ITMI971008A1 - Dispositivo per trattare termicamente un fluido quale un dispositivo per condizionare l'aria di un ambiente per riscaldare l'acqua per uso - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione a nome:

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo secondo il preambolo della rivendicazione principale.

Sono note diverse tipologie di dispositivi per trattare termicamente un fluido primario. Con tale termine si intende un fluido atto ad essere inviato ad una utenza, quale i termoconvettori di un dispositivo atto a condizionare l 'aria di un ambiente o i rubinetti di un impianto sanitario ad acqua calda.

Con particolare riferimento ai dispositivi atti a condizionare l’aria di un ambiente, se ne conoscono di diverse tipologie. I più comuni comprendono un gruppo motocondensante ed uno evaporante; tali gruppi possono essere disposti entro un'unica unità che viene allocata entro l'ambiente da condizionare o possono essere fisicamente separati (definendo i cosiddetti dispositivi di tipo "split"), disposti distanziati tra loro e connessi da condotti, con il gruppo evaporante disposto entro l’ambiente da condizionare .

Tali dispositivi, pur operando in modo mediamente accettabile sono spesso inadeguati (sottodimensionati ) a condizionare ambienti di elevato volume. Inoltre presentano costi non trascurabili e problemi legati alla sicurezza sia durante l'istallazione che durante l'utilizzo; essi infatti impiegano fluidi frigorigeni che, se liberati nell'atmosfera durante tale istallazione (che necessariamente viene almeno in parte eseguita entro un ambiente chiuso) o l'impiego, possono risultare comunque pericolosi. In particolare, durante il loro impiego, essi possono risultare pericolosi per gli utenti che abitano i suddetti ambienti in quanto la fuoriuscita di tali fluidi può comportare il congelamento di chiunque si trovi nelle immediate vicinanze.

Sono noti altri dispositivi in cui il gruppo motocompressore è provvisto di scambiatore di calore ed acqua. Tali dispositivi (i cosiddetti "chiller") sono connessi a termoconvettori posti negli ambienti da condizionare in cui circola l'acqua ad una temperatura tale da raffreddare o riscaldare gli ambienti suddetti. I sopra citati dispositivi sono però di complicata realizzazione e presentano una pluralità di elementi dispersi entro la loro struttura. Ad esemplo, lo scambiatore è posto nelle immediate vicinanze del motocompressore, mentre nel basamento sono posti l'accumulatore, la pompa ed il vaso di espansione. Essi pertanto non sono separabili nelle loro due diverse parti (gruppo motocondensante e gruppo scambiatore di calore o evaporante), sono di complicata realizzazione e manutenzione e presentano costi elevati.

E' noto in commercio, inoltre, un organo detto "modulo idronico" comprendente un corpo contenente il fluido trattato da un chieller e presentante mezzi atti a trasferire tale fluido ad un utenza. Tale modulo non può essere utilizzato in associazione con un gruppo motocondensante esistente o comunque necessita di gruppo refrigerante completo a monte. In tale modulo non avviene alcuna espansione diretta del gas frigorigeno. Quindi tale modulo non può essere utilizzato come parte autonoma di un "chiller", ma come accessorio di quest'ultimo.

Con riferimento ai circuiti per acqua calda per uso sanitario, essi sono generalmente associati a caldaie usate per riscaldare ambienti. Qualora però la caldaia non sia provvista di tale duplice funzione, vi è la necessità di ottenere acqua calda con altri mezzi quali ad esempio mediante uno specifico bollitore (elettrico o a gas). Ciò con ovvi inconvenienti di ingombro e di costi.

Scopo del presente trovato è quello di offrire un dispositivo per trattare un fluido primario quale un dispositivo per condizionare degli ambienti attraverso tale fluido o per riscaldare acqua per uso sanitario o per deumidificare aria compressa o altro, che sia di semplice realizzazione, montaggio ed impiego, che sia di sicuro ed affidabile utilizzo e che presenti costi contenuti.

