ITBO950516A1 - Apparecchiatura per il riscaldamento di fluidi. - Google Patents

Abstract

L'invenzione riguarda un'apparecchiatura (1) per il riscaldamento di fluidi che comprende un dispositivo bruciatore (3), un elemento (5) di regolazione dell'energia termica fornita dal dispositivo bruciatore (3), un elemento scambiatore di calore (10) assoggettato all'azione del dispositivo bruciatore (3) e dotato di una canalizzazione (11) percorribile da un flusso di fluido da riscaldare, un primo condotto (14) di erogazione del fluido da riscaldare alla canalizzazione (11), ed un secondo condotto (17) di allontanamento di fluido riscaldato dalla canalizzazione (11) stessa; il primo ed il secondo condotto (14, 17) sono realizzati e reciprocamente disposti in maniera tale da dare origine ad uno scambio termico fra i fluidi in essi contenuti, e sono previsti un elemento sensore (21) delle temperature dei fluidi contenuti entro i condotti (14, 17), ed una centralina elettronica (24) atta a calcolare il valore differenza fra tali temperature e ad azionare, secondo una legge predeterminata, l'elemento (5) di regolazione.[FIG. 1]

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

APPARECCHIATURA PER IL RISCALDAMENTO DI FLUIDI,

La presente invenzione concerne una apparecchiatura per il riscaldamento di fluidi.

In particolare, la presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura del tipo suddetto utilizzabile in maniera particolarmente valida per il riscaldamento di acqua; la seguente descrizione farà in seguito riferimento a tale utilizzazione dell'apparecchiatura senza per questo perdere in generalità.

Sono note apparecchiature per il riscaldamento di acqua, utilizzabili in particolare per uso domestico, nelle quali l'acqua da riscaldare scorre entro uno scambiatore di calore che comprende una canalizzazione dotata di opportune alettature che vengono lambite dalla fiamma emessa da un dispositivo bruciatore. Dopo che un rubinetto dal quale deve fuoriuscire acqua calda è stato aperto, il dispositivo bruciatore viene attivato nel momento in cui un vi è la richiesta da parte dell'utenza data proprio dall'apertura del rubinetto, mentre un elemento sensore di temperatura, posto in prossimità del rubinetto di uscita, inizia a riscontrare la temperatura dell'acqua che scorre appunto entro la citata canalizzazione a valle del dispositivo bruciatore stesso.

Nelle apparecchiature del tipo descritto si riscontra che, nel corso di un transitorio di discreta durata ed interessante il tempo che segue immediatamente l'attivazione del dispositivo bruciatore, la temperatura dell'acqua fuoriuscente dalle apparecchiature stesse, raggiunge e supera la temperatura considerata ottimale in maniera abbastanza rilevante, per poi iniziare quindi ad oscillare attorno alla stessa temperatura ottimale stessa per poi raggiungerla, in maniera stabile, solo dopo un tempo di apprezzabile lunghezza. Questi sbalzi si verificano proprio perché il rilevamento della temperatura dell'acqua, effettuato tramite il suddetto sensore, viene effettuata sull'acqua in un punto "fisicamente" non idoneo allo scopo di controllo della stessa, con ovvi riflessi anche sulle inerzie dei salti termici che risultano troppo lunghi ed ampi.

In conseguenza di tale fatto, l'acqua fuoriuscente da tali apparecchiature raggiunge, seppure per breve tempo dopo l'attivazione delle apparecchiature stesse, una temperatura eccessiva, che male si concilia con le abituali utilizzazioni domestiche in quanto, per esempio, qualora l'acqua venga utilizzata per scopi igienici, può dare origine a temporanei effetti "brucianti" delle persone che ricorrono alle apparecchiature medesime.

Un ulteriore inconveniente delle descritte apparecchiature di tipo noto consiste nel fatto che, essendo lo scambiatore di calore assoggettato a violente azioni riscaldanti da parte del dispositivo bruciatore, la durata dello scambiatore di calore stesso risulta relativamente ridotta.

Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di eliminare gli inconvenienti ora menzionati attraverso una apparecchiatura per il riscaldamento dei fluidi in grado di erogare acqua calda presentante, anche nel corso del transitorio che segue immediatamente l'attivazione dell'apparecchiatura stessa, una temperatura sostanzialmente costante ed approssimante quella considerata ottimale.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura in grado di assoggettare uno scambiatore di calore destinato a riscaldare acqua a sbalzi termici meno impegnativi di quelli tipici dell'arte nota, con conseguente maggiore durata dello scambiatore di calore stesso.

