ITMI20112027A1 - ELEMENT OF RADIATOR FOR HEATING OF DIE-CAST ALUMINUM - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“ELEMENTO DI RADIATORE DA RISCALDAMENTO IN ALLUMINIO PRESSOFUSO†`` HEATING RADIATOR ELEMENT IN DIE CAST ALUMINUM ''
La presente invenzione à ̈ relativa ad un elemento in di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso. The present invention relates to a die-cast aluminum heating radiator element.
In generale, un radiatore per il riscaldamento degli edifici à ̈ costituito da una batteria di elementi di radiatore affiancati, normalmente (anche se non necessariamente) realizzati separatamente e poi assemblati insieme a formare un radiatore delle dimensioni opportune. Tipicamente, ciascun elemento di radiatore ha un corpo principale essenzialmente tubolare provvisto di una camera interna in cui circola un fluido caldo (comunemente, acqua). In general, a radiator for heating buildings is made up of a battery of side-by-side radiator elements, usually (although not necessarily) made separately and then assembled together to form a radiator of the appropriate size. Typically, each radiator element has an essentially tubular main body provided with an internal chamber in which a hot fluid (commonly, water) circulates.
Sono particolarmente diffuse alcune tipologie principali di elementi di radiatore, che si distinguono essenzialmente per il materiale con cui sono realizzati e per alcune caratteristiche strutturali che derivano dalla tecnologia produttiva. Le tecnologie di fabbricazione e i materiali hanno infatti dirette ripercussioni sulla struttura degli elementi di radiatore e sui loro meccanismi di scambio termico. Some main types of radiator elements are particularly widespread, which are essentially distinguished by the material with which they are made and by some structural characteristics deriving from the production technology. In fact, manufacturing technologies and materials have direct repercussions on the structure of the radiator elements and on their heat exchange mechanisms.
Occorre infatti coniugare le esigenze prestazionali con quelle produttive. In fact, it is necessary to combine performance needs with production needs.
Per questi motivi, soluzioni adottate su elementi di radiatore di un certo tipo non sono immediatamente riproducibili su radiatori di altra tipologia. For these reasons, solutions adopted on radiator elements of a certain type are not immediately reproducible on radiators of other types.
I radiatori in alluminio pressofuso (in cui l’elemento di radiatore à ̈ costituito da un corpo monolitico in allumino o lega di alluminio realizzato tramite processo di pressofusione) si caratterizzano rispetto ad altre tipologie, per esempio radiatori in alluminio fabbricati per estrusione (costituiti da un corpo centrale estruso a cui sono successivamente fissate due testate di estremità ) o radiatori in ghisa o in altri materiali metallici o radiatori bimetallici (aventi componenti di materiali diversi accoppiati), non solo per le tecnologie produttive, ma anche per alcune caratteristiche strutturali, che derivano proprio dai materiali impiegati e dalle tecniche produttive. Die-cast aluminum radiators (in which the radiator element consists of a monolithic body in aluminum or aluminum alloy made by means of a die-casting process) are characterized by other types, for example aluminum radiators manufactured by extrusion (consisting of from an extruded central body to which two end heads are subsequently fixed) or radiators in cast iron or other metallic materials or bimetallic radiators (having components of different materials coupled), not only for production technologies, but also for some structural characteristics, which derive from the materials used and the production techniques.
Nel settore specifico degli elementi di radiatore in alluminio pressofuso, la configurazione generale del singolo elemento di radiatore appare sostanzialmente consolidata e consiste essenzialmente in un corpo tubolare, provvisto della camera d’acqua interna e di connessioni idrauliche disposte alle opposte estremità dell’elemento; dalla camera d’acqua si dipartono, lungo un piano di mezzeria dell’elemento, due setti opposti in alluminio che supportano rispettivamente una piastra frontale e una piastra posteriore; una pluralità di alette di scambio termico si protendono dal corpo tubolare. In the specific sector of die-cast aluminum radiator elements, the general configuration of the single radiator element appears substantially consolidated and essentially consists of a tubular body, equipped with an internal water chamber and hydraulic connections arranged at the opposite ends of the element ; from the water chamber two opposite aluminum partitions branch off along a central plane of the element, supporting a front plate and a rear plate respectively; a plurality of heat exchange fins protrude from the tubular body.
Uno dei parametri di riferimento di comune impiego per caratterizzare un elemento di radiatore à ̈ la potenza specifica per unità di peso, vale a dire il rapporto tra la potenza termica emessa dall’elemento di radiatore e trasferita all’ambiente (misurata secondo apposite normative, ad esempio EN 442) e il peso dell’elemento (che à ̈ il parametro fondamentale che incide direttamente sui costi di produzione). One of the reference parameters commonly used to characterize a radiator element is the specific power per unit of weight, i.e. the ratio between the thermal power emitted by the radiator element and transferred to the environment (measured according to specific regulations, for example EN 442) and the weight of the element (which is the fundamental parameter that directly affects production costs).
È opinione comune nel settore che gli elementi di radiatore in alluminio pressofuso attualmente disponibili abbiano ormai raggiunto limiti prestazionali non più superabili, se non in misura minima. It is a common opinion in the sector that the die-cast aluminum radiator elements currently available have now reached performance limits that can no longer be overcome, if not to a minimum extent.
