ITBO950052U1 - Scambiatore di calore - Google Patents

Description

SCAMBIATORE DI CALORE.

D E S C R I Z I ONE

Il presente trovato concerne uno scambiatore di calore.

Nel campo tecnico degli impianti terrnosariitari per il riscaldamento di ambienti vengono utilizzati come corpi scaldanti degli scambiatori di calore comunemente chiamati, anche se in modo improprio, radiatori. I radiatori sono costituiti da una serie di elementi di solito a sviluppo verticale in ghisa, acciaio o lega di alluminio, tra di loro giuntati per mezzo di nippli e connessi ad un impianto di riscaldamento centrai izzato costituito da un generatore di calore e da tubazioni che portano al radiatore il fluido vettore dell'energia termica. Il numero degli elementi che costituiscono ciascun radiatore è variabile in funzione delle condizioni di installazione, quali spazio disponibile e potenza termica richiesta.

Tralasciando i radiatori realizzati in ghisa e acciaio, ottenuti quasi sempre per fusione, in questa sede ci si occuperà dei radiatori realizzati in lega leggera che attualmente vengono maggiormente utilizzati e che, a differenza dei primi che presentano i propri singoli elementi realizzati in corpo unico, presentano questi ultimi solitamente realizzati in più parti fra loro assemblate.

I radiatori in lega, ad esempio in alluminio, hanno il vantaggio di essere decisamente più leggeri e facilmente realizzabili industrialmente. Infatti, i loro componenti vengono ottenuti per deformazione plastica della lega stessa con l'uso di tecnologie relativamente più e— conomiche quali ad esempio estrusione o trafilatura. Questo tipo di tecnologia permette di dotare i radiatori, senza incidere sui costi di produzione, di una serie di accorgimenti termotecnici in grado di assicurare un maggiore rendimento per unità di superficie di scambio termico. Si pensi a tale proposito alla facilità con cui tali tipi di radiatori possono venire dotati in fase di realizzazione di opportune alette di irradiamento.

Attualmente, quindi, in accordo con quanto sopra detto, i radiatori dell'ultima generazione si presentano costituiti da più parti definenti dei componenti fra loro assemblabili , costituiti, sostanzialmente, da più colonne tubolari reciprocamente collegate, sia strutturalmente che idraulicamente, tramite un collettore superiore ed un collettore inferiore. I collettori e le colonne, ad esempio, vengono realizzati, come sopra detto, per trafi latura o per estrusione.

Alcune perplessità sorgono al momento dell'assemblag gio dei vari componenti. Le varie parti, infatti, vengono fra loro collegate mediante filettatura oppure mediante collanti di vario tipo opportunamente distribuiti sulle superfici di estremità delle parti destinate ad essere fra loro unite. Ora, nel caso delle filettature si introduce una lavorazione alla macchina utensile, che inevitabilmente aumenta i costi e che rende impossibile il fatto di tenere a magazzino delle colonne ancora da tagliare che risultino a misura, mentre nel caso dei collanti si possono avere insufficienti garanzie di tenuta proprio da parte dei collanti stessi . Non va infatti, trascurato il fatto che, per ottenere un buon risultato· di connessione a tenuta con utilizzo di colle o resine,, le superfici da incollare devono essere precedentemente trattate e quindi accuratamente sgrassate e pulite..

Comunque, in entrambi i casi, si ottengono dei collegamenti che possono presentare una non idonea resistenza meccanica strutturale, che nella migliore delle ipotesi può essere risolta realizzando le colonne ed i collettori con uno spessore eccessivo per lo scopo, e che quindi si traduce in un aumento dei costi.

Lo scopo del presente trovato è pertanto quello di fornire uno scambiatore di calore che possa essere rea-lizzato ed assemblato in modo veloce, preciso ed economico e che offra ampie garanzie di tenuta e di stabilità strutturale .

