ITBO20000702A1 - Apparato riscaldatore di mabienti e rete di apparati relativi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

APPARATO RISCALDATORE DI AMBIENTI E RETE DI APPARATI RELATIVI.

Il presente trovato si riferisce agli apparati per il riscaldamento di ambienti ed in particolare concerne un apparato riscaldatore avente una parete di scambio termico multìstratificata, riscaldata per effetto termico prodotto da un generatore di onde elettromagnetiche; onde che possono avere varie lunghezze caratteristiche e che in particolare possono essere incluse nel campo delle lunghezze d’onda tipiche delle microonde. Una rete di apparati forma anch'essa parte integrante dell'invenzione.

Per il riscaldamento degli ambienti civili è già noto, in generale, l'impiego di apparati riscaldatori provvisti di un generatore di onde elettromagnetiche alimentato da energia elettrica.

Nel documento WO 93/00781 viene descritto un apparato del tipo suddetto nel quale il generatore di onde elettromagnetiche irraggia dei piatti in carburo di silicio o carburo di boro che, a causa delle proprietà dieletriche di tali materiali subiscono un conseguente notevole innalzamento termico. Sui piatti così riscaldati viene poi convogliato un flusso d’aria, accelerato meccanicamente, che lambendo la superficie dei piatti sottrae loro calore riscaldandosi a sua volta. Il flusso d’aria calda viene poi trasferito all'esterno dell'apparecchio e sfruttato quindi come fluido vettore del calore da scambiare con un generico utilizzatore esterno.

Il documento US 5.387.780 descrive invece un apparato provvisto di tre contenitori uno esterno all’altro. Il contenitore più interno è un bollitore contenente una certa massa d’acqua; il contenitore intermedio materializza una guida d'onda, collegata al generatore di onde eletromagnetiche e circostante al contenitore bollitore; il contenitore più esterno isola infine la guida d’onda e l’apparato nel suo insieme in modo da evitare fughe di calore verso l’ambiente circostante.

Il documento WO 92/06572 descrive un apparato in cui uno scambiatore percorso da un flusso di acqua è contenuto in una camera che riverbera sullo scambiatore onde elettromagnetiche trasportate da guide d’onda, a loro volta collegate a relativi generatori. L’acqua fredda fluendo atraverso lo scambiatore viene riscaldata dalle onde elettromagnetiche fuoriuscendo poi a temperatura più elevata verso un utilizzatore esterno all’apparato.

Gli apparati sopra descritti hanno in comune un rendimento termico globale relativamente basso. In primo luogo ciò è dovuto al fato che il fluido, una volta riscaldato, trasferendosi all’esterno dell’apparecchio, tende a disperdere lungo il proprio percorso una parte del contenuto termico precedentemente acquisito. Un secondo fattore, tale da incidere negativamente sul rendimento globale dell’apparato, è imputabile invece alla stessa collocazione relativa del fluido riscaldato e del mezzo preposto al suo riscaldamento: il collocare infatti la camera riverberante la radiazione elettromagnetica esternamente al fluido da riscaldare porta ad un’inevitabile dispersione verso l'ambiente esterno circostante di una parte della radiazione emessa dal generatore, che così provoca una minore quantità di energia trasferita dal fluido al generatore; e ciò anche in presenza di materiali costitutivi delle pareti di per sé adatti a riflettere la radiazione elettromagnetica verso l'interno della camera e nonostante l’eventuale ulteriore aggiunta di rivestimenti coibenti esterni all'apparato.

Primario scopo del presente trovato è quello di fornire un apparato riscaldante in grado di conseguire un rendimento termico globale decisamente superiore a quello degli apparati noti mediante un più efficiente scambio termico tra mezzo riscaldante e mezzo riscaldato.

Un secondo scopo del trovato è quello di fornire un apparato in grado di presentare bassa inerzia termica atta a fornire risposte assai rapide al fabbisogno di calore dell’utilizzatore.

