ITBO20090364A1 - Scambiatore di calore perfezionato - Google Patents

Description

SCAMBIATORE DI CALORE PERFEZIONATO

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si inserisce nel settore tecnico concernente gli scambiatori di calore.

Sono noti scambiatori di calore comprendenti due collettori verticali di distribuzione del cosiddetto fluido primario, tra i quali è interposta una pluralità di piattine orizzontali sovrapposte, realizzate in materiale termoconduttore, all’interno di ciascuna delle quali sono praticati canali longitudinali che mettono in comunicazione i due collettori di distribuzione.

In pratica, uno dei due collettori è quello di mandata, dal quale proviene il fluido primario che scorre attraverso detti canali per poi giungere all’altro collettore, il quale quindi risulta essere il collettore di ritorno.

Durante lo scorrimento all’interno dei canali delle piattine, il fluido primario scambia calore con il cosiddetto fluido secondario presente all’esterno delle piattine, tramite la superficie in materiale termoconduttore di queste ultime.

Il fluido primario può ad esempio essere costituito da acqua che deve essere raffreddata.

Il fluido secondario può essere per esempio costituito da aria presente od inviata nell’ambiente in cui è posizionato lo scambiatore di calore.

In questo caso, lo scambiatore di calore fa sì che dall’acqua che scorre nei suddetti canali venga asportato calore dall’aria.

Come ampiamente noto, l’aria può essere forzosamente mandata verso lo scambiatore di calore tramite appositi mezzi di ventilazione forzata, come ad esempio ventilatori assiali, il ché chiaramente accresce l’efficienza dello scambio di calore.

Un ulteriore accorgimento noto per aumentare l’efficienza degli scambiatori di calore è quello di riportare una molteplicità di alette in materiale termoconduttore sulla superficie esterna delle piattine in modo che fungano da superficie incrementale di scambio termico.

Un primo inconveniente di tale tipo noto di scambiatore di calore è rappresentato dal loro notevole costo di produzione, dovuto alla realizzazione delle numerose piattine necessarie per avere una sufficiente efficienza dello scambiatore di calore, all’operazione di saldatura di tutte le piattine ai collettori, ma soprattutto alla produzione di una grande molteplicità di alette, che vanno poi tutte riportate opportunamente sulla superficie esterna delle piattine, quest’ultima essendo un’operazione dispendiosa sia in termini economici che di tempo.

Un ulteriore inconveniente degli scambiatori di calore noti è relativo al fatto che l’insieme delle piattine sovrapposte definisce una geometria quadrangolare, ad esempio quadrata o rettangolare.

Infatti, i ventilatori assiali, tipicamente impiegati in associazione con gli scambiatori di calore, proiettano un cono circolare d’aria verso gli scambiatori stessi.

Dal momento che il cono d’aria investe lo scambiatore di calore, che ricordiamo ha a geometria quadrangolare, con un fronte circolare, si ha chiaramente la conseguenza che lo scambio di calore tra fluido primario ed aria non può essere uniforme su tutta l’estensione del blocco di piattine sovrapposte dello scambiatore di calore, a tutto detrimento dell’efficienza funzionale dello stesso.

Scopo della presente invenzione è superare tutti gli inconvenienti sopracitati ed altri ancora rendendo disponibile uno scambiatore di calore, conforme alla rivendicazione 1, del tipo comprendente:

due di collettori di distribuzione di un primo fluido;

una piattina in materiale termoconduttore individuante una pluralità di canali interni longitudinali atti ad essere interessati dal primo fluido e connessi in parallelo a ciascuna delle loro estremità comuni da detti collettori di distribuzione; ed

una pluralità di alette in materiale termoconduttore associate alla piattina per favorire lo scambio termico con un secondo fluido agente esternamente ad essa; caratterizzato dal fatto che:

detta pluralità di alette si erge in corpo unico dalla superficie esterna della piattina e dal fatto che

detta piattina è ripiegata secondo almeno un verso di piegatura ad individuare una geometria anulare avente un asse centrale sostanzialmente ortogonale allo sviluppo longitudinale dei canali interni alla piattina.

