ITPR20130099A1

ITPR20130099A1 - Scambiatore di calore

Info

Publication number: ITPR20130099A1
Application number: IT000099A
Authority: IT
Inventors: Christian Orlandi
Original assignee: Ncr Logistica S R L
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-05-30

Description

DESCRIZIONE

“Scambiatore di calore”

La presente invenzione ha per oggetto uno scambiatore di calore.

E' noto uno scambiatore di calore comprendente:

-una batteria di tubi operanti in parallelo;

-un blocco di schiuma di alluminio solidificata.

Il tratto centrale dei tubi della batteria e' annegato nel blocco mentre le estremità dei tubi sporgono rispetto al blocco. La schiuma viene applicata a caldo allo stato fluido e poi solidifica.

Un inconveniente di tale soluzione costruttiva e' legata al fatto che il fluido che transita nella batteria attraversa il blocco di schiuma una volta sola dal momento che i tubi della batteria operano in parallelo. Peraltro i vari tratti di tubi durante la fase di annegamento nella schiuma ad alta temperatura si deformano. Ciò rende anche difficoltoso il collegamento dei vari tubi con un collettore di uscita dal momento che le estremità dei tubi si trovano spostati rispetto alla posizione teorica iniziale.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre uno scambiatore che permetta di ottimizzare lo scambio termico.

Ulteriore scopo della presente invenzione è proporre uno scambiatore di calore che permetta di contenere il proprio ingombro.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da uno scambiatore, comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di uno scambiatore, come illustrato negli uniti disegni in cui:

-figure 1, 2, 3 mostrano tre soluzioni costruttive di uno scambiatore secondo la presente invenzione;

-figure 4 e 5 mostrano due soluzioni alternative di componenti di uno scambiatore secondo la presente invenzione;

-figura 6 mostra una soluzione costruttiva secondo la presente invenzione; -figura 7 mostra una soluzione costruttiva in cui il componente di figura 6 è ripetuto più volte.

Nelle unite figure con il numero di riferimento 1 si è indicato uno scambiatore di calore. Lo scambiatore 1 comprende:

-un primo tubo 2 per il passaggio di un primo fluido;

-una schiuma 4 porosa solidificata comprendente parti metalliche (schiume metalliche se considerate a se stanti sono ben note nel settore tecnico e dunque non ulteriormente descritte).

Vantaggiosamente il primo tubo 2 comprende un primo tratto 201 curvilineo immerso nella schiuma 4 ed inamovibilmente collegato alla schiuma 4. La schiuma 4 aderisce al primo tratto 201 grazie ai legami che si generano con il raffreddamento e la solidificazione della schiuma 4 attorno al primo tratto 201. La schiuma 4 scambia calore con il primo tubo 2 permettendo il riscaldamento o il raffreddamento del primo fluido che circola nel primo tubo 2. La schiuma 4 a sua volta scambia calore con un fluido operativo esterno al primo tubo 2 e con cui è in contatto termico. Preferibilmente tale fluido operativo e' una corrente d'aria che investe la schiuma 4 e che ne permette il raffreddamento. In questo caso lo scambiatore 1 permette il raffreddamento del primo fluido dissipandone il calore nell'aria esterna. Il fluido addizionale opportunamente investe esternamente la schiuma 4 e si protende anche internamente alla stessa sfruttando i vuoti generati dalla struttura porosa. Questo agevola lo scambio di calore tra il fluido operativo e la schiuma 4.

Vantaggiosamente i pori della schiuma 4 hanno una larghezza maggiore di 1 millimetro. Opportunamente il volume degli spazi vuoti definiti dai pori è compreso tra il 50% e l’80% del volume globale occupato dalla schiuma 4.

Opportunamente lo scambiatore 1 comprende mezzi 5 che forzano il fluido operativo (tipicamente aria) contro detta schiuma 4 per sottrarre calore alla schiuma 4. Tali mezzi 5 sono generalmente una ventola.

Opportunamente la schiuma 4 che viene a contatto con il primo tubo 2 e' un blocco unico (monoblocco) e non un assemblato di più pezzi. Questo consente di rendere più affidabile lo scambiatore 1 minimizzando il rischio di perdite. Inoltre questo consente di rendere più veloce la realizzazione dello scambiatore evitando la necessità di prove di tenuta. Esemplificativamente, ma non limitativamente la schiuma 4 e' sagomata come un corpo cilindrico eventualmente cavo (per definire un elemento anulare; in tal caso il primo tubo 2 si sviluppa nello spessore dell'elemento anulare). Esemplificativamente la schiuma 4 potrebbe essere sagomata come un parallelepipedo.

