ITMI20112028A1 - Elemento di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“ELEMENTO DI RADIATORE DA RISCALDAMENTO IN ALLUMINIO PRESSOFUSOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un elemento in di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso.

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).

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.

Occorre infatti coniugare le esigenze prestazionali con quelle produttive.

Per questi motivi, soluzioni adottate su elementi di radiatore di un certo tipo non sono immediatamente riproducibili su radiatori di altra tipologia.

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, non solo per le tecnologie produttive, ma anche per alcune caratteristiche strutturali, che derivano proprio dai materiali impiegati e dalle tecniche produttive.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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 e peso confrontabili, rispettando in ogni caso gli standard dimensionali di mercato.

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.

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.

Il miglioramento prestazionale à ̈ conseguito tramite una particolare conformazione della zona delle connessioni idrauliche dell’elemento, conformate in modo da favorire 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.

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).

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.

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.

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.

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.

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, specificamente nella zona critica attorno alla connessioni idrauliche, in particolare quelle poste all’estremità superiore dell’elemento.

L’invenzione deriva dall’adozione di un nuovo approccio al problema di incrementare la potenza specifica di un elemento di radiatore in alluminio pressofuso.

Anziché cercare di incrementare, secondo gli insegnamenti comuni della tecnica nota, lo scambio termico ad alta temperatura tra l’acqua circolante nell’elemento e la struttura in allumino (per esempio, aumentando le superfici metalliche ad alta temperatura, e/o aumentando le dimensioni della camera d’acqua), in accordo all’invenzione si à ̈ scelto di privilegiare lo scambio termico tra la struttura in alluminio e l’aria circostante.

È stato infatti sorprendentemente riscontrato che à ̈ proprio lo scambio termico alluminio/aria a costituire il passaggio critico nello scambio termico complessivo dell’elemento di radiatore.

In particolare, à ̈ stato riconosciuto che un tradizionale elemento di radiatore presenta delle zone critiche in cui la velocità dell’aria che lambisce le superfici dell’elemento à ̈ relativamente bassa, e in queste zone lo scambio termico può essere migliorato.

Specificamente, una zona critica per lo scambio termico alluminio/aria à ̈ la zona circostante le connessioni idrauliche, soprattutto quelle disposte all’estremità superiore dell’elemento.

Secondo i criteri di progettazione generalmente accettati nel settore, per incrementare la potenza di un elemento di radiatore à ̈ necessario aumentare le superfici di scambio termico a contatto con l’acqua calda, e quindi in particolare realizzare superfici di scambio (alette, setti, eccetera) che si sviluppano dalla camera d’acqua e dalle connessioni idrauliche.

Infatti, i tradizionali elementi di radiatori presentano degli elementi di scambio metallici che si estendono dalla superficie laterale esterna delle connessioni e la collegano in particolare ad una aletta superiore che ha anche (e principalmente) funzioni estetiche.

Esempi di soluzioni note di questo tipo, reperibili sul mercato, sono illustrate nelle figure 1 e 2.

In realtà, à ̈ stato constatato che questo genere di soluzioni aumenta peso e dimensioni della connessione idraulica senza conseguire un significativo incremento di superficie di scambio efficace.

L’elemento di radiatore secondo l’invenzione, invece, consente uno sfruttamento più omogeneo e completo delle superfici di scambio disponibili, un miglior sfruttamento anche dell’aletta estetica normalmente posta alla sommità dell’elemento, un miglior sfruttamento della superficie laterale della connessione, nonché della zona del setto sovrastante la connessione.

In questo modo, si conseguono significativi vantaggi in termini di prestazioni di scambio termico ed efficienza, confermati da dati sperimentali: tutta la superficie laterale della connessione é sfruttata efficacemente per lo scambio termico alluminio/aria; tutta la superficie del setto sopra alla connessione idraulica é utile allo scambio termico; lo spazio liberato attorno alla connessione idraulica può essere impiegato per sviluppare delle superfici alettate supplementari (che non interrompano il canale attorno alla connessione).

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dei seguenti esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

– le figure 1 e 2 sono viste schematiche laterali parziali di elementi di radiatore noti;

– la figura 3 à ̈ una vista schematica prospettica di un elemento di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso in accordo al trovato;

– la figura 4 à ̈ una vista schematica laterale di una porzione di estremità superiore dell’elemento di radiatore di figura 3;

– la figura 5 à ̈ una vista schematica laterale di una variante dell’elemento di radiatore delle figure 3-4.

Con riferimento alle figure 3 e 4, 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.

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.

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.

