ITTV20120006A1 - Dispositivo adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero per recuperare il calore di surriscaldamento - Google Patents

Description

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“Dispositivo adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero per recuperare il calore di surriscaldamento†.

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero per recuperare il calore di surriscaldamento reso disponibile dall’impianto.

E’ noto che il ciclo ideale di riferimento per gli impianti frigoriferi à ̈ un ciclo di Carnot inverso.

E’ altresì noto che il tipo più diffuso di impianti frigoriferi impiega fluidi che operano nella zona del vapor saturo e del vapor surriscaldato.

Infatti, nella pratica industriale, per evitare la compressione del fluido refrigerante quando si trova nella zona del vapore saturo umido, si preferisce prolungare, rispetto al ciclo di Carnot ideale, l’evaporazione del fluido refrigerante fino ad ottenere almeno vapore saturo secco all’uscita dell’evaporatore. In tal modo si evita che la fase liquida, pressoché incomprimibile, possa raccogliersi nel volume nocivo del compressore, causandone la rottura per “colpo di liquido†.

Il fluido refrigerante durante la successiva fase di compressione si surriscalda ed all’uscita dal compressore raggiunge un valore di temperatura più elevato rispetto alla temperatura di saturazione corrispondente alla pressione superiore di ciclo (stato di vapore surriscaldato).

Con calore di surriscaldamento di un impianto frigorifero viene identificato il calore sensibile reso disponibile dal fluido refrigerante durante il passaggio, a pressione costante, meno le perdite di carico, dallo stato di vapore surriscaldato allo stato di vapore saturo secco.

Generalmente la percentuale di calore ceduta dal liquido refrigerante durante il desurriscaldamento varia dal 20% al 30% del calore totale ceduto dal liquido refrigerante all’ambiente esterno ed à ̈ funzione della pressione di condensazione (à ̈ maggiore per pressioni di condensazione più elevate).

Negli impianti frigoriferi, per recuperare parzialmente tale quantità di calore, à ̈ noto l’inserimento di un desurriscaldatore di scarico nella linea di mandata dal compressore al condensatore.

Il desurriscaldatore di scarico può essere un qualsiasi tipo di scambiatore di calore: a piastre, a mantello e fascio tubiero ecc.

L’inserimento di un desurriscaldatore di scarico consente di recuperare, almeno parzialmente, una porzione del calore di surriscaldamento del liquido refrigerante per cederlo ad un liquido operante all’esterno dell’impianto frigorifero, permettendone il riscaldamento. Questo liquido esterno à ̈ generalmente acqua, per uso tecnico o per uso sanitario, e come tale sarà indicato di seguito per maggior chiarezza, senza naturalmente escludere la possibilità che altri liquidi vengano impiegati al posto dell’acqua, quali ad esempio olio diatermico o glicole etilenico.

Mediante l’utilizzo di tale dispositivo il calore di surriscaldamento viene generalmente trasferito ad un serbatoio, provvisto o meno di ausiliari mezzi interni di riscaldamento, ad esempio una serpentina di riscaldamento o una resistenza elettrica, o direttamente ad una o più utenze esterne.

L’inserimento di un desurriscaldatore di scarico negli impianti frigoriferi presenta, però, alcuni inconvenienti.

L’acqua che deve essere riscaldata può avere, all’ingresso nel desurriscaldatore di scarico, valori di temperatura estremamente variabili. Tale temperatura dipende, infatti, da numerosi fattori, quali ad esempio il tipo di impianto, le caratteristiche delle tubazioni, le distanze, la stagione dell’anno, ecc. Può quindi accadere che detta temperatura sia troppo bassa, rispetto ai parametri di temperatura ipotizzati in sede di progettazione dell’impianto, e pertanto che venga sottratta al liquido refrigerante dell’impianto una quantità di calore maggiore della quantità di calore preventivata.

In tale evenienza, accade talvolta che il gas refrigerante dell’impianto condensi almeno parzialmente nel desurriscaldatore, causando una perdita di rendimento dell’impianto frigorifero e problemi alla circolazione del refrigerante nel circuito.

