ITGE940035A1 - Impianti per il controllo igrometrico di ambienti confinati,in particolare di piccola volumetria. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Impianto per il controllo igrometrico di ambienti confinati, in particolare di piccola volumetria"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad un impianto per il controllo igrometrico in ambienti confinati di piccola volumetria, quali ad esempio vetrine museali, o simili e del tipo comprendente almeno uno scambiatore di vapore acqueo tra l'aria dell'ambiente confinato ed una sostanza igroscopica contenuta nello scambiatore.

Attualmente per stabilizzare l'umidità relativa dell'aria interna agli ambienti suddetti ed evitare variazioni giornaliere di questa conseguenti a variazioni di temperatura dell'ambiente esterno (riscaldamento diurno e attenuazione notturna) o variazioni del contenuto di vapore dell'aria esterna che inevitabilmente, sebbene in piccola misura, s'infiltra nell'ambiente stesso, vengono utilizzate sostanze assorbenti quali gel di silice, setacci molecolari e etc . operanti sia nel senso d'assorbimento che della cessione di vapore. Questo sistema però non si presta a mantenere in tempi più lunghi, ad esempio anni, l'umidità relativa interna entro i limiti desiderati, in quanto richiede notevoli quantità di sostanze assorbenti, una rigenerazione della sostanza assorbente stessa con periodicità almeno annuale, la quale risulta indispensabile nei climi il cui livello medio dell'umidità relativa esterna differisce da quello di progetto da mantenere nell'ambiente. I noti impianti quindi non risultano adatti al mantenimento automatico dell'umidità 'relativa in un ambiente confinato intorno ad un prestabilito valore nei casi in cui l'ambiente esterno è soggetto a considerevoli variazioni climatiche di temperature giornaliere e di umidità soprattutto se di lumgo perioro.

Scopo della presente invenzione consiste nel realizzare un impianto del tipo descritto all'inizio realizzato in modo tale da permettere un mantenimento automatico e preciso di un predeterminato contenuto di umidità relativa in un ambiente confinato in presenza di variazioni climatiche dell'ambiente esterno ed anche quando in luogo di una deumidificazione dell'ambiente confinato si renda necessaria una umidificazione dello stesso, il tutto grazie ad accorgimenti costruttivi semplici, relativamente poco costosi e facilmente attuabili.

L'invenzione consegue i suddetti scopi con un impianto del tipo descritto all'inizio, in cui quale sostanza igroscopica viene utilizzata una soluzione igroscopica che viene fatta circolare in almeno uno scambiatore di vapore acqueo posto o direttamente all'interno dell'ambiente confinato oppure comunicante con questo, ovvero lambito da una circolazione d'aria proveniente da questo, ed in almeno una stazione di rigenerazione della soluzione igroscopica disposta all'esterno dell'ambiente confinato, ovvero uno scambiatore di vapore acqueo tra la sostanza igroscopica e l'aria esterna all'ambiente confinato, mentre sono previsti dei mezzi riscaldatori e/o raffreddatori alla temperatura di lavoro di almeno una parte della soluzione igroscopica nella stazione di rigenerazione, essendo lo scambiatore di vapore acqueo associato all'ambiente confinato ed il rigeneratore posto nell'ambiente esterno di tipo atto a consentire uno scambio di massa sia in senso di cessione sia in senso di assorbimento. I mezzi riscaldatori e/o raffreddatori comandati da mezzi di controllo operanti in base alla variazione di concentrazione della soluzione igroscopica rispetto ad un valore predeterminato, che viene rilevata mediante sensori.

Quali sostanze igroscopiche sono utilizzabili soluzioni acquose di opportune sostanze organiche come ad esempio glicerina oppure di sostanze saline LiCl, MgCl2, Ca(NO3)2 etc., o miscele di questi. Risulta pertanto possibile mantenere un prestabilito valore costante della concentrazione della soluzione igroscopica e con ciò un prestabilito valore dell'umidità relativa dell'aria nell'ambiente confinato anche in presenza di variazioni di temperatura e/o di umidità relativa dell'aria esterna, mentre l'impianto può operare oltre che quale deumidificatore anche quale umidificatore dell'ambiente confinato.

Si può ancora osservare. che la soluzione igroscopica può essere tale da assorbire efficacemente e/o neutralizzare anche chimicamente, anche eventuali sostanze inquinanti presenti nell'aria dell'ambiente confinato, ad esempio mediante l'aggiunta nella soluzione di piccole quantità di composti chimici atte a neutralizzare dette sostanze inquinanti, come per esempio Na CO3 per la neutralizzazione di NO2.

La rigenerazione può essere controllata regolando la temperatura di lavoro della soluzione igroscopica contenuta nella stazione di rigenerazione mediante un opportuno scambio termico in senso positivo o negativo (riscaldamento o raffreddamento).