Inoltre, ogni soluzione potenzialmente suscettibile di migliorare l’efficienza di un elemento di radiatore deve essere compatibile con gli ingombri complessivi degli elementi di radiatore, che sono generalmente vincolati dovendo rispettare standard di mercato ormai consolidati, in particolare in termini di larghezza (larghezza massima dell’elemento, normalmente definita dalla distanza tra le estremità libere delle connessioni idrauliche disposte ad una medesima estremità dell’elemento), profondità (distanza tra le piastre frontale e posteriore) e interasse (distanza tra i centri delle connessioni idrauliche). Furthermore, every solution potentially capable of improving the efficiency of a radiator element must be compatible with the overall dimensions of the radiator elements, which are generally constrained by having to comply with consolidated market standards, in particular in terms of width (maximum width of the element, normally defined by the distance between the free ends of the hydraulic connections arranged at the same end of the element), depth (distance between the front and rear plates) and center distance (distance between the centers of the hydraulic connections).
Di fatto, gli attuali criteri di progettazione degli elementi di radiatore in alluminio pressofuso hanno portato a prodotti con potenze specifiche considerate al momento soddisfacenti e praticamente non superabili. In fact, the current design criteria for die-cast aluminum radiator elements have led to products with specific powers that are currently considered satisfactory and practically not surpassable.
I tecnici della Richiedente hanno invece verificato che le soluzioni note presentano ancora margini significativi di miglioramento, che possono essere conseguiti cambiando completamente l’approccio al problema dell’incremento della potenza specifica. The Applicant's technicians, on the other hand, have verified that the known solutions still have significant margins for improvement, which can be achieved by completely changing the approach to the problem of increasing the specific power.
È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un elemento di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso che abbia elevate prestazioni termiche, superiori a quelle di un elemento di radiatore tradizionale di dimensioni paragonabili, mantenendo al contempo una elevata resistenza meccanica e alla pressione interna e rispettando in ogni caso gli standard dimensionali di mercato. It is an object of the present invention to provide a die-cast aluminum heating radiator element that has high thermal performance, superior to that of a traditional radiator element of comparable size, while maintaining high mechanical and internal pressure resistance and respecting in any case, the dimensional standards of the market.
La presente invenzione à ̈ dunque relativa ad un elemento di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso come essenzialmente definito nell’annessa rivendicazione 1 e, per i suoi aspetti preferiti, nelle rivendicazioni dipendenti. The present invention therefore relates to a die-cast aluminum heating radiator element as essentially defined in the attached claim 1 and, for its preferred aspects, in the dependent claims.
L’elemento di radiatore dell’invenzione ha, rispetto a elementi di radiatore noti, prestazioni decisamente superiori, a parità di ingombri e dimensioni, e specificamente una superiore potenza specifica. Compared to known radiator elements, the radiator element of the invention has decidedly higher performances, with the same overall dimensions and dimensions, and specifically a higher specific power.
Il miglioramento prestazionale à ̈ conseguito tramite opportuni mezzi di scambio termico che favoriscono lo scambio termico tra la struttura di allumino dell’elemento di radiatore e l’aria circostante; secondo l’invenzione, à ̈ privilegiato quindi lo scambio termico tra l’allumino e l’aria rispetto allo scambio termico tra l’acqua (circolante all’interno dell’elemento di radiatore) e l’alluminio, come invece in uso nella tecnica nota che individua nello scambio acqua/alluminio l’aspetto critico da incrementare per aumentare le prestazioni dell’elemento di radiatore. The performance improvement is achieved through suitable means of heat exchange which favor the heat exchange between the aluminum structure of the radiator element and the surrounding air; according to the invention, the heat exchange between aluminum and air is therefore privileged over the heat exchange between water (circulating inside the radiator element) and aluminum , as instead used in the known art which identifies the critical aspect to be increased in order to increase the performance of the radiator element in the water / aluminum exchange.
In un elemento di radiatore, il calore si trasferisce all’ambiente da riscaldare in tre passaggi successivi: prima, il calore si trasferisce dall’acqua che circola all’interno dell’elemento di radiatore (precisamente nella camera d’acqua) alle pareti della camera d’acqua per convezione forzata; quindi il calore si trasferisce per conduzione all’interno della struttura in alluminio dell’elemento di radiatore, passando dalle pareti della camera d’acqua alle altre parti dell’elemento (alette, setti, piastre); infine, il calore si trasferisce dall’alluminio all’aria dell’ambiente in cui l’elemento di radiatore à ̈ installato, essenzialmente per convezione naturale (oltre che, in misura significativamente inferiore e sostanzialmente trascurabile, per irraggiamento). In a radiator element, the heat is transferred to the room to be heated in three successive steps: first, the heat is transferred from the water that circulates inside the radiator element (precisely in the chamber water) to the walls of the water chamber by forced convection; then the heat is transferred by conduction inside the aluminum structure of the radiator element, passing from the walls of the water chamber to the other parts of the element (fins, septa, plates); finally, the heat is transferred from the aluminum to the air of the environment in which the radiator element is installed, essentially by natural convection (as well as, to a significantly lower and substantially negligible extent, by radiation).
L’elemento di radiatore include quindi un circuito acqua, definito dalla camera d’acqua e dalle connessioni idrauliche che collegano l’elemento ad elementi adiacenti e/o ad un impianto idraulico esterno, e un circuito aria, definito dai volumi disponibili per il passaggio dell’aria attorno alla struttura in alluminio dell’elemento. The radiator element therefore includes a water circuit, defined by the water chamber and by the hydraulic connections that connect the element to adjacent elements and / or to an external hydraulic system, and an air circuit, defined by the available volumes for the passage of air around the aluminum structure of the element.