Un altro scopo è quello di offrire un dispositivo del tipo citato che possa essere utilizzato per condizionare ambienti di limitato volume e, con opportune e semplici modifiche, per condizionare ambienti di elevata volumetria totale.

Un ulteriore scopo e quello di offrire un dispositivo che, unito eventualmente a noti dispositivi di condizionamento già istallati ad esempio di tipo "split" o sostituenti gli evaporatori di questi ultimi, permetta di condizionare pià ambiente rispetto a quelli precedentemente condizionati con tali noti dispositivi.

Un ulteriore scopo è quello di offrire un dispositivo del tipo citato che possa essere facilmente accoppiato ad una caldaia impiegata per il riscaldamento di un ambiente al fine di sfruttarla per ottenere il riscaldamento di acqua per uso sanitario.

Un altro scopo è quello di offrire un dispositivo del tipo citato che possa essere facilmente impiegato per deumidificare un fluido, come ad esempio l'aria compressa per uso industriale.

Questi ed altri scopi che risulteranno evidenti all'esperto del ramo vengono raggiunti da un dispositivo secondo le rivendicazioni allegate.

Per una maggior comprensione del presente trovato si allega a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, il seguente disegno in cui:

la figura 1 rappresenta una vista schematica del dispositivo secondo il trovato;

la figura 2 rappresenta una sezione trasversale di una parte del dispositivo di figura 1; e

la figura 3 rappresenta una sezione simile a quella di figura 2, ma di una variante del trovato. Con particolare riferimento ad un dispositivo per il condizionamento dell'aria ambiente, il dispositivo secondo il trovato è indicato genericamente con 1 e comprende un gruppo motocompressore 2 (presentante un usuale motocompressore 3, un condensatore 4 ed una valvola di laminazione 5) ed un gruppo di scambio o scambiatore di calore a fluido 6. Esso può operare sia come refrigeratore che come pompa di calore. Il gruppo 6 è separato ed autonomo rispetto al gruppo 2; in figura 1 esso è disposto su tale gruppo 2, ma può essere posto a fianco di esso, ravvicinato o in posizione remota rispetto ad esso.

Più in particolare il gruppo di scambio 6 comprende un corpo 8 (coibentato o in materiale plastico a basso coefficiente di scambio termico ed a basso peso) delimitante un vano interno 9 contenente un fluido primario, quale acqua, antigelo o altro, atto ad essere inviato ad una utenza quale almeno un termoconvettore non mostrato; in tale vano è disposto un condotto 10, che preferibilmente è conformato a serpentina (10B) con spire preferibilmente molto ravvicinate (cosa che determina un miglior flusso di fluido entro di essa), in cui circola un fluido di scambio termico. Tale condotto è collegato, ad una estremità, ad un ingresso 12 previsto ad una sommità del corpo 8, e ad un'altra estremità ad un'uscita 13 affiancata all'ingresso 12. Tali ingresso ed uscita sono filetatti in 14 e sono atti ad essere connessi, tramite rispettivi condotti 16 e 17, ad un ingresso 18 del gruppo 2 ad una uscita 20 di quest'ultimo. I suddetti ingresso 12 ed uscita 13 sono realizzati in un organo di chiusura 8A del corpo 8. Tale organo presenta, in corrispondenza di bordi di estremità 81, un anello 82 in materiale cedevole (quale ad esempio gomma o similare) atto a generare tenuta tra le parti a contatto. La chiusura a tenuta dell'organo 8A sulla restante parte 8B del corpo 8 (delimitante il vano 9) può avvenire in modo noto qualsiasi e con un precarico qualsiasi. Ciò consente di posizionare il corpo 8 in verticale, orizzontale o altro rispetto al gruppo 2 senza che ciò comprometta il buon funzionamento del dispositivo 1.