In accordo con l’invenzione tali scopi sono raggiunti da un apparato riscaldatore in cui un generatore di onde elettromagnetiche è separato dall’ambiente destinatario del calore da una parete multistrato avente almeno uno strato di materiale atto ad aumentare la propria temperatura quando investito dalle onde elettromagnetiche del generatore, caratterizzato dal fatto che detta parete multistrato è disposta tra il generatore di onde elettromagnetiche e l'ambiente da riscaldare e che almeno uno strato di detta parete è costituito da un fluido confinato tra pareti solide di detta parete multistrato.

Se la parete multistrato è conformata in modo tale da schermare totalmente il generatore di onde elettromagnetiche, l’intera quantità di radiazione elettromagnetica emessa dal generatore può essere utilmente sfruttata per il riscaldamento del fluido contenuto nella parete.

Il successivo trasferimento di calore direttamente all'ambiente mediante conduzione termica attraverso la parete, ancorché in presenza di movimenti circolatori convettivi, naturali o meccanicamente indotti all’interno del fluido, non implicando alcun trasferimento di massa all'esterno dell’apparato riscaldante, consente di massimizzare anche l’efficacia dello scambio termico globale tra l'ambiente destinatario del calore e la sorgente erogatrice di detto calore.

Tali caratteristiche consentono di ottenere un apparato riscaldante particolarmente vantaggioso come riscaldatore autonomo, locale, di ambiente.

Inoltre, a motivo delle elevata efficienza termica e della capacità di rapida risposta è possibile costituire anche una rete di tali apparati, anch'essa formante oggetto del presente trovato, in cui una pluralità di tali apparati viene gestita in modo centralizzato da mezzi di comando e di gestione congegnati in modo da attivare e disattivare gli apparati riscaldanti singolarmente e sequenzialmente tra loro.

L’elevata efficienza termica degli apparati riscaldanti combinata con la modalità di gestione sopra evidenziata che permette di indirizzare la potenza elettrica disponibile di volta in volta su un solo apparecchio, rendono possibile il riscaldamento elettrico di interi appartamenti di civile abitazione, con soddisfacimento del fabbisogno termico invernaie, senza che si abbia il superamento delle soglie di potenza elettrica installate e normalmente consentite per le abitazioni civili.

I vantaggi dell'invenzione, rispetto ai sistemi convenzionali, sono numerosi e rilevanti. L’invenzione consente infatti di avere:

sistemi di riscaldamento di più economico esercizio; - sistemi di riscaldamento di appartamenti che non richiedono la combustione di combustibili su una molteplicità di singole caldaie autonome, ma che viceversa demandano la combustione necessaria per la generazione dell’energia elettrica, alle grandi centrali ove i rendimenti di combustione, notoriamente maggiori di quelli delle singole caldaie domestiche, consentono di ridurre il consumo collettivo di combustibili con riduzione dei costi generali di produzione da un lato e dell’inquinamento ambientale urbano dall'altro;

sistemi di riscaldamento la cui impiantistica risulta notevolmente semplificata e quindi più economica in quanto totalmente priva delle convenzionali tubazioni (e quindi totalmente priva di dispersioni termiche) che collegano i generatori di calore con gli apparati riscaldatori di ambiente e che implicano oltre al costo proprio anche il costo della predisposizione delle relative opere murarie di alloggiamento.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica di insieme di un apparato secondo l’invenzione;

la figura 2 è una sezione dell'apparato di figura 1 effettuata secondo la linea di sezione II-II;

la figura 3 è una rappresentazione dettagliata di un particolare del trovato rappresentato in scala di ingrandimento;

la figura 4 è uno schema di principio di una possibile modalità di controllo e gestione locale dell’apparato;

la figura 5 è un primo esempio di realizzazione di una rete di apparati secondo l’invenzione gestibile in modalità centralizzata;

- la figura 6 è un ulteriore esempio di realizzazione di una rete di apparati secondo l'invenzione gestibile con modalità centralizzata e con controllo locale d’ambiente.

