ITPD20070279A1 - Scambiatore di calore multifluido - Google Patents

Description

La presente invenzione ha per oggetto uno scambiatore di calore del tipo includente le caratteristiche menzionate nel preambolo della rivendicazione principale.

In tale ambito tecnico è noto realizzare scambiatori comprendenti tre passaggi distinti per tre rispettivi fluidi. Ciascuno dei tre passaggi è posto in contatto termico con entrambi gli altri due passaggi.

In particolare, è noto realizzare scambiatori modulari a piastre, nei quali sono realizzati rispettivi passaggi per acqua da raffreddare e per due fluidi refrigeranti, i quali sono tipicamente inseriti in impianti di condizionamento dell’aria, oppure in altri impianti in cui l’acqua è impiagata come fluido operativo freddo.

In tali scambiatori, ciascuno dei due passaggi destinati ad un rispettivo fluido refrigerante è parte di un rispettivo circuito frigorigeno, comprendente un compressore oppure più compressori disposti in parallelo. La presenza di due distinti circuiti frigorigeni, eventualmente in combinazione con l’impiego di più compressori in parallelo per ciascun circuito, consente di modulare opportunamente la potenza termica sottratta all’acqua. Quando la portata d’acqua è bassa oppure il salto termico richiesto è ridotto alcuni dei compressori possono essere spenti. In particolare, uno dei due circuiti frigorigeni può essere completamente fermato. Inoltre, essendo l’acqua un fluido ad elevata capacità termica, quando la potenza termica richiesta è minima, entrambi i circuiti frigorigeni possono essere fermati per periodi di tempo limitati, senza pregiudicare l’operatività dell’impianto all’interno del quale è inserito lo scambiatore. In tali condizioni, il livello energetico sufficiente per il funzionamento dell’impianto è infatti garantito dall’acqua a bassa temperatura.

La soluzione sopra descritta consente di migliorare il rendimento complessivo dell’impianto rispetto ad altri in cui è presente un unico circuito frigorigeno con un unico compressore e una tubazione, posta tra la mandata e l’aspirazione del compressore, per ricircolare parte del fluido frigorifero e diminuirne così la portata in ingresso allo scambiatore.

Il principale inconveniente di tale soluzione è rappresentato dal fatto che, se impiegata con fluidi a bassa capacità termica, ad esempio gas compressi e in particolare aria da essiccare, non è possibile escludere completamente entrambi i circuiti frigorigeni, neanche per brevi periodi.

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di mettere a disposizione uno scambiatore di calore multifluido strutturalmente e funzionalmente concepito per ovviare a tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Questo scopo ed altri ancora che appariranno nel seguito sono affrontati e conseguiti dal trovato mediante uno scambiatore multifluido realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

− la figura 1 è una vista schematica in assonometria di uno scambiatore di calore multifluido realizzato in accordo con l’invenzione;

− la figura 2 è una viste schematica in sezione dello scambiatore di figura 1;

− le figure 3 e 4 sono due rispettive sezioni di due rispettive varianti realizzative della sezione di figura 2.

Con riferimento alle sopra indicate figure, uno scambiatore 1 di calore multifluido comprende una pluralità di elementi modulari sovrapposti identificati da una pluralità di piastre ondulate 2.

In una sua preferita applicazione, lo scambiatore 1 è inserito in un impianto (non rappresentato) per l’essiccazione di aria compressa.

Lo scambiatore 1 comprende due testate 2a,b, sulle quali sono ricavate due aperture 3, 4 rispettivamente per l’ingresso e l’uscita di un fluido refrigerante e due aperture 5, 6 rispettivamente per l’ingresso e l’uscita di una massa termica allo stato fluido. Tale massa termica è preferibilmente costituita da una miscela di acqua a glicole, ad esempio una miscela di acqua e glicole con una percentuale di glicole compresa tra il 10 e il 20 %. In generale, secondo altre varianti realizzative dell’invenzione, un qualsiasi fluido avente elevata capacità termica potrà essere impiegato in luogo della miscela di acqua e glicole. Le aperture 3, 4, 5 e 6 sono collegate a rispettive tubazioni (non rappresentate) dell’impianto di essiccazione di aria compressa. In particolare le aperture 3, 4 potranno essere collegate a un circuito frigorigeno comprendente una pluralità di compressori in parallelo, anch’essi non rappresentati.

