ITTV20090197A1 - Equilibratore idraulico con dispositivi interni di separazione e sfogo aria, filtro in linea defangatore per decantazione ispezionabile, compatto per circuiti idraulici e di scambio termico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

Descrizione:

L'oggetto del brevetto si applica principalmente ad impianti idraulici a circuito chiuso o aperto, per la climatizzazione, riscaldamento e condizionamento degli ambienti interni di qualsiasi tipo di edificio o applicazione. Può inoltre essere applicato in ambito industriale e dell'agricoltura, per connettere circuiti di scambio con fluidi con caratteristiche diverse, pressioni, portate, temperature e proprietà variabili.

In generale permette il collegamento e la separazione idraulica tra un circuito primario che può essere quello di produzione del calore, di caldaie o altro, e dei circuiti secondari di distribuzione alle utenze, come radiatori, impianti a pannelli radianti, ecc, eliminando l'aria presente nel fluido che si riscalda uscendo dal generatore di calore, e le impurità che si trascinano dall'impianto, le quali vengono filtrate e in parte si depositano sul fondo per decantazione. Tutte queste operazioni vengono svolte in un unico componente compatto.

Il fluido che circola nello stesso può essere acqua, acqua glicolata con qualsiasi tipo di glicole fino a concentrazioni massime indicative del 50%, acqua con addittivi ecc. e altri fluidi.

Stato della tecnica, problematiche e risoluzioni proposte dal trovato.

In molti impianti di climatizzazione, esistenti o nuovi sia civili che industriali, sono presenti diversi circuiti idraulici che alimentano i terminali di scambio termico, quali ad esempio ventilconvettori, radiatori e pannelli radianti a pavimento per una determinata zona, ad esempio piano terra e piano primo, zona bagni ecc. Essendo la portata d'acqua a questi circuiti variabile, in funzione dell'effettiva richiesta di riscaldamento dell'edificio, per garantire una portata costante, necessaria al corretto funzionamento di molti tipi di generatori di calore a basso contenuto d'acqua ed elevate efficienze, viene inserito un equilibratore idraulico (o collettore/separatore idraulico) tra circuito primario generatore di calore e circuiti distribuzione del calore alle utenze.

Questo componente equilibra le pressioni e le portate d'acqua tra il circuito di caldaia e quello di impianto. Sono normalmente previsti negli impianti, anche un filtro impurità, installato nella tubazione di ritorno dall'impianto di riscaldamento ed un separatore d'aria sulla mandata dal generatore di calore. Inoltre devono essere previsti tutti i collegamenti tra questi apparecchi ed il sistema di distribuzione all'impianto, collettore distribuzione circuiti secondari (vedi Disegno N° 3 All. – “Parte di completamento al componente oggetto di brevetto†riquadro verde tratteggiato e Disegno n° 6 componente indicato con lettera “B†) che molte volte dispone anche di più circolatori e zone (vedi Disegno Numero 6 e 7 all.).

Negli attuali equilibratori idraulici, si crea una zona dove la velocità del fluido à ̈ molto bassa, e non c'à ̈ interazione tra circuiti primario di caldaia e secondario utenze, ma solo scambio termico, miscelazione ed equilibratura tra le portate diverse che questi hanno, creando una portata di by-pass nell'equilibratore idraulico stesso se necessario, ed evitando sovrapressioni che si avrebbero in sua assenza (Disegno Numero 1 – Frecce blu – rosse verticali).

Nell'oggetto del brevetto, invece, nella parte superiore della camera dell'equilibratore vi à ̈ un separatore d'aria formato da una rete miscrostirata in acciaio, non spianata, avente maglia con fori romboidali di dimensione max 8 x 4 mm, avvolta su se stessa a forma simile a stella in modo perpendicolare alla direzione della portata di fluido proveniente dal generatore di calore.

L'aria contenuta nella portata d'acqua preveniente dal circuito primario (Disegno 1 attacco “C†) incontrando la rete del separatore d'aria opportunamente disposta, subisce una perdita di carico che permette alle bolle d'aria contenute di separarsi dal liquido unendosi grazie al fenomeno della coalescenza, risalendo verso l'alto nella parte alta dell'equilibratore idraulico dove si possono raccogliere e scaricare mediante una valvola automatica di sfogo aria a galleggiante. La portata d'acqua che verrà inviata ai circuiti secondari impianto (Disegno 1 attacco “F†) sarà così priva di bolle d'aria con i vantaggi conseguenti.

