ITMI20110095A1 - Apparato per il riscaldamento di fluidi. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo:

“Apparato per il riscaldamento di fluidi.”

La presente invenzione concerne un apparato per il riscaldamento di fluidi, in particolare una caldaia.

Sono note nello stato della tecnica caldaie per la produzione di acqua calda. Dette caldaie comprendono un generatore di calore, ad esempio un bruciatore a gas o un elemento attraversato da corrente elettrica, inserito all’ interno di un corpo per il riscaldamento dell’acqua fredda con cui la caldaia viene alimentata. Nel caso di caldaie con bruciatore, il corpo comprende un tubo a serpentino disposto intorno al bruciatore; sul tubo scorre l’acqua proveniente da una rete idrica esterna.

In vista dello stato della tecnica, scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato per il riscaldamento di fluidi che sia diverso da quelli noti.

In accordo alla presente invenzione, detto scopo viene raggiunto mediante un apparato per il riscaldamento di un fluido comprendente un corpo provvisto di almeno un generatore di calore e mezzi scambiatori di calore atti a consentire il passaggio di detto fluido all’ interno del corpo ed ad impegnarsi con detto almeno un generatore di calore per il riscaldamento del fluido, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriori mezzi provvisti di una prima parete sostanzialmente a contatto con detto generatore di calore ed una seconda parete a contatto con detti mezzi scambiatori di calore, detti ulteriori mezzi comprendendo almeno un generatore termoelettrico alimentato dalla differenza di temperatura fra detta prima e seconda parete.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

la figura 1 mostra un apparato per il riscaldamento di un fluido, in particolare una caldaia, in accordo alla presente invenzione;

la figura 2 è una sezione verticale secondo la linea II-II della caldaia di figura 1 ; la figura 3 mostra una parte della caldaia di figura 1 ;

la figura 4 è una sezione verticale della parte di caldaia di figura 3;

la figura 5 è una vista in esploso della parte di figura 3;

la figura 6 è uno schema a blocchi relativo alla caldaia di figura 1.

Le figure 1 e 2 mostrano un apparato per il riscaldamento di un fluido, in particolare una caldaia, in accordo alla presente invenzione. L’apparato comprende un corpo 1 provvisto di almeno un generatore di calore 3, ad esempio un bruciatore, e mezzi scambiatori di calore 4 atti a consentire il passaggio di detto fluido all’interno del corpo ed a scambiare calore con il generatore di calore 3 per il riscaldamento del fluido, ad esempio acqua. L’apparato comprende ulteriori mezzi 11, meglio visibili nelle figure 3-5, provvisti di una prima parete 13 sostanzialmente a contatto con detto generatore di calore ed una seconda parete 14 a contatto con detti mezzi scambiatori di calore 4; gli ulteriori mezzi 11 comprendono almeno un generatore termoelettrico 20 alimentato dalla differenza di temperatura fra la prima 13 e la seconda 14 parete.

L’apparato preferibilmente comprende altri mezzi 30 alimentati elettricamente da detto almeno un generatore termoelettrico 20.

Il corpo 1 è preferibilmente di tipo cilindrico e comprende una parte cava 2 in cui è alloggiato il bruciatore 3 ed i mezzi scambiatori di calore 4, preferibilmente un fascio tubiera che avvolge il bruciatore 3; il fascio tubiero 4 è disposto sulla parete cilindrica del corpo caldaia 1 ad una certa distanza dal bruciatore 3. Un isolante 5 ricopre il fascio tubiero 4 ed una lamiera 6 copre l’isolante 5.

Una parete 22 chiude la parte cava 2 in un’estremità 10 del corpo caldaia 1; detta estremità comprende gli ulteriori mezzi 11 comprendenti almeno un generatore termoelettrico 20 per la produzione di energia elettrica, come meglio visibile nelle figure 3-5. Gli ulteriori mezzi 11 sono a contatto con la parete 22 della parte cava 2 e sono una struttura rimovibile dall’estremità 10 del corpo 1; i mezzi 11 sono infatti provvisti di un foro centrale 80 per l’accoppiamento con l’estremità 10 del corpo 1, tramite vite o altro, o per la separazione da essa. La parete 22 è adiacente ad un’altra parete 23 che la separa dall’isolante 5.

Gli ulteriori mezzi 11 possono comprendere uno o più generatori termoelettrici 20, ad esempio celle di Peltier, utilizzati come mezzi di recupero energetico convertendo il salto termico generato dal generatore di calore 3 e dai mezzi scambiatori di calore, cioè il fascio tubiero 4, in energia elettrica in grado di essere accumulata od utilizzata per alimentare sistemi elettronici di qualsiasi natura.