Per ovviare, almeno parzialmente, a tale inconveniente à ̈ noto l’inserimento di un termostato di minima nel serbatoio al cui interno à ̈ raccolta l’acqua da riscaldare.

In tal modo, si può impostare che la pompa di circolazione associata al serbatoio si avvii solo nel momento in cui la temperatura dell’acqua contenuta nel serbatoio raggiunge un determinato valore minimo.

Tuttavia, anche tale temperatura minima à ̈ influenzata da numerosi fattori e pertanto, per garantire un funzionamento sicuro dell’impianto frigorifero, vengono impostati dei valori minimi di temperatura piuttosto elevati, riducendo così la porzione del calore di surriscaldamento recuperabile dal liquido refrigerante. Inoltre, il dispositivo à ̈ inevitabilmente soggetto ad un funzionamento irregolare con continui avvii e arresti. Infatti, in base a quanto sopra riportato, nel caso in cui la temperatura dell’acqua contenuta nel serbatoio sia inferiore rispetto alla temperatura minima impostata, per non alterare la funzionalità dell’impianto frigorifero, il calore di surriscaldamento del liquido refrigerante viene disperso, tramite il condensatore, all’ambiente esterno piuttosto che essere ceduto all’acqua presente nel serbatoio, venendo di fatto non recuperato.

E’ anche noto, al posto dell’inserimento del termostato di minima sopra descritto, l’inserimento di un pressostato di regolazione nella linea di mandata che collega il desurriscaldatore al condensatore.

Tale pressostato presenta come valore di soglia di attivazione il valore della pressione di condensazione del liquido refrigerante. Tale pressione di condensazione ovviamente à ̈ funzione della temperatura di condensazione del liquido refrigerante che, in fase di progetto dell’impianto frigorifero, viene impostata per essere sensibilmente più elevata della temperatura dell’ambiente naturale esterno. In tal modo, infatti, lo scambio termico tra liquido refrigerante ed ambiente naturale esterno può avvenire in apparecchi scambiatori di dimensioni congrue.

La pompa di circolazione associata al serbatoio à ̈ tarata per arrestarsi, in modo da interrompere lo scambio termico tra liquido contenuto nel serbatoio e liquido refrigerante, non appena il pressostato di regolazione segnala che la pressione del liquido refrigerante à ̈ uguale o inferiore alla pressione di condensazione impostata. In tal modo viene assicurato che il liquido refrigerante non inizi a condensare all’interno del desurriscaldatore.

Tuttavia, come sopra accennato, l’impianto frigorifero presenta numerose variabili di funzionamento. Inoltre, à ̈ destinato ad essere utilizzato sia in estate che in inverno, con conseguenti mutate condizioni di contorno. La temperatura di condensazione del fluido refrigerante, impostata in fase di progetto dell’impianto, durante il funzionamento può subire delle variazioni. Al contrario, la pressione di soglia del pressostato di regolazione rimane fissa e questo comporta praticamente che, in particolari condizioni, non tutto il calore di surriscaldamento reso disponibile dal liquido refrigerante sia effettivamente recuperato.

Difficoltà ancora maggiori si riscontrano nel caso in cui il desurriscaldatore di scarico debba essere inserito all’interno di impianti frigoriferi già esistenti.

In tal caso, infatti, non deve solo essere impostata accuratamente la temperatura minima di ingresso dell’acqua all’interno del desurriscaldatore (o eventualmente la pressione di condensazione), ma deve essere verificato che l’inserimento di tale dispositivo aggiuntivo non alteri i parametri di funzionamento dell’impianto frigorifero preesistente, andando ad incidere su efficienza e rendimento.

Inoltre, il collegamento del desurriscaldatore al serbatoio o/e alle utenze viene realizzato utilizzando, in aggiunta ai componenti principali brevemente descritti sopra, anche una pluralità di dispositivi ausiliari quali valvole di miscelazione, pompe, termostati. Il collegamento di tali dispositivi talvolta non à ̈ di semplice esecuzione e richiede necessariamente l’intervento di personale specializzato.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di superare almeno parzialmente gli svantaggi evidenziati sopra con riferimento alla tecnica nota.

