ITBL20090003A1 - COMPACT APPLIANCE WITH HEAT PUMP, PARTICULARLY TO HEAT THE DOMESTIC SANITARY WATER. - Google Patents
COMPACT APPLIANCE WITH HEAT PUMP, PARTICULARLY TO HEAT THE DOMESTIC SANITARY WATER. Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
dell’INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: “APPARECCHIO COMPATTO A POMPA DI CALORE, PARTICOLARMENTE PER RISCALDARE L’ACQUA SANITARIA DI USO DOMESTICO ” of the INDUSTRIAL INVENTION entitled: "COMPACT HEAT PUMP APPLIANCE, PARTICULARLY FOR HEATING DOMESTIC WATER"
Forma oggetto della presente innovazione un nuovo apparecchio scalda acqua o boiler per il riscaldamento dell’acqua per uso sanitario, del tipo funzionante a pompa di calore, il quale apparecchio risulta realizzato in una forma particolarmente compatta e di minimo ingombro, analoga a quella dei normali boilers elettrici a parete ma per una vantaggiosa sostituzione, in ogni uso domestico o di normale utenza privata. The subject of the present invention is a new water heater or boiler for heating water for sanitary use, of the type operating with a heat pump, which appliance is made in a particularly compact and compact form, similar to that of normal wall-mounted electric boilers but for an advantageous replacement, in any domestic use or for normal private users.
Caratteristica principale del presente innovazione è quella di prevedere la realizzazione di un boiler per acqua sanitaria di tipo domestico ma funzionante con il principio della pompa di calore ad azionamento elettrico, nel quale boiler è prevista la presenza di un evaporatore che é sagomato a forma arcuata, per poter essere applicato assialmente al serbatoio dell’acqua da riscaldare, garantendone un suo minimo ingombro, oltre che per assicurare il migliore alloggiamento anche del compressore e della ventola di aspirazione e distribuzione dell’aria ambiente, con la sua valvola termostatica o analogo strumento di laminazione, e dei condotti di arrivo e di mandata del fluido frigorigeno al condensatore. The main feature of the present innovation is to provide for the construction of a domestic-type boiler for domestic hot water but operating with the principle of an electrically operated heat pump, in which the boiler is provided with an evaporator which is shaped in an arched shape, in order to be applied axially to the water tank to be heated, ensuring its minimum size, as well as to ensure the best housing of the compressor and the suction and distribution fan of the ambient air, with its thermostatic valve or similar instrument lamination, and of the arrival and delivery ducts of the refrigerant fluid to the condenser.
I tradizionali boilers o scalda acqua elettrici o a gas sono notoriamente costituiti da un serbatoio d’acqua, nel quale è inserita ed opportunamente isolata una resistenza elettrica o al quale è applicato un bruciatore, ad esempio a combustibile liquido, tali elementi aventi lo scopo di trasmettere il calore da loro prodotto alla circostante acqua sanitaria. Traditional electric or gas boilers or water heaters are notoriously constituted by a water tank, in which an electrical resistance is inserted and suitably insulated or to which a burner is applied, for example with liquid fuel, these elements having the purpose of transmitting the heat they produce to the surrounding sanitary water.
Il sempre più elevato costo dell’energia elettrica e del gas o liquido combustibile, oltre che una crescente coscienza delle gravi conseguenze ecologiche della loro combustione ma anche dell’ impoverimento delle materie prime disponibili per l’umanità, hanno indotto la tecnica più recente ad individuare fonti energetiche alternative, non esauribili e non inquinanti, anche nel settore del riscaldamento dell’acqua sanitaria, come ad esempio il ricorso all’energia solare o ad altre fonti non esauribili di energia. The ever higher cost of electricity and gas or liquid fuel, as well as a growing awareness of the serious ecological consequences of their combustion but also of the impoverishment of raw materials available to humanity, have led the most recent technology to identify alternative, non-exhaustible and non-polluting energy sources, also in the sanitary water heating sector, such as the use of solar energy or other non-exhaustible sources of energy.
Tra queste tecniche alternative, proprio nel settore del riscaldamento dell’acqua sanitaria, è stata recentemente rivalutata la già nota tecnologia basata sulla pompa di calore la quale, secondo il principio di Carnot, utilizza il calore presente nell’aria dell’ambiente dove è disposto il boiler o prelevata da altro ambiente attiguo, per trasferirlo all’acqua contenuta in un serbatoio, per mezzo di un fluido frigorigeno, contenuto in un circuito sigillato che è posto indirettamente a contatto con l’aria dell’ambiente, e nel quale circuito è incluso un compressore volumetrico ed un evaporatore che sono atti a trasformare lo stato di detto fluido frigorigeno, per il migliore assorbimento del calore disponibile nell’ambiente e la sua ottimale trasmissione all’acqua del suo serbatoio. Among these alternative techniques, precisely in the domestic water heating sector, the already known technology based on the heat pump has recently been re-evaluated which, according to the Carnot principle, uses the heat present in the air of the environment where it is placed. the boiler or taken from another adjacent room, to transfer it to the water contained in a tank, by means of a refrigerant fluid, contained in a sealed circuit which is indirectly placed in contact with the ambient air, and in which circuit is including a volumetric compressor and an evaporator which are adapted to transform the state of said refrigerant fluid, for the best absorption of the heat available in the environment and its optimal transmission to the water of its tank.