La tubazione di ritorno dal collettore circuiti secondari (vedi Disegno n° 1 attacco “G†) viene convogliata verso il basso dove in posizione verticale fa da sede per l'inserimento di un filtro cilindrico per impurità, che permette di decantare la sporcizia e fanghiglia, (che si può facilmente creare a basse temperature per proliferazione batterica) e filtra la portata di liquido che viene quindi aspirata dal circuito di caldaia (vedi Disegno 1 attacco “D†).

I problemi tecnici che l'invenzione intende risolvere sono:

Equilibratura delle pressioni e portate

Problema dell'equilibramento delle pressioni tra il/i circuito/i primari di generatori di calore di qualsiasi tipo, caldaie a condensazione o tradizionali, pompe di calore, anche geotermiche, ad aria o ad acqua, caldaie a biomassa ecc, dovuto alla differenza tra la portata specifica del circuito primario generatore di calore e portata dei circuiti secondari degli impianti di climatizzazione (riscaldamento e raffrescamento), che può essere variabile, se le pompe di circolazione usano regolatori ad inverter, o se possono essere spente a seconda della richiesta di potenza dagli ambienti variabile. Questo aspetto à ̈ molto importante per la riduzione dei consumi energetici negli edifici, data la dipendenza della potenza elettrica assorbita dalla pompa dal quadrato della portata di acqua che circola nelle pompe impianto. Va inoltre considerato che i circuiti primari dei vari tipi di generatore à ̈ bene siano mantenuti a portata costante in modo tale da garantire la funzionalità massima dell'apparecchio ed evitare problemi. Questo non à ̈ sempre consigliato per i circuiti secondari.

Separazione e rimozione dell'aria dai circuiti idraulici

Problema della disareazione dei circuiti idraulici. E' noto che il riscaldamento dell'acqua a temperature elevate comporta la generazione e nucleazione di bolle d'aria, (in generale, nello specifico sono di gas quali ossigeno ad esempio) che si producono negli scambiatori di calore dalle pareti di contatto calde con l'acqua (vedere legge di Henry o della solubilità dei gas nei liquidi). Inoltre negli impianti vengono impiegati materiali metallici, ferrosi e non, che in piccola parte possono produrre piccoli fenomeni corrosivi con produzione di ossigeno, componenti in materiali plastici sensibilmente permeabili all'aria ecc che contribuiscono alla formazione di bolle e sacche d'aria nei circuiti idraulici, il quale à ̈ un problema importante.

In altre parole nell'acqua sono contenuti gas disciolti, i quali all'aumentare della temperatura mediante fenomeni di coalescenza formano bolle che percorrono il circuito idraulico.

La parte superiore dell'equilibratore (Disegno 1 – Rif. “T†) funge da separatore di microbolle d'aria mediante una rete in lamiera microforata, o in lamiera stirata e trappola d'aria superiore. I gas/aria si raggruppano sulla parte alta dell'equilibratore dove vengono scaricati in ambiente da un dispositivo di sfiato aria automatico (non oggetto di brevetto).

Il componente separatore d'aria, realizzato in lamiera microstirata con maglia romboidale e fori con dimensioni diagonali massime di 8mm x 4mm, spessore variabile tra 0,1 e 0,2mm può assumere generalmente la forma di stella chiusa, (Disegno 2 – Rif. “I†) ma può anche assumere altre forme che garantiscono la separazione migliore dei gas disciolti nel liquido, restando sempre intesa la funzionalità del trovato nel suo complesso.

Filtraggio

Nei circuiti degli impianti idraulici circolano e sono presenti microparticelle e sporcizie dovute a residui di lavorazione all'atto della realizzazione dell'impianto, bave dei filetti, scorie di saldatura, microsfridi, residui dovuti ad abrasioni locali, ecc. Altri tipi di residui solidi in sospensione nel fluidi possono essere dovuti a corrosioni locali di componenti o raccordi vari. Queste particelle rappresentano un problema importante negli impianti nei quali siano presenti generatori di calore ad alto rendimento, ad esempio a gas metano o GPL a condensazione, oppure scambiatori ad alta efficienza con passaggi acqua sottili, come quelli di pompe di calore di qualsiasi tipo, in quanto possono andare ad ostruire il passaggio d'acqua e limitare lo scambio termico, riducendo l'efficienza complessiva della macchina, aumentando gli interventi di manutenzione, con le dovute spese economiche ed energetiche derivanti.

