ITBO20010697A1

ITBO20010697A1 - Unita di raffreddamento polifunzionale per impianti di climatizzazione .

Info

Publication number: ITBO20010697A1
Application number: IT2001BO000697A
Authority: IT
Inventors: Vito Simi
Original assignee: Rhoss S P A
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2002-02-19
Also published as: EP1312877A3; EP1312877A2

Description

D E S C R I Z IO N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad una unità di raffreddamento polifunzionale per impianti di climatizzazione .

In particolare, la presente invenzione è relativa ad una unità di raffreddamento per impianti di climatizzazione centralizzati con recupero di calore da utilizzare per altri impieghi, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come è noto, gli impianti di climatizzazione di tipo centralizzato sono normalmente provvisti di una unità di raffreddamento in grado di raffreddare il liquido che circola all'interno dei termosifoni e/o dei termoconvettori che fanno parte dell'impianto, in modo tale da permettere a questi ultimi di sottrarre calore all'ambiente circostante così da abbassare la temperatura dell'aria all'interno dei vari locali dell'edificio in cui sono posizionati.

Negli impianti di climatizzazione di grosse dimensioni, la o le unità di raffreddamento funzionano secondo il principio della pompa di calore e sono quindi in grado sia di raffreddare che di scaldare il liquido che circola all'interno dell'impianto di condizionamento, così da permettere ai termosifoni ed ai termoconvettori dell'impianto di climatizzazione di poter selettivamente sottrarre o cedere calore all'ambiente circostante in funzione delle stagioni senza l'ausilio di una caldaia.

Visto che durante il normale esercizio le unità di raffreddamento con funzionamento a pompa di calore producono una ingente quantità di calore, negli ultimi anni, nell'ottica di ottimizzare lo sfruttamento delle risorse disponibili, alcune grosse aziende del settore hanno pensato di recuperare parte del calore prodotto e di destinarlo alla produzione di acqua calda per usi sanitari o ad altri utilizzi, funzione fino ad allora svolta da caldaie o bollitori esterni all'impianto di climatizzazione .

L'aggiunta di questa nuova funzione ha però complicato notevolmente la struttura delle unità di raffreddamento che devono ora essere in grado di riscaldare o raffreddare il liquido che circola nell'impianto di climatizzazione in funzione delle condizioni ambientali, garantendo comunque una adeguata produzione di calore da destinare su richiesta alla produzione di acqua calda per usi sanitari o altri utilizzi .

Purtroppo, l'accresciuta complessità delle unità di raffreddamento ha portato ad un notevole peggioramento dell'affidabilità complessiva delle medesime, con un conseguente aggravio dei costi di esercizio che ne ha limitato pesantemente la diffusione.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare una unità di raffreddamento per impianti di climatizzazione con recupero di calore, che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una unità di raffreddamento polifunzionale per impianti di climatizzazione comprendente un primo scambiatore di calore, in corrispondenza del quale un fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con l'ambiente esterno; un secondo scambiatore di calore, in corrispondenza del quale il detto fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con un primo liquido circolante nel circuito idraulico del detto impianto di climatizzazione; un terzo scambiatore di calore, in corrispondenza del quale il detto fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con un secondo liquido; un apparato di compressione del detto fluido frigorigeno, in corrispondenza del quale il detto fluido frigorigeno viene sottoposto a compressione; ed un gruppo di distribuzione del detto fluido frigorigeno, il quale è selettivamente atto a collegare il detto apparato di compressione con i detti primo, secondo, e/o terzo scambiatore di calore; la detta unità di raffreddamento essendo caratterizzata dal fatto che il detto gruppo di distribuzione comprende una prima ed una seconda valvola a quattro vie disposte in cascata l'una rispetto all'altra.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra in modo schematico una unità di raffreddamento polifunzionale per impianti di climatizzazione realizzata secondo i dettami della presente invenzione;

- la figura 2 illustra in modo schematico e con parti asportate per chiarezza un componente dell'unità di raffreddamento illustrata in figura 1; mentre

- le figure 3, 4, 5 e 6 illustrano schematicamente l'unità di raffreddamento di figura 1 in quattro configurazioni operative distinte.

Con riferimento alla figura 1, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una unità di raffreddamento polifunzionale specificatamente realizzata per essere utilizzata negli impianti di climatizzazione per edifici di tipo centralizzato. Impianti che normalmente comprendono una serie di termosifoni e/o termoconvettori opportunamente distribuiti all'interno dell'edificio di cui si vuole controllare la temperatura ambiente, ed almeno una unità di raffreddamento in grado di scaldare o raffreddare il liquido trasportatore di calore (generalmente acqua) che viene convogliato ai vari termosifoni e/o termoconvettori sopramenzionati attraverso il circuito idraulico del impianto di climatizzazione stesso.

L'unità di raffreddamento 1 funziona secondo il principio della pompa di calore che permette di trasferire calore da un ambiente ad un altro, sottoponendo un fluido frigorigeno allo stato gassoso ad un ciclo termodinamico chiuso come, ad esempio, il ciclo di Carnot. I principi termodinamici che sono alla base della pompa di calore sono ampiamente noti e non verranno quindi ulteriormente descritti.