Tra l'ingresso 12 e l'uscita 13 è presente un foro passante 84, a tenuta stagna, destinato al passaggio di una sonda (non mostrata), preferibilmente del tipo NTC (Negative Temperature Coefficient) che genera le funzioni di controllo termostatico del gruppo 6. Esso è connesso ad un organo di comando di quest'ultimo, non mostrato, provvisto di proprio visualizzatore (ad esempio digitale) e comando acceso/spento del dispositivo 1.

Entro il gruppo 2 è posta la valvola di laminazione (o elemento laminatore) 5; tuttavia, essa può essere autonoma da tale gruppo ed essere applicata direttamente all'ingresso 12.

Inferiormente (nella figura 2), il corpo 8 presenta una uscita 22 a cui è collegato un condottò 23 su cui è posta una pompa 24. Tale condottò è connesso ad una tubazione 26 diretta ad uno o più termoconvettori (di tipo in sè noto) disposti entro l’ambiente da condizionare. A fianco dell'uscita 22, è presente un ingresso 28 a cui è collegata una tubazione di ritorno 29 dai termoconvettori sopra citati. Tale condotto è associato al corpo 8 tramite un organo di connessione 30 conformato a "T" a cui è collegato un flussostato (non mostrato) che inibisce la funzione del gruppo 6 come "generatore di freddo" in assenza di flusso, ovvero in caso di formazione di ghiaccio nella parte 10A di condotto 10 coassiale alla serpentina 10B da esso definita e/o nel caso di guasto della pompa di circolazione 24. Quest 'ultima è preferibilmente del tipo a più velocità, così da generare un flusso adeguato di fluido verso il termoconvettore anche nel caso in cui le perdite di carico siano superiori a quelle mediamente previste.

Sia l 'organo 30 che l'organo di connessione 32 del condotto 23 al corpo 8 comprendono una porzione 35 inserita entro il vano 9 di tale corpo provvista di una pluralità di fori radiali 36 comunicanti con l'uscita 22 e l'ingresso 28, rispettivamente. Tali porzioni 35 sono atte a provocare, nel fluido passante attraverso di esse, un movimento turbolento, a gorgo, così da aumentare l'efficienza dello scambio termico ed evitare la eventuale stratificazione termica entro di esso ed in particolare lungo la serpentina 10B (cosa che diminuirebbe tale scambio termico). Ciò evita che, con il gruppo 6 operante come refrigeratore, lungo la serpentina 10B (o, in generale, lungo il condotto 10 comunque esso sia conformato) si abbia la formazione di ghiaccio.

Il condotto 10 definisce lo scambiatore di calore vero e proprio (evaporatore o condensatore a seconda che esso operi come condizionatore refrigerante o come pompa di calore). Esso può essere contenuto (come rappresentato in Figura 2) entro un elemento tubolare 40 presente nel vano 9 che opera, oltre che come convogliatore del fluido primario di ritorno dal o dai termoconvettori, anche da dissipatore delle frigorie o calorie prodotte dal fluido frigorigeno (fluido di scambio) presente nel condotto 10 (nel caso in cui il condotto 10 operi come evaporatore o come pompe di calore). Tale elemento 40 è aperto superiormente in modo tale da consentire il passaggio del fluido circolante nel gruppo 6 (veicolo di scambio termico con l'ambiente in cui è o sono posti i termoconvettori) dall'ingresso 28 all'uscita 22. A fianco dell'elemento 40 si viene così a creare, entro il corpo 8, un volume di lìquido 42 (volano termico) tale da garantire comunque un corretto condizionamento dell'ambiente verso il quale il fluido del gruppo 6 è diretto.

In mancanza dell'elemento 40, il condotto 10 è immerso nel fluido direttamente, come è rappresentato in Figura 3 che verrà successivamente descritta.

Sul fianco del corpo 8 è presente un vaso di espansione 45 connesso al vano 9. Tale vaso è preferibilmente sovradimensionato e tale da garantire l'efficienza dell'impianto fino a contenuti di fluido molto elevati.