I sensori della concentrazione della soluzione igroscopica possono essere di tipo qualsivoglia.

Secondo un perfezionamento dell'invenzione, i mezzi riscaldatori e/o raffreddatori possono essere costituiti da un semplice elemento termoelettrico a cella di Peltier che è aumentabile con una corrente continua di opportuna polarità.

L'invenzione ha per oggetto anche altre caratteristiche che perfezionano ulteriormente l'impianto di cui sopra e che sono oggetto delle sottorivendicazioni.

Le particolari caratteristiche dell'invenzione ed i vantaggi che ne derivano risulteranno con maggiori dettagli dalla descrizione di una forma esecutiva preferita di un impianto secondo, l'invenzione, illustrata a titolo d'esempio non limitativo nell'unica figura allegata.

Un ambiente confinato A comunica con uno scambiatore di vapore acqueo 1 del tipo atto a permettere lo scambio di vapore acqueo in senso di cessione o di assorbimento tra una soluzione igroscopica e l'aria dell'ambiente confinato A. E' possibile utilizzare qualsivoglia tipo di scambiatore con le suddette caratteristiche. Un primo esempio comprende un recipiente a colonna riempito di soluzione igroscopica attraverso la quale viene fatta circolare una corrente di aria dell'ambiente confinato A. Un forma alternativa può essere costituita da un recipiente 101 contenente della soluzione igroscopica e provvisto di pareti porose di separazione tra la soluzione igroscopica e l'aria dell'ambiente confinato A. Le pareti del recipiente 101 sono impermeabili alla soluzione igroscopica ma permeabili al vapore acqueo in ambedue i sensi di cessione e di assorbimento. Il recipiente 101 è alloggiato in una camera 201 che è collegata per mezzo di condotti 301, 401 per la circolazione dell'aria all'ambiente confinato A, mentre la circolazione dell'aria può essere assicurata da un ventilatore 501.

Lo scambiatore di vapore acqueo 1 è collegato ad un serbatoio polmone 2 per mezzo di un condotto di mandata 4 e di ritorno 3. La circolazione tra il serbatoio polmone 2 e lo scambiatore 1 viene ottenuta grazie ad una pompa 15.

La zona inferiore del serbatoio polmone 2 comunica con la zona inferiore di un secondo serbatoio di rigenerazione 5 per mezzo di una serpentina di rame 6, o simili. Nel condotto di ritorno 3 dal serbatoio polmone 2 allo scambiatore 1 è prevista una diramazione 7 sfociante nel secondo serbatoio di rigenerazione 5. La diramazione 7 è provvista di una valvola 8 di regolazione della portata. Il secondo serbatoio di rigenerazione 5 è collegato ad un rigeneratore 9 per mezzo di condotti di mandata e ritorno 10, 11, mentre la circolazione della soluzione igroscopica viene ottenuta anche in questo caso grazie ad una pompa 12. Detto rigeneratore 9 è costituito da uno scambiatore di vapore acqueo che è disposto esternamente all'ambiente confinato A e provvede allo scambio di vapore acqueo in ambedue i sensi tra la soluzione igroscopica e l'aria esterna. Il rigeneratore 9 può essere realizzato analogamente allo scambiatore di vapore acqueo 1 comunicante con l'ambiente confinato A.

Nel condotto di mandata 10 dal serbatoio di rigenerazione 5 al rigeneratore 9, è previsto un elemento di scambio termico 13, ad esempio una serpentina ricavata in una piastra d'alluminio in contatto termico con una delle due piastre 114 di una cella di Peltier 14. La cella di Peltier 14 viene alimentata con corrente continua di polarità tale, per. cui, la detta piastra 114, scambia con la soluzione igroscopica un flusso termico atto a riscaldare o raffreddare progressivamente la medesima nel serbatoio di rigenerazione fino alla temperatura di lavoro prevista al fine di concentrare o diluire la soluzione igroscopica grazie allo scambio negativo o positivo di vapore con l'aria esterna.

Le variazioni positive o negative di concentrazione si trasmettono al serbatoio polmone 2 in conseguenza della ridotta circolazione tra i due serbatoi 2, 5 che viene assicurata·dalla diramazione a portata) regolabile 7, 8 e dal collegamento 6 alla base dei) due serbatoi 2, 5. Il livello nel serbatoio polmone 2 risulta pertanto sempre mediamente correlato aliai concentrazione della soluzione .grazie al principio dei vasi comunicanti che lega i livelli dei due serbatoi 2, 5 tra loro. Conseguentemente tale livelloj può venire utilizzato per innescare in un senso o nell'altro il processo di rigenerazione, quando richiesto, ovvero per alimentare la cella di Peltier 14 con una corrispondente polarità.

