ITBS20070170A1 - FOLDABLE TUBULAR THERMAL EXCHANGER - Google Patents

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ITBS20070170A1
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Abstract

This invention concerns a tubular heat exchanger, comprising and external tube (11 ) in which extends at least one internal corrugated tube (12) and where the heat exchange takes place between a first fluid flowing in a tube and a second fluid flowing in the other tube. Between the external tube (11 ) and the internal corrugated tube (12) is positioned a filiform element (13) with a helicoidal pitch acting as a spacer between said tubes along all their lengths. The external tube and the internal tube are pliable, and the helicoidal filiform element is wrapped around the internal tube and rests against the internal surface of the external tube to form an annular conduit between said tubes.

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

del BREVETTO per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: of the PATENT for INDUSTRIAL INVENTION entitled:

"SCAMBIATORE TERMICO TUBOLARE PIEGHEVOLE" "FOLDABLE TUBULAR HEAT EXCHANGER"

Campo dell'Invenzione Field of the Invention

La presente invenzione concerne gli scambiatori di calore ad alta efficienza termica, in particolare scambiatori del tipo comprendenti un tubo esterno nel quale si estende almeno un tubo corrugato e dove il calore viene scambiato tra un primo fluido passante in un tubo ed un secondo fluido percorrente l'altro tubo. The present invention relates to heat exchangers with high thermal efficiency, in particular exchangers of the type comprising an external tube in which at least one corrugated tube extends and where the heat is exchanged between a first fluid passing through a tube and a second fluid flowing through the tube. other tube.

Stato della Tecnica State of the art

In commercio e almeno dai documenti US 2007/0187067 e J 2004/012114, già è noto uno scambiatore di calore del tipo succitato formato da due tubi coassiali inseriti uno nell'altro, nei quali passano fluidi a temperature diverse per uno scambio termico. Il tubo più interno è costituito da un materiale ad alta conducibilità termica, che consente un efficiente scambio di calore tra i fluidi, mentre il tubo più esterno è realizzato con materiale a bassa conducibilità termica e/o isolato verso l'esterno per avere una minore dispersione di calore. On the market and at least from documents US 2007/0187067 and J 2004/012114, a heat exchanger of the aforementioned type is already known formed by two coaxial pipes inserted one into the other, in which fluids at different temperatures pass for a heat exchange. The innermost tube is made of a material with high thermal conductivity, which allows an efficient heat exchange between the fluids, while the outermost tube is made of material with low thermal conductivity and / or insulated towards the outside to have a lower heat dispersion.

Come tubi interni, in questi scambiatori termici, possono essere usati tubi corrugati, ovvero ondulati, per aumentare così la superficie di scambio termico, nonché la turbolenza dei fluidi al fine di migliorare l'efficienza dello scambiatore. Sono altresì conosciuti degli scambiatori di calore tubolari formati da un tubo esterno e da più tubi interni corrugati, disposti paralellamente. Corrugated or corrugated tubes can be used as internal tubes in these heat exchangers to increase the heat exchange surface, as well as the turbulence of the fluids in order to improve the efficiency of the exchanger. Tubular heat exchangers formed by an external tube and several internal corrugated tubes, arranged in parallel, are also known.

Gli scambiatori di calore utilizzanti tubi corrugati hanno tuttavia delle problematiche di assemblaggio, nel mantenere in assetto coassiale o parallelo il o i tubi interni nel tubo esterno affinché le loro superfici non aderiscano e quindi ostacolino il passaggio e, con ciò, lo scambio di calore tra i fluidi in circolazione. Inoltre detti scambiatori hanno difficoltà se non l impossibilità nel poter essere piegati o modellati in dipendenza della loro destinazione e delle condizioni d'uso senza causarne schiacciamenti e rastremazioni localizzate, che possono alterare l'uniformità nel percorso del fluido. However, heat exchangers using corrugated tubes have assembly problems, in keeping the internal tube (s) in the external tube in coaxial or parallel arrangement so that their surfaces do not adhere and therefore obstruct the passage and, with this, the heat exchange between the fluids in circulation. Furthermore, said exchangers have difficulty if not impossibility in being able to be bent or shaped according to their destination and conditions of use without causing localized squashing and tapering, which can alter the uniformity of the fluid path.