Secondo le comuni conoscenze attuali sui fenomeni di scambio termico che interessano un elemento di radiatore, e specificamente un elemento di radiatore in alluminio pressofuso, la parte di scambio termico più efficace à ̈ considerata quella ad alta temperatura tra l’acqua e l’alluminio. La tecnica nota insegna conseguentemente ad incrementare la temperatura e le dimensioni delle superfici di scambio acqua/alluminio. According to current common knowledge on the heat exchange phenomena that affect a radiator element, and specifically a die-cast aluminum radiator element, the most effective heat exchange part is considered to be the high temperature part between the water and the aluminum. The known art consequently teaches to increase the temperature and the dimensions of the water / aluminum exchange surfaces.
Siccome il calore proviene principalmente dall’acqua ad alta temperatura circolante nella camera d’acqua, le soluzioni note per incrementare la potenza specifica consistono pertanto essenzialmente: Since the heat comes mainly from the high temperature water circulating in the water chamber, the known solutions to increase the specific power therefore essentially consist of:
- nell’impiegare connessioni idrauliche di grosse dimensioni, e camere d’acqua pure relativamente grandi; - nel ridurre lo spessore delle parti in alluminio (parete della camera d’acqua, alette, setti, eccetera); - in using large hydraulic connections and relatively large water chambers; - in reducing the thickness of the aluminum parts (water chamber wall, fins, baffles, etc.);
- nello sviluppare le alette direttamente sulla camera d’acqua per aumentare la temperatura delle alette e quindi favorire lo scambio termico tra l’acqua e le alette. - in developing the fins directly on the water chamber to increase the temperature of the fins and therefore favor the heat exchange between the water and the fins.
Questo approccio complessivamente sfavorisce lo scambio termico tra la struttura in alluminio dell’elemento di radiatore e l’aria circostante, in quanto limita lo spazio disponibile e quindi velocità ed efficienza dello scambio termico alluminio/aria. This approach generally disfavors the heat exchange between the aluminum structure of the radiator element and the surrounding air, as it limits the available space and therefore the speed and efficiency of the aluminum / air heat exchange.
In realtà , i tecnici della Richiedente si sono resi conto che l’aspetto critico per incrementare l’efficienza dell’elemento di radiatore (la sua potenza specifica) à ̈ lo scambio termico tra alluminio e aria, e non quello tra acqua e alluminio. In reality, the Applicant's technicians have realized that the critical aspect for increasing the efficiency of the radiator element (its specific power) is the heat exchange between aluminum and air, and not that between water. and aluminum.
L’invenzione prevede quindi di incrementare la trasmissione del calore tra l’alluminio dell’elemento di radiatore e l’aria che ne lambisce le superfici, ampliando lo spazio disponibile per l’aria all’interno del volume di riferimento dell’elemento di radiatore (vale a dire del volume definito dall’ingombro complessivo dell’elemento). The invention therefore envisages increasing the transmission of heat between the aluminum of the radiator element and the air that touches its surfaces, expanding the space available for the air inside the reference of the radiator element (ie the volume defined by the overall dimensions of the element).
L’aumento di spazio disponibile allo scambio termico alluminio/aria non à ̈ conseguito aumentando semplicemente le dimensioni dell’elemento di radiatore, perché occorre comunque rispettare i vincoli imposti dal mercato, che prevede delle dimensioni standard degli elementi. The increase in space available for the aluminum / air heat exchange is not achieved by simply increasing the dimensions of the radiator element, because it is still necessary to respect the constraints imposed by the market, which provides for the standard dimensions of the elements.
L’invenzione consiste dunque in un elemento di radiatore comprendente mezzi di scambio termico configurati in maniera tale da favorire lo scambio termico tra le parti di alluminio e l’aria che lambisce le superfici di dette parti, rispetto allo scambio termico tra l’acqua circolante nell’elemento di radiatore e la struttura in allumino dell’elemento, rispettando i vincoli dimensionali dell’elemento. The invention therefore consists of a radiator element comprising heat exchange means configured in such a way as to favor the heat exchange between the aluminum parts and the air that touches the surfaces of said parts, with respect to the heat exchange between the parts. Water circulating in the radiator element and the aluminum structure of the element, respecting the dimensional constraints of the element.
In sostanza, assunto che l’elemento di radiatore ha un volume di riferimento prestabilito, comprendente una porzione di volume occupata da alluminio, una porzione di volume occupata da acqua e una porzione di volume occupata da aria, l’invenzione prevede di aumentare la porzione di volume dell’aria, riducendo le porzioni di volume occupate invece dall’alluminio e dall’acqua. Basically, assuming that the radiator element has a predetermined reference volume, including a volume portion occupied by aluminum, a volume portion occupied by water and a volume portion occupied by air, the invention envisages increasing the volume portion of the air, reducing the volume portions occupied by aluminum and water.
In questo modo, si conseguono numerosi vantaggi in termini di prestazioni di scambio termico ed efficienza, confermati da dati sperimentali. In this way, numerous advantages are achieved in terms of heat exchange performance and efficiency, confirmed by experimental data.
Si ottiene infatti una maggiore potenza specifica, mantenendo sostanzialmente la potenza termica e riducendo il peso dell’elemento; si incrementa la velocità di circolazione dell’aria, migliorando quindi l’efficienza di scambio alluminio/aria (risultato particolarmente significativo intervenendo sulle sezioni del circuito aria aventi minore sezione di passaggio); si aumenta lo spazio per lo sviluppo delle superfici alettate, che sono molto performanti in termini di emissione termica; si riduce l’impatto in termini di peso del circuito acqua, riducendo quindi il peso complessivo dell’elemento. In fact, a greater specific power is obtained, substantially maintaining the thermal power and reducing the weight of the element; the air circulation speed is increased, thus improving the aluminum / air exchange efficiency (particularly significant result by intervening on the air circuit sections with a smaller passage section); the space for the development of the finned surfaces is increased, which are very performing in terms of thermal emission; the impact in terms of weight of the water circuit is reduced, thus reducing the overall weight of the element.
