ITFI940072A1

ITFI940072A1 - Una unita' di refrigerazione stabilizzata, in specie per installazioni singole

Info

Publication number: ITFI940072A1
Application number: IT94FI000072A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Moroni
Original assignee: Frigel Firenze Srl
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-10-15
Also published as: ITFI940072A0; EP0677712A2; IT1269050B

Description

"UNA UNITA' DI REFRIGERAZIONE STABILIZZATA, IN SPECIE PER INSTALLAZIONI SINGOLE."

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad una unità di refrigerazione, la quale è stata studiata per risultare particolarmente sensibile e precisa per ottenere 1a stabilità della temperatura richiesta dall'utenza stessa, a portata costante; inoltre la unità di refrigerazione in oggetto è stata studiata per risultare particolarmente compatta e ridotta di ingombro, in modo da consentire una realizzazione anche singola per singole utenze, svincolando così ogni utenza da una centralizzazione che non risulta nè precisa, nè costante, nè economica. Questi ed altri scopi e vantaggi risulteranno evidenti dalla lettura del testo che segue.

La unità di refrigerazione in oggetto comprende un serbatoio accumulatore di liquido raffreddato, un gruppo frigorifero con evaporatore e condensatore, mezzi di circolazione ed un sensore per la stabilizzazione termostatica. Per gli scopi di cui sopra, la detta unità in oggetto sostanzialmente comprende:

- un circuito di utenza con pompa di circolazione;

- un circuito di refrigerazione con gruppo di raf red damento (evaporatore od altro), serbatoio di accumulo e pompa di circolazione;

- una maglia di raccordo tra i due circuiti, con due rami di connessione fra i due circuiti e due rami appartenenti ai due circuiti;

- ed una valvola a tre vie sul circuito di utenza e su detta maglia.

In questo modo la portata circolante nel circuito di utenza è ottenuta con una parte di portata a ricircolo diretto nel circuito di utenza e con una parte di portata a ricircolo attraverso detta maglia e detto circuito di refrigerazione; la valvola a tre vie viene pilotata dal sensore termostatico previsto sul circuito di utenza.

La valvola a tre vie può presentare una uscita verso la pompa del circuito di utenza, un primo ingresso diretto dal circuito di utenza ed un secondo ingresso dal ramo di connessione corrispondente alla mandata del circuito di refrigerazione.

Una stessa unità di refrigerazione può anche comprendere almeno un secondo circuito di utenza con almeno una ulteriore maglia di raccordo con il detto circuito di refrigerazione.

Il circuito di refrigerazione comprende in pratica un serbatoio di accumulo, di capacità anche molto 1 imitata, un evaporatore ed un condensatore facente parte di un generatore di freddo del tipo a fluido refrigerante (tipo "freon" od equivalente). Può essere anche prevista una circolazione diretta nel circuito di refrigerazione, da parte del fluido altrimenti circolante nel condensatore, quando la temperatura di questo fluido sia sufficientemente bassa rispetto alla temperatura richiesta dall'utenza.

Il trovato verrà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica esemplificazione non limitativa del trovato stesso. Nel disegno: la

Fig.1 mostra lo schema complessivo di una unità di refrigerazione secondo l'invenzione; la

Fig.2 mostra isolatamente una possibile conformazione di una valvola a tre vie applicabile allo schema in oggetto ; la

Fig.3 mostra uno schema multiplo.

Secondo quanto è illustrato nel disegno annesso, con 1 è indicata una utenza alla quale deve essere assicurata una temperatura sostanzialmente costante senza oscillazioni; vantaggiosamente la portata sarà costante. Con 3 è indicato genericamente un circuito di refrigerazione per l'utenza, il quale comprende una pompa di circolazione 5 ed un sensore termostatico 7 per la utenza. Con 9 è indicato un circuito di refrigerazione, con un gruppo di raffreddamento 10, un serbatoio d'accumulo 12, una pompa di circolazione 14 ed un sensore 16 del circuito di raffreddamento. Il gruppo di raffreddamento 10 può essere del tipo a circolazione di fluido refrigerante con un evaporatore 10A, un condensatore 10B , un compressore 10C ed un circuito 18 connesso al condensatore 10B per lo smaltimento del calore dal condensatore verso una sorgente esterna; questo circuito di smaltimento 18 può essere comune ad una pluralità di unità di refrigerazione come descritte ed anche per altri complessi di refrigerazione.