Chiaramente, il suddetto primo fluido può fungere da cosiddetto fluido primario ed essere ad esempio costituito da acqua o gas, mentre il summenzionato secondo fluido può fungere da cosiddetto fluido secondario ed essere costituito per esempio da aria proiettata forzatamente verso lo scambiatore di calore mediante ad esempio un ventilatore assiale.

Naturalmente, il secondo fluido può essere anche costituito da acqua, o da altri liquidi, oppure da qualche sostanza gassosa.

Nel caso di impiego di un ventilatore assiale in associazione allo scambiatore di calore perfezionato oggetto dell’invenzione, grazie alla sua geometria anulare, viene completamente superato il suddetto inconveniente della tecnica nota relativo al non uniforme, e quindi inefficiente, scambio di calore tra primo fluido ed il flusso d’aria, costituente il secondo fluido, inviato per ventilazione forzata alla superficie delle piattine stesse.

Inoltre, dal momento che lo scambiatore di calore perfezionato è realizzabile con un’unica piattina ripiegata, sulla cui superficie esterna è ricavata in corpo unico la citata pluralità di alette, si ovvia completamente all’inconveniente della tecnica nota relativo agli alti costi di produzione dovuti alla realizzazione delle sue numerose piattine, all’operazione di loro saldatura ai collettori, e soprattutto alla produzione di un gran numero delle alette, ed al relativo loro gravoso riporto sulle piattine stesse. Le caratteristiche dell’invenzione, non emergenti da quanto sopra detto, saranno meglio evidenziate nel seguito, in cui è descritta una sua preferita forma di realizzazione, in accordo con quanto riportato nelle rivendicazioni e con l’ausilio delle allegate tavole di disegno, nelle quali:

- la figura 1 è una vista frontale schematica di una preferita forma di realizzazione dello scambiatore di calore secondo l’invenzione; e

- la figura 2 è una vista schematica della sezione dello scambiatore di calore effettuata lungo la direzione II-II di figura 1.

Con riferimento alle figure citate, dove è illustrata una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, si è indicato con 1 uno scambiatore di calore comprendente due di collettori 2 di distribuzione di un primo fluido, ed una piattina 3 in materiale termoconduttore, individuante una pluralità di canali interni longitudinali 4 (si veda la figura 2) atti ad essere interessati dal primo fluido.

I canali interni 4 sono connessi in parallelo a ciascuna delle loro estremità comuni da un corrispondente collettore di distribuzione 2 (a tale proposito si veda la figura 1).

Lo scambiatore di calore 1, come mostrato molto schematicamente dalla figura 1, comprende altresì una pluralità di alette 5, le quali si ergono in corpo unico dalla superficie esterna della piattina 3, sono realizzate in materiale termoconduttore ed hanno la funzione di favorire lo scambio termico con un secondo fluido agente esternamente alla piattina 3.

La piattina 3, come mostrato in figura 1, è ripiegata secondo almeno un verso di piegatura ad individuare una geometria anulare avente un asse centrale C (illustrato in figura 2) sostanzialmente ortogonale allo sviluppo longitudinale dei canali interni 4.

Preferibilmente, la piattina 3 è ripiegata rispetto almeno un asse di piegatura sostanzialmente parallelo all'asse centrale C della geometria anulare, in modo da presentare una conformazione a spirale (si veda la figura 1).

In questa maniera, vantaggiosamente, si rende disponibile uno scambiatore di calore 1 avente una conformazione che gli consente di avere un ingombro decisamente ridotto.

Inoltre, e soprattutto, sia ha che la piattina 3 risulta ripiegata in modo che le sue spire non risultino sovrapposte tra loro rispetto ad assi paralleli all’asse centrale C, cosicché non si coprono a vicenda rispetto ad un secondo flusso che investa lo scambiatore di calore 1 parallelamente all’asse C, come nel caso in cui il secondo flusso sia costituito da aria inviata alla piattina 3 da un ventilatore assiale avente asse sostanzialmente coincidente con l’asse C.

In questa maniera, la piattina 3 viene interessata dal secondo fluido per tutta la sua interezza ed in modo uniforme.

In particolare, secondo la preferita forma di realizzazione dello scambiatore di calore 1, illustrata nelle figure allegate, le sezioni della piattina 3 ortogonali all’asse centrale C della geometria anulare individuano corone circolari.