In sintesi, in accordo all’invenzione la potenza specifica per unità di peso dell’elemento di radiatore à ̈ incrementata aumentando il volume del circuito aria e riducendo il volume del circuito acqua. In summary, according to the invention, the specific power per unit of weight of the radiator element is increased by increasing the volume of the air circuit and reducing the volume of the water circuit.
Infatti, si à ̈ constatato che ridurre spazio all’acqua e aumentare conseguentemente (rispettando i limiti dimensionali di mercato) lo spazio disponibile per l’aria consente di avere maggiori portate d’aria. In fact, it has been found that reducing space for water and consequently increasing (respecting the dimensional limits of the market) the space available for air allows for greater air flow rates.
Il migliore risultato lo si ottiene applicando il concetto sull’intero circuito acqua e riducendo quindi le dimensioni sia delle connessioni idrauliche, sia della camera d’acqua. The best result is obtained by applying the concept to the entire water circuit and thus reducing the size of both the hydraulic connections and the water chamber.
La riduzione delle dimensioni della camera d’acqua consente altresì di incrementare lo spazio disponibile per le alette e quindi di aumentare la superficie delle alette. The reduction of the dimensions of the water chamber also allows to increase the space available for the fins and therefore to increase the surface of the fins.
In generale, ridurre l’ingombro complessivo del circuito acqua rispetto al volume complessivo dell’elemento di radiatore fa aumentare in maniera significativa l’efficienza dell’elemento. In general, reducing the overall size of the water circuit compared to the overall volume of the radiator element significantly increases the efficiency of the element.
Il circuito acqua à ̈ costituito essenzialmente dalla camera d’acqua e dalle connessioni idrauliche e ha un volume V che à ̈ quindi il volume interno della camera d’acqua e delle connessioni idrauliche. The water circuit essentially consists of the water chamber and the hydraulic connections and has a volume V which is therefore the internal volume of the water chamber and the hydraulic connections.
Il volume complessivo dell’elemento di radiatore può essere opportunamente sostituito da un volume di riferimento Vrefdefinito dalle dimensioni nominali dell’elemento e precisamente da larghezza, profondità e interasse (che sono in generale standard di mercato): The overall volume of the radiator element can be suitably replaced by a reference volume Vref defined by the nominal dimensions of the element and precisely by width, depth and center distance (which are generally market standards):
Vref= L x P x I Vref = L x P x I
dove L, P, I sono rispettivamente la larghezza, la profondità e l’interasse dell’elemento. where L, P, I are respectively the width, the depth and the spacing of the element.
In accordo all’invenzione, il rapporto tra il volume V del circuito acqua e il volume di riferimento Vrefdell’elemento di radiatore à ̈ inferiore o uguale ad un limite massimo, dato dalla seguente formula, troncato al primo decimale: According to the invention, the ratio between the volume V of the water circuit and the reference volume Vref of the radiator element is less than or equal to a maximum limit, given by the following formula, truncated to the first decimal:
(I) k!k'∀I!k' ' ∀ I (I) k! K'∠€ I! K '' ∠€ I.
∀100 !0, 1 ⠀ 100! 0, 1
L∀P ∀ I Lâ € P ∠€ I
dove where is it
k = -0,1856679 k = -0.1856679
k’ = -0,02474 kâ € ™ = -0.02474
k†= 0,2417 k⠀ = 0.2417
L = Larghezza [dm] L = Width [dm]
P = Profondità [dm] P = Depth [dm]
I = Interasse [dm] I = Center distance [dm]
In altri termini, l’elemento di radiatore ha dimensioni (larghezza, profondità , interasse) e un volume del circuito acqua (volume occupato in uso dall’acqua all’interno dell’elemento di radiatore e dai sistemi di interconnessione idraulica disposti all’interno delle connessioni idrauliche dell’elemento) che soddisfano la seguente relazione: In other words, the radiator element has dimensions (width, depth, center distance) and a volume of the water circuit (volume occupied in use by the water inside the radiator element and by the hydraulic interconnection systems arranged inside the hydraulic connections of the element) which satisfy the following relationship:
% ,k!k'∀I! k'' ∀ I ) # %, k! k'∠€ I! k '' ∠€ I) #
!0,1∋ 10 ! 0,1∠‹10
(II) % ∗∗ ∀100 # (II)% ∠— ∗ ∠€ 100 #
V % L P I∋∀ V% L P I∠‹âˆ €
100 & ∀ ∀ 100 & ∠€ ∠€
∀ − ( #∃ ∠€ ∠’(# ∃
L∀P ∀ I 10 L⠀ P ⠀ I 10
dove: where is it:
k = -0,1856679 k = -0.1856679
k’ = -0,02474 kâ € ™ = -0.02474
k†= 0,2417 k⠀ = 0.2417
L = Larghezza [dm] L = Width [dm]
P = Profondità [dm] P = Depth [dm]
I = Interasse [dm] I = Center distance [dm]
V = Volume circuito acqua [dm3] V = Water circuit volume [dm3]
(il simbolo che contiene tutti i termini al numeratore del membro di destra della relazione indica l’arrotondamento alla prima cifra decimale dell’espressione contenuta). (the symbol that contains all the terms in the numerator of the right member of the relation indicates the rounding to the first decimal place of the contained expression).
