ITMI980879A1 - Macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno - Google Patents

Description

Descrizione di una domanda di breveto per invenzione industriale

DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda una macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno. Come noto, le attuali unità o macchine aria-acqua in versione solo freddo e pompa di calore per la produzione di acqua o aria calda o fredda per la climatizzazione di un ambiente comprendono, genericamente, un compressore, due scambiatori di calore, un elettroventilatore, un separatore di liquido, un ricevitore di liquido, una valvola di inversione di ciclo (normalmente una valvola a quattro vie), due circuiti frigoriferi che implicano, tra l’altro, l’uso di due valvole unidirezionali o valvole di ritegno e due organi di espansione del fluido frigorigeno.

In questo modo è possibile gestire il sistema fluidodinamico interno della macchina o dell’unità in modo da far funzionare quest’ultima come pompa di calore, ad esempio nel periodo invernale, o di raffrescamento, ad esempio nel periodo estivo, con la conseguente variazione della quantità di fluido frigorigeno al suo interno.

In altre parole, invertendo il senso di circolazione del fluido frigorigeno è possibile utilizzare nel periodo invernale uno scambiatore come condensatore producendo caldo e l’altro’ scambiatore come evaporatore mentre nel periodo estivo il condensatore viene utilizzato come evaporatore e l’evaporatore come condensatore.

Poiché la quantità di fluido frigorigeno che viene utilizzata dall’unità risulta diversa quando si produce caldo rispetto a quando si produce freddo, ossia è minore nel periodo ‘invernale’ e maggiore nel periodo ‘estivo’, come visto, è necessario che queste macchine abbiano circuiti frigoriferi doppi e/o diversi e distinti (linea del liquido - bassa pressione), gestiti separatamente da organi di laminazione, valvole di ritegno o unidirezionali, che fanno capo ad un ricevitore del fluido frigorigeno.

Da quanto sopra accennato queste macchine risultano di costruzione piuttosto complessa e quindi di affidabilità non sempre elevata.

Inoltre, oltre al costo notevole che presentano, a causa della loro complessa costruzione implicano una difficile manutenzione ed un impiego di liquido frigorigeno notevole in quanto lo stesso deve circolare in due circuiti frigoriferi.

Non da ultimo, in queste macchine, il controllo del ciclo frigorifero reversibile avviene in modo non ottimizzato e con reazioni piuttosto lente rispetto al variare della temperatura e dell’umidità interna ed esterna dell’ambiente in cui la macchina opera.

Il compito che si propone il presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota. Nell’ambito di questo compito è uno scopo importante del trovato realizzare una macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno che risulti dal punto di vista costruttivo estremamente semplificata così da risultare estremamente affidabile nel suo funzionamento.

E’ ancora uno scopo del trovato realizzare una macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno che essendo, di costruzione semplificata, presenti, conseguentemente, una manutenzione agevolata ed un magazzino di ricambi molto contenuto.

E’ un ulteriore scopo del trovato realizzare una macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno che possa funzionare con qualsiasi tipologia di gas potendosi adattare a questi ultimi in modo pressoché immediato. E’ un altro scopo del trovato realizzare una macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda che presenti un costo estremamente contenuto pur presentando un funzionamento migliore rispetto alle macchine della tecnica nota.

Non ultimo scopo del trovato è quello di aumentare Γ effetto energetico (energia ottenuta calda o fredda diviso l’energia spesa) utilizzando liquidi frigorigeni naturali o non in quantità ridotta e quindi limitando l’eventuale inquinamento diretto o indiretto ad essi imputabile.