Il trovato, quale esso è caratterizzato dalle riven-dicazioni, risolve il problema con uno scambiatore di calore costituito da una pluralità di tubi verticali o co-lonne collegate, in corrispondenza delle loro opposte e stremità, a due collettori di testa, caratterizzato dal fatto che ciascun collettore è costituito da un corpo tubolare assialmente forato e presentante, lungo una sua superficie longitudinale, dei fori radiali equidistanzia— ti ad assi paralleli tra loro, uno per ciascuna colonna, e delle sedi anulari concentriche ai fori stessi e svasate verso il centro di questi ultimi a partire da un loro diametro massimo giacente sulla superficie longitudinale; dette colonne essendo rigidamente collegate al detto corpo tubolare per deformazione plastica delle loro estremità all'interno di dette sedi anulari, cosicché le estremità delle colonne collegate ad un collettore risultano contratte, e dette estremità essendo calzate su rispettivi corpi cilindrici cavi facenti parte di rispettivi raccordi tubolari; i detti raccordi tubolari essendo anch'essi rigidamente collegati al corpo tubolare del collettore mediante deformazione plastica di un rispettivo codolo di estremità, collegato coassialmente ad un relativo corpo cilindrico cavo e disposto all'interno di un rispettivo foro radiale del corpo tubolare stesso; e mezzi di tenuta essendo previsti fra ciascuna estremità contratta di una colonna ed una porzione di bordo del relativo corpo cilindrico cavo giacente sostanzialmente su un piano di giacitura della zona di raccordo fra il corpo cilindrico cavo stesso ed il relativo codolo di estremità (8).

I vantaggi e le caratteristiche del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

- la figura 1 illustra una vista prospettica! di una porzione dello scambiatore di calore secondo il presente trovato ;

- la figura B illustra, in vista frontale parziale, una sezione assiale eseguita in corrispondenza della zona di unione di una colonna ad un collettore;

- la figura 3 illustra alcuni particolari dello scambiatore di calore di cui alle figure precedenti; e

- la figura 4 illustra una variante reaiizzat iva di un particolare di figura 3.

Conformemente alle figure allegate, lo scambiatore di calore 1 secondo il presente trovato consta di una serie di tubi verticali o colonne 2, connesse con le proprie estremità, superiore ed inferiore., tramite l'interposizione di rispettivi raccordi 9 ad una coppia di collettori 3 di estremità.

Ciascun collettore 3 (si veda in particolare la figura E) è costituito da un corpo tubolare 4 assialmente forato e presenta, in corrispondenza di una sua parete longi tudinaie destinata a venire a contatto con le estremità delle colonne E durante l'assemblaggio, una serie di fori radiali 6, in numero uguale al numero delle colonne 3 stesse, i quali presentano i loro assi tra loro paralleli e reciprocamente equidistanziati lungo l'asse del collettore 3 stesso. Nel caso illustrato nelle figure allegate la parete longitudinale del collettore 3 è stata definita mediante una superficie piana 5 longitudinale, ma è chiaro che essa può essere realizzata in qualsivoglia maniera .

Coassialmente a ciascun foro radiale é, e direttamente realizzate nella superficie piana 5, sono previste delle sedi anulari 13 destinate a contenere l'estremità delle colonne 3. Le sedi 1S presentano, lungo una sezione ad esse trasversale, una conformazione sostanzialmente a "V", e più in particolare presentano la loro superficie più esterna 13 svasata il cui diametro massimo, giacente sulla superficie piana 5 del corpo tubolare 4, risulta sostanzialmente uguale al diametro esterno delle colonne E. La superficie interna 14 di ciascuna sede anulare 1E è invece sostanzialmente cilindrica con diametro minore del diametro interno delle colonne E, ed il tratto terminale che definisce il fondo della sede 12 presenta una larghezza sostanzialmente uguale allo spessore della colonna E.

Ciascun raccordo 9 presenta forma sostanzialmente cilindrica cava, e comprende un corpo cilindrico cavo 9‘ ad una cui porzione assiale di estremità è solidale coassialmente un codolo di estremità 8, realizzato cavo e presentante diametro di lunghezza approssimante per difetto la lunghezza del diametro dei fori radiali 6. In uso, il codolo di estremità B di ciascun raccordo 9 è inserito completamente entro un rispettivo foro radiale 6 di uno dei due collettori 3, e sfocia con la sua estremità libera entro il foro assiale 7 dello stesso collettore 3. A scambiatore di calore 1 assemblato, l'estremità libera di ciascun codolo di estremità 8 risulta divaricata all'interno di un rispettivo foro assiale 7 (figura E), in seguito all'esecuzione di una procedura di assemblaggio nota, che non si ritiene opportuno descrivere non co-stituendo essa l'oggetto della presente invenzione, co-sicché ciascun codolo di estremità 8 risulta fissato al collettore 3 per deformazione plastica.

Su ciascun raccordo 9 è calzata una estremità di una colonna 2. A scambiatore di calore 1 assemblato, l'e--stremità di tale colonna 2 è contratta o ristretta, me-diante deformazione plastica, verso il codolo di estremità 8, cosicché anch'essa risulta fissata al raccordo 9 sempre per deformazione plastica.

