Brevetto per Invenzione Industriale dal titolo “CONDIZIONATORE A RECUPERO D’ACQUA DI CONDENSAZIONE E CALORE”.
DESCRIZIONE
L’invenzione è relativa ad un condizionatore in grado di utilizzare l’acqua di condensa ottenuta dalla deumidificazione durante il funzionamento estivo e di un recupero di calore nel periodo invernale per aumentare la propria efficienza energetica e migliorare lo sfruttamento del calore, altrimenti disperso. Attualmente l’acqua ottenuta dalla condensazione del vapore nei condizionatori viene canalizzata e dispersa nell’ambiente o raccolta in recipienti. Nel funzionamento invernale invece parte del calore prodotto viene anch’esso disperso nell’ambiente. Sono noti nel settore condizionatori con unità esterne per disperdere il calore e con tubazioni di scarico condensa. La dispersione del calore e dell’acqua di condensazione comporta diversi svantaggi. Si verifica, infatti, una perdita di rendimento a causa delle citate dispersioni di calore. Oggetto del risultamento è un nuovo ed originale condizionatore che permette> lo sfruttamento dell’acqua di condensazione ottenuta dalla deumidificazione dell’aria durante il funzionamento estivo, in cui l’aria ambiente viene aspirata mediante un ventilatore e spinta ad attraversare lo scambiatore del deumidificatore nel quale scorre un refrigerante molto freddo. Attraverso detto scambiatore l’aria perde umidità e cade sotto forma di gocce d’acqua. Queste gocce vengono raccolte e vanno a depositarsi in una vaschetta con foro passante da cui l’acqua, ottenuta dalla deumidificazione dell’aria, defluisce sopra lo scambiatore del condizionatore per bagnarlo e raffreddarlo. Ulteriore raffreddamento è fornito daH’aria aspirata da una ventola con flusso lambente lo scambiatore bagnato per indurre l’evaporazione dell’acqua di condensazione che si trova sullo scambiatore. Inoltre, l’acqua che lambisce lo scambiatore viene ulteriormente raccolta e recuperata in vasca di metallo posta sotto lo scambiatore per tenerlo parzialmente a bagno, con l’acqua che risale sulle alette per capillarità. L’acqua di condensazione raccolta nella vasca di metallo risalendo lungo le alette dello scambiatore le mantiene umide ed in condizioni tali da favorire l’evaporazione per mezzo del flusso d’aria dato dalla ventola. L’acqua di condensa, posta sullo scambiatore, bagna quindi le alette di raffreddamento riducendo lo scivolamento dell’aria sulle alette dello scambiatore e funge da conduttore termico per il raffreddamento, migliorando l’efficienza dello scambiatore del condizionatore e consentendo al compressore collegato allo scambiatore di lavorare con pressioni più basse. Il condizionatore così concepito ha quindi migliore efficienza elettrica e minori vibrazioni. Lo scambiatore di calore ha, infatti, il gravoso compito di dissipare tutta l’energia termica prodotta dal condizionatore, ovvero l’energia termica prodotta dalla meccanica del compressore, l’energia termica prodotta dal motore elettrico in funzione del suo rendimento, oltre ovviamente a tutta l’energia termica che si vuole sottrarre all’ambiente per ottenere il grado di condizionamento desiderato. Altro vantaggio del trovato è dato dal fatto di non avere la tubazione di scarico condensa, presente invece nei condizionatori tradizionali antecedenti al risultamento. Ulteriore vantaggio del trovato è determinato dal raffreddare lo scambiatore senza l’ausilio di pompe o particolari circuiti idraulici, semplificando così la realizzazione costruttiva, riducendone i costi ed eliminando allo stesso tempo la possibilità di guasti. Altro vantaggio è dato dal fatto che la particolare disposizione dei componenti in verticale del condizionatore ha permesso una riduzione della lunghezza delle tubazioni di rame necessarie al passaggio del refrigerante, contribuendo non solo ad una riduzione dei costi, ma anche ad un miglioramento del rendimento generale del condizionatore, poiché ha minori dispersioni termiche e riduzione delle perdite di carico. Lo schema dei componenti consente, inoltre, nel periodo invernale di migliorare il rendimento in quanto utilizza il calore che, nei condizionatori antecedenti al risultamento, veniva disperso. Il posizionamento del compressore aH’intemo del condizionatore e lo scambiatore che assorbe il calore ceduto all’aria, con tutto il calore latente di condensazione estratto dall’umidità esterna, permettono di preriscaldare l’aria per migliorare il rendimento complessivo del condizionatore in inverno e consentono il funzionamento a temperature invernali più basse rispetto ai condizionatori di tipo