L'invenzione, quale essa è caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema di fornire una apparecchiatura per il riscaldamento di fluidi, del tipo comprendente un dispositivo bruciatore, mezzi di regolazione dell'energia termica fornita dal dispositivo bruciatore, un elemento scambiatore di calore assoggettato all'azione del dispositivo bruciatore e dotato di una canalizzazione percorribile da un flusso di fluido da riscaldare, un primo condotto di erogazione del fluido da riscaldare alla canalizzazione, ed un secondo condotto di allontanamento di fluido riscaldato dalla canalizzazione stessa, caratterizzata dal fatto che i condotti sono realizzati e reciprocamente disposti in maniera tale da dare origine ad uno scambio termico fra i fluidi in essi contenuti.

Preferibilmente, al dispositivo bruciatore sono associati mezzi di regolazione della potenza termica erogata dal dispositivo bruciatore stesso, e l'apparecchiatura comprende mezzi sensori delle temperature dei fluidi contenuti entro i condotti, ed una centralina elettronica atta ad azionare, secondo il valore differenza letto dai mezzi sensori e secondo una legge predeterminata, i mezzi di regolazione.

Le caratteristiche tecniche dell'invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate, ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 illustra una apparecchiatura per il riscaldamento di fluidi realizzata in accordo con la presente invenzione, in una vista frontale schematica;

la figura la illustra un particolare ingrandito di cui a figura 1, e più precisamente un sensore di rilevamento della temperatura.

le figure 2 e 3 illustrano rispettivi grafici illustranti la temperatura raggiungibile dall'acqua in una unità di tempo, ed i relativi picchi di transitorio della stessa acqua, il primo si riferisce ad un dispositivo noto, mentre il secondo è inerente al dispositivo di cui a figura 1.

Conformemente alla figura 1, con 1 è indicata nel suo complesso una apparecchiatura per il riscaldamento di un fluido costituito, preferibilmente, da acqua.

Tale apparecchiatura 1 comprende un corpo scatolare 2, nella cui porzione inferiore è alloggiato un dispositivo bruciatore 3 alimentato con gas tramite un condotto 4, lungo il quale è disposto un elemento valvolare 5 ad azionamento elettrico, di tipo noto, utilizzabile per regolare la mandata del gas al dispositivo bruciatore 3 stesso.

Al disopra del dispositivo bruciatore 3, il corpo scatolare 2 contiene una cappa 6, superiormente comunicante con l'ambiente esterno, tramite un condotto 7 ed un elettroventi latore 8 per lo smaltimento dei fumi; la porzione superiore del corpo scatolare 2 comunica inoltre con l'ambiente esterno, per consentire l'ingresso dell'aria di combustione entro il corpo scatolare 2 stesso, tramite un condotto 9.

Entro la cappa 6, al disopra del dispositivo bruciatore 3 è situato uno scambiatore di calore 10, il quale comprende una canalizzazione 11 alla quale è collegata, in modo di per sè noto, una opportuna alettatura 12 realizzata in materiale metallico. La canalizzazione 11 può presentare una forma qualunque, per esempio a serpentino, e nella figura allegata è stata schematizzata sotto la forma di un corpo tubolare presentante una conformazione a "U".

Una prima porzione di estremità 13 di tale canalizzazione 11 comunica, tramite un primo condotto 14 ed un elemento valvolare 15, con una sorgente (non illustrata) di acqua fredda. Una seconda porzione di estremità 16 della canalizzazione 11 comunica con una porzione superiore di un elemento tubolare o secondo condotto 17, il quale racchiude coassialmente a tenuta il citato primo condotto 14 e presenta una propria porzione 18 inferiore collegata ad un terzo condotto 19 di erogazione di acqua calda.

In corrispondenza di un tratto terminale di tale terzo condotto 19 è disposto un rubinetto 20 atto a consentire o interdire l'erogazione dell'acqua calda attraverso la bocca di uscita del terzo condotto 19 stesso.