Il fluido frigorigeno, secondo detto principio di Carnot, passando per l’evaporatore, assorbe il calore dell’aria ambiente, quindi, tramite l’azione del compressore, ne aumenta la pressione e la temperatura, trasformandosi dallo stato liquido allo stato gassoso,e trasportano lo stesso calore alle spire di uno scambiatore di calore, il quale è immerso nell’acqua sanitaria del serbatoio. Il calore del fluido frigorigeno viene pertanto ceduto alla stessa acqua, prima che lo stesso fluido frigorigeno, nel frattempo raffreddato e quindi ritornato allo stato liquido, sia indotto a ritornare allo medesimo evaporatore per assorbire altro calore presente nell’aria dell’ambiente o in prossimità del luogo dove è disposto il boiler, e quindi per poter essere pronto a ripetere il suo ciclo. According to the Carnot principle, the refrigerant, passing through the evaporator, absorbs the heat of the ambient air, therefore, through the action of the compressor, it increases its pressure and temperature, transforming itself from the liquid state to the gaseous state, and they transport the same heat to the coils of a heat exchanger, which is immersed in the sanitary water of the tank. The heat of the refrigerant fluid is therefore transferred to the same water, before the same refrigerant fluid, cooled in the meantime and then returned to the liquid state, is induced to return to the same evaporator to absorb other heat present in the ambient air or in the vicinity. of the place where the boiler is placed, and therefore to be ready to repeat its cycle.
Secondo questa tecnica già nota, il consumo energetico richiesto in questi tipi di boilers si limita sostanzialmente al solo azionamento del compressore, eliminando il consumo energetico delle attuali resistenze elettriche o degli attuali bruciatori di combustibile, quindi con i vantaggi economici ed ecologici già sopra specificati. According to this already known technique, the energy consumption required in these types of boilers is substantially limited to the activation of the compressor, eliminating the energy consumption of the current electric resistances or of the current fuel burners, therefore with the economic and ecological advantages already specified above.
Soluzioni tecniche di riscaldamento dell’acqua sanitaria con la presenza di un circuito chiuso a pompa di calore, da solo o in abbinamento ad un tradizionale sistema di riscaldamento per mezzo di un bruciatore di combustibili liquidi o di resistenze elettriche, formano oggetto di diversi brevetti quali, ad esempio il brevetto svedese Gustafsson n. 740418 del 1974, il brevetto europeo Behrens n. EP 0013014 del 1980, il brevetto internazionale Masiani n. WO 89/06775 del 1988, il brevetto tedesco Schiefelbein n. DE 10243170 del 2002, il brevetto europeo Matsushita EP 1.801.515 del 2005 e numerosi altri brevetti, a dimostrazione dell’interesse e degli sviluppi per l’uso della tecnologia nascente dalla fisica della pompa di calore. Technical solutions for domestic hot water heating with the presence of a closed heat pump circuit, alone or in combination with a traditional heating system by means of a liquid fuel burner or electric resistances, are the subject of various patents such as , for example the Swedish Gustafsson Patent No. 740418 of 1974, the European Behrens patent no. EP 0013014 from 1980, the Masiani international patent n. WO 89/06775 of 1988, the German Schiefelbein patent no. DE 10243170 of 2002, the European patent Matsushita EP 1.801.515 of 2005 and numerous other patents, demonstrating the interest and developments in the use of technology emerging from the physics of the heat pump.
In effetti, in tutte queste ed in altre analoghe soluzioni già note, il rapporto tra la quantità di calore ceduto dallo scambiatore o condensatore e la quantità di calore spesa in lavoro meccanico del compressore determina un coefficiente di resa che è sempre vantaggioso rispetto ai consumi dei sistemi tradizionali di riscaldamento dell’acqua sanitaria, pur variando ovviamente dalle temperature dell’ambiente per l’evaporazione e per la condensazione dell’impianto. In fact, in all these and in other similar solutions already known, the ratio between the quantity of heat transferred by the exchanger or condenser and the quantity of heat expended in mechanical work by the compressor determines a yield coefficient which is always advantageous with respect to the consumption of the traditional sanitary water heating systems, although obviously varying from the ambient temperatures due to the evaporation and condensation of the system.
Queste soluzioni già note sono tuttavia convenientemente applicabili su impianti destinati a riscaldare consistenti volumi d’acqua, per grandi comunità, come ad esempio l’acqua sanitaria di condomini, ospedali, alberghi, etc., dove l’ingombro dell’apparecchio scalda acqua o boiler e particolarmente della sua superficie di evaporazione, sia poco importante, rispetto alla superficie o volume del locale dove viene installato, trattandosi normalmente di vani sufficientemente ampi e comunque appositamente predisposti. These already known solutions are however conveniently applicable on systems intended to heat large volumes of water, for large communities, such as the sanitary water of condominiums, hospitals, hotels, etc., where the size of the appliance heats water or boiler and particularly its evaporation surface, is not very important compared to the surface or volume of the room where it is installed, as these are usually sufficiently large rooms and in any case specially prepared.
Infatti, il rapporto tra il volume d’acqua da riscaldare e il volume dell’aria ambiante da aspirare e convogliare all’evaporatore, quindi del volume del vano dove il boiler è disposto per l’asportazione del suo calore, è piuttosto notevole e quindi richiede apparecchi che, per poter erogare una adeguata quantità d’acqua calda, devono comunque disporre di una superficie di captazione dell’aria ambiante piuttosto ampia ed ingombrante. In fact, the ratio between the volume of water to be heated and the volume of the ambient air to be sucked in and conveyed to the evaporator, therefore of the volume of the compartment where the boiler is arranged for the removal of its heat, is quite considerable and therefore it requires appliances which, in order to deliver an adequate quantity of hot water, must in any case have a rather large and bulky surface for capturing the ambient air.
