ITRA20110031A1 - Sistema di riscaldamento di tubi in materia plastica con lampade a onde corte - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE AVENTE PER TITOLO:

“SISTEMA DI RISCALDAMENTO DI TUBI IN MATERIA PLASTICA CON LAMPADE A ONDE CORTE”

DESCRIZIONE

Nella tecnica in uso del riscaldamento dei tubi in materia plastica (PVC, poliolefme, ecc.), per ottenere una successiva deformazione e rimodellazione plastica a caldo in appositi stampi, si usano diversi mezzi riscaldanti.

Generalmente comunque tali mezzi agiscono all’ interno di forni costituiti da una struttura portante in carpenteria metallica, a forma di tunnel a fondo cieco, con pareti di protezione laterali, dove si inserisce l’estremità di tubo da riscaldare; i mezzi di riscaldamento agiscono generalmente sia all’esterno delle pareti del tubo da riscaldare, sia all’interno delle stesse, dove costituiscono o sono supportati da una struttura di tipo a cannotto.

Per un riscaldamento omogeneo del tubo può essere necessario che lo stesso ruoti attorno al suo asse.

Un primo mezzo riscaldante utilizzato è costituito da resistenze corazzate in acciaio, che irraggiano nella banda dell’infrarosso ad onde lunghe (da 3, 0-3, 6 a circa 10 micron); esse sono idonee o a preriscaldare l’aria in un ambiente separato oppure a riscaldare la stessa in presenza del tubo; l’aria trasporta successivamente il calore, per convezione normalmente forzata, alle pareti del tubo, movimentata da opportuni mezzi, di solito da normali ventilatori centrifughi.

Limiti di questo mezzo riscaldante e quindi del relativo sistema di riscaldamento sono costituiti dalla sua elevata inerzia termica, quindi da tempi di intervento di regolazione elevati, e dalla temperatura consentita dell’aria, che non può superare determinati valori, oltre i quali si determinerebbe la bruciatura o comunque il danneggiamento della superfìcie del tubo; quest’ultimo fattore limita quindi la potenza termica trasferibile al tubo ed allunga il tempo di riscaldamento.

Un secondo mezzo riscaldante utilizzato è costituito dalle resistenze cosiddette ad infrarosso (ad esempio ceramiche o al quarzo), che irraggiano nella banda dell’infrarosso ad onde medie (da 1,4-2 a 3, 0-3, 6 micron); tali resistenze in parte cedono calore al tubo direttamente per irraggiamento, ma in buona parte riscaldano anche l’aria circostante, la quale a sua volta per convezione contribuisce a riscaldare il tubo stesso; essendo di solito tale convezione naturale e poiché l’aria calda tende spontaneamente a salire, si manifesta, particolarmente in questo tipo di forno, la necessità di una rotazione del tubo; inoltre, dato il contributo non trascurabile dell’aria al riscaldamento globale, c’è la necessità di provvedere al suo contenimento all’intemo del forno stesso.

Poiché anche per questo sistema di riscaldamento il contributo prevalente è dato dall’ aria calda, si verifica lo stesso inconveniente del sistema precedente: di conseguenza c’è un limite sensibile alla potenza trasferibile al tubo e quindi un tempo di riscaldamento lungo, soprattutto per spessori elevati.

Un terzo mezzo riscaldante utilizzato è costituito dalle lampade a onde corte o microonde, che irraggiano nella banda dell’ infrarosso da 0,8-1 a 1,4-2 micron: tali lampade cedono calore al tubo, prevalentemente per irraggiamento, che comprende circa il 92% del totale dell’energia trasmessa, e solo in percentuale secondaria all’ aria circostante la zona di riscaldamento, che a sua volta la cede al tubo per convezione naturale; in pratica come calore utile di riscaldamento, sia per l’entità della percentuale reale, sia per il tipo di utilizzo, si considera unicamente quello trasmesso per irraggiamento al tubo. Vantaggi di questo tipo di mezzo riscaldante sono rispettivamente la bassa inerzia termica delle lampade, che consente il loro spegnimento quando il tubo non è presente e l’accensione nel giro di 1-2 secondi con erogazione del 100% dell’energia; come conseguenza di ciò discende grande versatilità del sistema, con possibilità di variare la potenza da 0 a 100 tramite regolazione, senza effetto sulla durata della vita delle lampade stesse.

Ulteriore vantaggio è costituito da una maggiore penetrazione di riscaldamento delle radiazioni incidenti a onde corte, all’interno dello spessore del tubo, rispetto ai sistemi precedentemente citati; ciò è particolarmente utile considerando che le materie plastiche sono tipicamente isolanti e che lo spessore da riscaldare condiziona fortemente il tempo di riscaldamento.