In una zona anulare disposta fra la citata estremità contratta di ciascuna colonna 2 ed una porzione di bordo del corpo cilindrico cavo 9' giacente sul piano di giaci-tura della zona di raccordo fra il corpo cilindrico cavo 9' stesso ed il codolo di estremità 8 è disposto coassialmente, a scambiatore di calore 1 assemblato, un anello di tenuta 15 realizzato in materiale resiliente. Tale anello di tenuta 15 risulta compresso fra una estremità contratta della relativa colonna 2 e la citata porzione di bordo del corpo cilindrico cavo 9'.

Si noti che, in accordo con quanto rappresentato rispettivamente nelle figure 3 e 4, il raccordo 9 può agevolmente essere realizzato sia per stampaggio che per tornitura, ovviamente con costi differenti e con corrispondenti diverse caratteristiche strutturali che si rivelano, di volta in volta, preferibili, negli impianti in cui lo scambiatore di calore 1 viene instailato.

Lo scambiatore di calore 1 descritto presenta il van-taggio di garantire una perfetta tenuta fra i suoi elementi, grazie sia alle deformazioni plastiche citate che alla presenza dell'unico anello di tenuta 15, e può esse-re prodotto tramite lavorazioni di notevole economicità. Inoltre, il raccordo 9 interposto fra ciascuna colonna 2 ed un collettore 3 costituisce un solido elemento strutturale in grado di garantire una sufficiente resistenza meccanica anche alla flessione ed una buona tenuta anche alle alte temperature di esercizio.

Lo scambiatore di calore 1 descritto, grazie alla sua semplicità realizzativa , consente notevoli vantaggi economici anche per quanto concerne le scorte di magazzino, poiché queste si limitano ai soli corpi tubolari 4 non ancora tagliati a misura ed agli elementi tubolari dai quali si ricavano le colonne E. Inoltre l'aver penzato di utilizzare quale mezzo di tenuta l'unico anello di tenuta 15 inserito e compresso fra una estremità contratta della relativa colonna 2 e la citata porzione di bordo del corpo cilindrico cavo 9', consente oltra alla perfetta tenuta di realizzare il raccordo 9 di dimensioni ridotte.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore costituito da una pluralità di tubi verticali o colonne (2) collegate, in corrispcndenza delle loro opposte estremità,, a due collettori di testa (3), caratterizzato dal fatto che ciascun collettore (3) è costituito da un corpo tubolare (4) assialmente forato e presentante, lungo una sua superficie longitudinale (5), dei fori radiali (6)equidistanziati ad assi paralleli tra loro, uno per ciascuna colonna (2), e delle sedi anulari (12) concentriche ai fori (ώ) stessi e svasate verso il centro di questi ultimi a partire da un loro diametro massimo giacente sulla superficie longitudinale (5); dette colonne (2) essendo rigidamente collegate al detto corpo tubolare (4) per deformazione plastica delle loro estremità all'interno di dette sedi anulari (12), cosicché le estremità.delle colonne (2) collegate ad un collettore (3<) >risultano contratte, e dette estremità essendo calzate su rispettivi corpi cilindrici cavi (9‘) facenti parte di rispettivi raccordi (9) tubolari; i detti raccordi tubolari (9) essendo anch'essi rigidamente collegati al corpo tubolare (4) del collettore (3) mediante deformazione plastica di un rispettivo codolo di estremità (3), collegato coassialmente ad un relativo corpo cilindrico cavo (9') e disposto all'interno di un rispettivo foro radiale (6) del corpo tubolare (4) stesso; e mezzi di tenuta (15) essendo previsti fra ciascuna estremità contratta di una colonna (2) ed una porzione di bordo del relativo corpo cilindrico cavo (9’) giacente sostanzialmente su un piano di giacitura della zona di raccordo fra il corpo cilindrico cavo (9)' stesso ed il relativo codolo di estremità (8). B. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il diametro dì ciascun foro radiale (6) del corpo tubolare (4) approssima per difetto il diametro interno delle colonne (2), ed il diametro esterno del codolo di estremità (8) è minore di tale diametro interno; il codolo di estremità (8) di ciascun raccordo tubolare (9) interessando con la sua estremità libera il foro assiale del corpo tubolare (4) del collettore (3). 3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 2, caratter izzato dal fatto che le estremità delle colonne (2) sono deformate plasticamente entro le sedi anulari (12) del corpo tubolare (4) e sono ristrette attorno al codolo di estremità (8) dei raccordi (9), e l'estremità libera del codolo di estremità (8) di ciascun raccordo (9) è deformata plasticamente ed allargata all'interno de foro assiale (7) del corpo tubolare (4) del collettore ( 3 ) . 4. Scambiatore di calore secondo le rivendicazioni pre~ cedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.