ITMI20120866A1 - Scambiatore di calore a rotazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore del tipo a rotazione, in cui all’interno di un contenitore per un primo liquido viene posto in rotazione un rotore comprendete una pluralità di corpi cavi, generalmente aventi forma dischi cavi, collegati fluidicamente tra loro per consentire il passaggio di un secondo liquido convolto nello scambio termico.

Gli scambiatori di calore del tipo a rotazione sono attualmente utilizzati per il recupero di calore presente in liquidi ed in particolare nelle acque di scarico provenienti da svariate lavorazioni industriali e non, quali ad esempio lavorazioni nel campo tessile e del lavaggio e trattamento di tessuti. Le acque provenienti da queste lavorazioni possono contenere, solitamente in sospensione, residui di tipo solido derivanti dalle lavorazioni precedenti eseguite per mezzo del liquido. Si pensi ad esempio all’acqua utilizzata per le lavorazioni tessili quali tintura, o trattamento di fibre oppure per il lavaggio industriale di grandi quantitativi di indumenti e tessuti.

Va notato che oltre ai campi specificamente menzionati in precedenza, questo tipo di scambiatori può essere utilizzato per il recupero di calore da liquidi, acque di scarico, fanghiglie di qualsiasi provenienza e trovano particolare applicazione nei casi in cui tali liquidi contengano residui delle lavorazioni precedentemente svolte con tale liquido.

Infatti, negli scambiatori a rotazione à ̈ il moto di rotazione del rotore all’interno dello scambiatore a consentire l’efficace scambio termico, oltre alla generazione di un moto turbolento del liquido posto all’interno del contenitore tale da consentire l’eliminazione o quantomeno la separazione dei residui solidi in esso contenuti.

Il brevetto US 4,301,860 descrive uno scambiatore di calore del tipo sopra menzionato dotato di un contenitore all’interno del quale viene immesso il primo liquido, preferibilmente l’acqua di scarico di lavorazioni e trattamento industriale, mediante appositi mezzi di ingresso e di uscita.

All’interno del contenitore à ̈ montato ruotabile un rotore dotato di una pluralità di corpi cavi, nella forma di dischi lenticolari cavi, che consentono il passaggio al proprio interno del secondo liquido coinvolto nello scambio termico. I due liquidi sono separati tra loro e non vengono a contatto diretto, ma il calore viene scambiato tra di essi attraverso le superfici dei dischi cavi posti in rotazione nello scambiatore. Infatti, come detto, i dischi sono immersi nel liquido contenuto nel contenitore dello scambiatore, mente l’altro liquido passa all’interno dei dischi che sono fluidicamente collegati tra loro.

In particolare, i dischi utilizzati come superficie di scambio termico possiedono forma sostanzialmente lenticolare, in altre parole essi sono formati da due pareti laterali convesse dotate di perimetro circolare che sono vincolate in posizione affacciata in modo tale da costituire un disco cavo con le pareti laterali sporgenti verso l’esterno che formano al proprio interno la cavità del disco lenticolare destinata al passaggio del secondo liquido.

Ciascun disco cavo dello scambiatore descritto in US 4,301,860 comprende un diaframma interno centrale e delle depressioni realizzate sulla superficie delle pareti laterali che svolgono la funzione di regolare il passaggio del liquido. La formazione all’interno del disco di un percorso per il liquido passante al suo interno mediante le depressioni consente di aumentare l’efficienza dello scambio termico tra i due liquidi attraverso le pareti dei dischi lenticolari disposti in successione sul rotore. Le depressioni che hanno sostanzialmente forma circolare e sono disposte a diversa distanza dall’asse di rotazione del disco consentono altresì di irrobustirne la superficie.

Infatti, quando le due pareti vengono accoppiate le depressioni sono disposte in modo corrispondente e le loro superfici inferiori sono poste a contatto, con l’interposizione del diaframma, per facilitare il vincolo tra le due pareti laterali. Inoltre, in corrispondenza delle depressioni poste a contatto, quando le due pareti laterali sono vincolate l’una all’altra per la formazione del disco lenticolare, vengono predispostiti mezzi di vincolo quali ad esempio punti di saldatura oppure chiodi e simili mezzi di vincolo.

Nel corso del tempo sono stati individuati alcuni inconvenienti degli scambiatori di calore del tipo sopra descritto, evidenziati in particolari campi di utilizzo e da esigenze sempre crescenti in termini di efficienza e di ampliamento del campo di operatività dello scambiatore.

Infatti, in alcuni campi di utilizzo il liquido posto nello scambiatore viene sottoposto in modo ciclico ed impulsivo a variazioni di pressione. Inoltre, in alcuni casi il liquido viene sottoposto a cicli di pressurizzazione e depressurizzazione. In tali occasioni, à ̈ stato possibile riscontrare rotture soprattutto nelle zone di vincolo delle due pareti che compongono il corpo cavo dovute all’eccessiva elasticità dello stesso.

