ITPD20130187A1 - Scambiatore asimmetrico con canali ausiliari di collegamento fra spire - Google Patents

Scambiatore asimmetrico con canali ausiliari di collegamento fra spire

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ITPD20130187A1
ITPD20130187A1 IT000187A ITPD20130187A ITPD20130187A1 IT PD20130187 A1 ITPD20130187 A1 IT PD20130187A1 IT 000187 A IT000187 A IT 000187A IT PD20130187 A ITPD20130187 A IT PD20130187A IT PD20130187 A1 ITPD20130187 A1 IT PD20130187A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

SCAMBIATORE ASIMMETRICO CON CANALI AUSILIARI DI
COLLEGAMENTO FRA SPIRE
DESCRIZIONE
Il presente brevetto è attinente agli scambiatori di calore a piastre ed in particolare concerne un nuovo scambiatore di calore a piastre asimmetrico con canali ausiliari di collegamento.
Sono noti gli scambiatori di calore a piastre comprendente almeno due percorsi separati per la circolazione rispettivamente di un fluido primario e di un fluido secondario, dove detti percorsi sono definiti mediante una pluralità di piastre di scambio affacciate, provviste di creste e depressioni, generalmente distribuite a spina di pesce.
Gli scambiatori noti sono formati sovrapponendo dette piastre alternativamente ruotate l'una rispetto all'altra di 180°C in modo che creste e depressioni di una piastra siano incrociate rispetto alle creste e depressioni della piastra adiacente.
Solitamente le piastre sono dette simmetriche quando le creste e depressioni sono tali che le sezioni dei canali dei due percorsi, per la circolazione dei due fluidi, sono sostanzialmente uguali, ossia realizzano uguali perdite di carico a flussi uguali.
Tali scambiatori sono comunemente utilizzati per scaldare acqua ad uso sanitario mediante acqua calda utilizzata per il riscaldamento.
Per ottenere il corrispondente scambio di calore, la temperatura dell' acqua di riscaldamento deve essere molto maggiore della temperatura dell'acqua sanitaria. Generalmente la temperatura di ingresso dell'acqua di riscaldamento è di 75 °C e la temperatura di uscita può essere di circa 60 °C. La temperatura di ingresso dell'acqua ad uso sanitario può essere di circa 10 °C e la temperatura di uscita di circa 55°C.
Sono note piastre particolarmente conformate in modo tale che la sezione di passaggio per l'acqua di riscaldamento sia più ampia della sezione di passaggio dell'acqua sanitaria e quindi le perdite di carico risultino differenziate.
A tale scopo sono noti scambiatori cosiddetti asimmetrici, ossia formati da piastre comprendenti creste di forma differente dalle depressioni, come ad esempio creste piatte per rendere più ampia la sezione del canale. Con questa tipologia di piastre, però, si riduce la superficie di scambio termico tra i due fluidi.
Sono anche note piastre aventi diverse perdite di carico con flussi uguali, ottenuto aumentando il passo delle creste, ossia la distanza tra le creste di due canali affiancati. Questa tipologia di scambiatore è adatto allo scambio tra acqua e fluido di raffreddamento, dove l'acqua scorre attraverso il percorso avente minori perdite di carico.
In tal caso, però, l'area di contatto tra le piastre sarà relativamente grande e quindi non utilizzata per lo scambio termico tra i fluidi, riducendo quindi l'efficienza dello scambiatore.
Tali soluzioni però compromettono la rigidità delle piastre a causa del ridotto numero di punti di contatto tra le piastre rendendo lo scambiatore non adatto alle alte pressioni.
Inoltre i canali più stretti risultano essere eccessivamente più piccoli dei canali più ampi.
Sono noti scambiatori con piastre dove la profondità della depressione secondaria è almeno il 40 % della profondità della depressione maggiore e preferibilmente il 50 %. Sono noti scambiatori dove la profondità di dette depressioni secondarie sia diversificata su piastre diverse.
Sono anche noti scambiatori dove una stessa piastra ha depressioni secondarie aventi due diverse profondità, usate in due differenti aree della piastra.