Con riferimento alle figure degli uniti disegni, con 1 viene indicato nel suo complesso un apparato riscaldatore di ambienti essenzialmente comprendente una carcassa internamente alla quale sono alloggiati due involucri 8 e 9 posti uno internamente all’altro e contenenti un generatore 2 di onde elettromagnetiche portato a sbalzo da un coperchio 20 di chiusura sommitale degli involucri 8 e 9.

Gli involucri 8, 9 sono conformati e dimensionati in modo da presentare pareti solide 5, 6 opportunamente distanziate tra loro in modo da delimitare in reciproca combinazione una interposta intercapedine che si estende preferibilmente, senza interruzione di continuità, tra contrapposte superfici di base (o fondo) 10, 12 e laterali 11, 13 dei due involucri 8, 9. La parete 5 dell’involucro 8 più interno è realizzata in materiale trasparente alle onde elettromagnetiche, la parete 6 dell'involucro più esterno è realizzata invece in materiale atto a riflettere invece le onde elettromagnetiche. Materiali con caratteristiche siffatte sono largamente conosciuti nella tecnica per cui se ne omette la loro elencazione rinviando ad esempio al documento WO 93/00781 per una loro specifica rassegna. E' utile tuttavia sottolineare che tra i materiali adatti ad essere attraversati dalle onde elettromagnetiche rientra anche il polietilene correntemente impiegato ad esempio per la fabbricazione di flaconi e bottiglie, per cui la parete 5 dell'involucro 8 più interno può essere vantaggiosamente, e con beneficio ecologico, realizzata con materiale di recupero proveniente da tali utilizzazioni primarie.

Gli involucri 8, 9 sono aperti in corrispondenza delle rispettive estremità superiori 15, 16 e si contrappongono flange tra le quali sono alloggiati dei mezzi di tenuta 17, preferibilmente attuati da guarnizioni “OR”, che intercettano l’intercapedine verso l’esterno dell’apparato 1.

All'interno dell’intercapedine ricavata tra i due involucri 8, 9 è contenuto un fluido, preferibilmente, ma non limitativamente rappresentato da un liquido, quale acqua, olio, miscele glicoliche ecc., ovvero di un fluido liquido o aeriforme scelto tra i fluidi suscettibili comunque di accrescere la propria temperatura quando investiti da una radiazione elettromagnetica di opportuna lunghezza d’onda, comprendente anche le cosiddette microonde.

Il generatore 2 di onde elettromagnetiche si protrae come detto verso il fondo 10, 12 chiuso dei due involucri 8, 9, senza però toccare la superficie laterale 11 od il fondo 10 dell'involucro 8 più interno; cosicché tra il corpo di detto generatore 2 e l’involucro 8 medesimo viene a definirsi uno spazio vuoto che definisce una guida 7 d’onda, sostanzialmente contenuta all'interno dei due involucri 8, 9 dell’apparato 1 e, più precisamente, tra l’involucro 8 interno ed il generatore 2.

Dalla geometria dell’apparato 1 sopra descritta e dall’osservazione delle figure 1 e 2 si deduce quindi che gii involucri 8,9 sopra descritti con il loro contenuto di fluido intermedio definiscono una sorta di parete 3 multistrato disposta, a separazione, tra il generatore 2 di onde elettromagnetiche e l’ambiente da riscaldare avente un fluido confinato tra pareti solide 5, 6 all'interno del quale fluido il calore viene direttamente generato per effetto della radiazione elettromagnetica emanata dal generatore 2.

Una tale parete 3 multistrato con generazione di calore endogena, essendo direttamente esposta aH’ambiente da riscaldare, ha il vantaggio di non implicare alcuna dispersione termica conseguente a trasporto del calore mediante veicolazione di una massa e, indipendentemente dalla presenza di moti convettivi naturali o meccanicamente indotti in seno al fluido contenuto nell'intercapedine, trasmette il proprio calore unicamente attraverso sé stessa, ovvero per conduzione attraverso i propri strati solidi e fluido e per irraggiamento verso l’ambiente circostante.