Quest’ultimo accorgimento, in particolare, accresce ancora maggiormente l’efficienza di scambio termico, che avviene mediante la superficie della piattina 3, tra primo fluido interno alla piattina 3 e secondo fluido costituito da aria che viene inviata sotto forma di flusso conico circolare allo scambiatore di calore 1, mediante un ventilatore assiale con asse sostanzialmente coincidente con l’asse C.

Il materiale termoconduttore con cui è realizzata la piattina 3 può ad esempio essere un materiale metallico.

È noto che i materiali metallici hanno una data elasticità e che, se deformati, sono soggetti ad un ritorno elastico.

Al fine di evitare che le sollecitazioni meccaniche, dovute al ritorno elastico cui è soggetta la piattina 3 ripiegata nella citata geometria anulare, deformino la stessa in modo che le sue spire si svolgano allontanandosi le une dalle altre in modo disuniforme, compromettendone la funzionalità, possono essere previsti organi di stabilizzazione (non illustrati) della configurazione ripiegata della piattina 3 stessa. Preferibilmente, tali organi di stabilizzazione sono associati ai collettori di distribuzione 2.

Infatti, dal momento che i collettori di distribuzione 2 sono connessi alla piattina 3, se essi sono tenuti fissi l’uno all’altro, la piattina 3 stessa rimarrà in una configurazione stabile, indipendentemente dalle sollecitazioni cui essa possa essere sottoposta.

Ad esempio, tali organi di stabilizzazione possono essere costituiti da uno o più tiranti le cui estremità siano fissate ai collettori 2.

Secondo alternative e non illustrate forme di realizzazione dello scambiatore di calore 1 secondo l’invenzione, si può prevedere che:

- la piattina 3 sia ripiegata rispetto ad un almeno un asse di piegatura sostanzialmente ortogonale a detto asse centrale C della geometria anulare; - la piattina 3 sia ripiegata secondo una pluralità di versi di piegatura, in particolare due, in particolare contrapposti; e che

- la piattina 3 abbia una piegatura secondo un angolo sostanzialmente di centottanta gradi.

Si intende che quanto sopra è stato descritto a titolo esemplificativo e non limitativo, per cui eventuali varianti di natura pratico-applicativa si intendono rientranti nell’ambito protettivo dell’invenzione come sopra descritto e nel seguito rivendicato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore, del tipo comprendente: due di collettori di distribuzione (2) di un primo fluido; una piattina (3) in materiale termoconduttore individuante una pluralità di canali interni longitudinali (4) atti ad essere interessati dal primo fluido e connessi in parallelo a ciascuna delle loro estremità comuni da detti collettori di distribuzione (2); ed una pluralità di alette (5) in materiale termoconduttore associate alla piattina (3) per favorire lo scambio termico con un secondo fluido agente esternamente ad essa; caratterizzato dal fatto che: detta pluralità di alette (5) si erge in corpo unico dalla superficie esterna della piattina (3) e dal fatto che detta piattina (3) è ripiegata secondo almeno un verso di piegatura ad individuare una geometria anulare avente un asse centrale (C) sostanzialmente ortogonale allo sviluppo longitudinale dei canali interni (4) alla piattina (3).
2. 2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la piattina (3) è ripiegata rispetto almeno un asse di piegatura sostanzialmente parallelo all'asse centrale (C) della geometria anulare.
3. 3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la piattina (3) è ripiegata in modo da presentare una conformazione a spirale.
4. 4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la piattina (3) è ripiegata rispetto ad un almeno un asse di piegatura sostanzialmente ortogonale a detto asse centrale (C) della geometria anulare.
5. 5. Scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto di prevedere una pluralità di versi di piegatura della piattina (3).
6. 6. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di prevedere due versi di piegatura contrapposti.
7. 7. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di prevedere una piegatura della piattina (3) secondo un angolo sostanzialmente di centottanta gradi.
8. 8. Scambiatore di calore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sezioni della piattina (3) ortogonali all’asse centrale (C) della geometria anulare individuano corone circolari.
9. 9. Scambiatore di calore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere organi di stabilizzazione della configurazione ripiegata della piattina (3) individuante la geometria anulare.
10. 10. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di prevedere che detti organi di stabilizzazione siano associati ai collettori di distribuzione (2).