A questi problemi si somma quello dovuto al malfunzionamento del generatore, in quanto questo non funzionerà più a condizioni nominali, con portate ridotte, pericoli di rotture e con rendimenti energetici notevolmente inferiori, quindi dissipando energia,

La tubazione di ritorno dai circuiti secondari impianto (Disegno 1 – attacco “G†e disegno 3 – Tubo “H†) finisce con un filtro a cilindro terminale (Disegno 3 – Rif. “M†), removibile ed ispezionabile (Disegno 4 – Rif. “M†ed “O†), mediante un tappo ridotto (Disegno 4 – Rif. “O†) con attacco per valvola di scarico, che permette di bloccare tutte queste particelle ed evitare che queste possano in qualche modo raggiungere il generatore di calore o altri punti particolarmente sensibili dell'impianto, come ad esempio le valvole a comando termostatico installate sulla tubazione di mandata ai corpi scaldanti oppure le valvole di intercettazione di zona o altri organi importanti e costosi.

La posizione dell'attacco per la tubazione di ritorno al generatore di calore (Dis.1 – “D†e Dis.

7 – collegamento tra caldaia indicata con nome costruttore Riello e trovato) permette al generatore di aspirare in primo luogo tutta la portata filtrata dal ritorno dei circuiti impianto, che sarà quella a temperatura minore. Questo aspetto à ̈ importante nell'uso di caldaie a condensazione in quanto si aumenta il rendimento di caldaia e per pompe di calore in quanto aumenta l'efficienza di produzione del calore.

Defangazione

Nella realizzazione di impianti di riscaldamento a bassa temperatura vengono impiegate nella maggioranza dei casi tubazioni o circuitazioni realizzate in materiale plastico. Pur avendo questo le dovute barriere ossigeno, si ha comunque una presenza minima di aria nelle tubazioni, la quale assieme alla temperatura ottimale (tra 20°C-40°C) da luogo a proliferazioni batteriche che vanno a generare pellicole melmose che si depositando nelle pareti delle tubazioni e vengono poi trasportate di conseguenza in giro per l'impianto. (si consideri a titolo di esempio il film viscido che si crea nei fondi delle piscine se non viene rigenerata l'acqua). Inoltre le colonie batteriche che proliferano nelle tubazioni in plastica (in quelle metalliche, ed in particolar modo in quelle in rame le proliferazioni batteriche sono quasi inesistenti dato il potere battericida del metallo stesso di cui sono realizzate le tubazioni) a temperature comprese tra 25°C e 40°C, muoiono a temperature superiori a circa 60°C, quindi negli scambiatori di calore di caldaie e pompe di calore o altri generatori, precipitando e creando fanghi pericolosi per l'apparecchio.

La tubazione di ritorno dai circuiti secondari à ̈ posta verticalmente all'interno dell'equilibratore, ciò significa che sfruttando il semplice principio di gravità, eventuali “fanghi†presenti nell'impianto vengono bloccati dal filtro e dalla rete stirata che lo forma, e che ha l'effetto in se anche di defangatore (Disegno 1 – Rif. “U†), separandoli dall'acqua che circola e facendo in modo che questi per caduta vadano a depositarsi nel fondo dell'equilibratore, senza aver in alcun modo la possibilità di circuitare attraverso il generatore o attraverso la camera interna dell'equilibratore, nell'impianto. Allo stesso modo anche il separatore d'aria può effettuare la separazione e precipitazione di sporcizie e fanghiglie.

Compatezza e applicabilità del sistema a più applicazioni

Singolarmente, le 4 funzioni che l'oggetto del brevetto intende risolvere, trovano già una realizzazione nella pratica.

Non vi à ̈, invece, alcun prodotto che le raggruppa, assieme ad un aspetto molto importante, la compattezza. Infatti tutti i componenti sono installati internamente al corpo verticale dell'equilibratore, e sono parte integrante di esso, intendo con questo che sono da esso inscindibili e allo stesso modo facenti parte della realizzazione stessa del prodotto.