Pertanto si presenta la necessità di aumentare la robustezza dei corpi cavi dello scambiatore anche nel caso in cui si desideri aumentare la pressione dei liquidi coinvolti nello scambio termico.

Altri inconvenienti degli scambiatori noti nella tecnica sono determinati dalle perdite di carico del liquido entro il quale à ̈ immerso il rotore sul quale sono vincolati i corpi cavi.

Infatti, per ottenere una sufficiente lunghezza termica dello scambiatore, vengono utilizzati deflettori fissi, o setti di separazione, che sono installati all’interno del contenitore dello scambiatore tra i corpi cavi posti in successione sul rotore. I deflettori intervallati con i corpi cavi formano delle camere fluidamente collegate tra loro in modo tale da creare un percorso a labirinto per allungare la superficie di scambio termico, aumentando l’efficienza del processo di scambio.

Tuttavia, in scambiatori molto lunghi, con un numero elevato di corpi cavi installati in successione, la presenza di un numero elevato di deflettori porta alla formazione di eccessive perdite di carico con conseguenti difficoltà nella movimentazione del liquido posto all’interno del contenitore dello scambiatore, tanto che in molte applicazioni si à ̈ dovuto eliminare alcuni deflettori.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione uno scambiatore di calore che superi gli inconvenienti sopra brevemente discussi e che consenta altresì di ottenere elevata efficienza di scambio termico.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione uno scambiatore di calore del tipo a rotazione in cui i corpi cavi posti in rotazione siano dotati di rigidezza tale da evitare possibili rotture, soprattutto in presenza di liquidi ad alta pressione e in caso di applicazione ciclica di pressurizzazione e depressurizzazione del o dei liquidi posti nello scambiatore. Inoltre, à ̈ scopo della presente invenzione quello di mettere a diposizione uno scambiatore di calore in cui le perdite di carico del liquido posto all’interno del contenitore dello scambiatore siano contenute e che allo stesso tempo consenta di migliore la circolazione del liquido al suo interno, soprattutto nei casi in cui la densità del liquido à ̈ elevata.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti da uno scambiatore di calore per liquidi, secondo la presente invenzione, comprendente un contenitore all’interno del quale à ̈ posto almeno un primo liquido ed almeno un rotore vincolato in modo ruotabile all’interno del contenitore. Il rotore comprende almeno un corpo cavo dotato di almeno due pareti laterali vincolate tra loro per formare una cavità al proprio interno per il passaggio di almeno un secondo liquido. Il o i corpi cavi sono posti in rotazione attorno ad un asse e lo scambiatore à ̈ caratterizzato dal fatto che almeno una delle pareti laterali comprende almeno una depressione allungata estendentesi lungo una linea non radiale rispetto all’asse di rotazione.

Va fin da subito notato che con il termine “depressione†si vuole indicare una porzione della superficie delle pareti laterali dei corpi cavi che si trova ad un livello inferiore rispetto alla superficie al difuori della depressione. In altre parole, la depressione à ̈ una porzione in recesso della parete laterale in cui i punti al suo interno si trovano ad una altezza inferiore rispetto alla superficie esterna della parete laterale al difuori della depressione. Ogni depressione forma, ovviamente, una sporgenza in corrispondenza di essa all’interno del corpo cavo.

Inoltre, l’espressione “estendentesi lungo una linea non radiale†à ̈ utilizzata qui e nel seguito per indicare che la linea secondo cui si estende la depressione allungata non à ̈ disposta secondo un raggio e quindi non giace su di un raggio della parete laterale definito a partire dall’asse di rotazione del corpo cavo. In altre parole, la linea secondo la quale si estendono le depressioni à ̈ almeno in parte incidente al raggio della parete laterale a partire dal centro di rotazione del corpo cavo. Come detto, secondo un aspetto della presente invenzione le depressioni realizzate sulle pareti laterali del corpo cavo sono allungate in modo tale da poter unire almeno due punti della superficie laterale che non appartengono alla stesso raggio rispetto all’asse di rotazione del corpo cavo.