L'unità di raffreddamento 1 comprende un primo scambiatore di calore 2, in corrispondenza del quale il fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con l'ambiente esterno; un secondo scambiatore di calore 3, in corrispondenza del quale il fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con il liquido trasportatore di calore che viene inviato ai termosifoni e/o ai termoconvettori attraverso il circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione; ed un terzo scambiatore di calore 4, in corrispondenza del quale il fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con un secondo liquido che viene poi destinato ad altri utilizzi non direttamente riconducibili al controllo della temperatura all'interno dell'edificio, come ad esempio la produzione di acqua calda per usi sanitari.

L'unità di raffreddamento 1 comprende, inoltre, un apparato di compressione 5 del fluido frigorigeno, in corrispondenza del quale il fluido frigorigeno viene sottoposto a compressione (per esempio una compressione adiabatica) in modo tale che la pressione del fluido frigorigeno in uscita dall'apparato di compressione 5 sia maggiore della pressione che il fluido frigorigeno presentava in ingresso all'apparato medesimo, ed un gruppo di distribuzione 6 del fluido frigorigeno, il quale è selettivamente in grado di collegare, a comando ed in modo opportuno, la mandata 5a e l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 con i vari scambiatore di calore 2, 3 e 4.

Più in dettaglio, il gruppo di distribuzione 6 è selettivamente in grado di collegare la mandata 5a e l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 con i vari scambiatore di calore 2, 3 e 4, in modo tale da permettere all'unità di raffreddamento 1 a scelta

- di raffreddare il liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, trasferendo il calore all'ambiente esterno;

- di raffreddare il liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, trasferendo il calore all'ambiente esterno e/o al liquido che viene destinato ad altri utilizzi non direttamente riconducibili al controllo della temperatura all'interno dell'edificio;

- di riscaldare il liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, prelevando il calore dall'ambiente esterno; oppure

- di riscaldare il liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione e/o il liquido che viene destinato ad altri utilizzi non direttamente riconducibili al controllo della temperatura all'interno dell'edificio, prelevando ancora una volta il calore dall'ambiente esterno.

Nella trattazione che segue, per comodità di descrizione, si farà esplicito riferimento alla produzione di acqua calda per usi sanitari, senza per questo escludere l'impiego del secondo liquido per altri utilizzi .

Gli scambiatori di calore 2, 3 e 4 e l'apparato di compressione 5 sono dispositivi già ampiamente in uso nel settore e non verranno quindi descritti in modo dettagliato .

Con riferimento alla figura 1, lo scambiatore di calore 2 è atto a favorire lo scambio di calore tra il fluido frigorigeno e l'ambiente esterno in modo tale da provocare la condensazione o l'evaporazione del fluido frigorigeno, a seconda della differenza di temperatura tra il fluido frigorigeno e l'ambiente esterno.

Più in dettaglio, nel caso in cui il fluido frigorigeno in ingresso allo scambiatore di calore 2 abbia una temperatura superiore a quella dell'ambiente esterno, lo scambiatore di calore 2 permette al fluido frigorìgeno che fluisce attraverso lo scambiatore stesso di raffreddarsi progressivamente cedendo calore all'ambiente esterno, con eventuale passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido. Di converso, nel caso in cui fluido frigorigeno in ingresso allo scambiatore di calore 2 abbia una temperatura inferiore a quella dell'ambiente esterno, lo scambiatore di calore 2 permette al fluido frigorigeno che fluisce attraverso lo scambiatore stesso di riscaldarsi progressivamente assorbendo calore dall'ambiente esterno, con eventuale passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso.

Nell'esempio illustrato, lo scambiatore di calore 2 è provvisto di due ingressi e di due uscite per il fluido frigorigeno che sono opportunamente collegati tra loro in modo tale da definire, all'interno dello scambiatore di calore 2, un percorso di raffreddamento, seguendo il quale il fluido frigorigeno ad alta temperatura si raffredda progressivamente cedendo calore all'ambiente esterno con eventuale passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido, ed un percorso di riscaldamento, seguendo il quale il fluido frigorigeno a bassa temperatura si riscalda progressivamente assorbendo calore dall'ambiente esterno con eventuale passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso.

Nell'esempio illustrato, in particolare, lo scambiatore di calore 2 è costituito da uno scambiatore di calore per esterni ad aria forzata di tipo noto, che risulta provvisto di un ingresso 2a per il fluido frigorigeno allo stato gassoso ed alta temperatura, di una uscita 2b per il fluido frigorigeno allo stato liquido o gassoso e bassa temperatura, di un ingresso 2c per il fluido frigorigeno allo stato liquido e bassa temperatura, ed infine di una uscita 2d per il fluido frigorigeno allo stato gassoso e alta temperatura che coincide con l'ingresso 2a.