Proprio la necessità di dover disporre di una adeguata superficie di captazione dell’aria ambiente, quindi di dover disporre di boliels di dimensioni piuttosto elevate, ha reso praticamente impossibile usare apparecchi a pompa di calore per riscaldare l’acqua sanitaria di piccole abitazioni o di singoli appartamenti. In queste situazioni, dove lo spazio disponibile è sempre ridotto e dove quello per disporre tali apparecchi è normalmente inesistente, come ad esempio nella maggior parte delle abitazioni in città o nelle seconde case al mare o in montagna, non esiste attualmente altra forma di riscaldamento dell’acqua sanitaria se non quella dello scalda acqua elettrico, disposto generalmente ad una parete del bagno o della cucina. Precisely the need to have an adequate surface for capturing the ambient air, therefore having to have boliels of rather large dimensions, has made it practically impossible to use heat pump appliances to heat the domestic water of small homes or individuals. apartments. In these situations, where the available space is always limited and where the space for arranging such appliances is normally non-existent, such as for example in most houses in the city or in second homes by the sea or in the mountains, there is currently no other form of heating of the sanitary water other than that of the electric water heater, generally placed on a bathroom or kitchen wall.
Esiste quindi una vasta area d’impiego di scalda acqua elettrici o a gas, per piccole o normali abitazioni, dove è preclusa la pur vantaggiosa tecnica della pompa di calore, tanto che non sono attualmente previste tabelle di efficienza energetica per apparecchi domestici di questo tipo, così come sono invece predisposte per scalda acqua elettrici, seppure questi ultimi, oltre agli svantaggi dei consumi e dell’inquinamento, abbiano anche una durata molto più limitata e richiedano un costante manutenzione programmata. There is therefore a large area of use of electric or gas water heaters, for small or normal homes, where the even advantageous heat pump technique is precluded, so much so that there are currently no energy efficiency tables for domestic appliances of this type. as they are instead designed for electric water heaters, although the latter, in addition to the disadvantages of consumption and pollution, also have a much shorter duration and require constant scheduled maintenance.
Compito principale della presente innovazione è quello di poter realizzare un apparecchio scalda acqua a pompa di calore che abbia una sua conformazione compatta, quindi tale da poter avere dimensioni ed ingombri sufficientemente contenuti per essere utilizzato particolarmente in piccole o normali abitazioni, nel riscaldare autonomamente l’acqua di uso sanitario, con i vantaggi energetici ed ecologici propri del principio di Caron, rispetto agli attuali scalda acqua elettici a parete. The main task of the present innovation is to be able to produce a heat pump water heater that has a compact conformation, therefore such as to be able to have dimensions and dimensions that are sufficiently contained to be used particularly in small or normal homes, in autonomously heating the water for sanitary use, with the energy and ecological advantages of the Caron principle, compared to current electric wall water heaters.
Nell’ambito di tale compito, un altro importante scopo dell’innovazione è quello di poter realizzare un apparecchio a pompa di calore, azionata elettricamente, per riscaldare l’acqua di uso sanitario in appartamenti o locali dai quali si possa asportare tanto più calore e quindi rinfrescare gli stessi locali, quanto più sia la quantità richiesta l’acqua calda, come ad esempio negli appartamenti per uso estivo. Within this aim, another important object of the innovation is to be able to produce a heat pump appliance, electrically operated, to heat the sanitary water in apartments or rooms from which much more heat can be removed and then cool the same rooms, the more hot water is required, as for example in apartments for summer use.
Un altro importante scopo della presente innovazione è quello di poter disporre di un apparecchio scalda acqua che assicuri comunque una elevata efficienza energetica, anche in rapporto al suo contenuto ingombro rispetto al volume occupato nel vano in cui lo stesso apparecchio è applicabile. Another important object of the present invention is that of being able to have a water-heating appliance which in any case ensures a high energy efficiency, also in relation to its small footprint with respect to the volume occupied in the compartment in which the appliance is applicable.
Non ultimo scopo della presente innovazione è quello di poter disporre di un apparecchio scalda acqua che, seppure preferenzialmente destinato alle esigenze di un piccolo appartamento, assicura comunque una grande affidabilità d’esercizio ed una notevole durata nel tempo, conforme alle caratteristiche di ogni impianto agente con pompa di calore. Not the least object of the present innovation is that of having a water heating device which, although preferentially intended for the needs of a small apartment, nonetheless ensures great operational reliability and a considerable duration over time, conforming to the characteristics of each operating system. with heat pump.
Questi ed altri scopi sono in effetti perfettamente conseguiti con la presente innovazione, nella quale si prevede la realizzazione di un boiler per acqua sanitaria di tipo domestico, funzionante con il principio della pompa di calore ad azionamento elettrico, nel quale boiler è prevista la presenza di un evaporatore che è sagomato a forma arcuata, per poter essere applicato assialmente al serbatoio dell’acqua da riscaldare, garantendone un suo minimo ingombro, oltre che per assicurare il migliore alloggiamento anche del compressore e della ventola di aspirazione e distribuzione dell’aria ambiente, con la sua valvola termostatica o analogo strumento di laminazione, e dei condotti di arrivo e di mandata del fluido frigorigeno al condensatore o scambiatore di calore. These and other purposes are in fact perfectly achieved with the present innovation, in which the construction of a domestic hot water boiler is envisaged, operating with the principle of the electrically operated heat pump, in which the presence of a boiler is foreseen. an evaporator which is shaped in an arcuate shape, in order to be axially applied to the water tank to be heated, ensuring its minimum size, as well as to ensure the best housing of the compressor and the suction and distribution fan of the ambient air, with its thermostatic valve or similar lamination instrument, and the arrival and delivery ducts of the refrigerant fluid to the condenser or heat exchanger.