Questo compito nonché questi ed altri scopi vengono raggiunti da una macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno, caratterizzata dal fatto di comprendere un unico circuito frigorifero reversibile comprendente un unico organo di laminazione variabile per la variazione della laminazione in detto circuito frigorifero reversibile ed il controllo del ciclo frigorifero in modo più rapido ed ottimizzato al variare della temperatura ed umidità interna ed esterna di detto locale da climatizzare.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva della macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno secondo il trovato illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:

• la figura 1 è uno schema di funzionamento della macchina secondo il trovato per produrre caldo ossia funzionante ad esempio durante la stagione invernale;

• la figura 2 rappresenta lo schema della macchina rappresentato in figura 1 quando quest’ultima funziona per il raffrescamento dell’ambiente ossia ad esempio durante il periodo estivo;

• la figura 3 è una vista schematica in alzato laterale mostrante il contenitore atto a raccogliere e rilasciare in modo automatico il fluido frigorigeno afl’unico circuito frigorifero della macchina secondo il trovato;

• la figura 4 mostra una differente forma di realizzazione del contenitore rappresentato in figura 3 secondo il trovato; e • le figure 5 e 6 mostrano il circuito della figura 1 e 2 di tipo aperto invece che chiuso con diverse possibilità di posizionamento del contenitore 1 e della valvola 9.

Facendo riferimento alle figure sopra elencate la macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno denominata anche ‘chiller’ comprende in modo di per sè noto un compressore 2 nel quale entra un fluido frigorigeno di qualsiasi tipologia idonea allo scopo, in bassa pressione per uscire ad alta pressione ed essere inviato ad esempio ad una valvola a quattro vie 3.

La valvola a quattro vie 3 funziona come valvola di inversione ciclo in modo da poter commutare, come meglio verrà precisato, il passaggio del fluido frigorigeno dal condotto 4 per far, ad esempio, funzionare il ciclo frigorifero come pompa di calore, con il ritorno dal canale 5, oppure, viceversa, come rappresentato in figura 2, l’andata dal canale 5 ed il ritorno dal<' >canale 4, nel caso di raffrescamento deU’ambiente ossia durante il funzionamento ‘estivo’.

Il condotto 6 della valvola a quattro vie sarà il condotto di andata mentre il condotto 7 della stessa sarà il condotto di ritorno al compressore del fluido frigorigeno.

Vantaggiosamente la macchina per la produzione di acqua calda o fredda od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno comprende un unico circuito frigorifero reversibile sia esso di tipo chiuso o di tipo aperto (split System), nel' suo complesso indicato con 8, atto a realizzare un ciclo frigorifero reversibile per la produzione di acqua od aria fredda o calda per la climatizzazione di un ambiente.

II controllo del ciclo frigorifero reversibile è ottenuto tramite un organo di laminazione variabile, atto a variare la laminazione nel circuito frigorifero reversibile, ed in particolare tramite una valvola di laminazione 9 disposta nel circuito frigorifero e comandata da un circuito elettronico 10 così da poter controllare il ciclo frigorifero in modo più rapido ed ottimale, rispetto ad un sistema a doppio circuito frigorifero presente nelle macchine di tipo noto, al variare della temperatura ed umidità interna ed esterna al locale o ambiente.

La macchina comprende, inoltre, dei mezzi di raccolta di una quantità prestabilita del fluido frigorigeno dal circuito frigorifero e dei mezzi di rilascio automatico di una quantità prestabilita del fluido frigorigeno internamente al circuito frigorifero.

In particolare i mezzi di raccolta e di rilascio automatico del fluido frigorigeno comprendono un contenitore 11 connesso al circuito frigorifero mediante un primo ed un secondo condotto rispettivamente indicati con 12 e 13.

Il contenitore 11 è connesso al circuito frigorifero 8 in una sua zona indicata complessivamente con 14 che risulta compresa tra un primo scambiatore 15 e la valvola di laminazione 9.

A sua volta la valvola di laminazione 9 è associata al circuito frigorifero 8 in una posizione compresa tra il contenitore 1 1 ed un secondo scambiatore di calore 16.

Più in dettaglio il primo condotto 12 è associato al secondo condotto 13 in una sua porzione esterna al contenitore 11 e si sviluppa internamente al contenitore 11 fino in prossimità del suo fondo 18.

Il secondo condotto 13 risulta invece associato al contenitore nella sua parte superiore 19 che risulta opposta al fondo 18 e si connette con il circuito frigorifero nella zona 14.