L’elemento 1 comprende un sistema 10 di alette di scambio termico.

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.

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).

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.

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.

Con specifico riferimento alla figura 4, le connessioni 7 si protendono da fianchi 20 laterali opposti del corpo 2 lungo gli assi X; ciascuna delle connessioni 7 disposte all’estremità 3 superiore dell’elemento 1 ha una superficie 21 laterale anulare continua chiusa ad anello, che si estende dal fianco 20 ed à ̈ priva di interruzioni e/o appendici radiali che si protendono da essa e definisce un canale 22 anulare che circonda completamente la connessione 7 ed à ̈ delimitato posteriormente dal fianco 20 dell’elemento.

La connessione 7 Ã ̈ attaccata al rispettivo fianco 20 tramite un bordo 23 di radice e il fianco 20 si estende tutto attorno al bordo 23 di radice; il canale 22 presenta quindi una parete di fondo 24 definita dalla porzione del fianco 20 che circonda il bordo 23 di radice.

Preferibilmente, ma non necessariamente, la connessione 7 ha simmetria centrale rispetto all’asse X centrale e ha una parete laterale di spessore uniforme attorno all’asse X centrale.

Almeno un elemento 25 di convogliamento à ̈ affacciato ad una porzione della superficie 21 laterale della connessione 7 e spaziato radialmente dalla superficie 21 laterale per definire un tratto del canale 22.

Nell’esempio di figura 4, l’elemento 25 di convogliamento include un’aletta 26 di scambio termico superiore, disposta sopra la connessione 7 e spaziata radialmente da essa per definire un tratto superiore del canale 22 attorno alla connessione 7; l’aletta 26 si estende dal fianco 20 e non à ̈ collegata alla superficie 21 laterale della connessione 7.

Nella variante di figura 5, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli già descritti sono indicati con i medesimi numeri, l’elemento 25 di convogliamento include una o più alette 27 laterali di scambio termico, disposte su uno o rispettivi lati della connessione 7 per definire rispettivi tratti del canale 22 attorno alla connessione 7; le alette 27 laterali si estendono dal fianco 20 dell’elemento 1 e non sono collegate alla superficie 21 laterale della connessione 7.

Resta infine 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.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento (1) di radiatore da riscaldamento in alluminio pressofuso, estendentesi lungo un asse (A) longitudinale ed avente una struttura (15) monolitica realizzata per pressofusione in alluminio, comprendente un corpo (2) tubolare e connessioni (7) che si protendono da fianchi (20) laterali opposti del corpo (2) lungo rispettivi assi (X) centrali per collegare l’elemento (1) ad altri elementi simili e/o ad un impianto idraulico esterno; l’elemento (1) essendo caratterizzato dal fatto che almeno una connessione (7) disposta ad una estremità (3) superiore dell’elemento (1) ha una superficie (21) laterale anulare continua, priva di appendici radiali e definente un canale (22) anulare che circonda completamente la connessione (7) ed à ̈ delimitato posteriormente dal fianco (20) dell’elemento (1).
2. 2. Elemento secondo la rivendicazione 1, in cui la connessione (7) à ̈ attaccata al fianco (20) tramite un bordo (23) di radice e il fianco (20) dell’elemento (1) si estende tutto attorno a detto bordo (23) di radice.
3. 3. Elemento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui almeno un elemento (25) di convogliamento à ̈ affacciato ad una porzione della superficie (21) laterale della connessione (7) e spaziato radialmente da detta superficie (21) laterale per definire un tratto del canale (22).
4. 4. Elemento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la connessione (7) ha simmetria centrale rispetto all’asse (X) centrale.
5. 5. Elemento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la connessione (7) ha una parete laterale di spessore uniforme attorno all’asse (X) centrale.
6. 6. Elemento secondo una delle rivendicazioni precedenti, e provvisto di un’aletta (26) di scambio termico superiore, disposta sopra la connessione (7) e spaziata radialmente da essa per definire un tratto superiore del canale (22) attorno alla connessione (7); l’aletta (26) estendendosi dal fianco (20) dell’elemento (1) e non essendo collegata alla superficie (21) laterale della connessione (7).
7. 7. Elemento secondo una delle rivendicazioni precedenti, e provvisto di una o più alette (27) laterali di scambio termico, disposte su uno o rispettivi lati della connessione (7) per definire rispettivi tratti del canale (22) attorno alla connessione (7); le alette (27) laterali estendendosi dal fianco (20) dell’elemento (1) e non essendo collegate alla superficie (21) laterale della connessione (7).