Vantaggiosamente la presenza delle depressioni allungate consente di migliorare notevolmente la rigidità del corpo cavo e delle sue pareti laterali, infatti, le depressioni formano all’interno del corpo cavo una pluralità di pareti interne che riducono le proprietà elastiche del corpo cavo. Così facendo, possono essere sensibilmente ridotte le rotture riscontrate nell’utilizzo degli scambiatori attualmente utilizzati, soprattutto a seguito di cicli di pressurizzazione e depressurizzazione dei liquidi posti nello scambiatore. Inoltre, grazie all’incremento della rigidità dei corpi cavi dello scambiatore à ̈ possibile aumentare la pressione di esercizio dei liquidi coinvolti nello scambio termico. Secondo un aspetto della presente invenzione, lo scambiatore di calore à ̈ provvisto di almeno una depressione su ciascuna delle pareti laterali del corpo cavo, ed in particolare le depressioni realizzate su una parete laterale sono sovrapposte in almeno un punto di contatto con almeno una depressione disposta su un’altra parete laterale del corpo cavo. In altre parole, le depressioni su due pareti laterali diverse del corpo cavo sono disposte in modo tale da risultare sovrapposte in almeno un punto, o area di contatto. Va notato che il contatto tra le depressioni poste su pareti diverse, che di preferenza avviene in corrispondenza della superfice inferiore delle depressioni sovrapposte può essere sia diretto che indiretto, ad esempio mediante l’interposizione di un parete interna o diaframma interno al corpo cavo.

I vantaggi relativi all’irrigidimento dei corpi cavi dello scambiatore sono particolarmente evidenti nel caso in cui le depressioni poste su due pareti laterali del corpo cavo abbiano uno o più punti o aree di contatto. Infatti, il contatto tra queste parti delle depressioni, ed in particolare della loro superficie inferiore consente di irrigidire la struttura del corpo cavo. Così facendo, quando il liquido o i liquidi dello scambiatore sono sottoposti a pressurizzazioni e depressurizzazioni, anche ciclicamente e/o in modo impulsivo, il disco non viene sottoposto ad effetti di “gonfiaggio†e “sgonfiaggio†in virtù della sua rigidezza radiale e anulare.

Secondo un aspetto della presente invenzione, almeno una depressione di una parete laterale à ̈ sovrapposta con almeno due diverse depressioni disposte sull’altra parete laterale del corpo cavo. La sovrapposizione di una depressione con almeno due diverse depressioni poste sull’altra parete latrale del corpo cavo, determina la formazione di due punti o aree di contatto diverse. Inoltre, secondo una forma di realizzazione preferita, ciascuna depressione disposta su di una parete à ̈ sovrapposta con tre diverse depressioni disposte sull’altra parete laterale del corpo cavo, formando tre diversi punti di contatto.

Di preferenza, il o i punti di contatto delle depressioni sovrapposte appartenenti a pareti laterali diverse sono disposti sostanzialmente in corrispondenza degli estremi della linea lungo la quale la depressione si estende. Un terzo punto di contatto à ̈ di preferenza disposto in posizione sostanzialmente centrale (mediana) della linea lungo la quale la depressione si estende.

Vantaggiosamente, i punti o le aree di contatto delle depressioni sovrapposte possono essere utilizzati per appore mezzi di vincolo delle pareti laterali per irrigidire e irrobustire ulteriormente il corpo cavo. In dettaglio, in corrispondenza dei punti di contatto delle depressioni sovrapposte à ̈ possibile installare mezzi di vincolo di tipo noto quali ad esempio chiodi, rivetti, punti di saldatura e simili. Secondo un aspetto della presente invenzione, la linea secondo cui la o le depressioni allungate si estendono può essere almeno in parte curva e/o almeno in parte retta.

Secondo una forma di realizzazione preferita, almeno una parete laterale del corpo cavo comprende una prima pluralità di depressioni e una seconda pluralità di depressioni aventi dimensioni minori rispetto a quelle della prima pluralità di depressioni. Vantaggiosamente, le depressioni di dimensioni minori rispetto alle altre depressioni consentono di coprire, ovverosia di occupare un’area maggiore della superficie delle pareti laterali del corpo cavo tali da incrementare ulteriormente la sua rigidezza.

Di preferenza, almeno una depressione della seconda pluralità disposta su una prima parete laterale del corpo à ̈ sovrapposta e ha almeno un punto di contatto con almeno una depressione della prima pluralità di depressioni disposte sull’altra parete laterale del corpo cavo.

Tale particolare disposizione consente di ottenere un maggior numero di punti di contatto tra le depressioni e quindi di fornire un maggior numero di aree di irrigidimento del corpo cavo, in corrispondenza delle quali à ̈ altresì possibile realizzare il vincolo delle due pareti laterali, ad esempio mediante saldatura, rivettatura e simili mezzi di vincolo.

Inoltre, lo scambiatore secondo la presente invenzione à ̈ caratterizzato dal fatto che le depressioni di una prima parete laterale sono disposte secondo una prima inclinazione rispetto ad un raggio del corpo cavo e le depressioni disposte su un’altra parete laterale di detto corpo cavo si estendono con inclinazione, rispetto ad un raggio, opposta rispetto a quelle disposte sull’altra parete laterale del corpo cavo. Tale particolare conformazione consente di migliorare l’avanzamento del liquido all’interno del contenitore dello scambiatore riducendo notevolmente le perdite di carico generate.