Ad una porzione sostanzialmente mediana dell'elemento tubolare 17 sono associati dei mezzi sensori 21, in grado di rilevare, tramite una sonda 22, la temperatura dell'acqua presente entro il secondo condotto 17 stesso, in quanto la stessa sonda 22 vi è "annegata" al'intemo (vedi figura la), e, tramite contatto con la superficie esterna del primo condotto 14, la temperatura dell'acqua presente entro il primo condotto 14 stesso che quindi va ad influenzare quella calda del secondo condotto 17 per quanto riguarda il segnale in uscita della sonda 22, segnale che sarà quindi la media delle due temperature.

La sonda 22 è collegata ad una centralina elettronica 24 programmabile allo scopo, le cui parti principali sono di per sè note agli esperti del settore, alla quale fanno capo, in maniera non illustrata, anche l'elemento valvolare 5 e l'elemento valvolare 15.

In uso, all'atto dell'apertura del rubinetto 20, la centralina 24 determina l'apertura dell'elemento valvolare 15, e l'acqua inizia a fluire attraverso la bocca di estremità del condotto 19 (vedi frecce F). In conseguenza di tale apertura dell'elemento valvolare 15, in modo di per sè noto, viene dato un consenso all'elemento valvolare 5 (tramite sempre la centralina 24), che consente da tale istante l'afflusso del gas al dispositivo bruciatore 3.

L'elemento sensore 21 rileva costantemente la temperatura dell'acqua fluente entro il primo condotto 14 ed entro il secondo condotto 17, tramite la sonda 22, ed invia alla centralina 24 segnali elettrici proporzionali alle temperature rilevate. Nell'ambito della centralina 24, tale segnale elettrico da origine, in modo di per sè noto al tecnico del settore, all'emissione di un segnale di regolazione dell'elemento valvolare 5.

Tale segnale determina, sempre in modo di per sè noto, una maggiore o minore apertura di un passaggio intero (non illustrato) dell'elemento valvolare 5, facendo fluire, attraverso il passaggio interno medesimo, una quantità di gas sufficiente a portare e mantenere ad un valore desiderato, in un tempo brevissimo, la temperatura dell'acqua presente entro il condotto 17.

Il fatto che l'acqua fredda fluente attraverso il primo condotto 14 transiti con moto in controcorrente rispetto al moto dell'acqua calda entro il secondo condotto 17, fa sì che l’acqua fredda stessa subisca una sorta di pre - riscaldamento, e si è constatato che, anche nel corso del transitorio citato nelle premesse della presente descrizione, tale fatto rende più uniforme la temperatura dell'acqua calda fuoriuscente dal condotto 19: questo risultato è ben visibile nei grafici di figura 2 e 3, dove sono illustrati relativi schemi in coordinate cartesiane, in cui in ascissa è indicata la temperatura T°, mentre in ordinata è indicato il tempo TP, il primo è riferito ad una soluzione di tipo noto, mentre il secondo è riferito alla soluzione in oggetto.

Si noti che la citata operazione di confronto fra le temperature dell'acqua entro il primo ed il secondo condotto 14 e 17 consente, all'atto pratico, di rilevare in ogni istante, la velocità di variazione della temperatura dell'acqua calda e, in sostanza, la velocità dell'acqua fluente entro il primo ed il secondo condotto 14 e 17.

La citata centralina 24 infatti effettua in modo di per sè noto delle operazioni di calcolo basate su formule (di per sè note) che, in uno scambiatore di calore in controcorrente, legano fra loro le temperature dei due flussi di acqua e la velocità di efflusso dell'acqua stessa entro i condotti facenti parte dello scambiatore di calore medesimo. Tale fatto consente di non prevedere la presenza, nell'apparecchiatura 1 , di dispositivi misuratori di portata dell'acqua, che sono normalmente necessari nelle analoghe apparecchiature di tipo noto.

Si noti inoltre che nell’apparecchiatura, a differenza di quanto avviene nelle analoghe apparecchiature note, non è necessario prevedere la presenza di dispositivi utilizzabili per modificare il funzionamento dell'apparecchiatura stessa durante i periodi estivo ed invernale: il fatto che l’acqua in ingresso nell'apparecchiatura 1 risulti più fredda nel periodo invernale che nel periodo estivo viene riscontrato in maniera automatica dall'elemento sensore 23, e l’apparecchiatura risulta sempre perfettamente regolata sotto l'azione della citata centralina 24.