Avendo riconosciuto che le prestazioni dell’elemento di radiatore migliorano se si privilegia lo scambio termico allumino/aria rispetto a quello acqua/allumino, aumentando quindi il volume del circuito aria rispetto al volume genericamente disponibile e specificamente rispetto al volume del circuito acqua, i mezzi di scambio termico in accordo all’invenzione assumono varie configurazioni. Having recognized that the performance of the radiator element improves if the aluminum / air heat exchange is preferred over the water / aluminum one, thus increasing the volume of the air circuit with respect to the generically available volume and specifically with respect to the volume of the water circuit, heat exchange means according to the invention assume various configurations.
In una forma di attuazione, essendo stato individuato come parametro critico il volume del circuito d’aria, cioà ̈ lo spazio disponibile all’aria all’interno delle dimensioni standard dell’elemento di radiatore, in accordo all’invenzione si interviene specificamente sulle sezioni di passaggio dell’aria. In one embodiment, the volume of the air circuit having been identified as a critical parameter, i.e. the space available to the air inside the standard dimensions of the radiator element, in accordance with the invention specific action is taken on the air passage sections.
In una generica sezione trasversale dell’elemento di radiatore, cioà ̈ su un piano perpendicolare all’asse longitudinale (verticale in uso) dell’elemento di radiatore, lo spazio complessivo disponibile à ̈ dato da un’area di riferimento definita dalle dimensioni complessive dell’elemento e precisamente come prodotto della larghezza e della profondità nominali dell’elemento di radiatore. In a generic cross section of the radiator element, i.e. on a plane perpendicular to the longitudinal axis (vertical in use) of the radiator element, the overall space available is given by a defined reference area from the overall dimensions of the element and precisely as a product of the nominal width and depth of the radiator element.
Definita un’area di riferimento SREFdella sezione trasversale dell’elemento di radiatore (sezione su un piano perpendicolare all’asse longitudinale, verticale in uso, dell’elemento) come prodotto della larghezza e della profondità nominali dell’elemento di radiatore, l’area SAdisponibile per il moto convettivo dell’aria in ogni sezione trasversale à ̈ solo una porzione dell’area di riferimento SREF, il resto essendo occupato da acqua e alluminio. Defined a reference area SREF of the cross section of the radiator element (section on a plane perpendicular to the longitudinal axis, vertical in use, of the element) as the product of the nominal width and depth of the radiator, the area SAAvailable for the convective motion of the air in each cross section is only a portion of the reference area SREF, the rest being occupied by water and aluminum.
In accordo all’invenzione, le sezioni di passaggio dell’aria sono aumentate rispetto alla sezione genericamente disponibile (sempre compatibilmente con i vincoli dimensionali dettati dagli standard di mercato): più precisamente, il rapporto tra la sezione per l’aria e la sezione complessiva disponibile, in ogni sezione trasversale compresa tra gli assi delle connessioni idrauliche, estremi compresi, à ̈ superiore ad un valore minimo prestabilito, definito dalla seguente formula: According to the invention, the air passage sections have increased compared to the generically available section (always compatibly with the dimensional constraints dictated by market standards): more precisely, the ratio between the section for air and the overall section available, in each cross section between the axes of the hydraulic connections, including the extremes, is greater than a minimum pre-established value, defined by the following formula:
S A z z ' S A z z '
(III) / 1. . (III) / 1..
S REF L ∀ P P S REF L ∠€ P P
dove: where is it:
z = 120 [mm2] z = 120 [mm2]
z’ = 38,5 [mm] zâ € ™ = 38.5 [mm]
L = Larghezza [mm] L = Width [mm]
P = Profondità [mm] P = Depth [mm]
La relazione à ̈ soddisfatta in ogni piano di sezione trasversale (orizzontale) compreso tra le connessioni idrauliche, estremi compresi (cioà ̈ anche nelle sezioni trasversali passanti per gli assi delle connessioni idrauliche). The relation is satisfied in every transversal section plane (horizontal) included between the hydraulic connections, extremes included (ie also in the transversal sections passing through the axes of the hydraulic connections).
In questo modo, si ottiene un ampliamento dei passaggi d’aria nelle zone delle connessioni idrauliche: di conseguenza, in queste zone critiche si ottengono una maggiore velocità dell’aria, una maggiore portata d’aria, un incremento dei coefficienti di scambio termico alluminio/aria, e un incremento complessivo di potenza specifica. In this way, an expansion of the air passages in the areas of the hydraulic connections is obtained: consequently, in these critical areas, a greater air speed, a greater air flow rate, an increase in the coefficients of aluminum / air heat exchange, and an overall increase in specific power.
L’aumento di sezione di passaggio per l’aria nelle zone delle connessioni idrauliche comporta, in alcune forme di attuazione del trovato, una riduzione delle dimensioni delle connessioni idrauliche stesse. The increase in the passage section for the air in the areas of the hydraulic connections involves, in some embodiments of the invention, a reduction in the dimensions of the hydraulic connections themselves.
In accordo agli insegnamenti della tecnica nota, una connessione idraulica ridotta non consentirebbe una adeguata emissione termica, perché avrebbe minore superficie di scambio ad alta temperatura, criterio preferito secondo l’approccio tradizionale; una connessione idraulica di dimensioni maggiori consente in effetti di avere temperature più elevate nella zona di estremità dell’elemento di radiatore. According to the teachings of the known art, a reduced hydraulic connection would not allow an adequate thermal emission, because it would have a smaller exchange surface at high temperature, a preferred criterion according to the traditional approach; a larger hydraulic connection actually allows higher temperatures in the end area of the radiator element.
Tuttavia, secondo l’innovativo approccio della presente invenzione, non sempre ad una superficie a temperatura maggiore corrisponde un maggior scambio termico. However, according to the innovative approach of the present invention, a greater heat exchange does not always correspond to a higher temperature surface.