Vantaggiosamente, lo scambiatore di calore secondo la presente invenzione, dotato di una pluralità di corpi cavi del tipo sopra descritto ed in particolare dotati di una serie di depressioni arcuate disposte in modo da risultare inclinate in modo opposto su due pareti laterali opposte del corpo cavo, consente di poter trattare liquidi molto più viscosi e dotati di densità elevata senza la generazione di eccessive perdite di carico.

Tali vantaggi sono maggiormente evidenti nella forma di realizzazione preferita in cui le depressioni disposte sulle pareti laterali del corpo cavo sono arcuate e disposte con inclinazione sostanzialmente opposta sulle due pareti laterali vincolate affacciate che formano il corpo cavo.

Questi ed altri vantaggi saranno evidenti dalla seguente descrizione e dalle figure allegate, qui riportate a titolo illustrativo e non limitativo, in cui:

ï‚· la Figura 1 Ã ̈ una vista in pianta di una parete laterale del corpo cavo dello scambiatore di calore secondo la presente invenzione;

ï‚· la Figura 2 Ã ̈ una vista ingrandita di una porzione della parete laterale di Figura 1;

ï‚· la Figura 3 Ã ̈ una vista in sezione della parete latrale secondo il piano A-A di Figura 1;

ï‚· la Figura 4 Ã ̈ una vista di una porzione del corpo cavo formato da due pareti laterali vincolate tra loro in posizione affacciata in cui sono visibili le depressioni presenti sulla parete superiore (linee continue) e le depressioni della parete inferiore (linee tratteggiate);

ï‚· la Figura 5 Ã ̈ una vista in sezione delle pareti laterali del corpo cavo vincolate tra loro secondo il piano H-H di Figura 4;

ï‚· la Figura 6 Ã ̈ una vista laterale semplificata dello scambiatore di calore secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle Figure allegate 1 - 6 verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita dello scambiatore di calore 1 secondo la presente invenzione. Come visibile nella vista laterale di Figura 6, lo scambiatore 1 comprende un contenitore 2 all’interno del quale à ̈ posto almeno un primo liquido ed almeno un rotore 3 vincolato in modo ruotabile all’interno del contenitore 2. Il rotore 3 comprende almeno un corpo cavo 10 dotato di almeno due pareti laterali 11 e 12 vincolate tra loro a formare una cavità 13 al proprio interno per il passaggio di almeno un secondo liquido.

Più in dettaglio, come visibile in Figura 6, il rotore 3 à ̈ supportato in modo girevole all’interno del contenitore 2, o vasca dello scambiatore, ed à ̈ altresì collegato fluidicamente con l’esterno attraverso opportuni raccordi 4 e 5 che consentono il passaggio del secondo liquido all’interno del rotore. Ovviamente, anche il contenitore 2 à ̈ dotato di opportuni raccordi 6 e 7 per il collegamento fluidico con l’esterno, ed in particolare per consentire l’ingresso e l’uscita del primo liquido nel/dal contenitore 2.

Come visibile in Figura 6, il rotore 3 comprende, di preferenza, un albero centrale 3a sul quale sono vincolati uno o più corpi cavi 10. Ovviamente il numero di corpi cavi 10 vincolati al rotore 3 dello scambiatore 1 può variare a seconda delle esigenze, infatti, maggiore à ̈ il numero dei corpi cavi, maggiore sarà la superfice di scambio tra i due liquidi coinvolti nello scambio termico. Il primo liquido passa all’interno del contenitore 2 dello scambiatore a contatto con la superficie esterna dei corpi cavi 10, mentre il secondo liquidi passa all’interno del rotore 3 e dei corpi cavi 10. I corpi cavi 10 vincolati al rotore 3 sono posti in rotazione attorno ad un asse X, ad esempio per mezzo di un motore elettrico 8 vincolato esternamente rispetto al contenitore 2 dello scambiatore.

Come detto, ciascun corpo cavo 10 comprende almeno due pareti laterali 11 e 12, e nella forma di realizzazione illustrata ciascun corpo cavo 10 comprende due pareti laterali 11 e 12 aventi superficie esterna convessa in modo tale da formare, quando accoppiati, un disco cavo di forma sostanzialmente lenticolare. Di preferenza le pareti laterali 11 e 12 possiedono forma circolare e sono vincolate tra loro in posizione affacciata formando quindi un corpo cavo avente sostanzialmente forma di disco. Di preferenza le pareti laterali 11 e 12 del corpo cavo 10 sono realizzate in lamine di materiale metallico il cui spessore può variare a seconda delle esigenze costruttive e di utilizzo. In particolare, si tende ad evitare spessori troppo elevati perché determinerebbero un peso eccessivo del corpo cavo con la conseguente difficoltà di movimentazione, ed in particolare la loro rotazione all’interno dello scambiatore.