Inoltre le radiazioni a onde corte presentano una serie di vantaggi come pulizia e sicurezza, come assenza di rumore, di polveri e di fumi di combustione.

Le stesse caratteristiche di tali radiazioni consentirebbero poi di aumentare anche considerevolmente la potenza emessa dalla sorgente, rispetto ai mezzi precedenti (ad onde medie e lunghe), senza danneggiare la superficie dei tubi, in quanto non provocherebbero un aumento di temperatura superficiale e potrebbero essere assorbite dal tubo, anche nelle zone interne rispetto allo spessore della sua parete, mantenendo una temperatura sufficientemente uniforme: ovviamente tale fattore produrrebbe una riduzione anche considerevole dei tempi di riscaldamento, rispetto ai mezzi di riscaldamento, di cui sopra.

C’è però in questa dinamica funzionale una controindicazione: infatti permane quella ridotta percentuale di energia, valutabile all’incirca nell’8% del totale, che viene trasmessa all’aria circostante la zona di riscaldamento e che viene poi ceduta al tubo per convezione naturale: l’aumento della potenza emessa, di cui sopra, fa sì che il riscaldamento dell’aria sia eccessivo, con considerevole aumento della sua temperatura, che supera facilmente la soglia oltre la quale l’aria calda danneggia la superficie del tubo, provocando bruciature dello stesso.

La conclusione è che per riportarsi a condizioni corrette di processo occorre ridurre la potenza emessa e ricevuta dal tubo, allungando i tempi di riscaldamento rispetto a quelli ipoteticamente possibili.

Scopo del presente trovato è appunto quello di ridurre in varia misura o eliminare l’inconveniente precedente, conservando i vantaggi citati del riscaldamento con lampade a onde corte ed attenuando o cancellando gli effetti negativi dovuti alla presenza dell’aria interposta tra la superficie del tubo e le lampade stesse, nella zona interna al forno.

Una prima soluzione preferita dell’invenzione prevede il ricambio dell’aria calda interposta, creando una circolazione della stessa verso l’esterno del forno, mediante mezzi opportuni, normalmente mediante ventilatori.

Tale movimentazione può avvenire in aspirazione, creando una opportuna depressione, oppure mediante soffio, esercitando una analoga sovrapressione. Il flusso di aria deve essere preferibilmente tale, in ogni zona della superficie del tubo interessata, da mantenere costante la temperatura ad un valore appena inferiore a quello che può arrecare danneggiamento alla superficie stessa, sotto forma di alterazione, cambiamento di opacità, ondulazioni irregolari e/o più marcatamente bruciature più o meno diffuse, con annerimento della parete.

In pratica, con questo movimento forzato si sostituisce, preferibilmente in continuo, deiraria fresca, prelevata daH’estemo a quella surriscaldata dalle radiazioni di elevata potenza emesse dalle lampade a onde corte; il calore che si asporta, pur costituendo una perdita per il sistema, perché viene eliminato, non è però in percentuale significativa rispetto all’entità della radiazione assorbita direttamente dal tubo; inoltre il benefìcio in produttività ed in tempo apportato dall’assorbimento di questa porzione di calore sarebbe irrealizzabile per il danno che arrecherebbe invece al tubo l’elevata temperatura del suo veicolo di trasporto, cioè l’aria calda; se poi si considera la riduzione di potenza delle radiazioni, necessaria per abbassare la temperatura dell’aria stessa, fino al valore tale che non apporti danni alla superficie del tubo, si realizzerebbe un bilancio termico complessivamente negativo: infatti la riduzione di potenza irraggiata non sarebbe compensata dal l’aumento di calore trasmesso per convezione: la conseguenza sarebbe un aumento del tempo di riscaldamento complessivo.

Una seconda soluzione della presente invenzione prevede non il ricambio ma l’eliminazione dell’aria interposta tra la superficie del tubo e le lampade, la cui presenza è responsabile degli effetti negativi precedentemente citati.

Tale eliminazione porta quindi a fare il vuoto o, più realisticamente, a fare un sufficiente grado di vuoto, all’ interno del forno; in primo luogo mediante un’adeguata costruzione dello stesso, per resistere alle nuove sollecitazioni meccaniche, ed in secondo luogo interponendo opportune guarnizioni circonferenziali tra la parete esterna del tubo, inserito nel forno in posizione di lavoro, e quella anteriore del forno stesso, e tra la parete interna del tubo e l’estremità anteriore del cannotto.

