ITBO20120037U1 - Apparato per il recupero del calore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per MODELLO DI UTILITA’ avente per titolo:

“APPARATO PER IL RECUPERO DEL CALORE”

Il presente trovato ha per oggetto un apparato per il recupero del calore, in particolare per il recupero del calore da una canna fumaria.

Il presente trovato trova particolare applicazione nel settore della climatizzazione e del recupero energetico. In ciascuna abitazione o edificio è infatti presente una caldaia per il riscaldamento, generalmente alloggiata in un apposito “locale caldaie”.

La caldaia è l'apparecchiatura che realizza il passaggio di calore verso un fluido (senza che avvenga la sua ebollizione) con la funzione di distribuirlo ad un ambiente ed in particolare ad un impianto di riscaldamento.

Ciascuna di esse è dotata di una canna fumaria o camino di dispersione dei prodotti di combustione esausti, i quali vengono generalmente rilasciati nell’ambiente ad elevata temperatura.

Svantaggiosamente, ciò comporta una dispersione nell’ambiente di gas inquinanti caldi, il che incrementa la contaminazione dell’aria.

Inoltre, il rilascio di tali gas è da considerarsi a tutti gli effetti comparabile ad una dissipazione, ovvero una perdita, di materiale riscaldante.

Scopo del presente trovato è rendere disponibile un apparato per il recupero del calore da una canna fumaria che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, è scopo del presente trovato mettere a disposizione apparato per il recupero del calore altamente efficiente e dagli scarsi ingombri.

Ulteriore scopo del presente trovato è mettere a disposizione un apparato per il recupero del calore montabile su canne fumarie preesistenti senza necessitare di modifiche nel percorso dei fumi di scarico.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dall’apparato per il recupero del calore oggetto del presente trovato, comprendente una serpentina tubolare realizzata in materiale ad alto coefficiente di conducibilità termica (metallica) e sviluppantesi attorno ad un asse centrale tra una propria bocca di ingresso ed una propria bocca di uscita dell’aria, in modo da avvolgere una canna fumaria; detto asse centrale essendo in uso corrispondente ad un asse di sviluppo di detta canna fumaria.

L’apparto comprende inoltre un involucro esterno fissato alla serpentina, esternamente ad essa rispetto a detto asse centrale e sviluppantesi anularmente attorno a detta serpentina per isolarla dall’ambiente esterno e mezzi di generazione di un flusso d’aria associati alla serpentina per dirigere detto flusso d’aria dalla bocca di ingresso alla bocca di uscita.

Vantaggiosamente, in tal modo è possibile recuperare il calore dei fumi fluenti nella canna fumaria e riutilizzarlo per il riscaldamento di un ambiente.

Si noti che tale apparato è applicabile sia alla canna fumaria di una caldaia che a quella di una stufa, tramite la quale diverrebbe così possibile il riscaldamento di più stanze in contemporanea.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra una vista frontale schematica di un apparato per il recupero del calore da una canna fumaria secondo il presente trovato ed in una condizione operativa;

- la figura 2 mostra una vista in sezione longitudinale schematica dell’apparato di figura 1;

- la figura 3 mostra una vista in sezione trasversale schematica dell’apparato di figura 1;

- la figura 4 mostra una variante realizzativa dell’apparato di figura 1;

- la figura 5 illustra una vista frontale schematica di una ulteriore variante realizzativa dell’apparato per il recupero del calore da una canna fumaria secondo il presente trovato.

Con riferimento alle allegate figure, con il numero 1 è indicato un apparato per il recupero di calore da una canna fumaria 100 secondo il presente trovato.

La canna fumaria 100 è da considerarsi il camino di scarico dei fumi di una caldaia 101, di una stufa o di un braciere.

L’apparato 1 di recupero del calore comprende una serpentina 2 tubolare sviluppantesi attorno ad un asse centrale “A” tra una propria bocca di ingresso 2a ed una propria bocca di uscita 2b dell’aria in modo da avvolgere una canna fumaria 100.