Con 20 è indicata una maglia di raccordo fra i due circuiti 3 e 9; questa maglia 20 comprende due rami di connessione 20A, 20B fra i due circuiti 3 e 9 e due rami 20C e 20E appartenenti ai due circuiti rispettivamente 3 e 9. Con 22 è indicata una valvola a tre vie con attuatore 22A; la valvola a tre vie è disposta con un ingresso sul ramo 20C e l'uscita sul circuito 3, mentre l'altro ingresso di detta valvola è predisposto sul ramo di connessione 20B il quale corrisponde alla mandata della pompa 14 di circolazione del circuito di refrigerazione 9. La valvola a tre vie 22 è pilotata dal sensore 7 combinato al circuito di utenza 3. Nella Fig.2 è mostrato uno schema tipico di una valvola a tre vie con un ingresso 22B che può essere quello che riceve da l ramo 20B ed un ingresso 22C che può corrispondere al ramo 20C, mentre con 22E è indicata l'uscita che è connessa alia aspirazione della pompa 5 dei circuito di utenza 3.

Il gruppo di raffreddamento 10 può essere escluso dal circuito di refrigerazione 9 quando la temperatura del fluido circolante nel condensatore sia sufficientemente bassa rispetto alla temperatura richiesta dall'utenza; in questo caso si può includere direttamente nel circuito di reirigerazione 9 lo stesso circuito 18 predisposto per lo smaltimento del calore dal condensatore 10B, agendo su rami 18A, 18B mostrati con tratto indicativo nello schema della Fig.1, ed escludendo il gruppo frigorifero 10. Può essere previsto preferibilmente - per questo scopo - di inserire una valvola 26 sul ramo 18A, 18B del circuito 18 ed una valvola 28 sul ramo del circuito 18 che interessa il condensatore 10B; potrà essere anche escluso l'evaporatore 10A con un'apposita valvola 30. In questo modo si riduce il consumo di fluido circolante nel circuito 18.

Il funzionamento dell'unità di refrigerazione descritta, quando vi sia escluso il ramo 18A, 18B e sia attivo il gruppo in raffreddamento 10, è il seguente. Due circolazioni indipendenti sono attuate con le pompe 5 e 1 sui due circuiti 3 e 9, ciascuno dei quali comprende un ramo rispettivamente 20C e 20E della maglia 20. Attraverso il pilotaggio della valvola a tre vie 22 si può parzializzare il ritorno attraverso il ramo 20C della maglia 20 dal circuito di utenza 3 e miscelare la portata richiamata dalla pompa 5 con una frazione del liquido circolante nel circuito di refrigerazione 9 e proveniente dal ramo 20B della maglia 20; la variazione del rapporto fra le due frazioni di portata così ottenute dalla valvola a tre vie, consente di ottenere una immediata correzione della potenza di raffreddamento resa all'utenza 1, e quindi le correzioni della temperatura per mantenerne la stabilità nell'utenza 1 è immediata. D'altra parte la separazione fra il circuito di utenza 3 ed il circuito di refrigerazione 9 consente di ridurre fortemente gli ingombri dei componenti associati al circuito di retrigerazione 9 ed in particolare del serbatoio di accumulo 12 per la possibilità di un rapido intervento e per la possibilità di consentire una isteresi termica nel serbatoio di accumulo 12, appunto per la possibilità di correzione ottenuta per la presenza della maglia 20 e della valvola a tre vie 22. E' così possibile ottenere una sostanziale compattezza e riduzione dell'ingombro dell'unità di refrigerazione in oggetto, tanto da consentire una installazione singola per ciascuna utenza, mantenendo un ingombro praticamente ben tollerabile di questa unità di refrigerazione in associazione a ciascuna utenza; ciò vale ad esempio per una pressa per lo stampaggio di materie plastiche, in cui l'utenza è rappresentata dallo stampo che deve essere mantenuto con costanza ad una temperatura molto precisa con minime oscillazioni e rapide correzioni. La limitazione dell'ingombro e della capacità del serbatoio di accumulo 121 consente e rende utile una riduzione anche degli altri componenti del gruppo di raffreddamento 10 ed in particolare dell'evaporatore 10A e del condensatore 10B.

E' anche possibile ottenere una diretta circolazione del fluido per lo smaltimento del calore previsto nel condensatore 10B , escludendo tutto il gruppo di refrigerazione 10 ed associando al circuito 18 con i rami 18A e 18B direttamente la parte del circuito di refrigerazione 9 comprendente i componenti 12, 14, 16, quando le temperature del fluido circolante nel circuito 18 sono sufficientemente basse rispetto alle temperature richieste per l'utenza.