Un inconveniente consiste nel fatto che il passo dei punti di saldatura non è costante e quindi sono individuabili delle zone in cui le piastre possono risultare meno rigide che in altri punti, dando luogo a deformazioni localizzate che compromettono il funzionamento e l'efficienza dello scambiatore.
Per ovviare a tutti i suddetti inconvenienti si è studiato e realizzato un nuovo tipo di scambiatore asimmetrico con piastre dotati di canali ausiliari di collegamento tra i canali principali.
Compito principale del presente trovato è quello di realizzare percorsi con perdite di carico diverse, mantenendo però i punti di saldatura simmetricamente distribuiti come negli scambiatori del tipo noto, a vantaggio della resistenza alla pressione.
Altro scopo del presente trovato è quello di aumentare la turbolenza del flusso in almeno un percorso.
Questi ed altri scopi, diretti e complementari, sono raggiunti dal nuovo tipo di scambiatore con piastre asimmetriche con canali ausiliari di collegamento tra i canali principali.
Il nuovo scambiatore asimmetrico a piastre comprende nelle sue parti principali almeno una serie di piastre sovrapposte a pacco, tra loro saldobrasate con eventuali guarnizioni perimetrali, per la tenuta verso l'esterno, e fori di passaggio di almeno due fluidi di scambio, detti fori essendo anch'essi dotati di guarnizioni disposte in modo alternato in modo da convogliare detti due fluidi negli spazi tra le piastre seguendo almeno due percorsi idraulicamente isolati.
Lo scambiatore comprende quindi almeno due percorsi separati per un fluido primario e per un fluido secondario, ciascuno di detti due percorsi essendo definiti da una coppia di dette piastre affacciate, provviste di creste e depressioni alternate disposte sostanzialmente a spina di pesce, ossia disposte secondo due direzioni tra loro intersecanti, e dove detti due percorsi hanno perdite di carico differenti.
Lo scambiatore comprende in particolare due diverse tipologie di piastre, disposte alternate nel pacco formante lo scambiatore, dove una prima tipologia di piastra comprende dette creste e depressioni a passo costante e altezza o profondità costante.
Anche la seconda tipologia di piastra comprende dette creste e depressioni a passo costante e altezza o profondità costante ma è particolarmente conformata come di seguito descritto e rivendicato. Considerando un lato della piastra di detta seconda tipologia, tutte le depressioni della piastra hanno profondità costante, a meno di rialzamenti localizzati, ossia aventi lunghezza molto inferiore alla lunghezza della depressione. Si prevede che uno o più di detti rialzamenti siano distribuiti lungo ciascuna depressione e variamente distribuiti. Detti rialzamenti localizzati di un lato della piastra corrispondono, sul lato opposto della piastra, ad abbassamenti localizzati sulle creste.
Affacciando una piastra di detta prima tipologia ad una piastra di detta seconda tipologia, in modo che depressioni e creste delle due piastre siano incrociate, si individua tra essi un percorso di scorrimento di uno dei due fluidi.
Affacciando in particolare detta piastra della prima tipologia con la piastra della seconda tipologia dalla parte di detti rialzamenti, si individua un percorso secondario, a maggiori perdite di carico, formato da canali principali, lungo dette depressioni delle due piastre affacciate, dove in detti canali sono presenti dei restringimenti individuati da detti rialzamenti, atti ad aumentare la turbolenza del fluido e ad aumentare le perdite di carico. Affacciando invece detta piastra della prima tipologia con la piastra della seconda tipologia dalla parte di detti abbassamenti, tra essi è individuato un percorso primario a minori perdite di carico, formato da due serie di canali, di cui una prima serie di canali principali, lungo dette depressioni, e una seconda serie di canali ausiliari, trasversali a detti canali principali, determinati da detti abbassamenti che mettono in comunicazione trasversalmente detti canali principali.
Detti canali principali e detti canali ausiliari trasversali aumentano di fatto la sezione di passaggio del flusso, riducendo quindi le perdite di carico.