Tale asse centrale “A” corrisponde ad un asse di sviluppo della canna fumaria 100.

Di conseguenza, in una configurazione operativa, la serpentina 2 è avvolta attorno alla canna fumaria 100 in modo da eseguire uno scambio termico con essa.

Si noti che nel presente testo con il termine “serpentina” si intende un condotto, avente sezione di qualsivoglia geometria e dimensione, conformato per eseguire una pluralità di passaggi attorno alla canna fumaria 100 per incrementare lo scambio termico.

In altre parole, ad un tratto di lunghezza “l” della canna fumaria 100 corrisponde un tratto di lunghezza “L” della serpentina 2, in cui “L” è molto maggiore di “l”. Per incrementare l’efficienza di scambio termico, la serpentina 2 è realizzata in un materiale ad alta conducibilità termica, preferibilmente compresa tra 100 e 500 σ(W·m<-1>·K<-1>).

Nella forma realizzativa preferita, la serpentina 2 è realizzata in rame.

Preferibilmente, la serpentina 2 si sviluppa in modo elicoidale attorno a detto asse centrale “A” a partire dalla bocca di ingresso 2a verso la bocca di uscita 2b. Nella forma realizzativa preferita, la serpentina 2 presenta una pluralità di spire successive, ciascuna di forma sostanzialmente circolare.

L’apparato 1 di recupero del calore comprende inoltre un involucro 3 esterno fissato alla serpentina 2, esternamente ad essa rispetto a detto asse centrale “A” e sviluppantesi anularmente attorno alla serpentina 2 stessa per isolarla dall’ambiente esterno.

Dunque, l’involucro 3 è disposto attorno alla serpentina 2, esternamente ad essa da un punto di vista radiale (con riferimento all’asse centrale “A”).

In altre parole, l’involucro 3 avvolge la serpentina 2 perimetralmente.

L’involucro 3 presenta quindi conformazione sostanzialmente tubolare attorno all’asse centrale “A”. Nella forma realizzativa illustrata, l’involucro presenta una sezione (ortogonale all’asse centrale “A”) sostanzialmente circolare.

Preferibilmente, l’involucro 3 presenta una coppia di aperture 4a, 4b in corrispondenza delle bocche di ingresso 2a ed uscita 2b della serpentina 2, al fine di consentire il collegamento della serpentina 2 stessa con l’ambiente esterno.

In particolare, la bocca di ingresso 2a è in collegamento di fluido con una sorgente di aria, mentre la bocca di uscita 2b è in collegamento di fluido con un ambiente da riscaldare.

Si noti che tali aperture 4a, 4b sono realizzate in corrispondenza di porzioni di estremo 3a, 3b dell’involucro 3 in modo da sfruttare al massimo la lunghezza dell’apparato 1 di recupero per lo scambio termico.

Per diminuire le dissipazioni di calore, l’involucro 3 comprende almeno uno strato di materiale isolante termico (ovvero a bassa conducibilità termica).

Dunque, l’involucro 3 può essere realizzato completamente con tale materiale od alternativamente esserne solo rivestivo.

Nella forma realizzativa preferita, l’involucro è realizzato in acciaio per conferirgli rigidezza strutturale e presenta uno strato esterno 3c di rivestimento isolante.

Tale strato esterno è preferibilmente in lana di roccia ma, in alternativa, potrebbe comprendere materiale di altro tipo, come ad esempio polistirolo o simili.

In una prima forma realizzativa, l’involucro 3 esterno comprende due semigusci tra loro complementari e ciascuno provvisto di una o più porzioni di serpentina. In tale forma realizzativa, ciascuna porzione di serpentina è collegabile (innestabile) ad una o più delle corrispondenti porzioni di serpentina dell’altro semiguscio.