Scopo e Sommario dell'Invenzione Purpose and Summary of the Invention

La presente invenzione è invece diretta a risolvere efficientemente le suddette problematiche e corrispondentemente essa propone uno scambiatore termico tubolare secondo il preambolo della rivendicazione 1, nel quale tra tubo esterno e almeno un tubo corrugato interno è disposto un elemento filiforme di sezione piena oppure tubolare ad andamento elicoidale fungente da distanziale tra detti tubi, e dove sia il tubo esterno che il o i tubi interni possono essere in un qualsiasi materiale purché pieghevole. The present invention, on the other hand, is aimed at efficiently solving the aforementioned problems and correspondingly it proposes a tubular heat exchanger according to the preamble of claim 1, in which between the external tube and at least one internal corrugated tube there is arranged a thread-like element with a solid section or a tubular helical which acts as a spacer between said tubes, and where both the outer tube and the inner tube or tubes can be made of any material as long as it is pliable.

Uno scambiatore termico, secondo questa invenzione, viene ad avere un alto grado di ripiegabilità ed almeno i seguenti vantaggi di: semplificare l'accoppiamento tra il o i tubi interni con quello esterno; garantire assetto e coassialità/ parallelismo dei tubi per tutta la loro lunghezza evitando schiacciamenti, aderenze o altra deformazione; garantire così un flusso del fluido il più costante ed omogeneo possibile per unità di sezione; e potere dare svariate forme allo scambiatore, potendolo piegare in dipendenza delle condizioni d'uso. Per di più, nello scambiatore di calore qui proposto il percorso dei fluidi al suo interno viene ad essere aumentato e la turbolenza incrementata con gli ulteriori vantaggi di un migliore rendimento termico, di minimizzare i depositi di calcare e, quindi, di ridurre gli interventi di manutenzione ed aumentare la vita del sistema. A heat exchanger, according to this invention, has a high degree of foldability and at least the following advantages of: simplifying the coupling between the internal pipe or tubes with the external one; guarantee the alignment and coaxiality / parallelism of the pipes along their entire length, avoiding crushing, adhesions or other deformations; thus guaranteeing a fluid flow as constant and homogeneous as possible per unit of section; and being able to give various shapes to the exchanger, being able to bend it according to the conditions of use. Moreover, in the heat exchanger proposed here the path of the fluids inside it is increased and the turbulence increased with the further advantages of a better thermal efficiency, of minimizing limescale deposits and, therefore, of reducing the interventions of maintenance and increase the life of the system.

Breve Descrizione dei Disegni Brief Description of the Drawings

Maggiori dettagli dell'invenzione risulteranno comunque evidenti dal seguito della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni, indicativi e non limitativi, nei quali: Further details of the invention will in any case become evident from the following description made with reference to the accompanying drawings, indicative and not limiting, in which:

la Fig. 1 mostra una vista esplosa dei componenti di uno scambiatore termico secondo un esempio di realizzazione; Fig. 1 shows an exploded view of the components of a heat exchanger according to an exemplary embodiment;

la Fig. 2 mostra una sezione longitudinale di un tratto di scambiatore termico assemblato realizzato con i componenti in Fig. 1; la Fig. 3 mostra una vista di estremità dello scambiatore termico in Fig. 2; Fig. 2 shows a longitudinal section of an assembled heat exchanger section made with the components in Fig. 1; Fig. 3 shows an end view of the heat exchanger in Fig. 2;

la Fig. 4 mostra una sezione longitudinale di un tratto di uno scambiatore termico secondo una variante costruttiva; Fig. 4 shows a longitudinal section of a section of a heat exchanger according to a construction variant;

le Figg. 5 e 6 mostrano, rispettivamente, una sezione longitudinale e una vista di estremità di un tratto di uno scambiatore termico secondo un'altra variante costruttiva; Figs. 5 and 6 show, respectively, a longitudinal section and an end view of a section of a heat exchanger according to another construction variant;

le Figg. 7 e 8 mostrano, rispettivamente, una sezione longitudinale e una vista di estremità di un tratto di uno scambiatore termico secondo un'ulteriore variante costruttiva; Figs. 7 and 8 show, respectively, a longitudinal section and an end view of a section of a heat exchanger according to a further construction variant;

la Fig. 9 mostra in sezione uno scambiatore secondo l'invenzione con un raccordo terminale per una mandata o ritorno dei fluidi destinati a circolare nei tubi per lo scambio termico; e Fig. 9 shows in section an exchanger according to the invention with a terminal connection for a delivery or return of the fluids intended to circulate in the pipes for the heat exchange; And

la Fig. 10 mostra una realizzazione di scambiatore termico con più tubi interni riuniti in un fascio. Fig. 10 shows an embodiment of a heat exchanger with several internal tubes gathered in a bundle.