noto. Il trovato consente ulteriormente di ridurre al minimo le opere murarie tramite un unico foro nel quale scorrono due tubazioni concentriche. L'a forma rettangolare stretta ed affusolata del corpo di contenimento del condizionatore a disposizione verticale permette di dotarlo di uno o più proiettori per l’illuminazione diffusa sul soffitto, eliminando le canalizzazioni elettriche necessarie per l’illuminazione della stanza. Il minimo ingombro del trovato offre inoltre la possibilità di installazione in ogni singola stanza risolvendo il problema del condizionamento e del riscaldamento degli ambienti con la possibilità di spegnimento nei locali sottoutilizzati o non utilizzati. Questi ed altri scopi e vantaggi del trovano risultano maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, con riferimento ai disegni allegati ai fogli 1, 2 e 3. In forma puramente indicativa e non limitativa, al foglio 1 la figura 1 è vista laterale dei flussi d’aria all’ intemo dei componenti del condizionatore rappresentato in sezione longitudinale. Al foglio 2 la figura 2 è vista frontale del trovato. Al foglio 3 le figure 3, 4 e 5 sono rispettivamente vista in sezione laterale di un interno o di un’abitazione in cui è disposto il trovato, di vista di una parete con tubazione esterna e vista prospettica del condizionatore collocato a parete. Il condizionatore a recupero d’acqua di condensazione è costituito da un deumidificatore 2 dotato di ventilatore 13 che, durante il funzionamento estivo, aspira l’aria dell’ambiente da deumidificare. L’aria aspirata viene forzata dal ventilatore 13 ad attraversare lo scambiatore 8 del deumidificatore nel quale scorre un fluido refrigerante molto freddo. Attraversando lo scambiatore 8 l’aria, proveniente dall’ambiente da climatizzare, perde umidità e, condensando, produce gocce d’acqua raccolte nella vaschetta 17. Detta vaschetta 17 è dotata di foro passante 18 disposto sopra lo scambiatore 10 del condizionatore. L’acqua ottenuta dalla condensazione del vapore cade per gravità sullo scambiatore 10, bagnandolo senza l’ausilio di pompe o particolari circuiti idraulici. All’interno dello scambiatore 10 scorre il fluido refrigerante proveniente dallo scambiatore 8 attraverso la tubazione 7, la valvola di inversione ciclo 6, il tubo di collegamento 12 ed il compressore 4. Il fluido refrigerante si trova quindi ad una temperatura molto calda, superiore o prossima a quella di ebollizione dell’acqua. La temperatura del fluido refrigerante in circolo nello scambiatore 10 viene quindi abbattuta dall’acqua di condensa, normalmente non utilizzata, prodotta dallo scambiatore 8 del deumidificatore e raccolta nella vaschetta 17 da cui, tramite il foro passante 18, viene irrorato lo scambiatore 10, per bagnarlo e raffreddarlo. Inoltre, l’aria aspirata dalla ventola 14 contribuisce notevolmente all’evaporazione dell’acqua che si trova diffusa sullo scambiatore 10. Si ha quindi che tutto il calore latente di evaporazione dell’acqua viene sfruttato per contribuire al raffreddamento dello scambiatore 10, migliorando l’efficienza di tutto il condizionatore e contribuendo ad una riduzione dei componenti in combinazione ad un minimo ingombro del corpo di contenimento 1 del condizionatore. II calore estratto ed il vapore generato al raffreddamento dello scambiatore 10 vengono espulsi dal condizionatore tramite la ventola 14 che aspira aria dall’esterno attraverso il foro 15 e la espelle attraverso il foro 16. Detti fori 15 e 16 costituiscono condutture una all’interno dell’altra, senza unità di raffreddamento esterna. Il recupero praticamente totale del’ acqua di condensazione ottenuta nel funzionamento porta ad un miglioramento del rendimento del condizionatore a regime di funzionamento che, in condizioni normali, è stimabile in un risparmio di circa 180 Watt di energia elettrica ogni ora. Per questo tipo di condizionatore si possono ottenere quasi due litri di acqua ogni ora in relazione alla quantità d’aria da trattare. Si ha infatti che, per ogni litro d’acqua estratta dall’aria ambiente dallo scambiatore 8, si ottengono circa 540 Kcal/Kg di energia termica latente. L’utilizzo dell’acqua di condensazione è di primaria importanza per la funzione di raffreddamento dello scambiatore 10, dove lo scambio termico passa, come dalle tradizionali applicazioni, da raffreddamento ad aria dalle alette a raffreddamento ad acqua ottenuta dalla condensazione dell’umidità dell’aria attuata allo scambiatore 8 a bassa temperatura, con l’ulteriore raffreddamento dato dall’evaporazione, favorita dalla ventola 14. La