Nella trasmissione del calore dalle lampade al tubo resta cosi per intero l’effetto di irraggiamento e si elimina il più modesto movimento di convezione e il conseguente surriscaldamento dell’aria.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente sistema risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione che segue della prima delle due forme di realizzazione previste, illustrate a titolo esemplificativo, ma non limitativo.

La Fig. 1 di Tav. 1 rappresenta una vista assiale di un forno realizzato secondo i principi della presente invenzione, con la presenza di un tubo in riscaldamento e con doppio flusso di aria, interna ed esterna al tubo.

Il tubo in materia plastica (1), la cui estremità (2) deve essere riscaldata per la lunghezza “L”, ad esempio per essere deformata plasticamente in una successiva stazione di formatura non rappresentata in figura, viene inserita con moto relativo (7) in direzione assiale rispetto al tubo stesso all’intemo del forno a tunnel (3), la cui superficie posteriore (4), all’incirca perpendicolare all’asse del tubo, è chiusa e la cui superficie anteriore (5), all’incirca parallela a (4), presenta almeno un’apertura centrale (15) per l’introduzione del tubo

(1).

Il forno (3) è poi lateralmente delimitato da pareti (6) aventi globalmente sezione trasversale normalmente cilindrica o poligonale. Nella zona interna al tubo e coassiale con esso, è disposto un cannotto (9), solidale alla struttura fissa, sostenuto dalla parete posteriore (4) e di lunghezza almeno pari alla lunghezza L di tubo da riscaldare.

Al'intero del forno è disposta una prima serie di lampade a onde corte (8), disposte tra le pareti dello stesso e la superficie esterna del tubo, tali lampade essendo preferibilmente equidistanti dal tubo stesso in direzione radiale: ad esempio, come in Fig. 1, disposte longitudinalmente, rispetto all’asse del tubo, e comunque orientate verso la superficie (2) esterna del tubo stesso, tali da irradiarlo in modo il più possibile uniforme. Naturalmente il diametro interno della serie di lampade (8) deve essere superiore al diametro esterno del tubo più grande, per cui è prevista la lavorazione.

Una seconda serie di lampade (10) a onde corte è disposta sulla superficie del cannotto (9) ed orientata verso la parete (2) interna del tubo: in Fig. 1 anche le lampade (10) sono disposte longitudinalmente. Naturalmente l’ingombro trasversale del cannotto e delle relative lampade deve essere inferiore al diametro interno del tubo più piccolo, che può essere scaldato.

Appositi mezzi, non indicati in figura, supportano il tubo durante l’operazione di riscaldamento.

Un dispositivo opportuno, pure non indicato in Fig. 1, provvede ad immettere, attorno alla superficie esterna del tubo, un preventivato flusso di aria (11), che preferibilmente lambisce la superficie stessa in senso longitudinale e fuoriesce dalla parte opposta del forno, secondo la direzione (12); nella stessa Fig. 1 il movimento di convezione forzata dell’aria lambisce il tubo dalla parete posteriore del forno (4) verso (5).

Deto flusso di aria può essere prodoto, con opportune canalizzazioni, mediante soffio dal lato in ingresso (11), oppure mediante aspirazione, dal lato in uscita (12). I mezzi utilizzati per la movimentazione deH’aria vanno dai comuni ventilatori centrifughi ad altri equivalenti, a seconda della prevalenza richiesta: si deve in genere poter variare l’intensità del flusso, per regolarlo ad un funzionamento otimale del processo, che consiste nell’ asportazione del calore trasmesso per convezione al tubo dall’aria interna al forno, o più semplicemente per mantenere la temperatura esterna del tubo entro i valori, al di sopra dei quali si danneggerebbe o si brucerebbe la superficie del tubo stesso.

Un flusso analogo di aria (13) lambisce, ancora per convezione forzata, la superficie (2) interna del tubo, entrando dalla parte posteriore (4) e fuoriuscendo preferibilmente ancora dalla stessa parete, in corrispondenza della direzione (14), dopo un percorso di andata e ritorno, reso possibile dalla presenza di ima guarnizione di tenuta interna (16) sulla superficie del tubo, comprendente tutta la lunghezza L da riscaldare. Anche questo secondo flusso si prefigge lo stesso obietivo del primo, limitando la temperatura sulla superficie interna del tubo ai valori richiesti per mantenere la sua integrità. È possibile ipotizzare una serie di varianti costrutive alla Fig. 1, tute rientranti nella presente invenzione: in particolare le serie di lampade (8) e (10) possono essere disposte in modo diverso da quello longitudinale, purché la superficie irraggiante delle stesse sia rivolta prevalentemente verso le pareti del tubo da riscaldare, in modo che l’insieme possa generare una distribuzione il più possibile uniforme della temperatura e dell’energia sul tubo stesso.