Descrizione dettagliata dell'Invenzione Detailed description of the invention

Come rappresentato, lo scambiatore di calore 10 qui proposto è costituito essenzialmente da un tubo esterno 11, da almeno un tubo interno 12 e da almeno un elemento distanziale filiforme 13. As shown, the heat exchanger 10 proposed here essentially consists of an external tube 11, at least one internal tube 12 and at least one thread-like spacer element 13.

Il tubo esterno 11 può essere in un qualsiasi materiale, gomma e materia plastica comprese, purché pieghevole e a bassa conducibilità termica. Oppure esso può avere uno strato esterno 14 termoisolante per evitare dispersione di calore. Il suo diametro interno è maggiore del diametro esterno del tubo interno 12. Inoltre, il tubo esterno 11 può essere sia monostrato sia multistrato (Fig. 4). Eventualmente, ancorché non rappresentato, il tubo esterno può essere anch'esso corrugato, ovvero ondulato, come mostrato nelle Figg. 7 e 8. The outer tube 11 can be made of any material, including rubber and plastic, as long as pliable and with low thermal conductivity. Or it can have an external heat-insulating layer 14 to avoid heat dispersion. Its internal diameter is greater than the external diameter of the internal pipe 12. Furthermore, the external pipe 11 can be either single-layer or multi-layer (Fig. 4). Optionally, even if not shown, the outer tube can also be corrugated, that is, corrugated, as shown in Figs. 7 and 8.

Il tubo interno 12 ha una parete corrugata, ovvero ondulata, e può essere in metallo, acciaio inossidabile, o in qualsiasi altro materiale, purché flessibile e con elevate caratteristiche di conducibilità termica per agevolare lo scambio di calore tra un fluido destinato a circolare nel tubo esterno e un altro fluido fatto circolare nel tubo interno. The inner tube 12 has a corrugated wall, that is corrugated, and can be made of metal, stainless steel, or any other material, as long as it is flexible and with high thermal conductivity characteristics to facilitate the exchange of heat between a fluid intended to circulate in the tube. and another fluid circulated in the inner tube.

La corni gazione/ ondulazione del tubo interno 12 può essere parallela come mostrato nelle Figg. 1 e 2 oppure con un andamento elicoidale, anche a più principi, come mostrato nelle Fig. 4, 5 e 7. The cornering / corrugation of the inner tube 12 can be parallel as shown in Figs. 1 and 2 or with a helical course, even with multiple starts, as shown in Fig. 4, 5 and 7.

L'elemento distanziale filiforme 13 può essere di sezione piena oppure tubolare e realizzato con un qualsiasi materiale metallico, acciaio inossidabile compreso, gomma o materia plastica, meglio se con bassa conducibilità termica. In ogni caso, esso è predisposto con un andamento elicoidale ed avvolto attorno al tubo interno 12 per tutta la sua lunghezza. Ciò in modo da risultare tra tubo interno e tubo esterno al fine mantenere la coassialità/parallelismo tra i due tubi e delimitare tra questi un canale anulare 15 anch'esso ad andamento elicoidale e di sezione costante anche quando l'insieme viene ad essere variamente piegato. The thread-like spacer element 13 can be of solid or tubular section and made of any metal material, including stainless steel, rubber or plastic, preferably with low thermal conductivity. In any case, it is arranged with a helical course and wound around the inner tube 12 for its entire length. This is so as to be between the inner tube and the outer tube in order to maintain the coaxiality / parallelism between the two tubes and to delimit between these an annular channel 15 also with a helical course and constant section even when the assembly is variously bent. .

Quando il tubo interno 12 ha una corni gazione/ ondulazione elicoidale, l'elemento distanziale filiforme 13 può essere avvolto attorno al tubo interno, sia con lo stesso andamento elicoidale della sua corrugazio ne/ ondulazione come nelle Figg. 4 e 7, sia con andamento contrario come in Fig. 5. Nel primo caso, l'elemento distanziale filiforme 13 può trovare assetto in un'ansa elicoidale 12' della superficie esterna corrugata del tubo interno 12, ansa che potrà allora essere opportunamente dimensionata almeno per la sua profondità. When the inner tube 12 has a helical corrugation / corrugation, the filiform spacer element 13 can be wrapped around the inner tube, both with the same helical course of its corrugation / undulation as in Figs. 4 and 7, both with the opposite trend as in Fig. 5. In the first case, the thread-like spacer element 13 can be arranged in a helical loop 12 'of the corrugated outer surface of the inner tube 12, a loop which can then be suitably sized at least for its depth.