parte d’acqua di condensazione rimanente e non evaporata direttamente dalle alette dello scambiatore 10 cade in vaschetta 19, posta sotto lo scambiatore 10 dove viene recuperata. Lo scambiatore 10 si trova quindi immerso per circa due centimetri nell’acqua raccolta. L’acqua di condensazione raccolta risale lungo le alette per effetto della capillarità, mantenendole umide. Il flusso costante dell’aria dato dalla ventola 14, oltre a favorire l’evaporazione, mantiene raffreddata anche l’acqua di condensazione presente in vaschetta 19 e sullo scambiatore 10. La vaschetta 19 e la struttura di sostegno dello scambiatore 10 sono realizzati in metallo per favorire lo scambio termico. Il compressore 4 si trova quindi a lavorare con pressioni più basse, con migliore efficienza termica, elettrica e con minori vibrazioni. Lo sviluppo in verticale del corpo di contenimento 1 del condizionatore in forma estremamente sottile ed allungata consente l’installazione in spazi di parete limitati e prevede, nello scatolare di impostazione verticale, il < contenimento di un unico impianto di riscaldamento, condizionamento, deumidificazione, ventilazione ed integra anche uno o più proiettori 22 per Γ illuminazione diffusa collegati all’impianto elettrico 3 del condizionatore. Il deumidificatore è dotato, inoltre, di dispositivi per la purificazione dell’aria 21, come ad esempio lampade ad ultravioletti. Il corpo di contenimento 1 a forma stretta ed allungata con uno o più proiettori 22 a luce diffusa sul soffitto permette di eliminare le canalizzazioni elettriche necessarie per rilluminazione della stanza. La particolare disposizione dei componenti in verticale del deumidificatore 2 e dello scambiatore 10, inoltre, permette la riduzione della lunghezza delle tubazioni di rame 5, 7, 9 11 e 12 necessarie al passaggio del refrigerante nei componenti con miglioramento del rendimento generale in virtù della riduzione delle perdite di carico e delle dispersioni termiche. Il condizionatore secondo il risultamento prevede miglioramento deirefficienza anche nel funzionamento invernale. In fase di riscaldamento la valvola 6 inverte il percorso del refrigerante, in quanto il calore deve essere portato a scaldare gli ambienti e con l’aria fredda deve essere espulsa all’esterno. L’aria, proveniente daH’intemo, attraversa lo scambiatore 8, la ventola 13, l’eventuale riscaldatore elettrico supplementare 20 e viene infine riportata nell’ambiente riscaldata. La disposizione dei componenti in verticale porta a riutilizzare il calore disperso dal compressore 4 con considerevole miglioramento delle prestazioni ed una riduzione dei consumi elettrici dovuta ad un recupero del calore. Il lavoro meccanico del compressore 4, dei motori elettrici e l’aumento di pressione del refrigerante portano ad aumenti di calore che sulla superficie del compressore raggiungono e superano i 125°C. Tale soglia di temperatura è spesso limitata termicamente. Nel condizionamento tradizionale il compressore è posizionato all’esterno in parete su staffe, in giardino o sul tetto affinché il calore prodotto dal condizionatore ed il rumore vengano dispersi. Nel condizionatore secondo il risultamento il compressore è posto all’interno di un copro di contenimento 1 con il calore che durante il funzionamento invernale viene riutilizzato e trasportato dal fluido operante nei componenti all’ interno dell’ambiente domestico. In fase di funzionamento invernale, il flusso d’aria entrante nel foro 15 lambisce direttamente il compressore 4 e riceve calore. Di conseguenza, anche nei mesi più freddi con temperature al di sotto dello zero termico, Γ aria che giunge allo scambiatore 10 sarà sempre più calda di quella esterna di molti gradi e le condizioni di funzionamento saranno più vantaggiose. L’aria esterna riscaldata dal compressore 4 attraversa lo scambiatore 10 dove scorre il fluido refrigerante proveniente dal tubo 9 che evapora a temperatura molto più bassa dell’aria. Lo scambiatore 10 assorbe calore ceduto dall’aria riscaldata ed il calore latente di condensazione proveniente dall’umidità dell’aria esterna, recuperando così anche l’energia termica dispersa dal compressore per trasferirla al refrigerante. Detto refrigerante tramite il tubo 11 e la valvola 6 toma al compressore 4, dove viene spinta nel tubo 5 per poi giungere, attraverso la valvola 6, al tubo 7 e giungere nello scambiatore 8 per scaldare l’ambiente. Il ciclo viene quindi ripetuto. Oltre ad vantaggio economico insito nel recuperare calore precedentemente disperso è evidente che il condizionatore secondo il