Una migliore comprensione della soluzione proposta ed una evidenziazione del conseguimento degli scopi specificati viene di seguito più dettagliatamente descritta ed illustrata, secondo una forma costruttiva puramente indicativa e non limitativa, anche con l’ausilio di n. 10 figure schematiche riprodotte in n.5 tavole allegate e delle quali: A better understanding of the proposed solution and a highlighting of the achievement of the specified purposes is described and illustrated in more detail below, according to a purely indicative and non-limiting constructive form, also with the aid of n. 10 schematic figures reproduced in 5 attached tables and of which:
- la fig. 1 di tav. 1 rappresenta una vista verticale ed in sezione assiale di un boiler o scalda acqua per uso sanitario, realizzato secondo la presente innovazione; - fig. 1 of table 1 represents a vertical and axial section view of a boiler or water heater for sanitary use, made according to the present invention;
- la fig.2 di tav 2 rappresenta una vista in pianta dello stesso boiler di fig.1, al quale, per comodità di visione, sia stato tolto il coperchio di protezione ed alcune parti di testa; - la fig. 3 di tav.3 rappresenta una vista prospettica esterna del medesimo boiler di figg. 1 e 2, raffigurato senza alcuni componenti di chiusura, per comodità grafica; - fig.2 of table 2 represents a plan view of the same boiler of fig.1, from which, for ease of vision, the protective cover and some head parts have been removed; - fig. 3 of table 3 represents an external perspective view of the same boiler of figs. 1 and 2, shown without some closing components, for graphic convenience;
- la fig. 4 di tav. 4 rappresenta una vista prospettica dell’evaporatore e della sua bacinella di contenimento, da applicare nella parte superiore del boiler di figg.3; - fig. 4 of table 4 represents a perspective view of the evaporator and its containment basin, to be applied in the upper part of the boiler in figs. 3;
- la fig. 5 di tav. 5 rappresenta una vista frontale dello scambiatore di calore da disporre coassialmente alla parte inferiore dell’evaporatore del boiler di fig.1; - fig. 5 of table 5 represents a front view of the heat exchanger to be arranged coaxially to the lower part of the evaporator of the boiler in fig. 1;
- la fig. 6 di tav. 6 rappresenta un vista in pianta dello stesso scambiatore di calore della fig. 5, secondo il suo piano di sezione VI - VI; - fig. 6 of table 6 represents a plan view of the same heat exchanger of fig. 5, according to its section VI - VI plan;
- la fig. 7 di tav.6 rappresenta una vista ingrandita di un particolare dello scambiatore di calore della fig.6; - fig. 7 of table 6 represents an enlarged view of a detail of the heat exchanger of fig.6;
- la fig.8 di tav.7 rappresenta una vista prospettica dello stesso scambiatore di fig.5. In tutte le figure, gli stessi particolari sono rappresentati, o si intendono rappresentati, con lo stesso numero di riferimento. - fig.8 of table 7 represents a perspective view of the same exchanger of fig.5. In all the figures, the same details are represented, or are meant to be represented, with the same reference number.
Secondo la soluzione costruttiva esemplificata nelle varie figure allegate, un apparecchio scalda acqua (1), compatto ed a pompa di calore, particolarmente per riscaldare l’acqua sanitaria di uso domestico, è sostanzialmente costituito da un serbatoio (10), da uno scambiatore di calore (20), da un compressore (50), da un evaporatore (60) e da altri accessori di seguito meglio specificati. According to the constructive solution exemplified in the various attached figures, a compact and heat pump water heating device (1), particularly for heating domestic hot water, is substantially constituted by a tank (10), by a heat exchanger heat (20), a compressor (50), an evaporator (60) and other accessories better specified below.
Il serbatoio (10), è dimensionato per un uso normale d’acqua calda, paragonabile a quello degli scaldabagni elettrici, quindi indicativamente da 50 – 100 litri, ed è tradizionalmente costituito da un contenitore sostanzialmente cilindrico con teste a segmento sferico, il quale è contenuto in un elemento di isolamento e coibentazione (11), con relativa superficie esterna cilindrica, non rappresentata, ed è dotato di un condotto (12) di alimentazione dell’acqua di rete ed un condotto (13) per l’asportazione ed utilizzo dell’acqua riscaldata contenuta nel vano interno (15) di detto serbatoio (10). The tank (10) is sized for normal use of hot water, comparable to that of electric water heaters, therefore indicatively of 50 - 100 liters, and traditionally consists of a substantially cylindrical container with spherical segment heads, which is contained in an insulation and insulation element (11), with its cylindrical outer surface, not shown, and is equipped with a pipe (12) for supplying the mains water and a pipe (13) for the removal and use of the heated water contained in the internal compartment (15) of said tank (10).
Lo stesso serbatoio (10) è dotato di una bocca superiore (16), sulla quale si chiude ermeticamente una flangia (21) dello scambiatore di calore (20). The same tank (10) is equipped with an upper mouth (16), on which a flange (21) of the heat exchanger (20) closes hermetically.
Con riferimento alle figg. 5 – 6 – 7 e 8, detto scambiatore di calore (20) è innovativamente costituito da una serpentina formata da un tubo interno (22), costituente il condotto del fluido frigorigeno, e da un tubo esterno (23) che è concentrico al tubo (22) ed atto a formare una intercapedine (24). With reference to figs. 5 - 6 - 7 and 8, said heat exchanger (20) is innovatively constituted by a coil formed by an internal tube (22), constituting the duct for the refrigerant fluid, and by an external tube (23) which is concentric to the tube (22) and able to form a gap (24).