Dall’altro lato lo spessore non può essere troppo limitato perché, come detto, i corpi cavi sono destinati al contatto sia internamente sia esternamente con i liquidi coinvolti nello scambio termico che possono essere immessi in pressione, o secondo cicli di pressurizzazione e depressurizzazione. Vantaggiosamente, come si vedrà meglio nel seguito, le depressioni 20 disposte sulle pareti laterali 11 e 12 dei corpi cavi 10 svolgono anche la funzione di conferire rigidità alla superficie del corpo cavo, potendo quindi mantenere contenuto il suo peso pur ottenendo ottime prestazioni in termini di resistenza meccanica.

Va altresì notato che le pareti laterali 11 e 12 possono essere formate da più porzioni vincolate tra loro oppure essere realizzate in pezzo unico, ad esempio mediante un’unica lamiera opportunamente sagomata, come nella forma di realizzazione illustrata nelle figure.

I corpi cavi 10 formati a seguito del vincolo di due pareti laterali 11 e 12 sono forati in corrispondenza della loro parte centrale per consentire il passaggio dell’albero 3a del rotore 3, e quindi per il loro calettamento su di esso. Inoltre, i corpi cavi 10 comprendono un risvolto 14 (si vedano le Figure 3 e 4) verso l’esterno, in corrispondenza della propria parte centrale, per consentire il collegamento con corpi contigui calettati in successione sull’albero 3a del rotore 3.

In corrispondenza del risvolto 14 Ã ̈ vincolata una superficie forata 15 (visibile in Figura 4) sostanzialmente parallela alle pareti laterali del corpo cavo tale da consentire il collegamento fluidico tra un corpo cavo ed il successivo calettati sul rotore 3.

Come visibile in Figura 5, sulla parete laterale 11 Ã ̈ inoltre disposta una porzione aggettante 16 in corrispondenza della parte centrale che consente di vincolare il corpo cavo con il successivo. Infatti, come visibile in Figura 5 la superficie esterna della porzione aggettante 16 Ã ̈ sagomata per consentire il passaggio esternamente ad essa del risvolto 14 del corpo cavo montato in successione rispetto ad esso sul rotore 3.

Secondo un aspetto della presente invenzione, almeno una superficie laterale 11, 12 del corpo cavo 10 comprende almeno una depressione 20. Più in dettaglio, le pareti laterali dei corpi cavi comprendono una o più depressioni 20 che formano corrispondenti sporgenze all’interno del corpo cavo quando le due pareti laterali sono vincolate tra loro a formare il corpo cavo.

Nella forma di realizzazione preferita, illustrata nelle figure, le depressioni 20 sono realizzate su entrambe le pareti laterali 11 e 12 che formano i corpi cavi 10. In dettaglio, ciascuna parete laterale 11 e 12 comprende una pluralità di depressioni 20, realizzate ad esempio tramite stampaggio su di essa. Ovviamente, altre tecnologie di lavorazione note possono essere utilizzate per la realizzazione delle depressioni 20 sulle superfici laterali del corpo cavo secondo la presente invenzione.

Nella forma di realizziamone illustrata nelle figure, i corpi cavi 10 sono formati da pareti laterali 11 e 12 uguali che vengono vincolate in posizione affacciata. Ne segue che la disposizione, il numero e la forma delle depressioni 20 formate sulle due pareti laterali 11 e 12 sono identiche per le due pareti laterali. Le Figure 4 e 5 mostra una porzione di un corpo cavo 10 realizzato vincolando tra loro due pareti laterali 11 e 12 uguali tra loro.

Ovviamente, secondo ulteriori possibili forme di realizzazione, le depressioni 20 possono essere realizzate e disposte in modo differente sulle pareti laterali 11 e 12 che vengono vincolate tra loro per la formazione del corpo cavo, in termini di dimensioni, di forma e di numero.

Come visibile nelle Figure, le pareti laterali 11 e 12 comprendono almeno una pluralità di depressioni 20 allungate che si estendono lungo una linea non radiale rispetto all’asse di rotazione X. Va notato che nella presente descrizione si à ̈ fatto e si farà riferimento al raggio, o alla direzione radiale del corpo cavo, con riferimento al centro di rotazione del corpo cavo individuato dall’asse X attorno al quale il rotore 3 pone in rotazione il corpo cavo.

Come visibile nelle Figure, le depressioni 20 sono allungate e si estendono lungo una linea che unisce almeno due punti non allineati sulla stesso raggio appartenente alla parete laterale 11, 12. A seguito di numerose prove sperimentali, la richiedente ha potuto verificare che l’estensione delle depressioni 20 lungo una linea disposta radialmente rispetto all’asse di rotazione X à ̈ da evitare perché determinerebbe dei passaggi troppo lineari e diretti per il liquido all’interno dello scambiatore, riducendone significativamente l’efficienza.

In altre parole, la linea secondo cui si estende ciascuna depressione allungata 20 non à ̈ disposta secondo una direzione radiale e quindi non giace su di un raggio della parete laterale 11, 12 definito a partire dall’asse di rotazione X del corpo cavo.