L'ingresso 2a e l'uscita 2b dello scambiatore di calore 2 definiscono gli estremi del percorso di raffreddamento, e sono collegati il primo direttamente al gruppo di distribuzione 6 tramite una prima tubazione 7 di collegamento, ed il secondo direttamente allo scambiatore di calore 3 tramite una seconda tubazione 8 di collegamento, lungo la quale sono posizionate una valvola di non-ritorno 9 ed un filtro disidratatore 10, entrambi di tipo noto. La valvola di non-ritorno 9 è orientata in modo tale da permettere il deflusso del fluido frigorigeno solamente dallo scambiatore di calore 2 verso il filtro disidratatore 10.

L'ingresso 2c e l'uscita 2d dello scambiatore di calore 2 definiscono, invece, gli estremi del percorso di riscaldamento, e sono collegati il primo direttamente allo scambiatore di calore 3 tramite una tubazione 11 di collegamento che si congiunge alla tubazione 8 immediatamente a valle del filtro disidratatore 10, ed il secondo direttamente al gruppo di distribuzione 6 attraverso la tubazione 7. Sulla tubazione 11 è posizionata una valvola di intercettazione 12 ad apertura e chiusura comandata, selettivamente atta ad impedire che il fluido frigorigeno fluisca attraverso la tubazione 11 stessa.

Sempre con riferimento alla figura 1, lo scambiatore di calore 3 è atto, invece, a favorire lo scambio di calore tra il fluido frigorigeno ed il liquido trasportatore di calore che viene inviato ai termosifoni e/o ai termoconvettori, in modo tale da permettere al liquido frigorigeno di aumentare o diminuire di temperatura, sottraendo o cedendo calore al liquido trasportatore di calore che circola nell'impianto di climatizzazione.

Più in dettaglio, nel caso in cui il fluido frigorigeno in ingresso allo scambiatore di calore 3 abbia una temperatura superiore a quella del liquido trasportatore di calore, lo scambiatore di calore 3 permette al fluido frigorigeno che fluisce attraverso lo scambiatore stesso di raffreddarsi progressivamente cedendo calore al liquido trasportatore di calore che quindi si riscalda. Di converso, nel caso in cui fluido frigorigeno in ingresso allo scambiatore di calore 3 abbia una temperatura inferiore a quella del liquido trasportatore di calore, lo scambiatore di calore 3 permette al fluido frigorigeno che fluisce attraverso lo scambiatore stesso di riscaldarsi progressivamente assorbendo calore dal liquido trasportatore di calore che quindi si raffredda.

Lo scambiatore di calore 3 è provvisto di un circuito primario attraverso il quale fluisce il liquido trasportatore di calore che viene inviato ai termosifoni e/o ai termoconvettori dell'impianto di climatizzazione, e di un circuito secondario attraverso il quale fluisce il fluido frigorigeno.

L'ingresso e l'uscita del circuito primario, di seguito indicati con 3a e 3b, sono collegati al circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, mentre l'ingresso e l'uscita del circuito secondario, di seguito indicati con 3c e 3d, sono collegati uno direttamente allo scambiatore di calore 2 e l'altra al gruppo di distribuzione 6.

Più in dettaglio, l'ingresso 3c dello scambiatore di calore 3 è collegato direttamente alla tubazione 8 tramite l'interposizione di una valvola di intercettazione 13 ad apertura e chiusura comandata, che è disposta immediatamente a valle della giunzione tra la tubazione 11 e la tubazione 8, in modo tale da poter regolare il flusso di fluido frigorigeno da e verso il filtro disidratatore 10. L'uscita 3d dello scambiatore di calore 3 è invece collegata direttamente al gruppo di distribuzione 6 tramite una tubazione 14 di collegamento .

Per quanto riguarda invece lo scambiatore di calore 4, esso è atto a favorire lo scambio di calore tra il fluido frigorigeno e l'acqua per usi sanitari, in modo tale da permettere al liquido frigorigeno di cedere calore all'acqua per usi sanitari così da abbassare la propria temperatura ed aumentare quella dell'acqua per usi sanitari.

In questo caso, infatti, il fluido frigorigeno in ingresso allo scambiatore di calore 4 ha sempre una temperatura superiore a quella dell'acqua per usi sanitari: di conseguenza l'attraversamento dello scambiatore di calore 4 permette al fluido frigorigeno di raffreddarsi progressivamente cedendo calore all'acqua per usi sanitari, ma non il viceversa.

Analogamente allo scambiatore di calore 3, lo scambiatore di calore 4 è provvisto di un circuito primario attraverso il quale fluisce l'acqua per usi sanitari che deve essere riscaldata, e di un circuito secondario attraverso il quale fluisce il fluido frigorigeno .

L'ingresso e l'uscita del circuito primario, di seguito indicati con 4a e 4b, sono ovviamente collegati al circuito idraulico dell'edificio da servire, mentre l'ingresso e l'uscita del circuito secondario, di seguito indicati con 4c e 4d, sono collegati uno direttamente al gruppo di distribuzione 6, e l'altro in derivazione sulla tubazione 8 tra la valvola non-ritorno 9 ed il filtro disidratatore 10.