Detta serpentina (20) è costituita da un numero di spire variabile e proporzionale alla portata del serbatoio (10) e quindi al volume d’acqua (15) da riscaldare, essendo preferenzialmente realizzata in forma allungata, per poter essere introdotta dalla bocca o controflangia (16) del serbatoio (10), in ogni caso per poter presentare una adeguata superficie di scambio termico. Con riferimento alle figg. 5 e 8, si evince il fatto che la tubazione interna (22a), di arrivo del fluido frigorigeno nella serpentina (20), così come la sua contrapposta parte (22b), di partenza dello stesso frigorigeno, sono più lunghe e sporgenti delle rispettive tubazioni esterne (23a -23b), essendo tra loro opportunamente sigillate, oltre che vantaggiosamente dotate di rispettive valvole (25a e 25b). Said coil (20) consists of a variable number of coils proportional to the flow rate of the tank (10) and therefore to the volume of water (15) to be heated, being preferably made in an elongated shape, in order to be introduced from the mouth or counterflange (16) of the tank (10), in any case in order to have an adequate heat exchange surface. With reference to figs. 5 and 8, it is clear that the internal pipe (22a), for the arrival of the refrigerant fluid in the coil (20), as well as its opposite part (22b), at the departure of the same refrigerant, are longer and protruding than the respective external pipes (23a -23b), being suitably sealed together, as well as being advantageously provided with respective valves (25a and 25b).
L’intercapedine (24), presente tra il tubo interno (22) ed il tubo esterno o protettivo (23) della serpentina (20), ha l’importante funzione di impedire ogni contaminazione dell’acqua (15) nel circuito del fluido frigorigeno contenuto nel condotto (22) ed ogni contaminazione del fluido frigorigeno con l’acqua (15), nel caso di perdita dello stesso condotto (22). Eventuali perdite o riempimento di detta intercapedine (24) con fluido frigorigeno disperso dal condotto (22) o con acqua dispersa dal condotto (23), possono essere verificate con periodici azionamenti delle valvole (25a e 25b). The interspace (24), present between the internal tube (22) and the external or protective tube (23) of the coil (20), has the important function of preventing any contamination of the water (15) in the refrigerant fluid circuit. contained in the duct (22) and any contamination of the refrigerant fluid with water (15), in the event of a leak in the duct (22). Any leaks or filling of said interspace (24) with refrigerant fluid dispersed from the duct (22) or with water dispersed from the duct (23), can be verified by periodically actuating the valves (25a and 25b).
Ancora con riferimento alle figg. 5 e 8, la flangia (21) è applicata in prossimità del tratto finale dell’entrata (23a) e dell’uscita (23b), ad opportuna distanza dal fascio tubiero di serpentina (20), in ogni caso a monte delle valvole (25), in modo tale da poter azionare dette valvole (25), senza contaminare l’acqua (15) del serbatoio (10) o il fluido frigorigeno contenuto nel condotto (22). Detta flangia (21) è associata a detti condotti (23a - 23b) ad esempio per mezzo di raccordi e ghiera con interposizione di guarnizioni di tenuta ed isolamento, secondo una qualsiasi tecnica nota. Again with reference to figs. 5 and 8, the flange (21) is applied near the final section of the inlet (23a) and the outlet (23b), at a suitable distance from the coil tube bundle (20), in any case upstream of the valves ( 25), in such a way as to be able to operate said valves (25), without contaminating the water (15) of the tank (10) or the refrigerant fluid contained in the duct (22). Said flange (21) is associated with said ducts (23a - 23b) for example by means of fittings and ring nut with interposition of sealing and insulation gaskets, according to any known technique.
La stessa flangia (21), completa della sua serpentina (20) è solidalmente ed amovibilmente fissata alla bocca o contro flangia (16) del serbatoio (10) per mezzo di opportuni tiranti o viti di fissaggio passanti per i suoi fori (21’), previa opportuna interposizione di guarnizioni o sistemi di tenuta. The same flange (21), complete with its coil (20) is solidly and removably fixed to the mouth or counter flange (16) of the tank (10) by means of suitable tie rods or fixing screws passing through its holes (21 ') , after appropriate interposition of gaskets or sealing systems.
Come già citato, l’apparecchio scalda acqua in esame è dotato di un circuito chiuso di fluido frigorigeno che è atto all’applicazione del principio della pompa di calore, del quale circuito la serpentina o scambiatore di calore (20) ne è la parte di utilizzo. As already mentioned, the water heater device in question is equipped with a closed circuit of refrigerant fluid which is suitable for the application of the heat pump principle, of which the coil or heat exchanger (20) is the part of the circuit. use.
In effetti, come raffigurato in fig. 2, sopra la flangia (21) di detta serpentina (20), sono disposte delle staffe (31 – 32) che sono atte a sostenere e rendere amovibilmente solidale alla bocca (16) del serbatoio (10) anche un compressore (50) ed un evaporatore (60). In fact, as depicted in fig. 2, above the flange (21) of said coil (20), there are brackets (31 - 32) which are able to support and make removable integral with the mouth (16) of the tank (10) also a compressor (50) and an evaporator (60).