I flussi di aria generati, rispettivamente (11)-(12), e (13)-(14), possono essere diversi da quelli indicati in figura, come direzione, sensi e percorrenze; in particolare può mancare uno dei due flussi, preferibilmente quello interno al tubo.

Nella soluzione inventiva che prevede la creazione di un ambiente sottovuoto tra il tubo e i mezzi radianti a onde corte, la forma generale del forno è analoga: occorre naturalmente che le sue pareti siano in grado di assicurare una tenuta aH’aria ed una adeguata resistenza meccanica e fisica alle sollecitazioni generate dal sottovuoto interno; inoltre occorrono adeguate guarnizioni circonferenziali, in grado di resistere alle sollecitazioni meccaniche e termiche e che debbono assicurare la tenuta tra le pareti interne ed esterne del tubo e quelle corrispondenti del forno; in questo caso mancano ovviamente i flussi di aria e i relativi mezzi di azionamento. L’energia radiante è diretta al 100% sul tubo, mancando l’aria a cui cedere una porzione, seppure ridotta, della stessa.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di riscaldamento di tubi in materia plastica, caratterizzato dal fatto di comprendere come mezzi riscaldanti una serie di lampade a onde corte, disposte attorno al tubo stesso, in modo da emettere le rispettive radiazioni infrarosse sulle pareti del tubo da riscaldare ed inoltre caratterizzato dal fatto di comprendere un flusso di aria, generato con mezzi opportuni, tale da lambire le pareti del tubo asportando il calore ivi trasmesso all’ aria presente dalle lampade, di cui sopra, impedendo cosi il suo passaggio al tubo per convezione; tale flusso di aria riuscendo così a mantenere la temperatura della superficie del tubo al di sotto di valori tali da provocarne forme di deterioramento e bruciature.
2. 2. Sistema di riscaldamento di tubi in materia plastica caratterizzato dal fatto di comprendere una serie di lampade a onde corte, disposte attorno al tubo stesso in modo da emettere le rispettive radiazioni infrarosse sulle pareti del tubo da riscaldare ed inoltre caratterizzato dal fatto di generare un sufficiente grado di vuoto nell’ambiente compreso tra le resistenze irraggianti, di cui sopra, e le pareti del tubo in riscaldamento, essendo tale grado di vuoto sufficiente a mantenere, per mancanza di aria surriscaldata, la temperatura della superficie del tubo al di sotto di valori tali da provocarne forme di deterioramento e bruciature.
3. 3. Sistema di riscaldamento, secondo la rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto che esiste un flusso di aria relativo alla superficie esterna del tubo ed un secondo flusso, relativo alla superficie interna del tubo stesso.
4. 4. Sistema di riscaldamento secondo le rivendicazioni 1) e 3), caratterizzato dal fatto che il flusso o i flussi di aria che lambiscono le superfici del tubo sono ottenuti per mezzo di ventilatori o altri mezzi adatti che soffiano tale aria.
5. 5. Sistema di riscaldamento secondo le rivendicazioni 1) e 3), caratterizzato dal fatto che il flusso o i flussi di aria che lambiscono la superficie del tubo sono ottenuti per mezzo di ventilatori o altri mezzi adatti, che aspirano tale aria.
6. 6. Sistema di riscaldamento secondo le rivendicazioni da 1) a 5), caratterizzato dal fatto che la distribuzione delle lampade a onde corte, attorno alle superfici interna e/o esterna del tubo, è tale da produrre un irraggiamento costante sul tubo, e di conseguenza un uniforme assorbimento di energia.
7. 7. Sistema di riscaldamento secondo le rivendicazioni da 1) a 6), caratterizzato dal fatto che le lampade a onde corte sono disposte longitudinalmente rispetto all’asse del tubo, che sono circa equidistanti dallo stesso in senso radiale e che sono presenti uno o due flussi di aria di raffreddamento, disposti pure longitudinalmente rispetto all’asse del tubo.
8. 8. Sistema di riscaldamento secondo le rivendicazioni da 1) a 7), caratterizzato dal fatto che si riscalda un tratto qualunque di tubo, adiacente ad una delle sue estremità.
9. 9. Sistema di riscaldamento secondo tutte le rivendicazioni precedenti e sostanzialmente come illustrato nella Fig.l.