Più in dettaglio, l'ingresso 4c dello scambiatore di calore 4 è collegato tramite una tubazione 15 direttamente al gruppo di distribuzione 6, mentre l'uscita 4d dello scambiatore di calore 4 è collegata alla tubazione 8 tramite una tubazione 16 di collegamento, lungo la quale è posizionata una valvola di non-ritorno 17 orientata in modo tale da permettere il flusso del fluido frigorigeno solamente dallo scambiatore di calore 4 verso la tubazione 8.

Con riferimento alla figura 1, l'apparato di compressione 5 del fluido frigorigeno è, come già anticipato, di tipo noto e comprende un tradizionale compressore 20 a vite o a pistoni per fluidi allo stato gassoso, ed un serbatoio di separazione liquido-gas 21, il quale è disposto a monte della bocca di aspirazione del compressore 20 in modo tale da impedire che del fluido frigorigeno allo stato liquido possa raggiungere la bocca di aspirazione del compressore 20, danneggiandolo irreparabilmente. L'apparato di compressione 5 del fluido frigorigeno è inoltre provvisto di una valvola di non-ritorno 22, la quale è disposta immediatamente a valle della bocca di mandata del compressore 20 ed è orientata in modo tale da permettere al fluido frigorigeno di fluire solamente in uscita dal compressore 20 medesimo.

Con riferimento alle figure 1 e 2, diversamente dalle unità di raffreddamento attualmente conosciute, il gruppo di distribuzione 6 dell'unità 1 è composto da due valvole a quattro vie a comando elettrico, di seguito indicate con i numeri 23 e 24, disposte in cascata una rispetto all'altra come verrà meglio chiarito in seguito.

Le valvole a quattro vie 23 e 24, in particolare, sono entrambe delle valvole a cassetto che sono provviste di quattro ingressi selettivamente atti ad essere messi a coppie in comunicazione diretta uno con l'altro, e che sono in grado di assumere alternativamente due configurazioni operative distinte che permettono a due dei quattro ingressi della valvola di essere in comunicazione diretta a scelta ed alternativamente con uno o l'altro dei restanti due ingressi della valvola.

In altre parole, ciascuna delle due valvole a quattro vie 23, 24 è provvista di due ingressi primari e due ingressi secondari: gli ingressi primari possono essere collegati a scelta ed alternativamente con uno qualsiasi dei due ingressi secondari della valvola, senza però poter mai entrare in comunicazione diretta uno con l'altro.

Più in dettaglio, la valvola a quattro vie 23 è provvista di quattro ingressi, indicati rispettivamente con 23a, 23b, 23c e 23d, e può assumere due configurazioni operative distinte: nella prima configurazione operativa, l'ingresso 23a è in comunicazione diretta con l'ingresso 23b mentre l'ingresso 23c è in comunicazione diretta con l'ingresso 23d; nella seconda configurazione operativa, l'ingresso 23a è in comunicazione diretta con l'ingresso 23d mentre l'ingresso 23c è in comunicazione diretta con l'ingresso 23b.

È evidente che gli ingressi 23a e 23c costituiscono gli ingressi primari della valvola a quattro vie 23, mentre gli ingressi 23b e 23d costituiscono gli ingressi secondari della valvola stessa.

Analogamente, la valvola a quattro vie 24 e provvista di quattro ingressi, indicati rispettivamente con 24a, 24b, 24c e 24d, e può assumere due configurazioni operative distinte: nella prima coniigurazione operativa, l'ingresso 24a è in comunicazione diretta con l'ingresso 24b mentre l'ingresso 24c è in comunicazione diretta con l'ingresso 24d; nella seconda configurazione operativa, l'ingresso 24a è in comunicazione diretta con l'ingresso 24d mentre l'ingresso 24c è in comunicazione diretta con l'ingresso 24b.

È evidente che gli ingressi 24a e 24c costituiscono gli ingressi primari della valvola a quattro vie 24, mentre gli ingressi 24b e 24d costituiscono gli ingressi secondari della valvola stessa.

Per quanto riguarda invece il collegamento tra le due valvole a quattro vie 23 e 24 e tra queste ultime e gli altri componenti dell'unità di raffreddamento 1, l'ingresso 23a della valvola a quattro vie 23 è collegato alla mandata 5a dell'apparato di compressione 5 tramite una tubazione 25; l'ingresso 23b della valvola a quattro vie 23 è collegato direttamente all'ingresso 24a della valvola a quattro vie 24 realizzando quindi il collegamento in cascata; l'ingresso 23c della valvola a quattro vie 23 è collegato tramite una tubazione 26 sia all'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 che all'ingresso 24c della valvola a quattro vie 24; infine l'ingresso 23d della valvola a quattro vie 23 è collegato direttamente alla tubazione 15 proveniente dallo scambiatore di calore 4.