Ciascuna porzione di serpentina è sostanzialmente conformata a “C” e ciascun estremo della “C” è sagomato per accoppiarsi con un rispettivo estremo della porzione di serpentina affacciata.

Preferibilmente, i due semigusci sono incernierati tra loro a mo’ di ganascia per ruotare reciprocamente tra una posizione chiusa, in cui definiscono un corpo tubolare ed una posizione aperta.

Vantaggiosamente, in tal modo l’apparato 1 di recupero del calore è applicabile (montabile) su canne fumarie 100 già esistenti senza necessità di alcuna modifica strutturale all’impianto.

Infatti, l’apparato 1 per il recupero di calore così concepito è ancorabile ad una canna fumaria 100 esistente sostanzialmente come una morsa.

Inoltre, in tal modo l’apparato risulta semplice da montare e smontare anche per rapide operazioni di manutenzione o pulizia.

Preferibilmente, tuttavia, l’apparato 1 di recupero del calore comprende un elemento tubolare 5 sviluppantesi anch’esso lungo l’asse centrale “A”, internamente all’involucro 3.

Tale elemento tubolare 5 definisce, in collaborazione con l’involucro 3 stesso, una camera anulare 6.

Dunque, l’elemento tubolare 5 è prossimale all’asse centrale “A” rispetto all’involucro 3 in modo da creare uno spazio interstiziale anulare tra i due (la camera anulare 6), in cui è alloggiata la serpentina 2.

Preferibilmente, la serpentina 2 è in contatto con tale elemento tubolare 5 in modo da ottimizzare lo scambio termico, rendendolo almeno in parte conduttivo.

Si noti che l’elemento tubolare 5 è conformato per definire una porzione di canna fumaria.

Nella forma realizzativa illustrata, l’elemento tubolare 5 presenta una conformazione sostanzialmente cilindrica (dunque a sezione circolare).

In questa luce, si noti che l’apparato 1 per il recupero del calore fin qui descritto presenta una geometria sostanzialmente cilindrica, dagli ingombri ridotti.

Dunque, in una configurazione operativa, un operatore sostituisce una corrispondente porzione della canna fumaria 100 esistente con l’apparato 1 per il recupero di calore, in cui l’elemento tubolare 5 sostituisce la porzione di canna fumaria 100 rimossa.

In questa luce, anche l’elemento tubolare 5 è realizzato in materiale un materiale ad alta conducibilità termica, preferibilmente compresa tra 100 e 500 σ(W•m-1•K-1).

Nella forma realizzativa preferita, la serpentina 2 è realizzata in rame.

Vantaggiosamente, in tal modo l’efficienza dello scambio termico viene incrementata in quanto sia la serpentina 2 che l’elemento tubolare 5 sono corpi ad alta conducibilità termica.

Per consentire il collegamento dell’apparato 1 per il recupero del calore con le restanti porzioni di canna fumaria 100, l’elemento tubolare 5 e comprende alle proprie estremità 5a, 5b mezzi di giunzione 7 con tali porzioni di canna fumaria 100.

I mezzi di giunzione 7 sono preferibilmente definiti da una coppia di innesti 7a meccanici.

Più precisamente, ciascuna estremità 5a, 5b dell’elemento tubolare 5 è provvista di una porzione rastremata (o comunque a diametro minore rispetto ad una porzione centrale) atta ad inserirsi per scorrimento all’interno di una corrispondente porzione di canna fumaria 100 esistente (accoppiamento maschio-femmina). Inoltre, tale estremità 5a, 5b è fissata alla corrispondente porzione di canna fumaria 100 mediante appositi mezzi di serraggio (come viti, bulloni, fascette o simili).

Alternativamente, le estremità 5a, 5b dell’elemento tubolare 5 potrebbero essere svasate (o comunque di diametro maggiore rispetto ad una porzione centrale) per accogliere le corrispondenti porzioni della canna fumaria 100 in un accoppiamento femmina-maschio.