Per rendere di simile entità gli scambi termici, realizzati in senso positivo e negatiovo mediante semplice inversione di polarità, potrà regolarsi una volta per tutte la potenza elettrica di alimentazione,. ovvero il voltaggio applicato alla cella di Peltier 14.

Il condotto di comunicazione 6 alla base dei due serbatoi 2, 5 che è costituito in tubo di rame di piccolo diametro (5mm), consente, in virtù della ridotta portata in transito, di assicurare sempre il ritorno della soluzione igroscopica dal serbatoio di rigenerazione 5 al serbatoio polmone 2 in condizioni pressoché isoterme con l'ambiente circostante.

Quando il rigeneratore 9 viene percorso dalla soluzione calda si ha una cessione di vapore acqueo dalla soluzione igroscopica all'ambiente esterno mentre nel caso opposto si ha un assorbimento di vapore acqueo dall'ambiente esterno alla soluzione igroscopica. La cessione e l'assorbimento di vapore acqueo influiscono sulla concentrazione della soluzione igroscopica che controlla il livello di umidità relativa nell'ambiente confinato A.

Una centralina di comando elettronica 20, in cui è preimpostabile un predeterminato valore di riferimento dell'umidità relativa correlato alla concentrazione della soluzione igroscopica, comprende l'unità d'alimentazione della cella di Peltier 14, quella delle pompe di circolazione 12 e 15. Il valore effettivo della concentrazione della soluzione igroscopica viene rilevato da uno o più sensori/trasduttori 21. Il sensore/trasduttore 21 può essere di diverso tipo. Nell'esempio della figura è possibile utilizzare sia un sensore di livello della soluzione igroscopica nel serbatoio polmone 2 sia un sensore di umidità. In questo caso il serbatoio polmone è realizzato chiuso ed il sensore misura l'umidità relativa nella parte al di sopra della soluzione igroscopica od in una camera con essa comunicante.

Il serbatoio polmone 2 costituisce tuttavia una sorta di volano di sicurézza del sistema e da solo è in grado di compensare, almeno per un certo periodo di tempo, le oscillazioni dell'umidità relativa nell'ambiente confinato A anche in caso di mancata rigenerazione.