La zona 14 del circuito frigorifero è definita da una porzione di un primo tubo 20 associato al primo scambiatore 15 e disposto coassialmente intorno ad una porzione di un secondo tubo 21 del circuito frigorifero connesso con la valvola di laminazione 9 così da formare una camera anulare 22 comunicante con il secondo condotto 13.

In questo modo, come si preciserà più avanti, nella zona 14<' >quando il freon o il gas circolerà con direzione che va dalla valvola di laminazione 9 al primo scambiatore 15 creerà una depressione atta a richiamare aH’intemo del primo tubo 20 la quantità di fluido frigorigeno prestabilita interna al contenitore 11.

Nel caso di inversione di ciclo ossia quando il fluido frigorigeno uscirà dal primo scambiatore 15, con direzione verso la valvola laminare 9, verrà obbligato ad entrare nel secondo condotto 13 e da questo internamente al contenitore 1 1 che si trova, almeno in una fase iniziale, in depressione.

Successivamente il fluido frigorigeno continuerà ad entrare in quantità prestabilita internamente al contenitore 1 1 per gravità. Quanto sopra detto verrà meglio compreso facendo riferimento alle figure sopra descritte.

In particolare in figura 1 è rappresentato il circuito frigorifero atto a realizzare acqua ri aria calda ad esempio per la stagione invernale.

In questo caso il freon o il gas uscirà dal condotto 4 e seguirà un senso di circolazione antiorario entrando nel primo scambiatore 15 che in questo caso funziona come condensatore.

Dal condensatore 15 il fluido frigorigeno entra nel primo tubo 20 di diametro maggiore del secondo tubo 21 per cui nella zona 14, dove i due tubi sono uno coassiale all’altro e formano la camera anulare 22, si avrà che il fluido frigorigeno entrerà in una quantità prestabilita internamente al secondo condotto 13 e da questo, essendo il contenitore 1 1, almeno in una fase iniziale in depressione, entrerà nello stesso.

Successivamente durante il ciclo di funzionamento il fluido frigorigeno entrerà nel contenitore 1 1 per gravità fino a riempirlo di una quantità prestabilita equivalente alla quantità di fluido frigorigeno in meno che il ciclo frigorifero necessita durante il funzionamento ‘invernale’.

La valvola 9 automaticamente verrà regolata tramite il circuito elettronico 10 in modo da consentire sempre un rendimento elevato della macchina anche con qualunque tipologia di fluido frigorigeno contenuto nell ’impianto.

Successivamente dalla valvola 9 il fluido frigorigeno passerà internamente al secondo scambiatore 16, che in questo caso opera come un evaporatore, per poi ritornare attraverso il condotto 5 internamente al compressore.

Al contrario, come rappresentato in figura 2, nel caso il circuito frigorifero funzioni come rafffescamento dell’ambiente, il fluido frigorigeno esce dal condotto 5 entrando nel secondo scambiatore 16, che in questo caso funziona come condensatore, e quindi si avvia ad attraversare la valvola di laminazione 9, associata in una prima soluzione tecnica ad un distributore 30 del fluido frigorigeno che può presentare un organo di laminazione fisso 32 (figura 3) che viene by-passato da un condotto di by-pass 3 1 per la reversibilità del ciclo ‘inverno’ -’estate’.

In una seconda forma di realizzazione il distributore 30 può essere privo sia dell’organo di laminazione fisso 32 che del condotto di by-pass 3 1.

La valvola di laminazione 9 sarà stata appositamente regolata dal circuito elettronico 10, e passando nella zona 14 del circuito frigorifero opererà, uscendo dal secondo tubo 21, una depressione interna alla camera anulare 22 atta a richiamare la quantità prestabilita di fluido frigorigeno contenuto nel contenitore 11 tramite il primo condotto 12 ed il secondo condotto 13.

Il primo condotto 12 aspirerà inizialmente dal contenitore 11 prima olio, poi fluido frigorigeno liquido e poi fluido frigorigeno gassoso in modo da consentire sempre una lubrificazione del compressore.