risultamento può funzionare a temperature invernali più basse rispetto ai condizionatori tradizionali e con rendimento'superiore. Il trovato può inoltre essere dotato di ulteriore scambiatore di calore 23 a circolazione d’acqua calda disposto nella parte superiore del condizionatore e collegato all’impianto di riscaldamento. Lo scambiatore di calore 23 è collegato all’impianto di riscaldamento esistente tramite tubazioni 24 e 25 e raccordi 26 e 27. Lo scambiatore di calore 23 integrato all’intemo del trovato porta ad una diminuzione dei consumi della pompa di calore. Nei casi in cui sia presente un impianto di riscaldamento a cui collegare il trovato, come spesso accade nelle costruzioni destinate al turismo in posti prevalentemente caldi. Il trovato può essere dotato di riscaldatore elettrico supplementare 20, con funzione automatica di controlla temperature per avere una temperatura superficiale di 60°C. Detto riscaldatore assorbe energia elettrica in base alla temperatura deiraria che lo investe. In combinazione con la pompa di calore del condizionatore il riscaldatore elettrico supplementare 20 è in grado di ottenere il riscaldamento della stanza in condizioni di minimo consumo elettrico: al calare del rendimento prodotto da temperature invernali esterne molto rigide corrisponde una diminuzione della temperatura dell’ aria calda immessa nell’ambiente. In questo caso il riscaldatore elettrico supplementare 20 in funzionamento automatico favorisce la quantità di calore mancante. Nel caso in cui l’aria che attraversa il riscaldamento elettrico supplementare 20 sia già calda e prossima ai 24-25 °C detto riscaldante assorbirà una minima quantità di energia elettrica per il riscaldamento supplementare. Questa fase di funzionamento si verifica a stanza già sufficientemente riscaldata, con notevoli risparmi di energia elettrica. Il vano in cui è alloggiato il riscaldante elettrico supplementare e lo scambiatore di calore 23 è 'completamente insonorizzato e rivestito con materiali fonoassorbenti. L’aria che proviene dall’ambiente attraversa lo scambiatore 8 poiché aspirata dal ventilatore 13 e viene spinta attraverso il riscaldatore elettrico supplementare 20. Tutta l’aria in uscita dal condizionatore, sia in estate che in inverno, è purificata da batteri tramite lampada ad ultravioletti 21. Il condizionatore secondo il risultamento può, inoltre, funzionare anche in condizioni di forte vento. E’ noto che il forte vento incidente sulle unità esterne dei condizionatori tradizionali può prevalere sulla portata d’aria generata dal ventilatore od ostacolare il flusso d’aria presente sul ventilatore. L’aria ha un peso stimato in media in Kg. 1,2 al metro cubo per cui il forte vento può costituire una discreta barriera per i ventilatori o causare danni alle pale ed ai perni. Attualmente i fori di entrata e di uscita in prossimità dei ventilatori hanno pari dimensione. Il condizionatore secondo il risultamento è concepito invece con differente dimensione dei foro di entrata e di uscita dell’aria in cui il foro 15 di ingresso aria esterna ha dimensione maggiore per avere una velocità del vento in entrata più bassa rispetto alla dimensione del foro 16 di uscita dell’aria, dove lo stesso volume d’aria passando attraverso una sezione minore aumenta la propria velocità. La differenza di pressione del vento, incidente sulle differenti dimensioni delle bocche di entrata 15 e di uscita 16, rallenta il flusso del vento all’entrata espandendolo su una conduttura con sezione di maggiore dimensione rispetto alla conduttura di sezione minore dell’uscita aria all’esterno del condizionatore. La differenza di pressione del vento sui due differenti fori di entrata e di uscita costituisce quindi un vantaggio nella circolazione dell’aria anche in presenza di forte vento, rallentando il flusso d’aria all’entrata ad accelerandolo all’uscita. Inoltre, contribuisce ad ulteriore diminuzione dei consumi elettrici dei ventilatori potendo questi lavorare in condizioni ottimali. La circolazione dell’aria che si viene a generare a causa delle diverse sezione di entrata e di uscita genera una corrente d’aria che porta benefìci alla struttura interna del condizionatore in quanto è in grado di asciugare i componenti umidi durante il periodo di spegnimento del condizionatore secondo il risultamento. Il trovato è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti neH’ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i particolari sono sostituibili da altri tecnicamente equivalenti nell’ ambito di protezione sancito dalle seguenti rivendicazioni.