L'impiego del dispositivo l è di immediata comprensione dalla descrizione sopra riposata e pertanto non verrà ulteriormente descritto. A quanto sopra si deve solo aggiungere il fatto che il funzionamento del dispositivo 1 è autonomo rispetto a quello del o dei termoconvettori; infatti, l'utente deve solo attivare il dispositivo e controllare (attraverso mezzi rilevatori di temperatura ambiente in sè noti) i termoconvettori quando nell'ambiente non vi è la temperatura ed umidità desiderata. Pertanto, il modo di termostatazione dell’ambiente non agisce sul dispositivo 1, ma sui termoconvettori, cosa che permette di semplificare le modalità di istallazione, di controllo e di comando del dispositivo stesso e dei termoconvettori ad esso associati .

Grazie al trovato, applicando uno o più gruppi 6 al gruppo motocompressore 2 (accoppiati in serie) è possibile condizionare ambienti anche di notevole volumetria.

Ogni elemento componente il dispositivo 1 ed in particolare il gruppo 6 è isolato termicamente, in modo da non dare origine a fenomeni di condensazione, oltre che di dissipazione del carico termico prodotto. Inoltre, ogni componente del dispositivo 1 ed in particolare del gruppo 6 verrà opportunamente sagomato e dimensionato in modo tale da procurare il minimo scambio tra i fluidi e gli organi che li contengono.

Con riferimento alla figura 3, in essa è rappresentata una variante del trovato in cui parti corrispondenti a quella delle figure già descritte sono indicate con gli stessi riferimenti numerici. Nell'esempio realizzativo di figura 3, il gruppo di scambio 6 presenta il condotto 10 (con le sue porzioni 10A e 10B) non inserito entro alcun elemento tubolare, ma liberamente posto nel vano interno 9 del corpo 8 di tale gruppo. L'ingresso 12 e l'uscita 13 del condotto 10 sporgono, per un tratto 110 e 111 dal corpo 8 e sono comunque connessi attraverso i condotti 16 e 17, al gruppo motocondensante 2 (non mostrato in figura 3).

Secondo la variante di figura 3, l'ingresso 12 e 1 'uscita 13 del suddetto condotto sono contenuti entro le porzioni terminali 113 o iniziali 114 delle tubazioni 29 e 23, rispettivamente. Opportuni elementi di tenuta 125 sono posti attorno all'estremità libera di tali tratti 110 e 111 in corrispondenza del punto di collegamento ai condotti 16 e 17. Ciò permette di ottenere la tenuta al fluido presente nei condotti 29 e 23, ma di realizzare i tratti 110 e 111 inseriti in quest'ultimi. In tal modo, tutti i condotti e tubazioni si aprono entro il corpo 8 in corrispondenza di una sola sua faccia 8D ed attraverso due sole aperture- 120 e 121 (rispettivamente per le prozioni 113 e 110 e 114 e 111) previste in quest’ultimo. Ciò facilita la realizzazione del gruppo 6. Preferibilmente inoltre, il condotto di uscita 23 può essere parzialmente inserito nel vano 9, ad esempio entro la serpentina 10B.

In aggiunta, secondo la variante in esame, la pompa 24 ed i dispositivi (usuali e non mostrati) per il suo controllo e comando e per il controllo di tutto il gruppo 6 sono posti in corrispondenza di una sola faccia (quella 8D) del corpo 8, preferibilmente quella superiore (come in figura). In tal modo, tutte le parti elettriche del gruppo 6 sono poste in un punto facilmente raggiungibili per l'utenza, facilmente schermabili dagli agenti atmosferici (attraverso un carter o similare) e comunque in posizione non raggiungibile da eventuali perdite di fluido del corpo 8.

Secondo un'altra caratteristica del trovato, il fluido nel corpo 8 è almeno in leggera pressione. Ciò permette di posizionare la pompa 24 come descritto e rappresentato e di assicurare che essa possa sempre funzionare in modo adeguato come fosse una pompa sotto battente.