Gli ulteriori mezzi 11 hanno una geometria e dimensione opportuna (ad esempio un disco) in grado di poter essere incorporati nella caldaia. Preferibilmente il generatore di calore 3 ha uno sviluppo cilindrico, il fascio tubiero 4 è coassiale rispetto al bruciatore 3, preferibilmente un fascio tubiero avvolto a spirale cilindrica attorno al bruciatore 3, ed in grado di raffreddare o mantenere a temperatura sensibilmente inferiore rispetto a quella del bruciatore la parete 22 su cui sono a contatto i mezzi 11. La parete 22 è in contatto, diretto od indiretto, con il fascio tubiero 4 costituendo dunque la superficie a bassa temperatura laddove il generatore di calore 3 costituisce la sorgente ad alta temperatura. La parete 22 viene posta a contatto con la parete 14 dei mezzi 11 mentre la parete opposta 13 è posta a distanza ravvicinata (di qualche centimetro) con il bruciatore 3, sostanzialmente a contatto con il bruciatore 3. La parete 13 può essere o meno isolata dal bruciatore (mediante uno strato di isolante 15 opportunamente dimensionato) in funzione della resistenza dell’ elemento al contatto diretto con il calore generato in quel punto dal bruciatore.

Tale configurazione genera un salto termico tra le due pareti 13 e 14 dei mezzi 11 che può essere sfruttata dai generatori termoelettrici 20 per la produzione di energia elettrica. I generatori termoelettrici 20 stessi presentano due pareti metalliche opposte e separate che vengono poste a contatto con le pareti 13 e 14 dei mezzi 11. Quando le due pareti del generatore termoelettrico 20 sono soggette ad una sensibile differenza di temperatura (e tale differenza viene mantenuta nel tempo) viene generata come conseguenza sulle superfici stesse una differenza di potenziale elettrico la cui intensità è funzione del gradiente termico. Tale differenza di potenziale elettrico (tensione) viene utilizzata per alimentare i mezzi 30 o viene accumulata in una batteria 40.

I mezzi 11 comprendono preferibilmente quattro generatori termoelettrici 20; la potenza elettrica estratta da essi deve essere opportunamente gestita dai mezzi 30 per ottenere, ad esempio, la tensione e corrente necessarie al funzionamento dei dispositivi collegati a essi. Nel caso poi che tale energia risulti superiori alle esigenze od in eccesso rispetto al consumo istantaneo si fa uso delle batterie 40 come mezzo di accumulo.

I mezzi 30 comprendono un’unità 31 di gestione e condizionamento del segnale elettrico in grado di sfruttare opportunamente come fonte di energia l’azione dei generatori termoelettrici.

L’unità 31 deve gestire eventuali dispositivi di monitoraggio 41, visualizzazione 42 ed allerta 43 della caldaia. I dispositivi di monitoraggio 41 sono dei sensori che possono essere uno o più per monitorare una o più grandezze caratteristiche della caldaia fra la temperatura, la pressione, la vibrazione, la concentrazione di sostanze nocive neH’ambiente (ad es monossido di carbonio) o altre caratteristiche dei fumi generati dal bruciatore (ad esempio umidità o pH). I dispositivi di allarme 42 vengono attivati rispettivamente quando la temperatura supera una temperatura prestabilita Tp, quando l’umidità supera una umidità prestabilita Up e quando la concentrazione delle sostanze nocive supera una concentrazione prestabilita Cp.

Può essere previsto l’impiego di un convertitore step-up 25 atto ad innalzare la tensione proveniente dai generatori termoelettrici 20 (che può variare da circa 20-30 mV a 300-400 mV) alla tensione di riferimento della elettronica standard disponibile in commercio ( tipicamente 2.35V, 3.3V, 4. IV, e 5V) per alimentare i vari dispositivi presenti nei mezzi 30.

L’unità 31 gestisce in modo autonomo l’eventuale surplus di energia indirizzandolo alla batteria 40 e caricandola. L’unità 31 preferibilmente comprende un microcontrollore 32 e una memoria 33 ma può comprendere solo dispositivi di tipo analogico.

Il microcontrollore 32 è programmato con un firmware, installato nella memoria 33, per la gestione dei dispositivi 41-43, di un dispositivo di acquisizione dati 44, dell’ accumulatore di carica 40 e di un’interfaccia wireless 45. Il firmware preferibilmente opera attivando contemporaneamente o in modo sequenziale i vari dispositivi alimentati dai generatori termoelettrici 20, cioè i dispositivi 40-45; in tal modo non si generano dei picchi di consumi di energia. Ad esempio i dispositivi 41-43 vengono attivati in istanti successivi Tl, T2 e T3, l’unità 44 per Γ acquisizione dei dati provenienti dai sensori viene attivata in un istante di tempo T4 successivo agli istanti di tempo T1-T3, l’attivazione dei dispositivi di allarme visivo o acustico 47 viene attivata in un istante di tempo successivo T5 e l’interfaccia wireless 45 viene attivata in un istante di tempo successivo T8. Il firmware determina, in determinate condizioni, Γ accumulazione del surplus di energia nell’accumulatore 40. L’energia ivi immagazzinata potrà essere usata, ad esempio, per garantire anche in condizioni avverse una comunicazione in remoto dello stato del sistema tramite trasmissione wireless, preferibilmente di tipo GSM.