In particolare, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un dispositivo adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero per recuperare il calore di surriscaldamento e avente una efficienza migliorata rispetto ai desurriscaldatori noti.

Inoltre, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un dispositivo per recuperare il calore di surriscaldamento in un impianto frigorifero, che possa facilmente essere inserito sia in impianti nuovi che in impianti esistenti, senza interferire nella logica di funzionamento dell’impianto.

Ancora, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un dispositivo per recuperare il calore di surriscaldamento in un impianto frigorifero, che possa essere utilizzabile con qualsiasi tipo di fluido refrigerante.

Inoltre, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un dispositivo per recuperare il calore di surriscaldamento in un impianto frigorifero, che sia idoneo ad essere integrato in un unico alloggiamento.

Infine, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un dispositivo per recuperare il calore di surriscaldamento in un impianto frigorifero che sia facilmente industrializzabile.

Questi ed altri scopi e compiti sono raggiunti con un dispositivo adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero per recuperare il calore di surriscaldamento secondo la rivendicazione 1.

Le caratteristiche e gli ulteriori vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di alcuni esempi di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati in cui:

- la figura 1 rappresenta schematicamente, in un diagramma p-h (pressione-entalpia), un ciclo frigorifero ideale a semplice compressione di vapore;

- la figura 2 rappresenta schematicamente un impianto frigorifero a semplice compressione di vapore, provvisto del dispositivo adatto a recuperare il calore di surriscaldamento secondo l’invenzione; - la figura 3 rappresenta una vista schematica di una forma di realizzazione del dispositivo secondo l’invenzione,

- la figura 4 rappresenta una vista schematica di un’altra forma di realizzazione del dispositivo secondo l’invenzione;

- la figura 5 rappresenta una vista schematica di un’ulteriore forma di realizzazione del dispositivo secondo l’invenzione.

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo 20 adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero 100 per recuperare il calore di surriscaldamento.

In figura 2 à ̈ mostrato lo schema di un impianto frigorifero 100 avente quale riferimento ideale il ciclo inverso di Carnot. Detto impianto, in modo sé noto, può comprendere almeno una valvola di laminazione 10, almeno un evaporatore 12, almeno un compressore 14 ed almeno un condensatore 16.

Il fluido che opera all’interno dell’impianto frigorifero 100 viene di seguito denominato fluido refrigerante F.

Con riferimento alla figura 1, il fluido refrigerante F, a partire dallo stato liquido saturo si espande dalla pressione p1alla pressione p2,abbassando la propria temperatura da T1a T2.

Successivamente, a temperatura T1e pressione p1costanti, il fluido refrigerante F evapora nell’evaporatore 12 assorbendo dall’esterno il calore (per unità di massa) Q1= h3– h2.

Il fluido refrigerante F à ̈ quindi compresso mediante il compressore 14 dalla pressione p2alla pressione p1ed aumenta la propria temperatura da T2a Ts. Detta temperatura Tsnel seguito verrà indicata come temperatura di surriscaldamento del fluido refrigerante F ed à ̈ più elevata rispetto alla temperatura di saturazione T1del fluido refrigerante F alla pressione p1.

Infine, sempre a pressione p1costante (fatte salve le perdite di carico), il fluido refrigerante F, all’interno del condensatore 16, dapprima si raffredda, passando dalla temperatura di surriscaldamento Tsalla temperatura T1,e successivamente, a temperatura T1e pressione p1costante, condensa. Complessivamente il fluido refrigerante F cede all’esterno il calore Q2= h4– h1. Detto calore Q2à ̈ uguale alla somma di Q3e Q4, dove Q3à ̈ il calore di surriscaldamento ceduto dal fluido refrigerante F durante il raffreddamento da Tsa T1e Q4à ̈ il calore ceduto dal fluido refrigerante F durante la condensazione. Come anticipato, il calore di surriscaldamento Q3à ̈ generalmente pari al 20-30% del calore Q2ceduto complessivamente dal fluido refrigerante F all’ambiente estero.

