da mettere a questo punto in evidenza come il generatore di calore in oggetto, in tutte le sue forme realizzative può comprendere sistemi a trappola per l'aria e per gli incondensabili, come pure dispositivi atti ad eliminare presenze o traccie di idrogeno nel sistema. At this point it should be highlighted how the heat generator in question, in all its embodiments, can include trap systems for air and for non-condensable products, as well as devices designed to eliminate the presence or traces of hydrogen in the system. .

Inoltre le superfici interne della pozza riscaldata devono essere dotate di accorgimenti e/o dispositivi e/o lavorazioni atte a favorire la nucleazione del vapore, l'intero sistema potendo anche contenere sostanze o lavorazioni atte a favorire la bagnabilità delle superfici di scambio. Furthermore, the internal surfaces of the heated pool must be equipped with devices and / or devices and / or processes designed to favor the nucleation of the steam, the entire system being able to contain substances or processes designed to favor the wettability of the exchange surfaces.

Infine controlli possono essere operati sia attraverso la temperatura che attraverso la pressione. Finally, controls can be operated both through temperature and through pressure.

Il generatore d'aria calda del tipo descritto in precedenza di caratterizza, rispetto a quelle attualmente sul mercato, per rendimenti elevati e per la sua autonomia di funzionamento, non abbisognando di alcun collegamento con un impianto di distribuzione di fluido vettore di riscaldamento. With respect to those currently on the market, the hot air generator of the type described above is characterized by high efficiency and by its autonomy of operation, as it does not need any connection with a distribution system for the heating vector fluid.

Le sostanze convettive contenute all'interno delle pozze non sono mai a contatto con l'atmosfera eliminando in questo modo pericoli di corrosione. The convective substances contained within the pools are never in contact with the atmosphere, thus eliminating the dangers of corrosion.

Il generatore si caratterizza ancora per l'assoluta mancanza di pompe, circolatori, reintegri, ecc. e ciò naturalmente rappresenta un non indifferente risparmio energetico . The generator is still characterized by the absolute lack of pumps, circulators, replenishments, etc. and this obviously represents a considerable energy saving.

La manutenzione necessaria è inoltre molto ridotta. Furthermore, the maintenance required is very low.

Nel caso della realizzazione del riscaldamento per irraggiamento vi è una immediata risposta di messa a regime con l'eliminazione delle inerzie termiche per l’avvio e per lo spegnimento. In the case of the realization of the radiant heating, there is an immediate response of setting up with the elimination of the thermal inertia for start-up and shutdown.

Vi è inoltre la possibilità di attivare o escludere, nel caso di più piastre radianti accoppiate, una o più di esse senza sbilanciamenti. There is also the possibility of activating or excluding, in the case of more coupled radiant plates, one or more of them without unbalancing.

E' anche da mettere in evidenza che il contenuto del fluido vettore all'interno delle pozze si riduce in pratica a quantità molto modeste. It should also be pointed out that the content of the carrier fluid inside the pools is practically reduced to very modest quantities.

Si è cosi in pratica constatato come lo scambiatore secondo il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi ad esso preposti. In practice it has thus been found that the exchanger according to the invention has achieved the intended aim and objects.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.

Inoltre tutti i particolari sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso contingente, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze. In practice, the materials employed, so long as they are compatible with the contingent use, as well as the dimensions, may be any according to requirements.

Claims

CLAIMS 1) Heat generator characterized in that it comprises at least one bundle of tubes or vacuum battery communicating with at least one puddle containing a substance with convective properties associated with means suitable for heating said substance and causing evaporation and with at least one non puddle heated to collect the condensate and to transfer it, by natural or forced way, to the heated pool, the said bundle of tubes or battery being arranged in such a way as to be able to exchange heat with an environment or with other materials, directly and / or indirectly, 2) Generator as in claim 1, characterized in that the tubes of said bundle can also be single. 3) Heat generator as per one or more of the preceding claims, characterized by the fact that the tubes of said bundle can be either single construction arranged at suitable distances from each other, constituting individual radiant tubes, or integrated into a radiant plate, always at suitable distances from each other, the tubes having the ends in connection with the said pools. 4} Generator as per one or more of the preceding claims, characterized in that the said substance with convective properties is suitably water or other substance chemically prepared or not, said substance with convective properties partially filling the system. 5) Generator according to one or more of the preceding claims, characterized by the fact that the exchanger can be constructed with finned tubes, smooth or otherwise constructed with plates. 6) Generator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the said means suitable for heating the said substance can comprise at least one burner, of the atmospheric or blown air or evaporation type, using liquids or solids or gases. 7) Generator as in one or more of the preceding claims, characterized by the fact that said means suitable for heating said substance can comprise one or more electric heating resistors. 8) Generator according to one or more of the preceding claims, characterized by the fact that said burner is suitably equipped with control and safety equipment arranged in its vicinity or remotely. 9) Generator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the direct heat exchange with the environment takes place by means of radiant plates associated with said bundle of tubes or integrated with them. 10) Generator according to one or more of the preceding claims, characterized by the fact that the indirect heat exchange with the environment takes place by means of forced ventilation or not. 11) Generator as in one or more of the preceding claims, characterized in that it can comprise trap systems or systems for air and non-condensable substances. 12) Generator as in one or more of the preceding claims, characterized by the fact that the internal surfaces of the heated pool can be equipped with devices and / or devices and / or processes suitable for favoring the nucleation of the steam. 13) Generator as in one or more of the preceding claims, characterized in that it can contain substances or processes suitable for favoring the wettability of the exchange surfaces. 14) Generator as in one or more of the preceding claims, characterized by the fact of being able to have devices suitable for eliminating the presence or traces of hydrogen in the system. 15) Generator as in one or more of the preceding claims, characterized in that the controls can be operated both through temperature and through pressure. 16) Radiant and / or convective heat generator with evacuated pipes and natural circulation, as per one or more of the preceding claims, which is characterized by what is described and illustrated in the attached drawings