Una volta che la quantità prestabilita e necessaria di fluido frigorigeno è immessa nel circuito frigorifero, quest’ultimo è in grado di operare il raffrescamento dell’ambiente e quindi di lavorare nel periodo ‘estivo’ con maggior quantità di fluido frigorigeno rispetto al periodo ‘invernale’.

Il fluido frigorigeno poi entra nel primo scambiatore 15 che in questo caso funziona come evaporatore per poi ritornare attraverso il condotto 4 al compressore 2.

In figura 4 è rappresentato una diversa soluzione tecnica rispetto a quella rappresentata e descritta in figura 3, ma che presenta il medesimo funzionamento.

In questo caso i tubi che collegano il primo scambiatore con la valvola ed il contenitore risultano sempre tra loro parzialmente disposti coassialmente, ma si sviluppano in modo rettilineo rispetto alla rappresentazione di figura 3 dove formano un doppio gomito.

Inoltre, la lunghezza della porzione di tubi che risulta una coassiale all’altra risulta allungata ed il secondo tubo 21 presenta nella zona in cui entra nel primo scambiatore 15 una pluralità di fori 30 per una migliore distribuzione del fluido frigorigeno nello stesso.

Si è in pratica constatato come la macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno risulti particolarmente vantaggiosa per poter utilizzare qualsiasi tipologia di fluido frigorigeno di tipo naturale e/o sintetico idoneo allo scopo, risultare estremamente semplificata nella sua struttura meccanica così da garantire una notevole affidabilità ed una minore manutenzione, presentare un costo contenuto atto a facilitarne la sua divulgazione ed aumentare l’effetto energetico. Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati nonché le dimensioni potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno, caratterizzata dal fatto di comprendere un unico circuito frigorifero reversibile comprendente un unico organo di laminazione variabile per la variazione della laminazione in detto circuito frigorifero reversibile ed il controllo del ciclo frigorifero in modo più rapido ed ottimizzato al variare della temperatura ed umidità interna ed esterna di detto locale da climatizzare.
2. 2) Macchina secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di raccolta e di rilascio automatico di una quantità prestabilita di detto fluido frigorigeno da ed in detto circuito frigorifero.
3. 3) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto organo valvolare è una valvola di laminazione disposta in detto circuito frigorifero e comandata da un circuito elettronico.
4. 4) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di raccolta e di rilascio automatico di detto fluido frigorigeno comprendono un contenitore connesso mediante un primo ed un secondo condotto a detto circuito frigorifero.
5. 5) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto contenitore è connesso a detto circuito frigorifero in una sua zona compresa tra un primo scambiatore e detta valvola di laminazione a sua vòlta compresa tra detto contenitore ed un secondo scambiatore.
6. 6) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo condotto è associato a detto secondo condotto esternamente a detto contenitore e si sviluppa internamente a detto contenitore fino in prossimità del suo fondo.
7. 7) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto secondo condotto è associato a detto contenitore nella sua parte superiore opposta a detto fondo.
8. 8) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta zona di detto circuito frigorifero presenta una porzione di un primo tubo associato a detto primo scambiatore disposta coassialmente intorno ad una porzione di un secondo tubo associato a detta valvola laminare in modo da formare una camera anulare comunicante con detto secondo condotto.
9. 9) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti,' caratterizzata dal fatto che detto primo e secondo scambiatore funzionano alternativamente come un condensatore o un evaporatore per la produzione di acqua od aria calda o fredda in funzione del senso di circolazione di detto fluido frigorigeno stabilito dalla commutazione di una valvola a quattro vie.
10. 10) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto contenitore lavora alternativamente in depressione per rilasciare detto fluido frigorigeno internamente a detto circuito frigorifero e inizialmente in depressione e poi per gravità per raccogliere detto fluido da detto circuito frigorifero. Il tutto come sostanzialmente descritto, illustrato, rivendicato e per gli scopi ivi specificati.