La valvola a quattro vie 24 ha invece, come già anticipato, gli ingressi 24a e 24c sono in comunicazione diretta rispettivamente con gli ingressi 23b e 23c della valvola a quattro vie 23, mentre l'ingresso 24b e l'ingresso 24d sono collegati il primo direttamente allo scambiatore di calore 2 tramite la tubazione 7 ed il secondo direttamente alla bocca di uscita 3d dello scambiatore di calore 3 tramite la tubazione 14.

Prima di proseguire nella descrizione è opportuno metter in evidenza che il collegamento in cascata tra le due valvole a quattro vie 23 e 24 viene realizzato mettendo in comunicazione diretta uno dei due ingressi secondari della prima valvola, ossia l'ingresso 23b della valvola a quattro vie 23, con uno dei due ingressi primari della seconda valvola, ossia l'ingresso 24a della valvola a quattro vie 24.

Con riferimento alla figura 1, l'unità di raffreddamento 1 è infine provvista di almeno una valvola di espansione 27 atta a provocare l'espansione rapida del fluido frigorigeno, in modo tale da completare il ciclo termodinamico chiuso in contrapposizione all'apparato di compressione 5 che provoca invece la rapida compressione del fluido frigorigeno .

Più in dettaglio, la valvola di espansione 27 è atta a provocare l'espansione rapida del fluido frigorigeno in transito, in modo tale che la pressione del fluido frigorigeno in uscita dalla valvola di espansione 27 sia sensibilmente inferiore alla pressione che il fluido frigorigeno presentava in ingresso alla valvola medesima, ed è ovviamente posizionata lungo la tubazione che collega lo scambiatore di calore in cui il fluido frigorigeno in uscita dall'apparato di compressione 5 viene raffreddato, con lo scambiatore di calore in cui il fluido frigorigeno viene riscaldato prima di tornare all'apparato di compressione 5.

Nell'esempio illustrato, in particolare, l'unità di raffreddamento 1 è provvista di tre valvole di espansione 27: la prima valvola di espansione 27 è posizionata lungo la tubazione 8 tra l'ingresso 3c dello scambiatore di calore 3 e la valvola di intercettazione 13, mentre la seconda e la terza valvola di espansione 27 sono posizionate lungo la tubazione 11 in corrispondenza dell'ingresso 2c dello scambiatore di calore 2.

Con riferimento alla figura 1, l'unità di raffreddamento 1 è infine provvista anche di un circuito di by-pass della valvola di espansione 27 posizionata lungo la tubazione 8.

Tale circuito di by-pass è composto da una tubazione 28 di raccordo, che presenta la prima estremità collegata in derivazione sulla tubazione 8 tra l'ingresso 3c dello scambiatore di calore 3 e la valvola di espansione 27, e la seconda estremità collegata in derivazione sulla tubazione 8 tra la valvola non-ritorno 9 ed il filtro disidratatore 10; da un serbatoio di accumulo 29 del liquido frigorigeno disposto lungo la tubazione 28 di raccordo; ed infine da una valvola di non-ritorno 30 posizionata lungo la tubazione 28 tra il serbatoio di accumulo 29 ed il filtro disidratatore 10. La valvola di non-ritorno 30 è orientata in modo tale da permettere il deflusso del fluido frigorigeno solamente dal serbatoio di accumulo 29 verso il filtro disidratatore 10, ma non il viceversa.

Il funzionamento dell'unità di raffreddamento 1 verrà ora descritto assumendo che quest'ultima si trovi inizialmente nella configurazione per la stagione estiva, senza la necessità di recuperare calore da destinare ad altri utilizzi. Nella fattispecie, l'unità di raffreddamento 1 è in grado solamente di raffreddare il liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, trasferendo il calore all'ambiente esterno.

In questa modalità di funzionamento, le valvole a quattro vie 23 e 24 sono entrambe nella prima posizione operativa, ossia sono configurate in modo tale che l'ingresso 23a, 24a sia in comunicazione diretta con l'ingresso 23b, 24b e che l'ingresso 23c, 24c sia in comunicazione diretta con l'ingresso 23d, 24d, mentre le valvole di intercettazione 12 e 13 sono la prima in posizione di chiusura e la seconda in posizione di apertura .

Con riferimento alla figura 3, il fluido frigorigeno in uscita dal compressore 20 attraversa la valvola non-ritorno 22 e raggiunge l'ingresso 23a della valvola a quattro vie 23 del gruppo di distribuzione 6. Una volta raggiunto l'ingresso 23a della valvola a quattro vie 23, il fluido frigorigeno raggiunge l'ingresso 24a della valvola a quattro vie 24 per poi fluire lungo la tubazione 7 fino all'ingresso 2a dello scambiatore di calore 2, dove cede calore all'ambiente esterno raffreddandosi.

Il fluido frigorigeno esce quindi dallo scambiatore di calore 2 attraverso l'uscita 2b e, fluendo lungo la tubazione 8, attraversa in sequenza la valvola nonritorno 9, il filtro disidratatore 10, la valvola di intercettazione 13 ed infine la valvola di espansione 27, dove subisce una rapida espansione prima di entrare nell'ingresso 3c dello scambiatore di calore 3.