Di preferenza, le depressioni 20 si estendono lungo una linea che unisce almeno due punti disposti a distanza diversa rispetto all’asse di rotazione X. Le depressioni possono essere rettilinee o curvilinee, come nella forma di realizzazione illustrata nelle figure in cui esse possiedono forma arcuata simile alla geometria delle pale di una girante che, come si vedrà meglio nel seguito, conferisce particolari vantaggi in termini di riduzione delle perdite di carico generate all’interno dello scambiatore.

Secondo un aspetto della presente invenzione, le depressioni 20 realizzate su una parete laterale 11, 12 sono sovrapposte in almeno un punto 25, o area, di contatto con almeno una depressione 20 disposta su un’altra parete laterale del corpo cavo. In altre parole, le depressioni su due pareti laterali diverse del corpo cavo sono disposte in modo tale da risultare sovrapposte in almeno un punto o area di contatto 25. Va notato che il contatto, che di preferenza avviene in corrispondenza della superfice inferiore della depressioni sovrapposte può essere sia diretto che indiretto, ad esempio mediante l’interposizione di un parete interna o diaframma interno al corpo cavo.

In Figura 4, che come detto mostra un corpo cavo formato dal vincolo delle due pareti laterali 11 e 12, si possono individuare le depressioni 20 disposte sulla parete 11 che sono rappresentate con linee continue, mentre le depressioni 20 realizzate sulla parete laterale 12 sono rappresentate con linee tratteggiate. Sempre con riferimento alla Figura 4, le depressioni 20 disposte su due pareti laterali diverse presentano almeno un punto di contatto 25. Più in dettaglio, le depressioni 20 su una parete laterale possiedono un punto di contatto 25 comune con due diverse depressioni 20 disposte sull’altra parete laterale. Di preferenza i punti di contatto 25 si trovano in corrispondenza della porzione iniziale e finale della linea lungo la quale si estende ciascuna depressione 20. Tale particolare conformazione consente di irrobustire il corpo cavo 10 e quindi renderlo più resistente rispetto alle conformazioni delle depressioni utilizzate negli scambiatori noti nella tecnica. Inoltre, va notato che i punti di contatto 25 tra le depressioni 20 poste su pareti laterali 11, 12 opposte del corpo cavo consentono di irrigidire la struttura dello stesso formando delle aree in cui le superfici delle depressioni sono sovrapposte. Inoltre, i punti di contatto consentono di formare all’interno del corpo cavo un percorso per il liquido passante al suo interno.

Vantaggiosamente, i punti o le aree di contatto 25 delle depressioni 20 sovrapposte possono essere utilizzati per appore mezzi di vincolo 30 delle parete laterali per irrigidire e irrobustire ulteriormente il corpo cavo. In dettaglio, in corrispondenza dei punti di contatto 25 delle depressioni sovrapposte à ̈ possibile installare mezzi di vincolo 30 di tipo noto quali ad esempio chiodi, rivetti, punti di saldatura e simili. Si veda a tal proposito la figura 4 in cui sono visibili i mezzi di vincolo 30 in corrispondenza dei punti o aree di contatto 25 delle depressioni 20.

Inoltre, secondo una forma di realizzazione preferita ciascuna depressione 30 disposta su di una parete laterale à ̈ sovrapposta con tre diverse depressioni 20 disposte su un’altra parete laterale del corpo cavo, formando così tre punti o aree di contatto 25. In particellare la Figura 4 mostra tre punti contatto 25a, 25b e 25c della depressione 20d sulla parete 11 rispettivamente con tre diverse depressioni 20a, 20b e 20c disposte sull’altra parete laterale 12 del corpo cavo 10.

Ovviamente, le depressioni possono avere ampiezza più o meno estesa sia in termini di sviluppo laterale indicato in Figura 1 con la corda Y, sia in termini di sviluppo longitudinale, indicato in Figura 1 con la corda Z, che indica sostanzialmente l’estensione da un punto appartenette ad una circonferenza più interna ad un punto appartenente ad una circonferenza più esterna sulle pareti laterali 11 e 12 del corpo cavo misurate dall’asse di rotazione X.

Secondo un forma di realizzazione preferita, almeno una parete laterale del corpo cavo comprende una prima pluralità di depressioni e una seconda pluralità di depressioni aventi dimensioni minori rispetto a quelle della prima pluralità di depressioni. Nelle Figure allegate si può notare come la seconda pluralità di depressioni si estenda sostanzialmente su una corona circolare di estensione minore rispetto alla prima pluralità di depressioni che si estendono sostanzialmente su tutta la superficie della corona circolare della parete laterale.

Come visibile nelle Figure, le depressioni della prima pluralità sono intervallate con le depressioni della seconda pluralità, aventi dimensioni minori.