Nella forma realizzativa illustrata, l’elemento tubolare 5 definisce una parete interna della serpentina 2.

In tale forma realizzativa, la serpentina 2 è infatti definita da una pluralità di setti 8 trasversali disposti all’interno della camera anulare 6, tra l’elemento tubolare 5 e l’involucro 3, in modo da definire un condotto sostanzialmente continuo all’interno della stessa.

Dunque, i setti 8 definiscono sostanzialmente le pareti superiore ed inferiore di ciascuna sezione del condotto (serpentina), mentre l’involucro 3 e l’elemento tubolare 5 ne definiscono le pareti laterali.

Al fine di consentire il corretto direzionamento dell’aria, l’apparato 1 di recupero del calore comprende mezzi di generazione 9 di un flusso d’aria associati alla serpentina 2 per dirigere detto flusso d’aria dalla bocca di ingresso 2a alla bocca di uscita 2b.

Dunque, i mezzi di generazione 9 possono essere definiti da almeno un organo di ventilazione 9a collocato in corrispondenza della bocca di ingresso 2a oppure da almeno un organo di aspirazione (non illustrato) collocato in prossimità della bocca di uscita 2b.

Nella forma realizzativa illustrata, i mezzi di generazione 9 del flusso d’aria comprendono una ventola 9a operativamente associata alla bocca di ingresso 2a della serpentina 2.

Nella forma realizzativa illustrata nelle figure dalla 1 alla 4, la bocca di ingresso 2a è collocata in una zona prossimale alla caldaia 101 (o stufa), ovvero in una zona inferiore ed i mezzi di generazione 9 sono configurati per far fluire l’aria dal basso verso l’alto.

Alternativamente (figura 5), per aumentare l’efficienza di scambio termico, la bocca di ingresso 2a è collocata in una zona distale dalla caldaia 101 (o stufa), ovvero in una zona superiore ed i mezzi di generazione 9 sono configurati per far fluire l’aria dall’alto verso il basso.

In altre parole, in tale forma realizzativa i mezzi di generazione 9 sono configurati per far fluire l’aria all’interno della serpentina in controcorrente rispetto al flusso dei fumi nella canna fumaria 100.

Al fine di regolare la portata l’aria all’interno della serpentina 2, l’apparato 1 comprende un’unità di regolazione 10 associata ai mezzi di generazione 9 del flusso d’aria.

Preferibilmente, tale unità di regolazione 9 comprende un regolatore di velocità associato a detta ventola 9a o all’aspiratore.

In una prima forma realizzativa, la regolazione è manuale. Dunque, l’unità di regolazione 10 è provvista di un organo di controllo (non illustrato) azionabile da un utente per variare a piacimento la portata d’aria (e di conseguenza la temperatura all’interno della stanza). Di conseguenza, l’unità di regolazione 10 è sia un regolatore di portata che di temperatura.

In alternativa (o congiuntamente), l’apparato comprende un sensore 11 di temperatura operativamente associato alla bocca di uscita 2b della serpentina 2 per rilevare una grandezza correlata ad una temperatura dell’aria in uscita dalla serpentina 2 stessa.

Tale sensore 11 può anche, alternativamente, essere associato alla stanza da climatizzare.

L’unità di regolazione 10 è quindi operativamente connessa con (associata a) il sensore 11 per variare la una condizione operativa dei mezzi di generazione 9 in funzione della grandezza rilevata.

Più precisamente, l’unità di regolazione 10 è predisposta per ricevere dal sensore 11 un segnale rappresentativo della grandezza rilevata (temperatura) ed è configurata per elaborare detto segnale comandando i mezzi di generazione 9 (il regolatore di velocità) per variare la portata d’aria all’interno della serpentina (e dunque in uscita dall’apparato 1).

Preferibilmente, l’apparato comprende inoltre un condotto di mandata 12 dell’aria in collegamento con la bocca di uscita 2a della serpentina 2.