All'interno dello scambiatore di calore 3 il fluido frigorigeno assorbe calore dal liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, per poi fluire lungo la tubazione 14 verso il gruppo di distribuzione 6 e da qui nuovamente al compressore 20, previo passaggio nel serbatoio di separazione liquido-gas 21.

Più in dettaglio, il fluido frigorigeno in uscita dallo scambiatore di calore 3 percorre la tubazione 14 fino a raggiungere l'ingresso 24d della valvola a quattro vie 24, per poi passare all'ingresso 24c della valvola medesima e da qui percorre la tubazione 26 fino al serbatoio di separazione liquido-gas 21 che comunica direttamente con l'aspirazione del compressore 20.

È opportuno sottolineare che, in questa modalità di funzionamento, l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 è in comunicazione diretta anche con l'ingresso 4c dello scambiatore di calore 4, di conseguenza l'apparato di compressione 5 è in grado di aspirare per depressione tutto il liquido frigorigeno che si è accumulato all'interno dello scambiatore di calore 4 stesso.

Nella fattispecie, gli ingressi 23c e 23d della valvola a quattro vie 23 sono in comunicazione diretta uno con l'altro, di conseguenza l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 è collegata tramite le tubazioni 26 e 15 direttamente con l'ingresso 4c dello scambiatore di calore 4.

Con riferimento alla figura 4, a partire dall'unità di refrigerazione 1 configurata per la stagione estiva, nel caso in cui sia necessario produrre acqua calda, la centralina elettronica di controllo (non illustrata) che sovrintende al funzionamento dell'unità di raffreddamento 1 comanda la commutazione della valvola a quattro vie 23 dalla prima alla seconda posizione operativa, mettendo l'ingresso 23a in comunicazione diretta con l'ingresso 23d.

In questo caso, il fluido frigorigeno in uscita dal compressore 20 attraversa la valvola non-ritorno 22; entra nella valvola a quattro vie 23 del gruppo di distribuzione 6 attraverso l'ingresso 23a; esce della valvola a quattro vie 23 attraverso l'ingresso 23d; percorre la tubazione 15; attraversa lo scambiatore di calore 4, cedendo calore all'acqua per usi sanitari contenuta all'interno dello scambiatore medesimo; percorre la tubazione 16; attraversa la valvola non-ritorno 17; ed infine percorre il tratto finale della tubazione 8 attraversando, in sequenza, il filtro disidratatore 10, la valvola di intercettazione 13 e la valvola di espansione 27 dove, analogamente al caso precedente, subisce una rapida espansione prima di entrare nell'ingresso 3c dello scambiatore di calore 3.

Mentre attraversa lo scambiatore di calore 3, il fluido frigorigeno assorbe calore dal liquido trasportatore di calore che circola nel circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione, aumentando la propria temperatura, per poi tornare nuovamente verso il gruppo di distribuzione 6, e da quest'ultimo verso il compressore 20, previo passaggio nel serbatoio di separazione liquido-gas 21.

Più in dettaglio, il fluido frigorigeno in uscita dallo scambiatore di calore 3 percorre la tubazione 14; entra nella valvola a quattro vie 24 dall'ingresso 24d; fuoriesce dalla valvola a quattro vie 24 attraverso l'ingresso 24c; percorre la tubazione 26; ed infine raggiunge il serbatoio di separazione liquido-gas 21 che comunica direttamente con l'aspirazione del compressore 20.

Analogamente al caso precedente, anche in questa modalità di funzionamento il gruppo di distribuzione 6 mette l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 in comunicazione diretta con gli elementi dell'unità di raffreddamento 1 che non vengono momentaneamente utilizzati, permettendo all'apparato di compressione 5 di aspirare per depressione tutto il liquido frigorigeno che si è accumulato all'interno di questi ultimi.

Nella fattispecie, gli ingressi 23b e 23c della valvola a quattro vie 23 sono in comunicazione diretta uno con l'altro, di conseguenza l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 è collegata tramite le tubazioni 26 e 7 direttamente con l'ingresso 2a dello scambiatore di calore 2, permettendo al fluido frigorigeno contenuto all'interno dello scambiatore di calore 2 di raggiungere l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5.

Con riferimento alla figura 5, nel caso in cui sia necessario riscaldare il liquido trasportatore di calore che circola all'interno del circuito idraulico dell'impianto di climatizzazione senza la necessità di recuperare calore da destinare ad altri utilizzi, ossia nel caso in cui sia necessario passare alla configurazione per la stagione invernale, la centralina elettronica di controllo (non illustrata) che sovrintende al funzionamento dell'unità di raffreddamento 1 dispone le valvole a quattro vie 23 e 24 rispettivamente nella prima e nella seconda posizione operativa, chiude la valvola di intercettazione 13, ed infine apre la valvola di intercettazione 12.