I vari dispositivi 40-45 possono inviare segnali sul proprio stato al processore 32 sfruttandone gli ingressi analogici o digitali. Il microcontrollore è programmato con un software appositamente redatto per gestire, in funzione dello stato dei sensori 41, la comunicazione con i dispositivi di uscita 42, 43. La comunicazione con i dispositivi avviene tramite le uscite analogiche o digitali del microcontrollore e consente, per esempio, l’accensione di led luminosi di segnalazione, l’attivazione di un display o di un buzzer che emetta un segnale acustico. E’ inoltre previsto che il segnale di allerta o monitoraggio non sia visualizzato od emesso esclusivamente in locale ma trasmesso ad una stazione ricevente più o meno remota, tramite comunicazione wireless o GSM.

In assenza di un microprocessore si utilizza una elettronica completamente analogica. Tale configurazione può essere di notevole interesse qualora si non si desideri usare un microprocessore (per ridurre i costi di prodotto e di sviluppo oppine il consumo di corrente) e si abbiano a diposizione integrati a basso costo e basso consumo di corrente per sviluppare ad esempio, un comparatore di livelli adatto allo scopo di cui sopra (ovvero uno od un insieme di circuiti integrati in grado di valutare il livello del segnale in uscita da uno o più sensori e confrontarlo con una soglia di riferimento allo scopo di attivare o disattivare un segnale di allarme).

L’energia dei generatori termoelettrici 20 può essere destinata ad una utenza generica (un dispositivo elettrico od elettronico) esterna. L’apparato di riscaldamento in accordo all’invenzione comprende preferibilmente un terminale elettrico 70 collegabile a detto dispositivo esterno all’apparato in modo che detto dispositivo esterno sia alimentato elettricamente dai generatori termoelettrici 20. L’energia elettrica destinata al dispositivo esterno viene preferibilmente gestita dall’unità 31.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il riscaldamento di un fluido comprendente un corpo (1) provvisto di almeno un generatore di calore (3) e mezzi scambiatori di calore (4) atti a consentire il passaggio di detto fluido aH’intemo del corpo ed ad impegnarsi con detto almeno un generatore di calore per il riscaldamento del fluido, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriori mezzi (11) provvisti di una prima parete (13) sostanzialmente a contatto con detto generatore di calore ed una seconda parete (14) a contatto con detti mezzi scambiatori di calore, detti ulteriori mezzi (11) comprendendo almeno un generatore termoelettrico (20) alimentato dalla differenza di temperatura fra detta prima e seconda parete.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere altri mezzi (30) alimentati elettricamente da detto almeno un generatore termoelettrico (20), detti altri mezzi comprendendo almeno un sensore (41) atto a rilevare dati su una grandezza caratteristica dell’apparato.
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti altri mezzi (30) comprendono almeno una batteria (40) per l’accumulo delPenergia elettrica non utilizzata.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti altri mezzi (30) comprendono almeno un dispositivo (44) atto ad acquisire i dati rilevati da detto almeno un sensore (40) ed almeno un dispositivo di allarme (42) attivato quando detto almeno un dato rilevato dal sensore supera una determinata soglia (Tp, Up, Cp).
5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti altri mezzi (30) comprendono un’interfaccia (45) per l’invio dei dati rilevati ad un’unità esterna all’apparato.
6. 6. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che detti altri mezzi (30) comprendono un unità (31) per la gestione dell’energia elettrica prodotta dall’almeno un generatore termoelettrico (20), detta unità (31) essendo atta alla distribuzione dell’energia elettrica a detto almeno un sensore (41), a detto dispositivo (44) di acquisizione dei dati rilevati, a detto dispositivo di allarme (42) ed ad una batteria (46) per l’accumulazione dell’energia non utilizzata.
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta unità di gestione (31) comprende un microprocessore (51) ed una memoria (52) dove è installato ed in esecuzione un software applicativo.
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto apparato è una caldaia, detto corpo (1) è di tipo cilindrico e comprende una parte cava (2) in cui è alloggiato detto generatore di calore (3), detti mezzi scambiatori di calore (4) essendo atti ad avvolgere detto generatore di calore (3), detto corpo (1) comprendendo una parete (23) di chiusura di un’estremità (10) di detta parte cava (2) ed a contatto con i mezzi scambiatori di calore (4), la seconda parete (14) di detti ulteriori mezzi (11) essendo a contatto con detta parete (23) di chiusura di un’estremità (10) di detta parte cava (2).
9. 9. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti ulteriori mezzi (11) sono rimovibili.
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti ulteriori mezzi (11) comprendono una parete di materiale isolante (15) adiacente alla prima parete (13) e frapposta fra il generatore di calore (3) e la prima parete.
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un terminale elettrico (70) collegabile ad un dispositivo esterno all’apparato in modo che detto dispositivo esterno sia alimentato elettricamente da detto almeno un generatore termoelettrico (20).