L'assemblaggio dello scambiatore termico è realizzato, per esempio, avvolgendo preventivamente l'elemento distanziale elicoidale 13 attorno al tubo interno 12 e infilando poi questi componenti combinati nel tubo esterno 11. Il tubo estero 11 sarà poi collegato a un sistema previsto per la circolazione di un primo fluido nel canale anulare 15, mentre il tubo interno 12 sarà collegato a un sistema per la circolazione di un secondo fluido per lo scambio termico, preferibilmente contro corrente, con il primo fluido passante in detto canale anulare. Un tale collegamento può essere realizzato, per esempio, a mezzo di un raccordo 16 concepito proprio per un passaggio di fluido nel canale 15 e nel tubo interno 12 come mostrato nella Fig. 9. The assembly of the heat exchanger is carried out, for example, by previously wrapping the helical spacer element 13 around the inner tube 12 and then inserting these combined components into the outer tube 11. The external tube 11 will then be connected to a system provided for circulation of a first fluid in the annular channel 15, while the inner tube 12 will be connected to a system for the circulation of a second fluid for heat exchange, preferably against the current, with the first fluid passing through said annular channel. Such a connection can be made, for example, by means of a fitting 16 designed specifically for a passage of fluid in the channel 15 and in the internal tube 12 as shown in Fig. 9.

L'elemento filiforme 13 funge comunque da guida e supporto per il tubo interno 12 nel tubo esterno 11, assicurando la loro coassialità senza impedire che l'insieme possa essere piegato e modellato secondo necessità e in dipendenza della destinazione e collocazione dello scambiatore al momento del suo utilizzo. Per di più, da un lato, la corrugazione del tubo interno 12 contribuisce a conferire un movimento turbolento al fluido passante nel tubo stesso e, d'altro lato, l'elemento filiforme 13, unitamente alla corrugazione del tubo interno 12 ed eventualmente anche del tubo esterno 11, obbliga il flusso di fluido passante nel canale anulare 15 a seguire un percorso accidentato, sostanzialmente elicoidale, che ne aumenta la turbolenza nel senso di ottimizzare lo scambio termico tra i due fluidi e di ridurre i depositi di calcare così come ricercato. The filiform element 13 in any case acts as a guide and support for the inner tube 12 in the outer tube 11, ensuring their coaxiality without preventing the assembly from being bent and shaped as needed and depending on the destination and location of the exchanger at the time of its use. Furthermore, on the one hand, the corrugation of the inner tube 12 contributes to giving a turbulent movement to the fluid passing through the tube itself and, on the other hand, the thread-like element 13, together with the corrugation of the inner tube 12 and possibly also of the external tube 11, forces the flow of fluid passing through the annular channel 15 to follow an uneven, substantially helical path, which increases its turbulence in the sense of optimizing the heat exchange between the two fluids and reducing limescale deposits as required.

Da notare infine che sempre in accordo con l'invenzione e con l'intento di conseguire lo stesso scopo e i medesimi risultati, uno scambiatore termico 20 di tipo tubolare e pieghevole potrà essere costituito da un tubo esterno 21, corrugato o non corrugato e isolato verso l'esterno, e da più tubi interni corrugati 22 riuniti in un fascio mediante un elemento filiforme elicoidale periferico 23 fungente da distanziale tra loro e la superficie interna del tubo esterno ed eventualmente distanziati l'uno dall'altro mediante altri elementi filiformi elicoidali 23' avvolti attorno ad ogni tubo interno come mostrato nella Fig. 10. Finally, it should be noted that always in accordance with the invention and with the intention of achieving the same purpose and the same results, a tubular and folding type heat exchanger 20 may consist of an external tube 21, corrugated or non-corrugated and insulated towards external, and by several internal corrugated tubes 22 joined in a bundle by means of a peripheral helical thread-like element 23 acting as a spacer between them and the internal surface of the external tube and possibly spaced from each other by other helical thread-like elements 23 ' wrapped around each inner tube as shown in Fig. 10.