L'applicazione prevista per il prodotto à ̈ con attacco di uno o più generatori di calore o scambiatori di calore di qualunque tipo, dal lato primario (Disegno 3 – lato componente cerchiato in rosso), mentre dal lato secondario (Disegno 3 – Rif. verde) si prevede in alternativa il collegamento:

- diretto dell'impianto;

- di un collettore a tubi di acciaio al carbonio o inox in un numero variabile di vie; - di un collettore in ottone trafilato, o in plastica stampata, o in alluminio stampato, o in generale in qualsiasi forma, materiale, realizzazione, manifattura che sia adeguata al collegamento e alla circuitazione di circuiti idraulici;

Le misure di ingombro di un sistema con il prodotto illustrato sono molto minori rispetto alla stessa funzione se svolta con i materiali e tecnologie attualmente disponibili sul mercato.

Va inoltre precisato che la realizzazione compatta del prodotto semplifica molto la fase di installazione in opera.

Le misure possono essere variate a seconda della dimensione del trovato e della potenza termiche deve essere scambiata tra circuito primario e secondario.

Descrizione del trovato completo – Riferimento disegno allegato n° 3:

A – Distanza tra attacco mandata C e attacco ritorno D dal/al circuito primario generazione del calore;

B – Interasse tra collettore di mandata V e collettore di ritorno Z circuiti secondari, collegati al trovato mediante attacchi F e G a saldare (o con raccordi di altro tipo);

E – Attacco per valvola automatica sfogo aria raccolta dal separatore d'aria;

N – Attacco per riduzione porta filtro O con attacco valvola di scarico;

M – Filtro impurità in linea;

H – Tubo di ritorno impianto con funzione di sede “maschio†per inserimento filtro;

P – Involucro equilibratore idraulico;

I – Senatore d'aria a rete microstirata;

L – Supporto a diaframma per separatore d'aria (opzionale);

Q – Attacco mandata ad un circuito secondario distribuzione utenze ipotetico;

R - Attacco ritorno da un circuito secondario distribuzione utenze ipotetico;

X – Dadi per fissaggio (opzionali);

Dimensioni per un modello standard di invenzione:

In riferimento al disegno n° 3:

A = 250mm

B = 90mm

C = à ̃1†F

D = à ̃1†F

E = à ̃1/2†F

F = à ̃1â€

G = à ̃1â€

N = à ̃1†1⁄4 F

M = Filtro à ̃34mm interno x 140mm altezza – Efficienza filtrazione 500 Î1⁄4m

H = à ̃1â€

P = à ̃2†1⁄2

I = Disareatore a microrete stirata piegata a stella altezza circa 65mm

L = diaframma porta separatore d'aria (opzionale) à ̃int = 42mm; à ̃ext = 72mm; Sp.2mm Q = à ̃1†M

R = à ̃1†M

V = à ̃2â€

Z = à ̃2â€

X = Ã ̃ M10

Realizzazione dell'invenzione:

Il trovato può essere realizzato con componenti in acciaio al carbonio (acciaio nero) o in acciaio INOX AISI 304, giuntati mediante saldatura, con sistema ossiacetilenico o ad arco elettrico MIG, o TIG per acciaio inox. I componenti 1,2,4,5,6,7,8,9,12,13,14,15 rilevabili dal disegno 5 vengono saldati assieme, il componente 3 viene solo posato o al massimo puntato al corpo centrale dell'equilibratore, i componenti 10 ed 11 vengono inseriti successivamente.

La finitura superficiale finale del trovato può essere di qualsiasi tipo, verniciato, zincato ecc.

Applicazione dell'invenzione in ambito industriale.

In ambito industriale, l'invenzione può essere utilizzata, a titolo di esempio, in circuiti di riscaldamento di organi di macchina i quali possono essere più di uno, collegati ad uno o più generatori di calore. Anche in questo caso, per quanto esposto in precedenza, può risultare utile separare il circuiti di produzione del calore dal circuito di distribuzione agli organi da riscaldare, operando la separazione d'aria e la filtrazione delle eventuali sporcizie e impurità prima che giungano ai generatori di calore danneggiandoli. Allo stesso modo l'invenzione può essere applicata in ambito agricolo.