In questo caso, il fluido frigorigeno in uscita dal compressore 20 attraversa la valvola non-ritorno 22, raggiunge l'ingresso 23a della valvola a quattro vie 23 del gruppo di distribuzione 6, esce dall'ingresso 23b della valvola a quattro vie 23, raggiunge l'ingresso 24a della valvola a quattro vie 24 del gruppo di distribuzione 6, esce dall'ingresso 24d della valvola a quattro vie 24, percorre la tubazione 14 ed entra nello scambiatore di calore 3 attraverso l'uscita 3d.

Dopo aver ceduto calore al liquido trasportatore di calore che circola nello scambiatore di calore 3, il fluido frigorigeno esce dall'ingresso 3c dello scambiatore di calore 3; percorre la tubazione 28 attraversando, in sequenza, il serbatoio di accumulo 29 e la valvola non-ritorno 30; ed infine raggiunge la tubazione 8.

Una volta arrivato nella tubazione 8, il fluido frigorigeno attraversa il filtro disidratatore 10 e poi devia nella tubazione 11, attraversando la valvola di intercettazione 12 e la valvola di espansione 27 prima di raggiungere l'ingresso 2c dello scambiatore di calore 2. Analogamente ai casi precedenti, attraversando la valvola di espansione 27, il fluido frigorigeno viene sottoposto ad una rapida espansione con conseguente repentino abbassamento della propria temperatura.

All'interno dello scambiatore di calore 2, il fluido frigorigeno si riscalda assorbendo calore dall'ambiente esterno, per poi uscire dallo scambiatore medesimo attraverso l'ingresso 2a in modo tale da percorrere la tubazione 7 fino all'ingresso 24b della valvola a quattro vie 24.

Una volta all'interno della valvola a quattro vie 24, il fluido frigorigeno viene deviato verso l'ingresso 24c della valvola medesima, da dove prosegue poi tramite la tubazione 26 fino al serbatoio di separazione liquido-gas 21 che comunica direttamente con l'aspirazione del compressore 20.

Anche in questa modalità di funzionamento, il gruppo di distribuzione 6 mette l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 in comunicazione diretta con gli elementi dell'unità di raffreddamento 1 che non vengono momentaneamente utilizzati, permettendo all'apparato di compressione 5 stesso di aspirare per depressione tutto il liquido frigorigeno che si è accumulato all'interno di questi ultimi.

Più in dettaglio, l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 viene messa in comunicazione diretta anche con l'ingresso 4c dello scambiatore di calore 4, permettendo all'apparato di compressione 5 di aspirare per depressione tutto il liquido frigorigeno che si è accumulato all'interno dello scambiatore di calore 4 stesso. Nella fattispecie, la valvola a quattro vie 23, avendo gli ingressi 23c e 23d in comunicazione diretta uno con l'altro, è in grado di mettere la tubazione 26 in comunicazione diretta con la tubazione 15, collegando l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 direttamente con l'ingresso 4c dello scambiatore di calore 4.

Con riferimento alla figura 6, a partire dall'unità di refrigerazione 1 configurata per la stagione invernale, nel caso in cui sia necessario produrre acqua calda, la centralina elettronica di controllo (non illustrata) che sovrintende al funzionamento dell'unità di raffreddamento 1 dispone le valvole a quattro vie 23 e 24 entrambe nella seconda posizione operativa, mantenendo la valvola di intercettazione 13 chiusa e la valvola di intercettazione 12 aperta.

In questo caso, il fluido frigorigeno in uscita dal compressore 20 attraversa la valvola non-ritorno 22; entra nella valvola a quattro vie 23 del gruppo di distribuzione 6 attraverso l'ingresso 23a; esce della valvola a quattro vie 23 attraverso l'ingresso 23d; percorre la tubazione 15; attraversa lo scambiatore di calore 4, cedendo calore all'acqua per usi sanitari contenuta all'interno dello scambiatore medesimo; percorre la tubazione 16; attraversa la valvola nonritorno 17; ed infine percorre il tratto finale della tubazione 8 fino al filtro disidratatore 10.

Una volta attraversato il filtro disidratatore 10, il fluido frigorigeno devia nella tubazione 11, attraversa la valvola di intercettazione 12 e la valvola di espansione 27, e poi raggiunge l'ingresso 2c dello scambiatore di calore 2. Analogamente ai casi precedenti, in corrispondenza della valvola di espansione 27, il fluido frigorigeno viene sottoposto ad una rapida espansione con conseguente repentino abbassamento della propria temperatura.

Una vola all'interno della valvola a quattro vie 24, il fluido frigorigeno viene deviato verso l'ingresso 24c della valvola medesima, da dove prosegue poi tramite la tubazione 26 fino al serbatoio di separazione liquido-gas 21 che comunica direttamente con l'aspirazione del compressore 20.