Con riferimento particolare alle figg. 2 e 4, un evaporatore (60) è costituito da un normale pacco alettato (61), realizzato ad esempio con lamine di rame o alluminio, il quale è innovativamente curvato, al fine di far assumere alla sua superficie esterna una forma sostanzialmente corrispondente ad un ampio arco delle circonferenza del sottostante coassiale elemento cilindrico di isolamento o coibentazione (11) del serbatoio (10). Secondo la soluzione esemplificativamente riprodotta in fig. 2, il pacco allettato dell’evaporatore (60) raggiunge un’ampiezza angolare di circa 250°, naturalmente variabile anche in relazione agli ingombri del compressore (50), dei condotti e della strumentazione del circuito frigorigeno che sono alloggiati nel vano interno allo stesso evaporatore (60). With particular reference to figs. 2 and 4, an evaporator (60) consists of a normal finned pack (61), made for example with copper or aluminum foils, which is innovatively curved, in order to make its external surface assume a shape substantially corresponding to a wide arc of the circumference of the underlying coaxial cylindrical insulation or insulation element (11) of the tank (10). According to the solution by way of example reproduced in fig. 2, the bedded pack of the evaporator (60) reaches an angular width of about 250 °, naturally variable also in relation to the overall dimensions of the compressor (50), of the ducts and of the refrigeration circuit instrumentation which are housed in the compartment inside the same. evaporator (60).
Questa forma arcuata particolare del pacco alettato (61) dell’evaporatore (60) assicura una elevata superficie di captazione del calore presente nell’ambiente, la quale superficie è sostanzialmente pari a quasi tre volte il suo diametro di curvatura, in rapporto al suo ingombro esterno. Come già citato, la stessa forma arcuata dell’evaporatore (60) assicura inoltre e contemporaneamente un volume interno sufficiente alla disposizione dei condotti di mandata e di ritorno del fluido frigorigeno e della strumentazione per la sua regolazione, come di seguito meglio specificato. This particular arched shape of the finned pack (61) of the evaporator (60) ensures a large surface for capturing the heat present in the environment, which surface is substantially equal to almost three times its curvature diameter, in relation to its overall dimensions. external. As already mentioned, the same arched shape of the evaporator (60) also ensures, at the same time, a sufficient internal volume for the arrangement of the flow and return pipes of the refrigerant fluid and the instrumentation for its regulation, as specified below.
Con riferimento particolare alla fig. 4, una tubazione a serpentina (62) attraversa detto pacco alettato (61), avendo un’entrata iniziale inferiore (62a) ed un’uscita finale superiore (62b). Sempre con riferimento alle figg. 2 e 4, si evidenzia il fatto che il fondo (61a) del pacco alettato (61) è alloggiato in una bacinella arcuata (70) che è preventivamente fissata alle staffe (31 – 32), per rendere lo stesso evaporatore (60) solidale al serbatoio (10). With particular reference to fig. 4, a serpentine pipe (62) passes through said finned pack (61), having an initial lower entry (62a) and an upper final exit (62b). Again with reference to figs. 2 and 4, it is highlighted that the bottom (61a) of the finned pack (61) is housed in an arched tray (70) which is previously fixed to the brackets (31 - 32), to make the evaporator (60) integral to the tank (10).
Detta bacinella (70) è munita di uno scarico (71), per il convogliamento della condensa formatasi nell’evaporatore (60), per l’umidità dell’aria assorbita dall’ambiente, durante la fase di evaporazione del fluido frigorigeno passante per il condotto (62). Said basin (70) is equipped with a drain (71), for conveying the condensate formed in the evaporator (60), due to the humidity of the air absorbed from the environment, during the evaporation phase of the refrigerant passing through the duct (62).
L’entrata inferiore (62a) dell’evaporatore (60) è raccordato con un condotto (63) che, per interposizione di una valvola termostatica (64), preleva il fluido frigorigeno proveniente dal condotto di uscita (22b) dello scambiatore (20) per condurlo all’entrata (62a) del condotto (62) dello stesso evaporatore (60). The lower inlet (62a) of the evaporator (60) is connected to a duct (63) which, through the interposition of a thermostatic valve (64), draws the refrigerant fluid coming from the outlet duct (22b) of the exchanger (20) to lead it to the inlet (62a) of the duct (62) of the same evaporator (60).
L’uscita (62b) dello stesso evaporatore (60) è collegata dal condotto (66) all’entrata (51) del compressore (50), la cui uscita (52) è collegata con un condotto (53) all’entrata (22a) dello scambiatore di calore (20). The outlet (62b) of the same evaporator (60) is connected by the duct (66) to the inlet (51) of the compressor (50), whose outlet (52) is connected with a duct (53) to the inlet (22a ) of the heat exchanger (20).
Da quanto fino ad ora descritto ed illustrato, si evince il fatto che il fluido frigorigeno, presente nel circuito sigillato a pompa di calore dell’apparecchio scalda acqua in esame, subisce le seguenti trasformazioni proprie di ogni ciclo termodinamico della pompa di calore: From what has been described and illustrated up to now, it is clear that the refrigerant fluid, present in the sealed heat pump circuit of the water heater in question, undergoes the following transformations typical of each thermodynamic cycle of the heat pump:
a) Compressione . Il fluido allo stato gassoso, proveniente dall’evaporatore (60), da dove ha asportato la massima quantità di calore dell’aria ambiente, viene compresso dal compressore (50), incrementando il sui contenuto entalpico; a) Compression. The gaseous fluid, coming from the evaporator (60), from where it has removed the maximum amount of heat from the ambient air, is compressed by the compressor (50), increasing its enthalpy content;
b) Condensazione . Il fluido proveniente dal compressore (50), entra nello scambiatore di calore (20) cedendo parte del suo calore al volume d’acqua (15) del serbatoio (10) e, conseguentemente, passando allo stato liquido; b) Condensation. The fluid coming from the compressor (50) enters the heat exchanger (20), transferring part of its heat to the volume of water (15) of the tank (10) and, consequently, passing to the liquid state;
c) Espansione . Il fluido proveniente dallo scambiatore (20) e, passando per la valvola termostatica (64), entra nell’evaporatore (60), con trasformazione del suo stato, passa dalla pressione di condensazione a quella di evaporazione, trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi ulteriormente; c) Expansion. The fluid coming from the exchanger (20) and, passing through the thermostatic valve (64), enters the evaporator (60), with transformation of its state, passes from the condensation pressure to the evaporation pressure, partially transforming into steam and cooling further ;
d) Evaporazione . Il fluido assorbe il calore dell’aria ambiente dalle lamine del pacco alettato (61) dell’evaporatore (60), trasformandosi completamente nello stato gassoso ed essendo pronto a ripetere il ciclo, passando al compressore (50). d) Evaporation. The fluid absorbs the heat of the ambient air from the sheets of the finned pack (61) of the evaporator (60), completely transforming into the gaseous state and being ready to repeat the cycle, passing to the compressor (50).