Come schematicamente raffigurato in figura 2, il dispositivo 20 oggetto dell’invenzione à ̈ adatto ad essere inserito nell’impianto frigorifero 100 nella linea di mandata dal compressore 14 al condensatore 16.

Il dispositivo 20 à ̈ adatto a recuperare il calore di surriscaldamento Q3reso disponibile dall’impianto frigorifero 100 e a trasferirlo ad una o più utenze esterne 50, 60. Tale calore di surriscaldamento Q3in accordo con l’invenzione può essere reso disponibile, come apparirà chiaro nel prosieguo della descrizione, per riscaldare acqua ad uso tecnico (riscaldamento ambienti, sbrinamenti, ecc) o per riscaldare acqua ad uso sanitario.

Con specifico riferimento alla figura 3, detto dispositivo 20 comprende un primo ingresso 4 adatto a ricevere un fluido refrigerante F, fornito in fase di vapore surriscaldato, ed un secondo ingresso 5 adatto a ricevere un fluido operativo A, fornito in fase liquida, proveniente dall’utenza esterna 60.

Il fluido refrigerante F operante all’interno del dispositivo 20 à ̈ il fluido refrigerante dell’impianto frigorifero, mentre il fluido operativo A à ̈ l’acqua, destinata ad uso sanitario, che viene ricevuta dall’utenza esterna 60.

Il dispositivo 20 comprende inoltre una prima uscita 4’, adatta ad emettere il fluido refrigerante F in modo che quest’ultimo, dopo essere stato desurriscaldato, possa fluire all’interno del condensatore 16 ancora in fase di vapore, ed una seconda uscita 6 adatta ad emettere il fluido operativo A, in modo che quest’ultimo, dopo essere stato riscaldato, possa essere distribuito all’utenza esterna 60.

Come raffigurato in figura 3, il dispositivo 20 comprende un serbatoio 28 adatto a contenere un fluido di servizio G, fornito in fase liquida.

Il dispositivo 20 comprende inoltre un desurriscaldatore 22 adatto a ricevere il fluido refrigerante F per generare un primo flusso termico tra il fluido refrigerante F ed il fluido di servizio G, fornito in fase liquida, in uscita dal serbatoio 28.

Inoltre, il dispositivo 20 comprende uno scambiatore di calore 34 adatto a ricevere il fluido di servizio G in uscita dal serbatoio 28, per generare un secondo flusso termico tra il fluido di servizio G ed il fluido operativo A. Il serbatoio 28 può essere provvisto di un misuratore di temperatura (non mostrato nelle figure allegate) adatto a rilevare la temperatura del fluido ivi contenuto.

Il dispositivo 20 comprende anche un misuratore di pressione 24 adatto a rilevare il valore di pressione del fluido refrigerante F in corrispondenza del primo ingresso 4 ed un misuratore di temperatura 26 adatto a rilevare il valore di temperatura del fluido refrigerante F in corrispondenza della prima uscita 4’.

In accordo con l’invenzione, il dispositivo 20 comprende inoltre una pompa di circolazione 30, adatta a regolare la portata del fluido di servizio G che viene prelevata dal serbatoio 28 e che viene inviata al desurriscaldatore 22.

Secondo l’invenzione, il dispositivo 20 comprende una centralina di controllo 40 adatta ad elaborare i parametri forniti rispettivamente dal misuratore di pressione 24 e dal misuratore di temperatura 26 per regolare il numero di giri della pompa di circolazione 30 al fine di mantenere la temperatura del fluido refrigerante F in uscita dal desurriscaldatore 22 superiore alla rispettiva temperatura di condensazione.

In una prima forma di realizzazione, il dispositivo 20 può essere integrato in un unico alloggiamento monoblocco, provvisto di due ingressi, in corrispondenza di primo ingresso 4 e secondo ingresso 5 del dispositivo 20, e di due uscite, in corrispondenza di prima uscita 4’ e seconda uscita 6 del dispositivo 20. Mediante tali ingressi ed uscite, in modo in sé noto, il dispositivo 20 viene inserito all’interno dell’impianto frigorifero 100 per recuperare il calore di surriscaldamento Q3dell’impianto ed à ̈ collegato alla rete di utenze 60 a cui viene ceduto il calore di surriscaldamento Q3recuperato.