Si à ̈ infatti verificato che le temperature elevate riscontrate nella zona delle connessioni idrauliche di dimensioni tradizionali sono dovute alla bassa portata d’aria attorno alle stesse connessioni idrauliche; ma bassa portata d’aria significa bassa potenza termica trasmessa all’aria e quindi scarsa efficienza di scambio termico. In fact, it has been verified that the high temperatures found in the area of traditionally sized hydraulic connections are due to the low air flow around the same hydraulic connections; but low air flow means low thermal power transmitted to the air and therefore poor heat exchange efficiency.
In accordo all’invenzione, attorno alle connessioni idrauliche (disposte all’estremità superiore e/o all’estremità inferiore dell’elemento di radiatore) si realizza un canale di passaggio per l’aria che ha una ampiezza orizzontale (misurata nel senso della profondità dell’elemento di radiatore su un piano perpendicolare all’asse longitudinale dell’elemento e passante per l’asse centrale della connessione idraulica), preferibilmente su entrambi i lati delle connessioni, tale da aumentare la portata d’aria attorno alle stesse connessioni idrauliche. According to the invention, around the hydraulic connections (arranged at the upper end and / or at the lower end of the radiator element) an air passage channel is created which has a horizontal width ( measured in the direction of the depth of the radiator element on a plane perpendicular to the longitudinal axis of the element and passing through the central axis of the hydraulic connection), preferably on both sides of the connections, such as to increase the flow rate of air around the same hydraulic connections.
In particolare, la differenza tra: In particular, the difference between:
- la distanza dell’asse centrale della connessione idraulica dalla superficie frontale o posteriore dell’elemento di radiatore (misurata perpendicolarmente all’asse dell’elemento di radiatore e all’asse centrale della connessione); e - the distance of the central axis of the hydraulic connection from the front or rear surface of the radiator element (measured perpendicular to the axis of the radiator element and to the central axis of the connection); And
- la distanza minima tra la superficie esterna della connessione e la stessa superficie frontale o posteriore dell’elemento di radiatore (misurata anch’essa perpendicolarmente all’asse dell’elemento di radiatore e all’asse centrale della connessione), - the minimum distance between the external surface of the connection and the same front or rear surface of the radiator element (also measured perpendicular to the axis of the radiator element and to the central axis of the connection),
à ̈ inferiore o uguale a circa 18 mm (a meno delle usuali tolleranze di lavorazione). It is less than or equal to approximately 18 mm (unless the usual machining tolerances).
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, per incrementare ulteriormente la potenza specifica dell’elemento di radiatore si agisce anche sulla superficie di scambio alluminio-aria, specificamente incrementando la superficie di interfaccia tra alluminio e aria, senza tuttavia pregiudicare l’incremento desiderato della portata d’aria. According to another aspect of the invention, to further increase the specific power of the radiator element, the aluminum-air exchange surface is also acted upon, specifically increasing the interface surface between aluminum and air, without however compromising the increase. desired air flow rate.
La componente che garantisce al contempo minor resistenza al passaggio dell’aria e maggior incremento della superficie di interfaccia à ̈ l’alettatura laterale (alette che si protendono dai fianchi laterali dell’elemento di radiatore). The component that guarantees at the same time less resistance to the passage of air and greater increase in the interface surface is the lateral finning (fins that protrude from the lateral sides of the radiator element).
Si à ̈ constatato infatti che le alette non impattano in maniera pesante sulla velocità dell’aria, e comunque hanno una influenza significativamente inferiore rispetto alle connessioni idrauliche sulla velocità dell’aria. In fact, it has been found that the fins do not have a heavy impact on the speed of the air, and in any case have a significantly lower influence than the hydraulic connections on the speed of the air.
Poiché le alette sono componenti ad elevata potenza specifica per unità di peso, à ̈ opportuno aumentare lo spazio disponibile alle superfici alettate. Since the fins are components with high specific power per unit of weight, it is advisable to increase the space available to the finned surfaces.
L’area genericamente disponibile per applicare le alette laterali à ̈ soggetta a vincoli geometrici imposti sempre dai vincoli di mercato; in generale, l’interasse e la profondità dell’elemento di radiatore determinano indirettamente lo spazio disponibile per la superficie alettabile. The area generally available to apply the side flaps is subject to geometric constraints always imposed by market constraints; in general, the center distance and depth of the radiator element indirectly determine the space available for the finned surface.
In accordo all’invenzione, al fine di aumentare lo spazio disponibile, in senso verticale, per le superfici alettate, l’elemento di radiatore si caratterizza per il fatto che la differenza tra l’interasse dell’elemento di radiatore e la distanza tra le connessioni idrauliche misurata parallelamente all’asse longitudinale dell’elemento à ̈ inferiore o uguale a circa 36 mm (a meno delle usuali tolleranze di lavorazione). According to the invention, in order to increase the space available, vertically, for the finned surfaces, the radiator element is characterized by the fact that the difference between the center distance of the radiator element and the distance between the hydraulic connections measured parallel to the longitudinal axis of the element is less than or equal to about 36 mm (unless the usual machining tolerances).
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will appear clear from the following description of a non-limiting example of its implementation, with reference to the figures of the annexed drawings, in which:
– la figura 1 à ̈ una vista schematica prospettica di un elemento di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso in accordo al trovato; - figure 1 is a schematic perspective view of a die-cast aluminum heating radiator element according to the invention;
– la figura 2 à ̈ una vista schematica in sezione trasversale dell’elemento di radiatore di figura 1; - figure 2 is a schematic cross-sectional view of the radiator element of figure 1;
– la figura 3 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale dell’elemento di radiatore di figura 1; - figure 3 is a schematic view in longitudinal section of the radiator element of figure 1;
– le figure 4A-4D sono viste schematiche ingrandite di rispettivi dettagli dell’elemento di figura 1; - figures 4A-4D are enlarged schematic views of respective details of the element of figure 1;
– la figura 5 à ̈ una vista schematica laterale dell’elemento di figura 1, con parti rimosse per chiarezza. - figure 5 is a schematic side view of the element of figure 1, with parts removed for clarity.