Naturalmente il compressore (60) interviene solo quando la valvola termostatica (64) rileva una differenza di temperatura tra il fluido frigorigeno del circuito e l’acqua da riscaldare del vano (15), tale da giustificare la sua attivazione. Of course, the compressor (60) only intervenes when the thermostatic valve (64) detects a temperature difference between the refrigerant in the circuit and the water to be heated in the compartment (15), such as to justify its activation.
Per effetto di questo ciclo termodinamico, l’unico momento di utilizzo dell’energia elettrica di rete rimane sostanzialmente quella di attivazione del compressore (50), mentre acquisizione del calore è assicurata dalla temperatura dell’aria ambiente che viene filtrata dall’evaporatore (60), con un notevole risparmio energetico ed ambientale, pur disponendo di un apparecchio scalda acqua (1) avente dimensioni corrispondenti a quelle degli scalda acqua elettrici, conforme allo scopo principale specificato. As a result of this thermodynamic cycle, the only moment of use of the mains electricity remains substantially that of activation of the compressor (50), while the acquisition of heat is ensured by the temperature of the ambient air which is filtered by the evaporator (60 ), with considerable energy and environmental savings, while having a water heater (1) having dimensions corresponding to those of the electric water heaters, compliant with the specified main purpose.
Lo stesso apparecchio scalda acqua (1) asportando il calore dall’ambiente in cui è fissato, comporta l’abbassamento della temperatura dello stesso ambiente, in modo direttamente proporzionale al suo uso, con sollievo particolare nei periodi e nei luoghi dove la temperatura ambiente richiede frequentemente l’uso di acqua sanitaria, conforme ad un altro degli scopi specificati. The same appliance heats water (1) by removing the heat from the environment in which it is fixed, it leads to the lowering of the temperature of the same environment, in a way that is directly proportional to its use, with particular relief in periods and in places where the ambient temperature requires frequently the use of sanitary water, in accordance with another of the specified purposes.
La limitazione dell’uso dell’energia elettrica al solo azionamento del compressore, comporta poi anche un abbattimento della manutenzione ed un incremento della durata dell’apparecchio, conforme ad altri scopi specificati. The limitation of the use of electricity to the sole activation of the compressor, then also involves a reduction in maintenance and an increase in the life of the appliance, in accordance with other specified purposes.
L’apparecchio fino ad ora descritto ed illustrato è completato dalla presenza di altri elementi e componenti che lo rendono particolarmente funzionale oltre che alcune ovvie parti di completamento. The device described and illustrated up to now is completed by the presence of other elements and components that make it particularly functional as well as some obvious completion parts.
Con riferimento alle figg. 1 – 2 e 3, si evince il fatto che il bordo superiore (61b) dell’evaporatore (60) è associato ad un coperchio (80) al quale è applicato un ventilatore (81) che, aspirando l’aria ambiente dalla sua bocca (82) la convoglia e la distribuisce sulla superficie interna alettata del pacco alettato (61), favorendo l’assorbimento del calore dell’aria al fluido refrigerante scorrevole nel suo condotto (62). With reference to figs. 1 - 2 and 3, it can be seen that the upper edge (61b) of the evaporator (60) is associated with a cover (80) to which a fan (81) is applied which, sucking the ambient air from its mouth (82) conveys it and distributes it on the internal finned surface of the finned pack (61), favoring the absorption of the heat of the air to the refrigerant fluid flowing in its duct (62).
Detta ventola (81) è azionata elettricamente ed agisce in sequenza con l’azionamento del compressore (50), con minimo incremento del suo consumo energetico. Said fan (81) is electrically operated and acts in sequence with the operation of the compressor (50), with a minimum increase in its energy consumption.
La superficie laterale esterna dell’evaporatore è vantaggiosamente riparata da una griglia o lamiera forata,che comunque assicura il passaggio dell’aria, detta griglia potendo essere associata al coperchio (80) ed alla bacinella (70), per la migliore solidità dell’apparecchio scalda acqua (1). The external lateral surface of the evaporator is advantageously protected by a perforated grid or sheet metal, which in any case ensures the passage of air, said grid being able to be associated with the lid (80) and the basin (70), for the best solidity of the appliance. water heater (1).
Con riferimento particolare alla fig. 3, una staffa (17) è solidale al serbatoio (10) sporgendo sufficientemente dalla coibentazione (11) e dal suo rivestimento (18), per consentire il fissaggio a muro dell’apparecchio scalda acqua (1). With particular reference to fig. 3, a bracket (17) is integral with the tank (10) protruding sufficiently from the insulation (11) and its coating (18), to allow the water heater to be fixed to the wall (1).