Vantaggiosamente nell’alloggiamento del dispositivo 20 possono essere integrati dei mezzi di programmazione 42, come ad esempio una tastiera, mediante i quali l’utente può programmare la centralina di controllo 40, inserendo ad esempio la tipologia del fluido refrigerante F dell’impianto frigorifero in cui viene inserito il dispositivo 20 o impostando altri parametri operativi del dispositivo 20, come verrà spiegato dettagliatamente in seguito.

In una seconda forma di realizzazione, i componenti del dispositivo 20 possono essere integrati in più alloggiamenti, opportunamente collegati tra loro. Anche in tal caso il dispositivo 20, considerato nel suo insieme, presenta due ingressi e due uscite mediante i quali à ̈ inserito all’interno dell’impianto frigorifero 100 ed à ̈ collegato alla rete d’utenze 60.

Il desurriscaldatore 22 può essere uno scambiatore di calore a superficie, ad esempio del tipo a piastre.

Come mostrato schematicamente in figura 3, un primo ingresso ed una prima uscita del desurriscaldatore 22 corrispondono al primo ingresso 4 ed alla prima uscita 4’ del dispositivo 20. Un secondo ingresso ed una seconda uscita del desurriscaldatore 22, rispettivamente indicati con i riferimenti numerici 9 e 11, sono collegati in modo noto, mediante un primo condotto di mandata 19 ed un primo condotto di ritorno 21, al serbatoio 28 all’interno del quale à ̈ contenuto il fluido di servizio G del dispositivo 20.

In modo analogo, lo scambiatore di calore 34 può essere uno scambiatore di calore a superficie, del tipo a piastre.

Un primo ingresso ed una prima uscita dello scambiatore 34, indicati rispettivamente con i riferimenti numerici 13 e 15, sono collegati, mediante un secondo condotto di mandata 23 ed un secondo condotto di ritorno 25, al serbatoio 28. Il secondo ingresso e la seconda uscita dello scambiatore 34 corrispondono al secondo ingresso 5 ed alla seconda uscita 6 del dispositivo 20.

Come schematicamente mostrato in figura 3, la pompa di circolazione 30 Ã ̈ predisposta sul primo condotto di mandata 19 dal serbatoio 28 al desurriscaldatore 22. Detta pompa 30 Ã ̈ adatta a regolare la portata del fluido di servizio G che, prelevato dal serbatoio 28, viene inviato al desurriscaldatore 22.

Sul secondo condotto di mandata 23 dal serbatoio 28 allo scambiatore 34 vantaggiosamente può essere predisposta una pompa volumetrica 32. In una prima forma di realizzazione detta pompa volumetrica 32 può essere del tipo a portata fissa essendo adatta a prelevare una portata fissa di fluido di servizio G dal serbatoio 28 per inviarla allo scambiatore 34.

In una seconda forma di realizzazione detta pompa volumetrica 32 può essere del tipo a portata variabile essendo adatta a prelevare una portata variabile di fluido di servizio G dal serbatoio 28 per inviarla allo scambiatore.

In tale forma di realizzazione, la centralina di controllo 40 del dispositivo 20 Ã ̈ adatta a regolare il numero di giri della pompa volumetrica 32 al fine di regolare la portata di fluido di servizio G che viene prelevata dal serbatoio 28 per essere inviata allo scambiatore 34.

Il dispositivo 20 può comprendere un flussostato 38 adatto a rilevare un afflusso del fluido operativo A all’interno del dispositivo 20 attraverso il secondo ingresso 5.

Detto flussostato 38 può essere posizionato vantaggiosamente in corrispondenza del secondo ingresso 5 del dispositivo 20. In dettaglio, il flussostato 38 può essere posizionato sul condotto di mandata che collega l’utenza esterna 60 allo scambiatore 34 ed à ̈ adatto a rilevare un prelievo d’acqua calda da parte dell’utenza 60.