Più in dettaglio, l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 viene messa in comunicazione diretta anche con l'uscita 3d dello scambiatore di calore 3, permettendo all'apparato di compressione 5 di aspirare per depressione tutto il liquido frigorigeno che si è accumulato all'interno dello scambiatore di calore 3 stesso. Nella fattispecie, le valvole a quattro vie 23 e 24 mettono la tubazione 26 in comunicazione diretta con la tubazione 14, collegando l'aspirazione 5b dell'apparato di compressione 5 direttamente con l'ingresso 3d dello scambiatore di calore 3.

L'ultima modalità di funzionamento descritta viene utilizzata anche durante la stagione estiva, quando il liquido trasportatore di calore è in temperatura ed è necessario scaldare l'acqua per usi sanitari che circola nello scambiatore di calore 4.

I vantaggi dell'unità di raffreddamento 1 sono evidenti: il nuovo gruppo di distribuzione 6 del fluido frigorigeno ha semplificato notevolmente la struttura dell'unità di raffreddamento 1 riducendo drasticamente il numero dei componenti a tutto vantaggio dell'affidabilità. In aggiunta a quanto sopra, l'unità di raffreddamento 1 così realizzata utilizza una quantità di fluido frigorigeno inferiore a quella utilizzata nelle unità di raffreddamento tradizionali, riducendo i rischi di inquinamento dovuti ad una fuoriuscita accidentale.

È evidente infine che l'unità di raffreddamento 1 ha costi di produzione sensibilmente inferiori a quelli delle unità di raffreddamento attualmente conosciute.

Risulta infine chiaro che all'unità di raffreddamento 1 qui descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims

R IV E N D I CA Z IO N I 1. Unità di raffreddamento (1) polifunzionale per impianti di climatizzazione comprendente un primo scambiatore di calore (2), in corrispondenza del quale un fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con l'ambiente esterno; un secondo scambiatore di calore (3), in corrispondenza del quale il detto fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con un primo liquido circolante nel circuito idraulico del detto impianto di climatizzazione; un terzo scambiatore di calore (4), in corrispondenza del quale il detto fluido frigorigeno è in grado di scambiare calore con un secondo liquido; un apparato di compressione (5) del detto fluido frigorigeno, in corrispondenza del quale il detto fluido frigorigeno viene sottoposto a compressione; ed un gruppo di distribuzione (6) del detto fluido frigorigeno, il quale è selettivamente atto a collegare il detto apparato di compressione (5) con i detti primo (2), secondo (3), e/o terzo scambiatore di calore (4); la detta unità di raffreddamento (1) essendo caratterizzata dal fatto che il detto gruppo di distribuzione (6) comprende una prima (23) ed una seconda valvola a quattro vie (24) disposte in cascata l'una rispetto all'altra.
2. Unità di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto le dette prima (23) e seconda valvola a quattro vie (24) comprendono quattro ingressi (23a, 23b, 23c, 23d) ( 24a, 24b, 24c, 24d) selettivamente atti ad essere messi a coppie in comunicazione diretta uno con l'altro.
3. Unità di raffreddamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta prima (23) e la detta seconda valvola a quattro vie (24) comprendono entrambe una coppia di ingressi primari (23a, 23c) (24a, 24c) ed una coppia di ingressi secondari (23b, 23d) (24b, 24d); ciascuno dei detti ingressi primari (23a, 23c) (24a, 24c) della detta valvola a quattro vie (23, 24) essendo collegabile a scelta ed alternativamente con uno qualsiasi dei detti ingressi secondari (23b, 23d) (24b, 24d) della valvola a quattro vie stessa (23, 24).
4. Unità di raffreddamento secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che uno (23b) degli ingressi secondari (23b, 23d) della detta prima valvola a quattro vie (23) è collegato con uno (24a) degli ingressi primari (24a, 24c) della seconda valvola a quattro vie (24).
5. Unità di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3 o 4, caratterizzata dal fatto che uno (23a) dei due ingressi primari (23a, 23c) della detta prima valvola a quattro vie (23) è collegato alla mandata (5a) del detto apparato di compressione (5).
6. Unità di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzata dal fatto che uno (23c) dei due ingressi primari (23a, 23c) della detta prima valvola a quattro vie (23) ed uno (24c) dei due ingressi primari (24a, 24c) della detta seconda valvola a quattro vie (24) sono entrambi collegati all'aspirazione (5b) del detto apparato di compressione (5).
7. Unità di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzata dal fatto che uno (23d) dei due ingressi secondari (23b, 23d) della detta prima valvola a quattro vie (23) è collegato al detto terzo scambiatore di calore (4).
8. Unità di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, caratterizzata dal fatto che uno (24b) dei due ingressi secondari (24b, 24d) della detta seconda valvola a quattro vie (24) è collegato al detto primo scambiatore di calore (2).
9. Unità di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 8, caratterizzata dal fatto che uno (24d) dei due ingressi secondari (24b, 24d) della detta seconda valvola a quattro vie (24) è collegato al detto secondo scambiatore di calore (3).
10. Unità di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la detta prima (23) e la detta seconda valvola a quattro vie (24) sono una valvole a cassetto,