Non si esclude che (vedi Fig.3) uno stesso circuito di refrigerazione 109 analogo a quello 9 possa essere utilizzato anche per due utenze 101X e 101Y, predisponendo singole maglie 120X e 120Y fra un circuito 109 comune e le rispettive indipendenti utenze 101X e 101Y. Le due maglie 120X e,120Y possono avere il ramo 120E in comune, e rispettivi circuiti di utenza 103X e 103Y con rispettive pompe 105X e 105Y e rispettive valvole a tre vie 122X e 122Y. Le due maglie 120X e 120Y possono avere il ramo 120E in comune, o rispettivi rami 120 in parallelo sul circuito 109.

Una unità di refrigerazione come quella descritta può consentire una realizzazione di impianti di condizionamento e di refrigerazione particolarmente semplificati e che offrono precisione e rapidità di interventi per la termostatazione delle singole utenze, in funzione delle esigenze anche differenti delle varie utenze ad esempio di uno stabilimento, ed anche con una parte comune a tutte le unità di refrigerazione, che possono essere connesse ad uno stesso circuito di smaltimento come quello 18.

La valvola a tre vie 20 o le valvole a tre vie 122X e 122Y possono essere dislocate in nodi differenti delle maglie 20 e 120, rispetto alla dislocazione indicata in disegno e preferibile.

Un refrigeratore di processo secondo l'invenzione risulta compatto e di alta precisione. Esso è adatto per varie applicazioni. Come esempio si può segnalare il settore della trasformazione delle materie plastiche e della gomma, che è in continua espansione. Le nuove tecnologie di elaborazione ed il continuo sviluppo di nuove materie prime, obbligano ad una maggiore specializzazione dei diversi processi produttivi ed alla ricerca delle condizioni ottimali per il loro raffreddamento. Questa specializzazione richiede l'adozione di un sistema di raffreddamento che abbia - fra l'altro -le seguenti caratteristiche: possibilità di differenziare il raffreddamento di ogni singolo processo; costanza e precisione della temperatura e della portata d'acqua di raffreddamento ad ogni singola utenza.

Una unità di refrigerazione secondo l'invenzione costituisce una idonea proposta tecnologica, capace di soddisfare entrambe le esigenze di cui sopra. Estremamente compatta e silenziosa, questa unità può essere posizionata a fianco del processo, vicino all'operatore, occupando pochissimo spazio produttivo. Grazie alla capacità di comunicazione, tramite idoneo protocollo può addirittura essere gestita e programmata direttamente dalla macchina di produzione, adeguandosi di volta in volta alle esigenze richieste dal tipo di lavorazione prescelta.

La sua completa indipendenza dagli altri processi, sommata al suo controllo elettronico di estrema precisione garantiscono, da una parte, la costanza della portata di ricircolo, dall'altra il perfetto mantenimento della temperatura impostata.

L'unità di refrigerazione di processo secondo l'invenzione può avere temperature di impiego tra -5° e 50°C, e può mantenere costante la temperatura impostata con un errore massimo di ± 1°C. L'unità è agevolmente dimensionabile per fornire un'elevata portata all 'utilizzo e può garantire un salto di temperatura attraverso l'utenza minore di 2°C. Si assicura cosi una perfetta uniformità di temperatura su tutta la superficie del pezzo da raffreddare.

Potendo essere condensata ad acqua, l'unità in questione per il suo raffreddamento può essere collegata ad un sistema di smaltimento di calore acqua-aria in circuito chiuso. In questo modo, il calore prodotto dalle varie unità refrigeranti può essere dissipato nell'ambiente esterno da un unico impianto centralizzato. Questo comporta due vantaggi fondamentali fra cui: una migliore resa estiva, poiché gli smaltitori si possono installare in posizione remota, in zone ventilate; una possibilità - nella stagione fredda - di utilizzare per il raffreddamento del processo direttamente l'acqua proveniente dagli smaltitori, arrestando i compressori frigoriferi dei singoli refrigeratori ed ottenendo un notevole risparmio di energia. Un controllore a raicroprocessore può essere previsto per provvvedere all'inserimento e disinser imento automatico del sistema^ ottimizzando in modo differenziato il risparmio energetico d'accordo con la temperatura impostata.