E' opportuno notare che, ovviamente, in una forma di attuazione non rappresentata della presente invenzione, il secondo condotto 17 potrebbe essere interno al primo condotto 14; in alternativa, poi, il primo ed il secondo condotto 14 e 17 potrebbero non essere l'uno contenuto entro l'altro, ma potrebbero essere semplicemente opportunamente sagomati e disposti in reciproco contatto lungo convenienti tratti, in maniera tale da dare origine allo scambio di calore sopra considerato.

Da quanto detto appare evidente come l'apparecchiatura secondo la presente invenzione raggiunga pienamente gli scopi prefissati, dal momento che essa è in grado di erogare acqua calda presentante, anche nel corso del transitorio che segue immediatamente l'attivazione dell'apparecchiatura stessa, una temperatura sostanzialmente costante ed approssimante quella considerata ottimale, in un tempo ridotto rispetto alle soluzioni di tipo noto.

Inoltre, l'apparecchiatura descritta, grazie all'accurata regolazione esercitata dalla centralina su alcuni suoi componenti, è in grado di assoggettare lo scambiatore di calore a sbalzi termici meno impegnativi di quelli tipici dell'arte nota, con conseguente maggiore durata dello scambiatore di calore stesso.

Come già accennato precedentemente, il fatto che la centralina, tramite il sensore, mantenga sotto controllo l'apparecchiatura anche in funzione del periodo invernale od estivo (dove la temperatura di partenza dell'acqua risulta molto diversa) permette di ottenere, come visibile infatti nelle figure 2 e 3, una temperatura di partenza molto più prossima alla temperatura desiderata (indicata con Tx nei grafici), ed un relativo tempo di arrivo (indicato con Tpy) dell'acqua alla temperatura decisa in modo costante inferiore rispetto alle soluzioni precedenti, oltre ad una conseguente definizione di "picchi" di transitorio nettamente inferiori a quelli riscontrati sulle apparecchiature di tipo noto.

Conseguentemente, si verifica che la temperatura di uscita dell'acqua calda è maggiore al diminuire della temperatura in entrata dell'acqua fredda (conseguenza "desiderata" dall'utenza), per arrivare alla temperatura media comunque costante e letta dal sensore, oppure eventualmente regolata in modo diretto dall'esterno (tramite potenziometro di riferimento).

L'invenzione così concepita 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 (9)

1. Apparecchiatura per il riscaldamento di fluidi, del tipo comprendente un dispositivo bruciatore (3), mezzi (5) di regolazione dell'energia termica fornita dal detto dispositivo bruciatore (3), un elemento scambiatore di calore (10) assoggettato all'azione del detto dispositivo bruciatore (3) e dotato di una canalizzazione (11) percorribile da un flusso di fluido da riscaldare, un primo condotto (14) di erogazione del detto fluido da riscaldare alla detta canalizzazione (11), ed un secondo condotto (17) di allontanamento di fluido riscaldato dalla canalizzazione (11) stessa, caratterizzata dal fatto che i detti primo e secondo condotto (14, 17) sono realizzati e reciprocamente disposti in maniera tale da dare origine ad uno scambio termico fra i fluidi in essi contenuti.

2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che uno (14) dei detti primo e secondo condotto è alloggiato almeno parzialmente entro l'altro detto condotto (17).

3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il detto primo condotto (14) è alloggiato almeno parzialmente entro il detto secondo condotto (17).

4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il moto del detto fluido entro i detti primo e secondo condotto (14, 17) avviene in controcorrente.

5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i detto condotti (14, 17) sono disposti almeno parzialmente in condizione di contatto reciproco.

6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, nella quale al detto dispositivo bruciatore (3) sono associati mezzi di regolazione (5) della potenza termica erogata dal dispositivo bruciatore (3) stesso, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi sensori (21) delle temperature dei fluidi contenuti entro i detti primo e secondo condotto (14, 17), ed una centralina elettronica (24) atta a rilevare il valore differenza fra le dette temperature, ovvero la media, e ad azionare, secondo una legge predeterminata, i detti mezzi di regolazione (5).

7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detti mezzi sensori (21) sono costituiti da una sonda (22) o rilevatore di temperatura annegato in detto secondo condotto (17) ed a contatto, esternamente, con detto primo condotto (14).

8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che il detto dispositivo bruciatore (3) è alimentato a gas combustibile e che i detti mezzi di regolazione comprendono mezzi valvolari (5).

9. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.