Con riferimento alle figure 1 e 2, un elemento 1 di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso comprende un corpo 2 monolitico sostanzialmente tubolare realizzato in alluminio (intendendo con tale termine anche leghe di alluminio) tramite processo di pressofusione. With reference to Figures 1 and 2, a die-cast aluminum heating radiator element 1 comprises a substantially tubular monolithic body 2 made of aluminum (this term also means aluminum alloys) by means of a die-casting process.
L’elemento 1 e il corpo 2 si estendono sostanzialmente lungo un asse A longitudinale (in uso, sostanzialmente verticale) tra due estremità 3, 4 assialmente opposte; il corpo 2 à ̈ provvisto di una camera 5 d’acqua interna principale per il passaggio d’acqua, delimitata radialmente da una parete 6 laterale disposta attorno all’asse A e chiusa assialmente a rispettive estremità longitudinali opposte; vantaggiosamente, ma non necessariamente, il corpo 2 ha sezione trasversale (perpendicolare all’asse A) sostanzialmente ovale, ellittica o comunque allungata lungo un asse, e la parete 6 laterale del corpo 2 che delimita la camera 5 à ̈ rastremata verso una delle estremità 3, 4. The element 1 and the body 2 extend substantially along a longitudinal axis A (in use, substantially vertical) between two axially opposite ends 3, 4; the body 2 is provided with a main internal water chamber 5 for the passage of water, delimited radially by a lateral wall 6 arranged around the axis A and axially closed at respective opposite longitudinal ends; advantageously, but not necessarily, the body 2 has a cross section (perpendicular to axis A) substantially oval, elliptical or in any case elongated along an axis, and the side wall 6 of the body 2 that delimits the chamber 5 is tapered towards one of the ends 3, 4.
Le estremità 3, 4 dell’elemento 1 sono provviste di rispettive coppie di connessioni 7 che si protendono da lati opposti del corpo 2 lungo rispettivi assi X centrali paralleli uno all’altro e sostanzialmente perpendicolari all’asse A per collegare l’elemento 1 ad altri elementi simili e/o ad un impianto idraulico esterno; le connessioni 7 sono conformate per esempio (ma non necessariamente) come manicotti cilindrici a sezione circolare e sono internamente provviste di condotti 8 trasversali passanti, comunicanti con la camera 5. The ends 3, 4 of the element 1 are provided with respective pairs of connections 7 which extend from opposite sides of the body 2 along respective central X axes parallel to each other and substantially perpendicular to the axis A to connect the ™ element 1 to other similar elements and / or to an external hydraulic system; the connections 7 are shaped for example (but not necessarily) as cylindrical sleeves with a circular section and are internally provided with transverse pass-through ducts 8, communicating with the chamber 5.
L’elemento 1 comprende un sistema 10 di alette di scambio termico. Element 1 comprises a system 10 of heat exchange fins.
In particolare, il sistema 10 comprende: una coppia di setti 11 che si protendono diametralmente opposti dalla parete 6 laterale lungo un piano di mezzeria longitudinale dell’elemento 1; una piastra 12 frontale e una piastra 13 posteriore, disposte a rispettive estremità dei setti 11 e sostanzialmente perpendicolari ai setti 11 e parallele all’asse A, opzionalmente formate da più settori o porzioni di piastra separate da tagli e/o aperture; una pluralità di alette 14 laterali che si protendono dal corpo 2 e precisamente dalla parete 6 laterale e/o dai setti 11. In particular, the system 10 comprises: a pair of baffles 11 which protrude diametrically opposite from the side wall 6 along a longitudinal centreline of the element 1; a front plate 12 and a rear plate 13, arranged at respective ends of the baffles 11 and substantially perpendicular to the baffles 11 and parallel to the axis A, optionally formed by several sectors or portions of the plate separated by cuts and / or openings; a plurality of side fins 14 which protrude from the body 2 and precisely from the side wall 6 and / or from the partitions 11.
L’elemento 1 ha una larghezza L (larghezza massima dell’elemento 1, data dalla distanza tra le estremità libere opposte di ciascuna coppia di connessioni 7 allineate lungo un asse X), una profondità P (distanza tra le piastre 12, 13) e un interasse I (distanza tra gli assi X centrali delle connessioni 7). Element 1 has a width L (maximum width of element 1, given by the distance between the opposite free ends of each pair of connections 7 aligned along an X axis), a depth P (distance between plates 12, 13 ) and a center distance I (distance between the central X axes of connections 7).
Il corpo 2, comprese le connessioni 7, e il sistema 10 definiscono nel loro assieme una struttura 15 in alluminio dell’elemento 1. L’intera struttura 15 costituisce un pezzo monolitico realizzato per pressofusione. The body 2, including the connections 7, and the system 10 together define an aluminum structure 15 of the element 1. The entire structure 15 constitutes a monolithic piece made by die-casting.
Come schematicamente mostrato in figura 3, l’elemento 1 include un circuito acqua 16, definito dalla camera 5 principale delimitata dalla parete 6 e dai condotti 8 delle connessioni 7; e un circuito aria 17, definito dai volumi disponibili per il passaggio dell’aria attorno alla struttura 15. As schematically shown in Figure 3, the element 1 includes a water circuit 16, defined by the main chamber 5 delimited by the wall 6 and by the conduits 8 of the connections 7; and an air circuit 17, defined by the volumes available for the passage of air around the structure 15.