Lo scambiatore 1 comprende altresì un ingresso 7 per un flusso d’aria umida da essiccare, un ingresso 8 per un flusso d’aria fredda secca e un’uscita 9 per un flusso d’aria secca a temperatura ambiente.

Lo scambiatore 1 comprende inoltre, al suo interno, un dispositivo separatore di condensa (non rappresentato), di per sé noto. L’aria fredda, privata della condensa, esce dallo scambiatore in corrispondenza di un’uscita 10 ed è inviata, mediante un condotto 11, schematicamente indicato in figura 1, all’ingresso 8.

Nello scambiatore 1 le piastre ondulate 2 individuano una prima pluralità di passaggi 12 in cui è circolato il fluido refrigerante, una seconda pluralità di passaggi 13 in cui è circolata la massa termica allo stato fluido e una terza pluralità di passaggi 14 in cui è circolata aria umida da essiccare. Le pluralità di passaggi 12, 13 e 14 sono disposte su rispettive file sovrapposte e reciprocamente alternate, in modo che ciascuna di esse sia in contatto termico con le altre due attraverso le pareti delle piastre 2 (vedi schema di figura 2).

Secondo le varianti realizzative delle figure 3 e 4, rispettivamente, ciascuna delle file di passaggi individuati dalle piastre 2 comprende una pluralità di passaggi 12a,b in cui è circolato il fluido refrigerante, una pluralità di passaggi 13a,b in cui è circolata la massa termica allo stato fluido, e una terza pluralità di passaggi 14a,b in cui è circolata l’aria umida da essiccare. In particolare, nell’esempio di figura 3 i passaggi 12a, 13a e 14a sono rispettivamente affiancati a gruppi di tre, così da formare terne di passaggi percorsi dallo stesso fluido. Nell’esempio di figura 4 i passaggi 12b, 13b e 14b sono rispettivamente affiancati a gruppi di quattro, così da formare quaterne di passaggi percorsi dallo stesso fluido.

In generale, in una qualsiasi variante realizzativa dell’invenzione, i passaggi sono comunque disposti in modo tale che ciascuno dei tre fluidi sia in contatto termico con entrambi gli altri due fluidi.

Secondo altre varianti realizzative dell’invenzione (non rappresentate) uno scambiatore di calore multifluido secondo la presente invenzione comprende una pluralità di elementi modulari sovrapposti identificati da una pluralità di profilati estrusi o laminati, ovvero di alette, ovvero di lastre sagomate, tra loro rese solidali.

In una qualsiasi variante realizzativa dell’invenzione, quando tali elementi modulari sono realizzati in lega di alluminio, essi sono preferibilmente tra loro solidarizzati mediante brasatura in forno.

In un impianto comprendente uno scambiatore realizzato secondo la presente invenzione, il circuito frigorigeno consente di raffreddare sia il fluido operativo che la massa termica fluida. Nei casi in cui la potenza termica richiesta sia ridotta, il freddo accumulato nella massa termica può essere convenientemente impiegato per garantire il funzionamento dell’impianto anche con circuito frigorigeno spento.

L’invenzione risolve quindi il problema lamentato con riferimento alla tecnica nota citata, conseguendo, al contempo, molteplici vantaggi. Tra questi il fatto di poter realizzare scambiatori caratterizzati da un’elevata efficienza dello scambio termico, indipendentemente dalla capacità termica del fluido operativo.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore, comprendente una pluralità di elementi modulari sovrapposti, mediante i quali sono definite in detto scambiatore almeno tre pluralità di passaggi tra loro separate, essendo ciascuno di dette pluralità di passaggi in contatto termico con almeno due di dette pluralità di passaggi, caratterizzato dal fatto che in dette almeno tre pluralità di passaggi sono rispettivamente circolati un gas, un fluido refrigerante e una massa termica alla stato fluido.
2. 2. Scambiatore secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti elementi modulari comprende almeno una piastra ondulata.
3. 3. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti elementi modulari sono resi tra loro solidali mediante brasatura.
4. 4. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta massa termica ha capacità termica elevata rispetto a detto gas e a detto fluido refrigerante.
5. 5. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta massa termica è una miscela comprendente acqua e/o glicole.
6. 6. Scambiatore secondo la rivendicazione 5, in cui detta miscela comprende una percentuale di glicole compresa tra il 10 e il 20 %.
7. 7. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gas comprende aria compressa.
8. 8. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è previsto un dispositivo separatore di condensa.