Un tale meccanismo di generazione e trasmissione del calore è caratterizzato da un'alta efficienza energetica. A ciò si deve aggiungere un’elevata efficienza della trasformazione in calore dell’energia elettrica assorbita dalla rete elettrica direttamente conseguente al fatto che la parete 3 multistrato ha una conformazione sostanzialmente avvolgente per l'intero generatore 2 di onde elettromagnetiche, che rende minima la dispersione di radiazione elettromagnetica non direttamente utilizzata per la generazione di calore. A parte i vantaggi in termini di sicurezza ambientale legati a quest’ultimo aspetto che, ancorché indipendenti da problematiche energetiche non possono essere sottaciuti, l’apparato 1 nel suo complesso viene quindi a presentare un rendimento termico globale assai elevato con rilevanti rese termiche a parità di potenza elettrica assorbita con riscaldatori di tecnologia convenzionale.

Quanto alla conformazione geometrica degli involucri 8, 9 è chiaro che la forma parallelepipeda rappresentata nelle figure 1 e 2 è del tutto indicativa, in quanto appare del tutto evidente che conferendo agli involucri 8, 9 la forma cilindrica è possibile unire ad un ulteriore incremento di efficienza dello scambio energetico tra generatore 2 e parete 3 anche una più facile realizzabilità costruttiva, vantaggiosa sotto il profilo dei costi di produzione dell’apparato 1.

E' importante altresì rilevare che la realizzazione della intercapedine mediante due involucri 8 e 9 contenuti l'uno internamente all’altro permette di variare il contenuto di fluido dell’apparato 1 con la semplice variazione dimensionale degli involucri 8, 9; variazione che permette quindi di modulare costruttivamente l’inerzia termica dell’apparato 1 direttamente influente sui tempi di risposta dell'apparato 1 medesimo. Un ulteriore perfezionamento dell’apparato 1 , atto ad accrescere l’efficienza termica della parete 3 multistrato può essere ottenuto ricavando all'interno della intercapedine dei canali 14 atti a guidare il fluido 5 lungo traiettorie predeterminate, sia sfruttando gli stessi moti convettivi naturali, sia sfruttando mezzi di circolazione meccanica forzata non rappresentati. L'intervento sul movimento del fluido consente quindi di modulare i parametri di scambio termico globale della parete 3 multistrato e quindi di esaltarne ulteriormente la relativa efficienza termica lato fluido, giacché l’efficienza lato ambiente destinatario del calore può essere accresciuta mediante alettature esterne all'involucro 6 più esterno, non rappresentate sui disegni.

L’apparato 1 si presta vantaggiosamente ad essere impiegato come riscaldatore autonomo di ambienti. In tal caso, come visibile in figura 4 può essere vantaggiosamente provvisto di mezzi di gestione e di comando 18 automatico, locale, del generatore 2 interconnessi con mezzi termometrici 19 sensibili alla temperatura dell’ambiente.

E’ tuttavia possibile anche un impiego dell’apparato 1 all'interno di una complessiva rete di apparati riscaldanti schematicamente rappresentata nelle figure 5 e 6.

Nella prima di tali figure si rileva che la rete 21 può essere corredata da mezzi di comando e gestione 18 centralizzati atti a comandare a distanza i generatori 2 dei singoli apparati 1 sequenzialmente indirizzando su ciascuno di essi, di volta in volta, attraverso idonei mezzi selettori 22 l'intera potenza elettrica che può essere prelevata dalla rete domestica attraverso una convenzionale componentistica, simbolicamente rappresentata con blocco 22.