Più preferibilmente, condotto di mandata 12 comprende un tubo flessibile 12a.

Vantaggiosamente, ciò consente di dirigere l’aria calda (riscaldata nella serpentina) nella zona più opportuna in funzione delle esigenze senza la necessità di realizzare opere murarie importanti nei locali (ad esempio adattandosi a bocchettoni di condizionamento già presenti in loco).

In tal modo, l’apparato 1 risulta particolarmente versatile.

In corrispondenza di una porzione terminale 13 di detto condotto di mandata 12, l’apparato 1 per il recupero di calore comprende un organo di filtraggio 14 dell’aria. Tale organo di filtraggio 14 comprende preferibilmente una griglia 15 per direzionare e frammentare il flusso, rendendolo più semplice da convogliare.

Preferibilmente, la griglia 15 comprende anche una pluralità di alette (non illustrate) di deflessione mobili per variare la propria angolazione, e dunque l’angolazione del flusso d’aria calda in uscita.

Al fine di evitare la diminuzione del tiraggio nella canna fumaria (dovuta al raffreddamento dei fumi), l’apparato 1 è preferibilmente provvisto di un condotto ausiliario 16 di collegamento tra i mezzi di generazione 9 ed una estremità 5b di detto elemento tubolare 5.

Tale condotto si sviluppa quindi esternamente all’elemento tubolare 5 (e preferibilmente anche all’involucro 3) per mettere in collegamento di fluido la sorgente di aria (ed in particolare i mezzi di generazione 9) con l’interno dell’elemento tubolare 5 (ovvero della canna fumaria 100).

In altre parole, il condotto ausiliario 16 mette in collegamento di fluido i mezzi di generazione 9 di un flusso d’aria con una cavità interna dell’elemento tubolare 5.

Preferibilmente, il condotto ausiliario 16 si sviluppa tra un primo estremo 16a in prossimità dei mezzi di generazione 9 ed un secondo estremo 16b sfociante in corrispondenza dell’estremità superiore 5b dell’elemento tubolare 5.

Nella forma realizzativa illustrata, il condotto ausiliario 16 si sviluppa dunque tra la bocca di ingresso 2a della serpentina 2 e l’estremità superiore 5b dell’elemento tubolare 5.

Preferibilmente, l’apparato 1 comprende mezzi di apertura/chiusura di tale condotto, selettivamente attivabili (manualmente od automaticamente) in funzione del tiraggio della canna fumaria (rilevabile mediante appositi sensori).

Si noti che, al fine di consentire l’adattamento dell’apparato 1 a differenti canne fumarie, esso è di tipo modulare.

Più precisamente, l’involucro 3 comprende una pluralità di porzioni tra loro incolonnabili.

In particolare, l’involucro comprende almeno una porzione di base 17a, almeno una porzione di testa 17b (o coperchio) ed una o più porzioni anulari intermedie 17c tra loro incolonnabili.

Ciascuna porzione 17a, 17b, 17c è provvista di appositi mezzi di aggancio meccanici (morse, innesti o simili) per collegarla con una o più porzioni attigue (adiacente).

Analogamente, anche la serpentina è suddivisa in più porzioni, in cui la porzione di base e quella di testa comprendono rispettivamente la bocca di ingresso e quella di uscita.

Allo stesso modo, l’elemento tubolare 5 comprende più porzioni tra loro collegabili, in cui la porzione di base e quella di testa sono provviste dei succitati mezzi di connessione.

Il trovato raggiunge gli scopi preposti e consegue importanti vantaggi.

Infatti, grazie all’apparato per il recupero di calore secondo la presente invenzione è possibile riutilizzare in modo semplice ed economico il calore dei fumi che altrimenti andrebbe perso.

Inoltre, la particolare struttura dell’apparato ne facilita sia il montaggio che l’utilizzo su stufe preesistenti senza la necessità di operare di muratura né di complicati fissaggi.