Claims (10)

R IV E N D I C A Z I O N I 1. Scambiatore termico tubolare, comprendente un tubo esterno (11) nel quale si estende almeno un tubo interno corrugato (12) e dove lo scambio termico avviene tra un primo fluido passante in un tubo ed un secondo fluido percorrente l'altro tubo, caratterizzato in ciò che tra il tubo esterno (11) e 1' almeno un tubo interno corrugato (12) è disposto un elemento filiforme (13) ad andamento elicoidale fungente da distanziale tra detti tubi per tutta la loro lunghezza, e in ciò che sia il tubo esterno che il o i tubi interni sono pieghevoli. R IV E N D I C A Z I O N I 1. Tubular heat exchanger, comprising an external tube (11) in which at least one corrugated internal tube (12) extends and where the heat exchange takes place between a first fluid passing through one tube and a second fluid flowing through the other tube, characterized in that between the external tube (11) and 1 'at least one corrugated internal tube (12) there is a thread-like element (13) with a helical course acting as a spacer between said tubes for their entire length, and in what is the outer tube that the inner tube (s) are collapsible. 2. Scambiatore termico secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento filiforme elicoidale (13) ha una sezione piena oppure tubolare e può essere in metallo, gomma o materia plastica. 2. Heat exchanger according to claim 1, wherein said helical filiform element (13) has a solid or tubular section and can be made of metal, rubber or plastic. 3. Scambiatore termico secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui il tubo interno (12) ha una corrugazione parallela e l'elemento filiforme elicoidale (13) è avvolto attorno a detto tubo interno e si appoggia alla superficie interna del tubo esterno per delimitare tra i due tubi un condotto anulare (15). 3. Heat exchanger according to claims 1 or 2, wherein the inner tube (12) has a parallel corrugation and the helical thread-like element (13) is wrapped around said inner tube and rests on the inner surface of the outer tube to delimit between the two pipes an annular duct (15). 4. Scambiatore termico secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui il tubo interno (12) ha una corrugazione elicoidale, a uno o più principi, e l'elemento filiforme elicoidale (13) è avvolto attorno a detto tubo interno e si appoggia alla superficie interna del tubo esterno per delimitare tra i due tubi un condotto anulare (15). 4. Heat exchanger according to claims 1 or 2, wherein the inner tube (12) has a helical corrugation, with one or more starts, and the helical thread-like element (13) is wound around said inner tube and rests on the internal surface of the external tube to delimit an annular duct (15) between the two tubes. 5. Scambiatore termico secondo la rivendicazione 4, in cui l'elemento filiforme elicoidale (13) è avvolto attorno al tubo interno (12) con lo stesso andamento elicoidale della sua corrugazione esterna. 5. Heat exchanger according to claim 4, wherein the helical filiform element (13) is wound around the inner tube (12) with the same helical course as its outer corrugation. 6. Scambiatore termico secondo la rivendicazione 5, in cui detto elemento filiforme elicoidale (13) si assesta in un'ansa elicoidale della corrugazione esterna. 6. Heat exchanger according to claim 5, wherein said helical filiform element (13) settles in a helical loop of the external corrugation. 7. Scambiatore termico secondo la rivendicazione 4, in cui l'elemento filiforme elicoidale (13) è avvolto attorno al tubo interno (12) con un andamento elicoidale contrario alla sua corrugazione esterna. 7. Heat exchanger according to claim 4, in which the helical filiform element (13) is wound around the inner tube (12) with a helical course contrary to its outer corrugation. 8. Scambiatore termico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tubo esterno (11) è in un materiale a bassa conducibilità termica e/o è isolato termicamente verso l'esterno, e il tubo interno (12) è in un materiale ad alta conducibilità. 8. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, wherein the outer tube (11) is made of a material with low thermal conductivity and / or is thermally insulated towards the outside, and the inner tube (12) is made of a material with high conductivity. 9. Scambiatore termico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dotato di mezzi per una mandata e ritorno di un primo fluido nel canale tra il tubo esterno e il tubo interno e un secondo fluido in detto tubo interno. 9. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, provided with means for a delivery and return of a first fluid in the channel between the outer tube and the inner tube and a second fluid in said inner tube. 10. Scambiatore termico tubolare pieghevole, come sostanzialmente sopra descritto, illustrato e rivendicato per gli scopi specificati.10. Collapsible tubular heat exchanger, as substantially described above, illustrated and claimed for the specified purposes.
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