Quando le variazioni climatiche esterne lo consentono, (il livello medio dell'umidità relativa esterna annuale pari al livello di progetto da mantenere nell'ambiente confinato A) l'impianto secondo l'invenzione può essere limitato ad un solo serbatoio polmone 2 di adeguata capacità collegato allo scambiatore di vapore acqueo 1 nell'ambiente confinato A per mezzo della pompa di circolazione 15.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per il controllo igrometrico in ambienti confinati di piccola volumetria, quali ad esempio vetrine museali, o simili e del tipo comprendente almeno uno scambiatore di vapore acqueo tra l'aria dell'ambiente confinato ed una sostanza igroscopica contenuta nello scambiatore, caratterizzato dal fatto che quale sostanza igroscopica viene utilizzata una soluzione igroscopica che viene fatta circolare in almeno uno scambiatore di vapore acqueo (1, 101, 201) posto o direttamente all'interno dell'-ambiente confinato (A) oppure comunicante con questo, ovvero lambito da una circolazione d'aria proveniente da questo, ed in almeno una stazione di rigenerazione (5, 9, 10, 11, 12) della soluzione igroscopica disposta all'esterno dell'ambiente confinato (A), ovvero uno scambiatore di vapore acqueo (9) tra la sostanza igroscopica e l'aria esterna all'ambiente confinato (A), mentre sono previsti dei mezzi riscaldatori e/o raffreddatori (13, 14, 20) alla temperatura di lavoro di almeno una parte della soluzione igroscopica nella stazione di rigenerazione (5, 9, 10, 11, 12), essendo lo scambiatore di vapore acqueo (1; 101, 201) associato all'ambiente confinato (A) ed il rigeneratore (5, 9, 10, 11, 12) posto nell'ambiente esterno di tipo atto a consentire uno scambio di massa sia in senso di cessione sia in senso di assorbimento, mentre i mezzi riscaldatori e/o raffreddatori comandati da mezzi di controllo operanti in base alla variazione di concentrazione della soluzione igroscopica rispetto ad un valore predeterminato, che viene rilevata mediante sensori.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldatori e/o raffreddatori possono essere costituiti da una cella di Peltier (14) una delle cui piastre di scambio termico (114) è in contatto termico con uno scambiatore di calore (13) attraversato da almeno una parte delle soluzione igroscopica, la quale parte viene alimentata allo scambiatore di vapore (9) di rigenerazione.
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldatori e/o raffreddatori (14) sono comandati da mezzi di controllo operanti in base alla variazione di concentrazione della soluzione igroscopica rispetto ad un valore predeterminato, che viene rilevata mediante sensori (21) di concentrazione, venendo la Cella di Peltier (14) alimentata con una corrente continua di opportuna polarità per causare uno scambio termico positivo o negativo con la soluzione igroscopica.
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi (20) di controllo della simmetria degli scambi termici con la Cella di Peltier (14) che regolano oltre all'inversione di polarità anche la potenza d'alimentazione della stessa, ovvero il voltaggio d'alimentazione.
5. 5. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un circuito di circolazione (3, 4, 15)) di una parte della soluzione igroscopica tra uno scambiatore di vapore acqueo (1, 101, 201) comunicante con l'ambiente confinato (A) ed un serbatoio polmone (2) per la soluzione igroscopica ed almeno un circuito di rigenerazione (10, 11, 12) di una parte della soluzione igroscopica tra uno scambiatore di vapore (9) di rigenerazione ed un secondo serbatoio polmone di rigenerazione (5), essendo nel condotto di mandata (10) del detto circuito inserito lo scambitore di calore (13) in contatto termico con una piastra di scambio termico (114) di una Cella di Peltier (14) ed essendo i detti due serbatoi (2, 5) polmone e di rigenerazione comunicanti per mezzo di un condotto di raccordo (6) nella zona del loro fondo, mentre è previsto un condotto di diramazione (7) a portata regolabile (8) che si diparte dal ritorno (3) del circuito di circolazione tra lo scambiatore di vapore acqueo (1, 101, 201) associato all'ambiente confinato (A)· ed il corrispondente serbatoio polmone (2), il quale condotto di diramazione (7, 8) sbocca nel serbatoio di rigenerazione (5) per regolare opportunamente un parziale ricambio di almeno una parte di soluzione igroscopica al circuito di rigenerazione.
6. 6. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il condotto di raccordo tra i due serbatoi (2, 5) è costituito da uno scambiatore di calore per il ritorno isotermo con l'ambiente della soluzione igroscopica dal serbatoio di rigenerazione (5) al serbatoio polmone (2) e può essere costituito da un tubo di rame di piccolo diametro avvolto a serpentina.
7. 7. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo scambiatore di vapore acqueo (1) associato all'ambiente confinato (A) è previsto all'esterno dello stesso e comprende una camera di scambio (201) con l'aria dell'ambiente confinato (A) che viene prelevata e riconvogliata dal e nel detto ambiente confinato (A) per mezzo di condotti (301, 401) e di eventuali ventilatori (501).
8. 8. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il sensore (21) di concentrazione è costituito da almeno un sensore di livello della soluzione igroscopica nel serbatoio polmone (2) o da un sensore di umidità disposto nella parte del serbatoio (2) sopra la soluzione igroscopica o anche all'interno dell'ambiente confinato (A).
9. 9. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il serbatoio (2) presenta un volume tale da contenere una quantità di soluzione igroscopica atta a svolgere funzioni di volano, compensando per effetto di massa piccole variazioni dell'umidità relativa in caso di mancata rigenerazione.
10. 10. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i mezzi di controllo (20) sono costituiti da una centralina provvista di un'unità di alimentazione della cella di Peltier (12), una unità di alimentazione delle pompe (12, 15), di mezzi d'impostazione di un prestabilito valore di riferimento della concentrazione della soluzione igroscopica e di mezzi comparatori del detto segnale di riferimento con il segnale fornito dal sensore di concentrazione (21) e che in base alla deviazione dei detti due segnali comandano o 1'attivazione della cella di Peltier (12) con l'una o l'altra polarità fintanto che la differenza tra i detti due segnali non rientra nelle tolleranze prestabilite.
11. 11. Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che quale soluzione igroscopica sono utilizzabili soluzioni acquose di sostanze organiche come ad esempio glicerina oppure di sostanze saline LiCl, MgCl2 , Ca(NO ) , etc., o miscele di questi.
12. 12. Impianto secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che la soluzione igroscopica comprende piccole quantità di sostanze di assorbimento e/o neutralizzazione chimica di eventuali sostanze inquinanti presenti nell'ambiente confinato (A).
13. 13 Impianto secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo scambiatore di vapore tra l'aria dell'ambiente confinato (A) e la soluzione igroscopica e/o lo scambiatore di vapore del rigeneratore (9) sono costituiti da un recipiente (101) per la soluzione igroscopica con almeno una parete porosa di separazione tra la soluzione stessa e l'aria, ovvero con aperture capillari tali da essere permeabili al vapore acqueo ed impermeabili alla soluzione igroscopica nei due sensi di assorbimeto e di cessione del vapore acqueo.