Claims (5)

1. ALLEGATO C RIVENDICAZIONI 1) Equilibratore idraulico (Disegno 1), predisposto per essere collegato tra un circuito primario (Disegno 1-A) ed un circuito secondano (Disegno 1-B), nei quali scorre del fluido, rendendoli idraulicamente indipendenti, ottenendo una differenza di pressione prossima a zero al suo interno; tale equilibratore idraulico à ̈ composto da un corpo allungato con uno spazio interno delimitato da pareti (Disegno 1-H), nel quale sono realizzati degli attacchi cosi identificati: • Almeno un attacco di ingresso del fluido (Disegno 1-C) proveniente dal circuito primario (Disegno 1 -A) e almeno un attacco di uscita del fluido (Disegno 1-F) al circuito secondario (Disegno 1-B), posti entrambi indicativamente nella parte superiore del corpo allungato, non necessariamente sullo stesso asse. • Almeno un attacco di uscita del fluido (Disegno 1-D) diretto al circuito primario, che lascia l'equilibratore idraulico in una posizione posta indicativamente in una parte inferiore agli attacchi di cui al punto precedente; • Almeno un attacco (Disegno 1-G) posto ad altezza uguale o diversa dal precedente, ma inferiormente agli attacchi descritti al primo punto, il quale convoglia tutta la portata di ritorno dal circuito secondario (Disegno 1-B) attraverso un filtro (Disegno 1-M), posto sostanzialmente ma non esclusivamente in posizione verticale nella parte inferiore dell'equilibratore idraulico (Disegno 1-N); nel quale le portate di fluido che lo interessano possono separarsi da microbolle d'aria e impurità raccolte o formatisi nel percorrere i circuiti primario e secondario, caratterizzato dal fatto che un filtro à ̈ inserito nella parte inferiore dello stesso (Disegno 1 - N) e collegato alla tubazione che convoglia il fluido di ritorno dal circuito secondario attraverso l'attacco apposito (Disegno 1 - G), in maniera concentrica attraverso incastro, o qualsiasi altro tipo di fissaggio meccanico, filtrando e decantando le impurità che la portata di fluido del circuito secondario in ingresso all'equilibratore idraulico (Disegno 1-G) ha acquisito, internamente allo stesso.
2. 2) Equilibratore idraulico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che un filtro à ̈ fissato alla parte inferiore dell'equilibratore mediante accoppiamento filettato, tra manicotto con filetto interno (Disegno 1-N) e una riduzione (Disegno 1-0) con filetto esterno, al cui interno à ̈ ricavata un'apposita sede per l'appoggio e il posizionamento del filtro. La riduzione avvitata al manicotto assicura il bloccaggio del filtro e la tenuta stagna del circuito mediante apposita guarnizione di tenuta, costituita da O-ring in materiale gommoso, o altri sistemi quali guarnizioni piane o tenute sul filetto di qualsiasi tipo. Il filtro à ̈ fissato alla tubazione di ingresso all'equilibratore del fluido dal circuito secondario attraverso accoppiamento conico, filettato o di qualsiasi altro tipo tale da obbligare tutta la portata di fluido convogliata dal tubo ad attraversarlo.
3. 3) Equilibratore idraulico secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che le operazioni di filtraggio e decantazione delle impurità contenute in una portata di fluido avvengono entrambe all'interno dell'equilibratore idraulico stesso.
4. 4) Equilibratore idraulico secondo I e rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che durante la stessa operazione di ottenimento di una differenza di pressione prossima a zero al suo interno, viene effettuata la separazione dell'aria ed il filtraggio delle impurità presenti nelle portate di fluido che attraversano l'equilibratore idraulico stesso.
5. 5) Equilibratore idraulico secondo le rivendicazioni 1 e 2, al cui interno à ̈ ottenuta una differenza di pressione prossima a zero tra 2 portate di fluido che lo attraversano e nel quale à ̈ inserito nella parte superiore del corpo allungato dello stesso un dispositivo di separazione aria, caraterizzato dal fatto che il meccanismo di inserimento, posizionamento e fissaggio del filtro permette l'ottenimento delle operazioni di decantazione e filtraggio impurità, separazione dell'aria, e bilanciamento di pressioni in più portate di fluido che lo attraversano, nello stesso volume racchiuso nel corpo allungato dell'equilibratore, compreso comunque tra gli attacchi di collegamento al circuito primario e secondario.