Nell’esempio di figura 6 è illustrata un’ulteriore forma di realizzazione della rete 21 , ancora più evoluta, nella quale i mezzi di comando e gestione 18 centralizzata sono interfacciati anche con mezzi termosensibili 19, locali, dei singoli apparati 1 in modo da ottenere una gestione flessibile ed intelligente di ciascun apparato 1. Infatti, fermo restando il concetto della sequenzialità dell’azionamento degli apparati 1 riscaldatori della rete 21, necessario per mettere a disposizione del singolo apparato 1 la potenza assorbibile dalla rete elettrica, è possibile corredare i mezzi di comando e di gestione 18 di mezzi di elaborazione integrati di relativo software in modo atto ad attivare ciclicamente i vari apparati 1 solo se necessario in relazione alle condizioni termiche dell'ambiente locale, e/o eventualmente da modularne anche la durata di attivazione singola ad ogni scansione ciclica, impulsiva, effettuata dai mezzi di comando e gestione dei singoli apparati 1 della rete 21.

Il trovato così concepito è suscettibile di evidente applicazione industriale; inoltre può essere oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti neN'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato riscaldatore di ambienti, comprendente un generatore (2) di onde elettromagnetiche separato dall’ambiente destinatario del calore da una parete (3) multistrato avente almeno uno strato (4) di materiale atto ad aumentare la propria temperatura quando investito dalle onde elettromagnetiche del generatore (2), caratterizzato dal fatto che detta parete (3) multistrato è disposta tra il generatore (2) di onde elettromagnetiche e l’ambiente da riscaldare e che detto almeno uno strato (4) di detta parete (3) è costituito da un fluido confinato tra pareti solide (5, 6) di detta parete (3) multistrato.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere una guida (7) d’onda interposta tra detto generatore (2) di onde elettromagnetiche e detta parete (3) multistrato.
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto fluido è acqua o olio.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto fluido è un aeriforme.
5. 5. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dai fatto che detto fluido è mosso meccanicamente all’interno di detta parete (3) multistrato (4).
6. 6. Apparato secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che almeno una parete (5) solida di detta parete (3) multistrato disposta tra il fluido ed il generatore (2) di onde elettromagnetiche è realizzata in materiale trasparente alle onde elettromagnetiche e che almeno una parete (6) solida di detta parete (3) multistrato disposta tra il fluido e l'ambiente da riscaldare è riflettente per le onde elettromagnetiche.
7. 7. Apparato secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dai fatto che dette pareti (5, 6) solide sono pareti periferiche di involucri (8, 9) disposti uno all’interno dell’altro in modo da delimitare in reciproca combinazione una interposta intercapedine atta a contenere detto fluido.
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti involucri (8, 9) presentano superfici di base (10; 12) e superaci laterali (11; 13) reciprocamente interconnesse atte a conferire a detta parete (3) multistrato una complessiva conformazione avvolgente della superficie radiante del generatore (2) di onde elettromagnetiche.
9. 9. Apparato secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti involucri (8, 9) hanno forma cilindrica recante almeno un fondo (10, 12) chiuso.
10. 10. Apparato secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che dette pareti solide (5, 6) sono conformate in modo atto a delimitare canali (14) per guidare il fluido lungo traiettorie predeterminate.
11. 11. Apparato secondo una delle precedenti rivendicazioni , caratterizzato dal fatto che detti involucri (8, 9) presentano estremità superiori (15, 16) aperte accoppiabili tra loro con interposizione di mezzi di tenuta (17) atti ad impedire la fuoriuscita del fluido (5) da detta intercapedine.
12. 12. Apparato secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di gestione e di comando (18) automatico di detto generatore (2) interconnessi con mezzi termometrici (19) sensibili alla temperatura dell'ambiente.
13. 13. Rete di apparati (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di comando e gestione (18) centralizzati per comandare detti apparati (1) .
14. 14. Rete secondo la rivendicazione 12 o 13, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di comando e gestione (18) centralizzata comandano detti apparati (1) selettivamente.
15. 15. Rete secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di gestione centralizzata comandano detti apparati in modo sequenziale.
16. 16. Rete secondo la rivendicazione 14 , caratterizzata dal fatto che detti mezzi di gestione centralizzata comandano detti apparati (1) in modo impulsivo.
17. 17. Apparato secondo le precedenti rivendicazioni da 1 a 12 e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.
18. 18. Rete secondo le precedenti rivendicazioni da 13 a 16 e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.