La presenza di un condotto ausiliario assicura che la caldaia 101 (o stufa) mantenga un tiraggio sufficiente al corretto funzionamento anche in presenza di un raffreddamento dei fumi.

La struttura di tipo modulare rende l’apparato montabile ed adattabile a diverse tipologia di stufe, in funzione della temperatura dei fumi e della lunghezza della canna fumaria.

Infine, l’utilizzo di mezzi di generazione di un flusso d’aria regolabili, rende l’aria calda prodotta immediatamente fruibile alle utenze e customizzata sulle loro esigenze.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il recupero del calore, caratterizzato dal fatto di comprendere: - una serpentina (2) tubolare realizzata in materiale ad alto coefficiente di conducibilità termica e sviluppantesi attorno ad un asse centrale (A) tra una propria bocca di ingresso (2a) ed una propria bocca di uscita (2b) dell’aria in modo da avvolgere una canna fumaria (100); detto asse centrale (A) essendo in uso corrispondente ad un asse di sviluppo di detta canna fumaria (100); - un involucro (3) esterno fissato alla serpentina (2), esternamente ad essa rispetto a detto asse centrale (A) e sviluppantesi anularmente attorno a detta serpentina (2) per isolarla dall’ambiente esterno; - mezzi di generazione (9) di un flusso d’aria associati alla serpentina (2) per dirigere detto flusso d’aria dalla bocca di ingresso (2a) alla bocca di uscita (2b).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta serpentina (2) si sviluppa in modo elicoidale attorno a detto asse centrale (A) a partire da una prima zona di estremità (3a) dell’involucro (3), da cui sporge la bocca di ingresso (2a), fino ad una seconda zona di estremità (3b) dell’involucro (3), da cui sporge la bocca di uscita (2a).
3. 3. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un elemento tubolare (5) sviluppantesi lungo detto asse centrale (A) internamente all’involucro e definente, in collaborazione detto involucro (3), una camera anulare (6); detta serpentina (2) essendo alloggiata all’interno di detta camera anulare (6).
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto elemento tubolare (5) è conformato per definire una porzione di canna fumaria (100) e comprende alle proprie estremità (5a, 5b) mezzi di giunzione (7) con corrispondenti porzioni di una canna fumaria (100) esistente.
5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere un condotto ausiliario (16) di collegamento tra i mezzi di generazione (9) di un flusso d’aria ed una estremità (5b) di detto elemento tubolare (5); detto condotto essendo in collegamento di fluido con una cavità interna dell’elemento tubolare (5) per consentire di aumentare il tiraggio dei fumi della canna fumaria (100).
6. 6. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta serpentina (2) e/o detto elemento tubolare (5) sono realizzati in materiale ad alto coefficiente di conducibilità termica, preferibilmente rame.
7. 7. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un condotto di mandata (12) dell’aria in collegamento con la bocca di uscita (2a) della serpentina (2) ed un organo di filtraggio (14) dell’aria collocato in una porzione terminale (13) di detto condotto di mandata (12).
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il condotto di mandata (12) comprende un tubo flessibile (12a).
9. 9. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un’unità di regolazione (10) associata ai mezzi di generazione (9) del flusso d’aria per variare la portata d’aria all’interno della serpentina (2).
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i mezzi di generazione (9) del flusso d’aria comprendono una ventola (9a) operativamente associata alla bocca di ingresso (2a) della serpentina (2); detta unità di regolazione (10) comprendendo un regolatore di velocità associato a detta ventola (9a).
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 9 o la 10, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore (11) di temperatura operativamente associato alla bocca di uscita (2b) della serpentina (2) per rilevare una grandezza correlata ad una temperatura dell’aria in uscita dalla serpentina (2); detta unità di regolazione (10) essendo associata a detto sensore (11) per variare la una condizione operativa dei mezzi di generazione (9) in funzione della grandezza rilevata.