Nell'esempio delle figure 1 e 2, si prevedono mezzi per impedire la formazione di ghiaccio sul condotto 10. Nella variante in esame tali mezzi non sono necessari in quanto il condotto di ritorno 29 del fluido è posto superiormente al condotto 10 ed alla serpentina 10B; ciò consente che l’acqua, per gravità, cada sulla serpentina con una direzione tale da impedire la suddetta formazione di ghiaccio.

In aggiunta a quanto sopra descritto, il gruppo 6 secondo la variante di figura 3 è provvisto di un dispositivo 130 assorbitore dei colpi d'ariete (che può essere previsto anche nella forma di realizzazione di figura 2) ed è sprovvisto di vaso di espansione esterno (42). Tale vaso (42) è invece ottenuto internamente al corpo 8 mediante disposizione, in prossimità della sua faccia superiore 8D, di una membrana flessibile 140 definente tra essa e detta faccia il vaso faccia 8D è associata una valvola sovrappressione (non mostrata) atta a scaricare la pressione interna del vano 9 del corpo 8 qualora essa superi un valore predefinito di sicurezza.

Sono state descritte due forme di attuazione del trovato.

Quest'ultimo, con ovvie modifiche, può tuttavia essere impiegato per il trattamento di un fluido primario qualsiasi, come l’acqua per uso sanitario o l'aria compressa. Nel secondo caso, nel condotto 10 circola un fluido frigorigeno e tale condotto è associato ad un gruppo motocondensante come quello già descritto. Entro il gruppo di scambio 6 circola aria compressa attraverso le apertura 22 e 28.

Nel primo caso, invece, il condotto 10 è connesso ad un circuito ausiliario collegato a quello usato per il riscaldamento di un ambiente uscente da una caldaia (ad esempio a gas). Nel gruppo 6 circola, attraverso l'ingresso 28 e l'uscita 22, acqua per uso sanitario che viene riscaldata dal contatto con il condotto 10 ed inviata all'utenza (rubinetti). Ovviamente, in tali ultime forme di attuazione del trovato, vengono impiegati opportuni e noti organi di comando e controllo dei suddetti dispositivi nonché opportuni ed ovvi accorgimenti atti a consentire l'impiègo del gruppo scambiatore con i diversi fluidi primari.