Questa particolare diposizione consente di ottenere un maggior numero di depressioni disposte su pareti laterali opposte 11 e 12 che sono a contatto tra loro formando un reticolo per il passaggio del liquido all’interno del corpo cavo e allo stesso tempo irrobustendo ulteriormente la superficie del corpo cavo.

Infatti, secondo una forma di realizzazione preferita, almeno una depressione 20 appartenete alla seconda pluralità di depressioni disposta su una prima parete laterale del corpo à ̈ sovrapposta e ha almeno un punto di contatto 25 con almeno una depressione 20 della prima pluralità di depressioni disposte su un’altra parete laterale del corpo cavo.

Come visibile in Figura 4, le depressioni di estensione minore risultano sovrapposte in un punto 26 sostanzialmente mediano, o centrale, delle depressioni di estensione maggiore. Risulta chiaro che la formazione di un punto di contatto 25 disposto in un punto sostanzialmente centrale della depressione ad estensione maggiore determina un irrigidimento ulteriore della superficie del corpo cavo.

Come già detto in precedenza in relazione alla prima pluralità di depressioni, almeno in corrispondenza di un punto di contatto tra le superfici inferiori delle depressioni sovrapposte disposte su due diverse pareti laterali à ̈ possibile installarle mezzi di vincolo 30.

Inoltre, lo scambiatore secondo la presente invenzione à ̈ caratterizzato dal fatto che le depressioni disposte su una prima parete laterale 11 sono disposte secondo una prima inclinazione rispetto ad un raggio del corpo cavo e le depressioni 20 disposte su un’altra parete laterale 12 del corpo cavo si estendono con inclinazione, rispetto ad un raggio, opposta rispetto a quelle disposte sull’altra parete laterale 11.

Infatti, come visibile in particolare in Figura 4, le depressioni 20 sulla prima parte laterale 11 (rappresentate con linee continue) si estendono inclinate verso destra rispetto ad un raggio passante attraverso l’asse di rotazione X del corpo cavo. Di contro, le depressioni 20 disposte sulla parete laterale 12 (rappresentate con linee tratteggiate) sono inclinate verso sinistra rispetto ad un raggio passante per l’asse di rotazione X del corpo cavo. Tale particolare disposizione delle depressioni sulle due pareti laterali vincolate affacciate à ̈ ottenuta, come detto, mediante il vincolo di due pareti laterali uguali, ovverosia due pareti laterali aventi il medesimo disegno delle depressioni che vengono vincolate affacciate l’una all’altra.

Come detto, le depressioni 20 sono arcuate in modo tale da assumere sostanzialmente la forma geometrica delle pale di una girante centrifuga, e quando due pareti laterali vengono vincolate tra loro, le depressioni arcuate sono inclinate secondo due direzioni opposte sulle due pareti 11 e 12. Ne segue che il comportamento fluidodinamico del liquido in cui sono immersi i corpi cavi sarà diverso da una faccia all’altra del corpo cavo. In particolare, il comportamento fluidodinamico delle depressioni può essere astrattamente considerato quello dovuto alle “pale avanti†e “pale indietro†di una girante. Così facendo à ̈ possibile determinare la formazione di una forza centrifuga agente sul liquido contenuto nel contenitore 2 dello scambiatore in maniera differente a seconda della faccia del corpo cavo interessata, ciò comporta la generazione di zone ad alta pressione e zone a bassa pressione in corrispondenza delle due pareti laterali dello stesso corpo cavo e tra le pareti di due corpi cavi contigui. Le zone ad alta pressione e quelle a bassa pressione si susseguono lungo tutta la lunghezza dello scambiatore. Ne segue che il moto di avanzamento del liquido presente nel contenitore 2 dello scambiatore viene agevolato rispetto agli scambiatori noti nella tecnica.

In particolare, lo scambiatore di calore secondo la presente invenzione à ̈ dotato di deflettori 40 installati all’interno del contenitore 2 tra due corpi cavi 10 disposti in successione sul rotore 3. La particolare conformazione delle depressioni 20, consente di agevolare il movimento del liquido all’interno del contenitore senza la generazione di eccessive perdite di carico e senza la necessità di rimuovere alcuni deflettori come avviene negli scambiatori di calore noti nella tecnica e attualmente utilizzati.

Inoltre, à ̈ possibile diminuire notevolmente le perdite di carico generate, anche nel caso in cui il liquido posto all’interno del contenitore dello scambiatore abbia densità elevata o sia particolarmente viscoso.

La conformazione delle depressioni 20, ed in particolare la loro forma arcuata con inclinazione opposta sulle due pareti laterali 11 e 12, oltre alla presenza della seconda pluralità di depressioni di estensione minore della forma di realizzazione preferita illustrata nelle figure, consente di migliore notevolmente l’efficacia dello scambiatore di calore in cui i corpi cavi così realizzati sono installati.