Come detto, dette depressioni e dette creste sono disposte a spina di pesce, ossia disposte specularmente rispetto ad un piano centrale, individuando quindi due direzioni intersecanti.
Detti rialzamenti e corrispondenti abbassamenti sono distribuiti preferibilmente allineati lungo direzioni non intersecanti la direzione di dette creste e depressioni. In particolare, su ciascuna delle due metà della piastra, detti rialzamenti e abbassamenti sono allineati secondo una direzione parallela alla direzione delle creste e depressioni della metà speculare.
Poiché il nuovo scambiatore è assemblato utilizzando due tipologie di piastre alternate, le procedure di assemblaggio sono velocizzate e semplificate.
Ciascuna tipologia di piastra viene infatti realizzata su una linea dedicata in modo che, da ciascuna linea, la piastra ottenuta risulti già posizionata correttamente per essere sovrapposta alla piastra proveniente dalla seconda linea. Pertanto si elimina la necessità di ruotare di 180° la piastra come nei procedimenti di assemblaggio degli scambiatori del tipo noto che utilizzano piastre tutte uguali.
Le caratteristiche del presente trovato saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione con riferimento alle tavole di disegno, allegate a titolo di esempio non limitativo.
In figura 1 è rappresentata una vista di un lato (A11) di una piastra (A) di una prima tipologia, con creste (A2) e depressioni (A3) disposte a spina di pesce.
In figura 1a è rappresentata una vista laterale di detta piastra (A) della prima tipologia.
In figura 2 è rappresentata una vista di un lato (B11) di una piastra (B) di una seconda tipologia, con creste (B2) e depressioni (B3) disposte a spina di pesce, con abbassamenti (B21) localizzati sulle creste (B2), corrispondenti a rialzamenti (B31) localizzati nelle depressioni (B3) del lato (B12) opposto. In figura 3 è rappresentata una sezione di un pacco ottenuto dalla sovrapposizione di quattro piastre, dove due piastre della prima tipologia (A) sono alternate a due piastre della seconda tipologia (B).
In figura 3a è rappresentato un dettaglio di detta sezione in figura 3.
In figura 4 si mostra una vista assonometrica di una piastra (A) della prima tipologia ed in figura 5 si mostra una vista assonometrica di una piastra (B) della seconda tipologia.
E' opportuno precisare che le creste e le ondulazioni presenti su una faccia della piastra della piastra risultano ondulazioni e creste nella faccia opposta. Creste e depressioni sono quindi relative al lato che si sta osservando. Ne consegue che i rialzamenti previsti nel presente brevetto possono essere disposti sia sulle depressioni che sulle creste con effetto opposto nella faccia opposta della stessa piastra.
Il nuovo scambiatore asimmetrico a piastre comprende nelle sue parti principali piastre (A, B) sovrapposte a pacco, tra loro saldobrasate con eventuali guarnizioni perimetrali, per la tenuta verso l'esterno, e fori (C) di passaggio dei fluidi di scambio, detti fori (C) essendo anch'essi fra loro saldobrasati sui bordi o dotati di guarnizioni disposte in modo alternato in modo da convogliare detti due fluidi negli spazi tra le piastre seguendo almeno due percorsi (1, 2) idraulicamente isolati e aventi perdite di carico differenti.
Lo scambiatore comprende quindi almeno due percorsi (1, 2) separati rispettivamente per un fluido primario e per un fluido secondario, ciascuno di detti due percorsi (1, 2) essendo definiti da una coppia (A, B) di dette piastre affacciate.
Lo scambiatore comprende in particolare due diverse tipologie di piastre, disposte alternate nel pacco formante lo scambiatore, come ad esempio nella figura 3.
La prima tipologia di piastra (A) comprende una pluralità di creste (A2) e depressioni (A3) alternate, disposte a spina di pesce, ossia disposte specularmente rispetto ad un piano centrale (A4) secondo due direzioni (X1, X2) tra loro intersecanti.
Dette creste (A2) e depressioni (A3) sono a passo (A5) modulare o costante e hanno altezza o profondità costante, ossia la distanza (A6) tra i picchi delle creste e il fondo delle depressioni è costante.