Altre forme di attuazione del trovato sono tuttavia ancora possibili (come quello in cui il gruppo motocondensatore 2 della figura 1 è provvisto di valvola di laminazione a più vie per l'inversione del ciclo frigorifero oppure di organi laminatori posti in antiparallelo sull'ingresso 12 e sull'uscita 13 del gruppo 6 cosi da garantire la massima efficenza utilizzando la contrarietà delle correnti di fluido) e sono da considerarsi ricadere nell'ambito del presente trovato.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Dispositivo per trattare termicamente un fluido primario quale un dispositivo per condizionare 1 'aria di un ambiente in cui tale fluido è inviato, un dispositivo per riscaldare l'acqua per uso sanitario, un dispositivo deumidificatore d'aria compressa o similare, detto dispositivo comprendendo un gruppo scambiatore di calore (6) in cui circola un secondo fluido o fluido di scambio, e mezzi di trattamento termico (2) di tale secondo fluido, atti a modificare la temperatura di quest'ultimo, quali un gruppo motocondensante o un bruciatore o generatore di calore, caratterizzato dal fatto che tale gruppo scambiatore (6) è un'unità autonoma amovibilmente accoppiabile ai suddetti mezzi di trattamento termico (2), detto gruppo comprendendo mezzi di scambio termico (10) amovibilmente collegati a tali mezzi di trattamento ed annegati entro il fluido primario, così da modificare le condizioni termiche di quest'ultimo prima che sia inviato ad una utenza.
2. 2. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il gruppo scambiatore (6 ) comprende un corpo (8) delimitante una camera interna (9) contenente il fluido primario atto ad essere inviato all'utenza ed i mezzi di scambio termico (10).
3. 3. Dispositivo di cui alle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi di scambio termico (10) comprendono un condotto definente una serpentina (10B), una porzione rettilinea (10A) di tale condotto (10) essendo inserita all'interno di tale serpentina ed essendo connessa ad un ingresso (12) di fluido di scambio connesso ad un'uscita (20) dei mezzi di trattamento termico (2), un'ingresso (18) di questi ultimi essendo collegato ad una Uscita (13) del gruppo scambiatore (6) a cui è connessa la serpentina (10B) sopra citata-
4. 4. Dispositivo di cui alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la serpentina ha le spire molto ravvicinate tra loro ovvero è di tipo molto serrato.
5. 5. Dispositivo di cui alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di scambio termico sono disposti entro un elemento tubolare (40) inserito all'interno della camera (9) del gruppo scambiatore (6), comunicante con tale camera e contenente il fluido primario presente in essa, detto elemento tubolare comunicando con un'apertura di ingresso (28) del suddetto fluido entro il corpo (8) del gruppo suddetto (6) a cui è collegato un condotto di ritorno (29) dell'utenza.
6. 6. Dispositivo di cui alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'elemento tubolare (40) posto entro la camera (9) del gruppo scambiatore (6) delimita in quest'ultima un volume (42) at;to a contenere il fluido primario che è inviato; all'utenza, detto volume di fluido definendo un volano termico del gruppo suddetto, con detto volume (42) comunicando un'apertura di uscita (22) del gruppo scambiatore attraverso la quale il fluido viene inviato all'utenza.
7. 7. Dispositivo di cui alle rivendicazioni 3 e 6, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza dell'apertura di ingresso (28) e di quella di uscita .(22) del fluido primario dal gruppo scambiatore (6) sono presenti mezzi (35) atti a generare turbolenze nel fluido stesso in ingresso od uscita dal gruppo suddetto.
8. 8. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi sensori di temperatura dei mezzi di scambio termico (10) atti a consentire il controllo del funzionamento del dispositivo (1).
9. 9. Dispositivo di cui alle rivendicazioni 4 e 8, caratterizzato dal fatto che i sensori di temperatura sono posti entro la serpentina (10B) definita dai mezzi di scambio termico.
10. 10. Dispositivo di cui alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'ingresso (12) e l'uscita (13) dei mezzi di scambio termico (10) sono posti sulla stessa porzione (8D) del corpo (8) dal gruppo scambiatore (6) ove sono presenti le aperture di ingresso (120) e di uscita (121) del fluido primario dal gruppo (6) suddetto, preferibilmente la porzione superiore di tale corpo.
11. 11. Dispositivo di cui alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che i mezzi di scambio termico (10) presentano l'ingresso e l'uscita (12,13) coassiali a condotti (29,23) di ammissione e di emissione del fluido primario entro e verso l'utenza, porzioni di ingresso e di uscita (110,111) di tali mezzi essendo inseriti in tratti terminale (1B) o iniziale (114) di tali condotti (29,23) .
12. 12. Dispositivo di cui alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che mezzi pompanti (24) il fluido primario verso l'untenza e mezzi di controllo e di comando del gruppo scambiatore (6) sono posti in corrispondenza della porzione (8D) del corpo (8) di quest'ultimo ove sono presenti l'ingresso (12) e l'uscita (13) dei mezzi di scambio termico (10) e le aperture di ingresso (120) e di uscita (121) del fluido primario da detto gruppo (6).
13. 13. Dispositivo di cui alle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto di presentare un vaso di espansióne interno al corpo (8) del gruppo scambiatore (6).
14. 14. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il gruppo scambiatore (6) è disposto in posizione qualsiasi, a contatto o remota rispetto ai mezzi di trattamento termico (2) del fluido presente entro i mezzi di scambio termico (10).
15. 15. Dispositivo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di gruppi scambiatori (6) connessi in serie tra loro e collegati ai mezzi di trattamento termico (2) del fluido presente entro i mezzi di scambio termico (10).