Come già citato, il bordo inferiore (61a) del pacco alettato (61) dell’evaporatore (60) è alloggiato entro la bacinella (70). Detta bacinella (70) ha anche la funzione di raccolta della possibile condensa per l’ umidità creatasi nell’evaporatore (60), anche per effetto della condensa che si può formare nella fase di cambiamento di stato del fluido frigorigeno nel suo passaggio attraverso il condotto (62) di detto evaporatore (60). Lo scarico (71) di detta bacinella (70) agisce per gravità ed è sporgente dal rivestimento esterno (18) della parte isolante (11) del serbatoio (10). As already mentioned, the lower edge (61a) of the finned pack (61) of the evaporator (60) is housed within the basin (70). Said basin (70) also has the function of collecting the possible condensate due to the humidity created in the evaporator (60), also due to the effect of the condensate that can form in the phase of change of state of the refrigerant fluid as it passes through the duct. (62) of said evaporator (60). The drain (71) of said basin (70) acts by gravity and protrudes from the external coating (18) of the insulating part (11) of the tank (10).
Come già indicato, la forma curva dell’evaporatore (60) consente in effetti, seppure nel ridotto spazio della sua cavità assiale, l’alloggiamento sia della ventola (80) che del compressore (50), sia della valvola termostatica (64) che dei vari condotti di connessione (53 – 63- 66), tra scambiatore di calore (20), evaporatore (60) e compressore (50), pur assicurando una superficie di aspirazione dell’aria ambiente che ha una lunghezza indicativamente pari a tre volte il diametro del suo ingombro circolare, conseguendo quindi la massima compattazione di questo apparecchio scalda acqua a pompa di calore, rendendo possibile e vantaggioso il suo impiego anche e specialmente in piccoli vani di singoli appartamenti, rispetto all’uso dei tradizionali scalda acqua elettrici, di corrispondente dimensione e portata d’acqua calda, conforme agli scopi già specificati. As already indicated, the curved shape of the evaporator (60) actually allows, albeit in the reduced space of its axial cavity, the housing of both the fan (80) and the compressor (50), both the thermostatic valve (64) and of the various connection ducts (53 - 63- 66), between the heat exchanger (20), evaporator (60) and compressor (50), while ensuring a suction surface of the ambient air that has a length approximately equal to three times the diameter of its circular overall dimensions, thus achieving maximum compaction of this heat pump water heater, making it possible and advantageous to use it also and especially in small rooms of individual apartments, compared to the use of traditional electric water heaters, of corresponding size and flow rate of hot water, in accordance with the purposes already specified.
Naturalmente la soluzione costruttiva dello scalda acqua fino ad ora descritta ed illustrata è da intendersi, come già specificato, puramente indicativa e non limitativa. Naturally, the constructive solution of the water heater described and illustrated up to now is to be understood, as already specified, purely indicative and not limiting.
E’ possibile infatti, ad esempio sostituire la valvola termostatica (64) con altro noto dispositivo di laminazione, così come può variare il numero e la forma delle spire dello scambiatore (20). In fact, it is possible, for example, to replace the thermostatic valve (64) with another known lamination device, as well as the number and shape of the coils of the exchanger (20) can vary.
E’ ancora possibile invertire assialmente le posizioni dell’evaporatore (60) e delle altre parti esterne di acquisizione del calore, disponendolo sul lato inferiore del serbatoio (109, così come è possibile prevedere una diversa posizione di applicazione della ventola (81) sul coperchio (80). It is still possible to axially invert the positions of the evaporator (60) and of the other external heat acquisition parts, placing it on the lower side of the tank (109, just as it is possible to provide a different application position of the fan (81) on the cover. (80).
E’ inoltre possibile prevedere l’applicazione nel serbatoio (10) di una autonoma e tradizionale resistenza elettrica, atta ad essere attivata per assicurare comunque il riscaldamento dell’acqua anche quando l’aria ambiente dovesse presentare una temperatura troppo bassa, ad esempio per applicazioni in montagna ed in periodi invernali. It is also possible to provide for the application in the tank (10) of an autonomous and traditional electric resistance, able to be activated to ensure the heating of the water in any case even when the ambient air should be too low, for example for applications in the mountains and in winter.
E’ anche possibile realizzare un evaporatore (60) teoricamente di ampiezza anche maggiore di quella esemplificata, utilizzando un compressore (50) che possa essere contenuto all’interno della curvatura dello stesso evaporatore (60), così come può variare l’altezza dello stesso evaporatore (60) ed il numero di spire del suo condotto (62) oltre che la posizione di entrata (62a) e di uscita (62b), del medesimo evaporatore (60), con adeguamento del percorso dei vari condotti di collegamento (53 – 63 – 65 – 66 – etc.) con il compressore (50), con lo scambiatore (20) e con la valvola (64). It is also possible to realize an evaporator (60) theoretically of even greater amplitude than that exemplified, using a compressor (50) that can be contained within the curvature of the same evaporator (60), as well as the height of the same. evaporator (60) and the number of turns of its duct (62) as well as the inlet (62a) and outlet (62b) position of the same evaporator (60), with adaptation of the path of the various connection ducts (53 - 63 - 65 - 66 - etc.) with the compressor (50), with the exchanger (20) and with the valve (64).
Queste ed altre analoghe modifiche o adattamenti, si intendono comunque rientranti nell’originalità del trovato che si vuole proteggere. These and other similar modifications or adaptations are however intended to fall within the originality of the invention to be protected.
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| IT000003A ITBL20090003A1 (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | COMPACT APPLIANCE WITH HEAT PUMP, PARTICULARLY TO HEAT THE DOMESTIC SANITARY WATER. |
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