La seconda tipologia di piastra (B) comprende una pluralità di creste (B2) e depressioni (B3) alternate, disposte a spina di pesce, ossia disposte specularmente rispetto ad un piano centrale (B4) secondo due direzioni (X1, X2) tra loro intersecanti.
Dette creste (B2) e depressioni (B3) sono a passo (B5) modulare o costante, uguale o differente da detto passo (A5) della piastra (A) del primo tipo. Considerando un lato (B12) della piastra (B) di detta seconda tipologia, tutte le depressioni (B3) della piastra (B) hanno profondità (B6) costante, a meno di rialzamenti (B31) localizzati, ossia aventi lunghezza molto inferiore alla lunghezza della depressione (B3).
Detti rialzamenti (B31) localizzati di un lato (B12) della piastra (B) corrispondono, sul lato opposto (B11) della piastra (B), ad abbassamenti (B21) localizzati sulle creste (B2).
Detti rialzamenti (B31) o abbassamenti (B21) sono distribuiti lungo ciascuna depressione (B3) o cresta (B2), ad esempio uno o più per ciascuna depressione (B3) o cresta (B2), a distanza modulare o costante.
Ciascuno di detti percorsi (1, 2) dei due fluidi è individuato affacciando una piastra di detta prima tipologia (A) ad una piastra di detta seconda tipologia (B), in modo che depressioni (A3, B3) e creste (A2, B2) delle due piastre siano incrociate.
In particolare, detto percorso in cui circola il fluido primario, o percorso primario (1) si ottiene affacciando detta piastra della prima tipologia (A) con la piastra della seconda tipologia (B) dalla parte di detti abbassamenti (B21) delle creste (B2).
Detto percorso primario (1) è a minori perdite di carico ed è formato da due serie di canali (11, 12). La prima serie di canali, o canali principali (11) sono formati da dette depressioni (B3, A3) delle due piastre (B, A) affacciate, mentre la seconda serie di canali, o canali ausiliari (12) sono trasversali a detti canali principali (11) e determinati da detti abbassamenti (B21) che mettono in comunicazione trasversalmente detti canali principali (11).
Detti canali principali (11) e detti canali ausiliari (12) trasversali aumentano di fatto la sezione di passaggio del flusso, riducendo quindi le perdite di carico.
Nella soluzione preferita, come da figura 2, si prevede che detti rialzamenti (B31) e corrispondenti abbassamenti (B21) siano distribuiti preferibilmente allineati lungo direzioni (Y1, Y2) intersecanti la direzione di dette creste (B2) e depressioni (B3).
Su ciascuna delle due metà speculari della piastra (B) della seconda tipologia, detti abbassamenti (B21) sono allineati secondo una direzione (Y1, Y2) parallela alla direzione (X1, X2) delle depressioni (B3) della metà opposta speculare e in particolare sono allineati sul prolungamento della depressione (B3) della metà opposta speculare, individuando quindi una rete di detti canali principali (11) e secondari (12) incrociati.
Detto percorso in cui circola il fluido secondario, o percorso secondario (2) si ottiene affacciando detta piastra della prima tipologia (A) con la piastra della seconda tipologia (B) dalla parte di detti rialzamenti (B31) delle depressioni (B3).
Detto percorso secondario (2) è a maggiori perdite di carico ed è formato da una serie di canali (21) formato da dette depressioni (B3, A3) delle due piastre (B, A) affacciate, dove in detti canali principali (21) del percorso secondario (2) sono presenti dei restringimenti (22) individuati da detti rialzamenti (B31), che riducono la sezione di passaggio del fluido, aumentano la turbolenza del fluido e aumentano le perdite di carico.
Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.
Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alle tavole accluse si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore asimmetrico a piastre comprende più piastre (A, B) sovrapposte a pacco, saldate e con fori (C) di passaggio per almeno due fluidi, un fluido primario e un fluido secondario, detti fori (C) essendo atti convogliare detti due fluidi negli spazi tra coppie (A, B) di piastre affacciate seguendo almeno due percorsi (1, 2) idraulicamente isolati, ciascuna di dette piastre (A, B) essendo provvista di creste (A2, B2) e depressioni (A3, B3) alternate e dove detti due percorsi (1, 2) hanno perdite di carico differenti a parità di flusso, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una piastra (B) dove dette depressioni (B3) su un lato (B12) di detta piastra (B) hanno tutte profondità costante (B6), a meno di uno o più rialzamenti (B31) localizzati, di lunghezza inferiore della lunghezza della depressione (B3), e dove detti rialzamenti (B31) localizzati su detto lato (B12) corrispondono, sul lato opposto (B11) della medesima piastra (B), ad abbassamenti (B21) localizzati sulle creste (B2).
  2. 2. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i rialzamenti previsti possono essere disposti sia sulle depressioni che sulle creste con effetto opposto nella faccia opposta della stessa piastra.
  3. 3. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere due tipologie di piastre (A, B) sovrapposte alternate, dove: la prima tipologia di piastre (A) comprende una pluralità di dette creste (A2) e depressioni (A3) alternate aventi altezza o profondità costanti (A6), la seconda tipologia di piastre (B) comprende una pluralità di dette creste (B2) e depressioni (B3) alternate, con detti abbassamenti (B21) su dette creste (B2) e detti rialzamenti (B31) su dette depressioni (B3).
  4. 4.Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che uno o più di detti rialzamenti (B31) o abbassamenti (B21) sono distribuiti lungo ciascuna depressione (B3) o cresta (B2) a distanza modulare o costante.
  5. 5.Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che dette creste (A2) e depressioni (A3) di detta piastra (A) del primo tipo sono a passo (A5) modulare o costante.
  6. 6. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che dette creste (B2) e depressioni (B3) di detta piastra (B) del secondo tipo sono a passo (B5) modulare o costante, uguale o diverso da detto passo (A5) della piastra (A) del primo tipo.
  7. 7. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che dette creste (A2, B2) e depressioni (A3, B3) di dette piastre (A, B) del primo e del secondo tipo sono disposte a spina di pesce, ossia disposte specularmene rispetto ad un piano centrale (A4, B4) secondo due direzioni (X1, X2) tra loro intersecanti.
  8. 8. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il percorso primario (1) a minori perdite di carico, in cui circola detto fluido primario, ottenuto tra detta piastra (A) del primo tipo, affacciata a detta piastra (B) del secondo tipo dalla parte di detti abbassamenti (B21) delle creste (B2), è formato da due serie di canali, di cui una prima serie di canali principali (11) determinati da dette depressioni (A3, B3) delle due piastre (A, B) affacciate, e una seconda serie di canali ausiliari (12), trasversali a detti canali principali (11), determinati da detti abbassamenti (B21) che mettono in comunicazione trasversalmente detti canali principali (11).
  9. 9. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti rialzamenti (B31) della piastra (B) del secondo tipo sono distribuiti allineati lungo direzioni (Y1, Y2) intersecanti la direzione (X1, X2) di dette creste (B2) e depressioni (B3).
  10. 10. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che, su ciascuna delle due metà speculari della piastra (B) del secondo tipo, detti abbassamenti (B21) sono allineati secondo una direzione (Y1, Y2) parallela e/o coincidente col prolungamento della depressione (B3) della metà opposta speculare, individuando quindi una rete di detti canali principali (11) e secondari (12) incrociati.
  11. 11. Scambiatore asimmetrico a piastre, come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il percorso secondario (2) a maggiori perdite di carico, in cui circola detto fluido secondario, ottenuto tra detta piastra (A) del primo tipo, affacciata a detta piastra (B) del secondo tipo dalla parte di detti rialzamenti (B31) delle depressioni (B3), è formato da una serie di canali principali (21), determinati da dette depressioni (A3, B3) delle due piastre (A, B) affacciate, dove in detti canali principali (21) del percorso secondario (2) sono presenti dei restringimenti (22) individuati da detti rialzamenti (B31).
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EP2267391A2 (en) * 2009-06-26 2010-12-29 SWEP International AB Asymmetric heat exchanger

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