Il circuito acqua 16 ha un volume V che à ̈ il volume interno della camera 5 e delle connessioni 7. The water circuit 16 has a volume V which is the internal volume of the chamber 5 and of the connections 7.
Il rapporto tra il volume V del circuito acqua 16 e il volume di riferimento Vrefdell’elemento 1, definito come: The ratio between the volume V of the water circuit 16 and the reference volume Vref of element 1, defined as:
Vref= L x P x I Vref = L x P x I
dove L, P, I sono rispettivamente la larghezza, la profondità e l’interasse dell’elemento 1, à ̈ inferiore o uguale ad un limite massimo, dato dalla seguente formula, troncato al primo decimale: where L, P, I are respectively the width, depth and center distance of element 1, is less than or equal to a maximum limit, given by the following formula, truncated to the first decimal:
(IV) k!k'∀I!k' ' ∀ I (IV) k! K'∠€ I! K '' ∠€ I.
∀100 !0, 1 ⠀ 100! 0, 1
L∀P ∀ I Lâ € P ∠€ I
dove where is it
k = -0,1856679 k = -0.1856679
k’ = -0,02474 kâ € ™ = -0.02474
k†= 0,2417 k⠀ = 0.2417
L = Larghezza [dm] L = Width [dm]
P = Profondità [dm] P = Depth [dm]
I = Interasse [dm] I = Center distance [dm]
Il circuito aria 17 à ̈ configurato in modo che il rapporto tra la sezione per l’aria e la sezione complessiva disponibile, in ogni sezione trasversale compresa tra gli assi X delle connessioni 7, estremi compresi (comprese cioà ̈ le sezioni che contengono gli assi X), à ̈ superiore ad un valore minimo prestabilito, definito dalla seguente formula: The air circuit 17 is configured in such a way that the ratio between the section for the air and the overall section available, in each cross section included between the X axes of the connections 7, including extremes (i.e. including the sections containing the X axes), is greater than a minimum pre-established value, defined by the following formula:
S A z z ' S A z z '
/ 1. . / 1..
S REF L ∀ P P S REF L ∠€ P P
(V) (V)
dove: where is it:
SAà ̈ l’area disponibile per il moto convettivo dell’aria nella sezione trasversale considerata; SA is the area available for the convective motion of the air in the considered cross section;
SREFà ̈ l’area di riferimento della sezione trasversale considerata (sezione su un piano perpendicolare all’asse A), data dal prodotto della larghezza L e della profondità P dell’elemento 1, SREF is the reference area of the considered cross section (section on a plane perpendicular to axis A), given by the product of the width L and the depth P of element 1,
z = 120 [mm2] z = 120 [mm2]
z’ = 38,5 [mm] zâ € ™ = 38.5 [mm]
L = Larghezza [mm] L = Width [mm]
P = Profondità [mm] P = Depth [mm]
Con riferimento anche alle figure 4A-4D, le connessioni 7 sono conformate in modo tale che sia soddisfatta la seguente relazione (preferibilmente, per ciascuna connessione 7), a meno delle usuali tolleranze di lavorazione: With reference also to Figures 4A-4D, the connections 7 are shaped in such a way that the following relationship is satisfied (preferably, for each connection 7), except for the usual machining tolerances:
(VI) a - b ≤ 18 mm (VI) a - b â ‰ ¤ 18 mm
dove: where is it:
“a†à ̈ la distanza (in mm) tra l’asse X centrale della connessione 7 e una superficie 18 frontale o posteriore dell’elemento 1, in particolare delle piastre 12 e/o 13, misurata perpendicolarmente all’asse A dell’elemento 1 e all’asse X centrale della connessione 7; â € œaâ € is the distance (in mm) between the central X axis of connection 7 and a front or rear surface 18 of element 1, in particular of plates 12 and / or 13, measured perpendicular to the axis A of element 1 and the central X axis of connection 7;
“b†à ̈ la distanza (in mm) tra una superficie 19 esterna della connessione 7 e la superficie 18 frontale o posteriore dell’elemento 1, sempre misurata perpendicolarmente all’asse A e all’asse X. â € œbâ € the distance (in mm) between an external surface 19 of connection 7 and the front or rear surface 18 of element 1, always measured perpendicular to axis A and axis X.
Con riferimento alla figura 5, le connessioni 7 sono anche conformate in modo tale che la differenza tra l’interasse I dell’elemento 1 e la distanza d tra le connessioni 7, misurata parallelamente all’asse A dell’elemento 1, sia inferiore o uguale a circa 36 mm (a meno delle usuali tolleranze di lavorazione), cioà ̈ in modo che sia soddisfatta la seguente relazione (preferibilmente, per ciascuna connessione 7): With reference to figure 5, the connections 7 are also shaped in such a way that the difference between the center distance I of the element 1 and the distance d between the connections 7, measured parallel to the axis A of the element 1 , is less than or equal to about 36 mm (unless the usual machining tolerances), that is, so that the following relationship is satisfied (preferably, for each connection 7):
(VII) I - d ≤ 36 mm (VII) I - d â ‰ ¤ 36 mm
Resta inteso che le singole configurazioni descritte possono essere applicate anche separatamente all’elemento 1. It is understood that the single configurations described can also be applied separately to element 1.
Resta anche inteso che all’elemento di radiatore qui descritto ed illustrato possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni. It is also understood that further modifications and variations may be made to the radiator element described and illustrated here, which do not depart from the scope of the attached claims.
Claims (4)
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