Rispetto ai sistemi tradizionali con l'uso di unità separate e di un impianto di smaltimento centralizzato, si ottengono molti vantaggi, fra cui:

1) VERSATILITÀ' E FLESSIBILITÀ', essendo possibili: gestione differenziata della temperaturaydella portata e della pressione di ogni singola utenza; ampio campo d'impiego (-5*0, 50°C); possibilità di programmazione tramite collegamento seriale con la macchina di produzione; ottimizzazione del rapporto tra il processo e la temperatura dell'acqua di raffreddamento;

2) COSTANZA E PRECISIONE, essendo possibili: precisione e stabilità della temperatura con errore di ± 1°C; parzializzazione "continua" della potenza frigorifera erogata da 0 a 100%; costanza della portata e della pressione alle utenze, non influenzata dagli altri processi; perfetta uniformità di produzione, minori scarti, maggiore produttività;

3) INSTALLAZIONE E GESTIONE agevoli, essendo possibili: facilità di movimentazione, installazione e messa in funzione senza bisogno di un esperto; posizionamento "a bordo macchina" vicino al processo ed all'operatore; pratica esenzione da manutenzione; impiantistica aggiuntiva semplice ed economica senza alcuna coibentazione né canalizzazioni dell'aria; immediata sostituzione in caso di guasto con minori danni di fermo-produzione;

4) RISPARMIO ENERGETICO, in quanto si riscontrano: basse correnti di spunto grazie alla suddivisione della potenza; nessuna dispersione in ambiente dei tubi di distribuzione d'acqua refrigerata; ottimizzazione del sistema di raffreddamento, grazie alla differenziazione della temperatura di ogni singola utenza; maggiore resa estiva dovuta ad una migliore dissipazione del calore di condensazione tramite gli smaltitori installati all'esterno; possibilità di recupero del calore di condensazione generato dai refrigeratori con la produzione di acqua calda fino a 50°C; migliore efficienza a carico ridotto dovuta alla centralizzazione dello smaltimento del calore di condensazione;

5) ECOLOGIA, in quanto il sistema suggerito ha complessivamente dal 50 al 70% in meno di fluido refrigerante rispetto al un sistema tradizionale di pari potenza, ed inoltre questo fluido si trova distribuito in tanti piccoli circuiti indipendenti, per cui un'eventuale perdita provocherebbe una emissione di gas in ambiente notevolmente inferiore.

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo esso trovato variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito dei concetto che informa il trovato stesso.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Una unità di refrigerazione con un serbatoio accumulatore di liquido raffreddato, un gruppo frigorifero con evaporatore e condensatore, mezzi di circolazione ed un sensore per la stabilizzazione termostatica, caratterizzata dal fatto di comprendere: - un circuito di utenza (3) con pompa di circolazione (5); - un circuito di refrigerazione (9) con gruppo di raffreddamento (10), serbatoio di accumulo (12) e pompa di circolazione (14); - una maglia di raccordo (20) fra i due circuiti (3, 9) , con due rami (20C; 20E) di connessione fra i due circuiti (3, 9) e due rami (20C; 20E) appartenenti ai due circuiti ; - ed una valvola a tre vie (22) su detta maglia (20) , per frazionare la portata circolante nel circuito di utenza (3) con una parte di portata a ricircolo diretto nel circuito di utenza e con una parte di portata a ricircolo attraverso detta maglia (20) e detto circuito di refrigerazione (9); detta valvola a tre vie (22) essendo pilotata dal sensore termostatico (7) .
2. Unità di refrigerazione come da rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta valvola a tre vie presenta una uscita (22E) verso la pompa (5) del circuito di utenza (3)., un primo ingresso (22C) diretto dal circuito di utenza (3) ed un secondo ingresso (22B) dal ramo di connessione (20B) corrispondente alla mandata del circuito di refrigerazione (9).
3. Unità di refrigerazione come da rivendicazione 1 o 2,caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un secondo circuito di utenza con almeno una ulteriore maglia di raccordo con il detto circuito di refrigerazione. A.
Unità di refrigerazione come da almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il circuito di refrigerazione (9) comprende un serbatoio di accumulo (12) di capacità limitata ed un evaporatore (10A) facente parte con un condensatore (10B) di un generatore di freddo (10) a fluido refrigerante od equivalente; essendo prevista una circolazione diretta (18B) nel circuito di refrigerazione (9) da parte del fluido circolante nel condensatore, con esclusione del generatore di freddo (10), quando la temperatura di questo fluido è sufficientemente bassa rispetto alla temperatura richiesta dall'utenza.
5. Una unità di refrigerazione stabilizzata, in specie per installazioni singole; il tutto come sopra descritto e rappresentato per esemplificazione nell'an nesso disegno.