Nella soluzione preferita, ma non limitativa la schiuma 4 è una schiuma di alluminio solidificata.

Come esemplificato in figura 1 il primo tubo 2 comprende una pluralità di tratti 7 rettilinei almeno parzialmente immersi in detta schiuma 4. Due di detti tratti 7 rettilinei sono raccordati dal primo tratto 201 curvilineo citato in precedenza. Il primo tratto 201 curvilineo e' vantaggiosamente sagomato ad “U”.

I due tratti rettilinei raccordati da detto primo tratto 201 curvilineo sono interamente contenuti nella schiuma 4.

Preferibilmente il primo tubo 2 comprende una pluralità di tratti 7 rettilinei paralleli, interamente immersi nella schiuma 4 e raccordati a coppie da corrispondenti raccordi 70 ad “U” interamente immersi nella schiuma 4. In questo modo il primo tubo 2 genera una serpentina come esemplificato in figura 1.

Come esemplificato nelle figure 2, 3 almeno una parte di detto primo tratto 201 curvilineo è spiraliforme e individua una pluralità di spire 200 consecutive. Tali spire 200 si sviluppano con andamento elicoidale e si avvolgono attorno ad una retta comune.

Sia la struttura spiraliforme sia la serpentina permettono di aumentare il tragitto del primo fluido internamente alla schiuma 4 e dunque migliorare lo scambio termico permesso allo scambiatore 1.

Internamente alla schiuma 4 il primo tubo 2 e' un monoblocco privo di giunzioni di collegamento di tronconi consecutivi dello stesso. Nella soluzione preferita il primo tubo 2 comprende una sezione 202 d'ingresso e una sezione 203 d'uscita esterne a detta schiuma 4. Tra detta sezione 202 d'ingresso e detta sezione 203 d'uscita il primo tubo 2 e' un monoblocco privo di giunzioni di collegamento di tronconi consecutivi dello stesso.

Lo scambiatore 1 comprende un secondo tubo 3. Almeno un tratto del primo e del secondo tubo 2, 3 e' circondato dalla schiuma 4. Il primo tubo 2 definisce un primo canale 20 di passaggio per il primo fluido. Il secondo tubo 3 definisce un secondo canale 30 per il passaggio di un secondo fluido. Opportunamente il secondo fluido e' più caldo del primo fluido. Il primo e il secondo canale 20, 30 scorrono affiancati uno all’altro. Nella soluzione di figura 5 il primo e il secondo canale 20, 30 sono affiancati nel senso che si intrecciano reciprocamente. Nella soluzione di figura 4 il primo e il secondo canale 20, 30 sono affiancati nel senso che il secondo tubo 3 si sviluppa internamente al primo tubo 2. Il primo canale 20 si trova dunque nell'intercapedine tra il secondo tubo 3 e la schiuma 4. Il secondo canale 30 si sviluppa internamente al secondo tubo 3. Si ha dunque una soluzione tubo in tubo. Opportunamente il primo e il secondo tubo 2, 3 sono coassiali. Il primo e il secondo fluido possono essere in equicorrente o in controcorrente.

Come esemplificato in figura 10 lo scambiatore 1 comprende una struttura 6 modulare. La struttura 6 modulare comprende un primo gruppo di elementi 60 modulari ciascuno dei quali comprende:

-un primo condotto 601 da cui si sviluppa e in cui si ricongiunge detto primo tubo 2;

-un secondo condotto 602 posto internamente al primo condotto 601 e da cui si sviluppa e in cui si ricongiunge il secondo tubo 3.

In una soluzione non illustrata il secondo condotto 602 potrebbe anche non essere interno al primo condotto 601.

Il primo tubo 2 tra una sezione iniziale in cui si allontana dal primo condotto 601 e una sezione terminale in cui si ricongiunge al primo condotto 601 presenta un andamento serpeggiante. Opportunamente una linea di sviluppo del primo tubo 2 presenta anse successive che si sviluppano con opposte concavità (vedasi figura 6).