Inoltre à ̈ possibile diminuire l’interasse, ovvero la distanza tra due corpi cavi contigui disposti in successione sull’albero 3a del rotore 3 dello scambiatore a parità di perdite di carico generate, così da poter ottenere scambiatori di dimensioni più compatte a parità di prestazioni e di efficienza dello scambio termico.

Inoltre, la particolare conformazione dei corpi cavi e delle depressioni disposte sulle proprie facce laterali consente di aumentare lo stato turbolento del liquido posto nel contenitore dello scambiatore migliorando di fatto l’efficienza dello scambio termico con il liquido passante all’interno dei corpi cavi.

Va altresì notato che l’aumento della turbolenza all’interno del contenitore dello scambiatore consente di migliorare le caratteristiche di auto-pulizia dello scambiatore in quanto sarà possibile mantenere in sospensione sulla superfice del liquido i residui solidi in esso contenuti.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore (1) per liquidi del tipo comprendente un contenitore (2) all’interno del quale à ̈ posto almeno un primo liquido ed almeno un rotore (3) vincolato in modo ruotabile all’interno di detto contenitore, detto rotore comprendendo almeno un corpo cavo (10) dotato di almeno due pareti laterali (11, 12) vincolate tra loro a formare una cavità (13) al proprio interno per il passaggio di almeno un secondo liquido, detto almeno un corpo cavo (10) essendo posto in rotazione attorno ad un asse (X), caratterizzato dal fatto che almeno una di dette pareti laterali (11, 12) comprende almeno una depressione (20) allungata estendentesi lungo una linea non radiale rispetto a detto asse di rotazione (X).
2. 2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna di dette almeno due pareti laterali (11, 12) comprende almeno una depressione (20), l’almeno una depressione (20) realizzata su una parete laterale (11, 12) essendo sovrapposta in almeno un punto di contatto (25, 26) con almeno una depressione (20) disposta sull’altra parete laterale (11, 12) di detto corpo cavo (10).
3. 3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 2, in cui detta almeno una depressione (20) di una parete laterale (11, 12) à ̈ sovrapposta con almeno due diverse depressioni (20) disposte sull’altra parete laterale (11, 12) di detto corpo cavo.
4. 4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto almeno un punto di contatto (25, 26) di dette depressioni (20) sovrapposte appartenenti a pareti laterali (11, 12) diverse à ̈ disposto sostanzialmente in corrispondenza di un estremo di detta linea lungo la quale detta almeno una depressione (20) si estende.
5. 5. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 - 4, comprende mezzi di vincolo (30) di dette depressioni (20) sovrapposte appartenenti a pareti laterali (11, 12) diverse in detto almeno un punto di contatto (25, 26).
6. 6. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta linea secondo cui detta almeno una depressione (20) allungata si estende à ̈ almeno in parte curva e/o almeno in parte retta.
7. 7. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedente, caratterizzato dal fatto che almeno una parete laterale (11, 12) di detto almeno un corpo cavo (10) comprende una prima pluralità di depressioni (20) e almeno una seconda pluralità di depressioni (20) aventi dimensioni minori rispetto a quelle della prima pluralità di depressioni.
8. 8. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 7, in cui le depressioni (20) di detta prima pluralità sono intervallate con dette depressioni (20) di detta seconda pluralità aventi dimensioni minori.
9. 9. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui almeno una depressione (20) di detta seconda pluralità, disposta su una prima parete laterale (11, 12) di detto corpo (10), à ̈ sovrapposta e ha almeno un punto di contatto (25, 26) con almeno una depressione (20) della prima pluralità di depressioni disposte su un’altra parete laterale (11, 12) di detto corpo cavo.
10. 10. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le depressioni (20) sono disposte secondo una prima inclinazione rispetto ad un raggio del corpo cavo (10) e le depressioni disposte sull’altra parete laterale di detto corpo cavo si estendono con inclinazione, rispetto al raggio, opposta rispetto a quelle disposte sull’altra parete laterale del corpo cavo.
11. 11. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un corpo cavo (10) comprende almeno due pareti laterali (11, 12) vincolate affacciate tra loro.
12. 12. Scambiatore secondo la rivendicazione 11, in cui dette almeno due pareti laterali (11, 12) vincolate affacciate sono uguali tra loro.
13. 13. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un corpo cavo (10) comprende due pareti laterali (11, 12) circolari convesse vincolate tra loro a formare un disco cavo lenticolare.
14. 14. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere due o più corpi cavi (10) disposti in successione su detto rotore (3), detti due o più corpi cavi essendo fluidicamente collegati tra loro per consentire il passaggio di detto almeno un secondo liquido tra di essi.
15. 15. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un deflettore (9) all’interno di detto contenitore (2), detto almeno un deflettore (9) essendo posto tra detti almeno due corpi cavi (10).