Alle estremità del primo tubo 2, il secondo tubo 3 si protende all'esterno del primo tubo 2 per permettere il collegamento con il secondo condotto 602.

Opportunamente il primo e il secondo condotto 601, 602 sono esterni alla schiuma 4.

Il primo e il secondo condotto 601a, 602a di uno di detti elementi 60a modulari sono consecutivi rispettivamente al primo e al secondo condotto 601b, 602b dell'elemento 60b modulare adiacente.

Oggetto della presente invenzione e' inoltre un metodo di realizzazione di uno scambiatore 1 di calore. Opportunamente tale scambiatore 1 presenta una o più delle caratteristiche descritte in precedenza. Il metodo comprende le fasi di:

-annegare una porzione di un primo tubo 2 in una schiuma 4 metallica allo stato fluido (opportunamente la schiuma 4 e' una schiuma di alluminio); -far solidificare la schiuma 4 metallica allo stato solido.

La fase di annegare detta porzione di un primo tubo 2 comprende la fase di annegare completamente almeno un primo tratto 201 curvilineo di detto primo tubo 2.

Opportunamente la fase di annegare una porzione di un primo tubo 2 in una schiuma 4 metallica prevede di annegare nella schiuma 4 una pluralità di tratti consecutivi che:

-fanno parte del primo tubo 2; e

-non si sviluppano preponderantemente su una medesima retta.

La presente invenzione consegue numerosi vantaggi.

Un primo vantaggio è legato al fatto all’elevato scambio termico a parità di ingombro. Un ulteriore importante vantaggio è legato al fatto che permette un più veloce assemblaggio.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo che la caratterizza. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, tutti i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore comprendente: -un primo tubo (2) che definisce un primo canale (20) per il passaggio di un primo fluido; -un secondo tubo (3) che definisce un secondo canale (30) per il passaggio di un secondo fluido; -una schiuma (4) porosa solidificata comprendente parti metalliche; caratterizzato dal fatto che almeno un tratto del primo e del secondo tubo (2, 3) si trovano all'interno della schiuma (4); almeno un tratto del primo e del secondo canale (20,30), internamente alla schiuma (4), si sviluppano scorrendo affiancati uno all’altro.
2. Scambiatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il secondo tubo (3) si sviluppa internamente al primo tubo (2).
3. Scambiatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il primo e il secondo tubo (2, 3) sono reciprocamente intrecciati.
4. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto: -che il secondo fluido e' più caldo del primo fluido; -di comprendere mezzi (5) che forzano l'aria contro detta schiuma (4) per sottrarre calore alla schiuma (4).
5. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una struttura (6) modulare comprendente un primo gruppo di elementi (60) modulari ciascuno dei quali comprende: -un primo condotto (601) da cui si sviluppa e in cui si ricongiunge detto primo tubo (2); -un secondo condotto (602) posto internamente al primo condotto (601) e da cui si sviluppa e in cui si ricongiunge il secondo tubo (3); il primo e il secondo condotto (601a, 602a) di uno di detti elementi (60a) modulari essendo consecutivi rispettivamente al primo e al secondo condotto (601b, 602b) dell'elemento (60b) modulare adiacente.
6. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta schiuma (4) è una schiuma di alluminio solidificata.
7. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo tubo (2) comprende un primo tratto (201) curvilineo immerso nella schiuma (4) ed inamovibilmente collegato alla schiuma (4).
8. Scambiatore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il primo tubo (2) comprende una pluralità di tratti (7) rettilinei almeno parzialmente immersi in detta schiuma (4), due di detti tratti (7) rettilinei essendo raccordati da detto primo tratto (201) curvilineo, detto primo tratto (201) curvilineo essendo sagomato ad “U”.
9. Scambiatore secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che almeno una parte di detto primo tratto (201) curvilineo è sagomato a serpentina individuando una pluralità di spire (200) consecutive.
10. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo tubo (2) comprende una sezione (202) d'ingresso e una sezione (203) d'uscita esterne a detta schiuma (4); internamente alla schiuma (4) e tra detta sezione (202) d'ingresso e detta sezione (203) d'uscita il primo tubo (2) e' un monoblocco privo di giunzioni di collegamento di tronconi consecutivi dello stesso