Alternativamente, il flussostato 38 può essere posizionato sul condotto di ritorno che collega lo scambiatore all’utenza esterna 60, in considerazione del fatto che ovviamente la portata d’acqua che attraversa il condotto di mandata e il condotto di ritorno disposti tra lo scambiatore 34 e l’utenza esterna 60 à ̈ la medesima.

Vantaggiosamente, il flussostato 38 può essere provvisto anche di strumenti di misura della portata. In questo caso, detto flussostato 38 non à ̈ solo in grado di rilevare un prelievo d’acqua calda da parte dell’utenza 60, ma anche di determinare la portata d’acqua prelevata.

Anche in tale forma di realizzazione, il flussostato 38 può essere disposto sul condotto di mandata che collega l’utenza esterna 60 allo scambiatore 34 oppure in altra posizione.

In corrispondenza della seconda uscita 6 del dispositivo 20 può essere predisposto un miscelatore termostatico 36, come ad esempio una valvola miscelatrice 36 ad impostazione manuale. Tramite il miscelatore 36 à ̈ possibile regolare all’uscita dello scambiatore di calore 34 la temperatura di mandata dell’acqua all’utenza 60.

Vantaggiosamente a valle della valvola miscelatrice 36 può essere predisposta una valvola automatica a tre vie 39 (vedi figura 4) in grado di indirizzare il fluido operativo A in uscita dallo scambiatore 34 direttamente all’utenza 60 oppure ad una caldaia o ad un altro dispositivo di riscaldamento 70 eventualmente associato all’utenza 60. Mediante tale valvola automatica 39 si può inviare il fluido operativo A riscaldato direttamente all’utenza 60, se la temperatura di mandata all’uscita dello scambiatore di calore 34 à ̈ pari alla temperatura impostata nella valvola miscelatrice 36, oppure alla caldaia o ad altro dispositivo di riscaldamento 70 associato all’utenza 60, se la temperatura di mandata all’uscita dello scambiatore di calore 34 à ̈ inferiore alla temperatura impostata nella valvola miscelatrice 36.

Un’ulteriore forma di realizzazione del dispositivo 20 (vedi figura 5) prevede la predisposizione in corrispondenza della seconda uscita 6 del dispositivo 20 di un sensore di temperatura 46 al posto della valvola miscelatrice 36.

Detto sensore 46 à ̈ in grado di rilevare la temperatura di mandata dell’acqua all’utenza 60.

Vantaggiosamente la centralina di controllo 40 può elaborare il parametro di temperatura fornito dal sensore 46 ed eventualmente verificare se la temperatura di mandata dell’acqua corrisponde al valore impostato in sede di programmazione della centralina di controllo 40 del dispositivo 20. Nel caso in cui siano rilevate delle differenze tra il valore di temperatura rilevato e il valore di temperatura impostato, la centralina di controllo 40 à ̈ in grado di regolare il numero di giri della pompa di circolazione 32, se detta pompa à ̈ del tipo a portata variabile, così da variare la portata di fluido di servizio G che viene prelevata dal serbatoio 28. In tal modo la quantità di calore che viene ceduta dal fluido di servizio G al fluido operativo A tramite lo scambiatore 34 potrà essere aumentata o ridotta, consentendo, se necessario, di regolare la temperatura di mandata del fluido operativo A.

Vantaggiosamente, in una forma di realizzazione alternativa, il dispositivo 20 prevede la predisposizione di uno o più condotti di mandata 31 in uscita dal serbatoio 28 (in figura 3 à ̈ schematizzata una forma di realizzazione del dispositivo 20 con un unico condotto di mandata 31). Su ciascun condotto di mandata 31 à ̈ predisposta una pompa di circolazione 33. I condotti di mandata 31 consentono di inviare parte del fluido di servizio G contenuto nel serbatoio 28 direttamente ad una o più utenze tecniche 50 (riscaldamento ambienti, sbrinamenti ecc). In tale forma di realizzazione il fluido di servizio G prelevato dal serbatoio 28 può essere utilizzato anche per riscaldare direttamente l’utenza esterna tecnica 50 e non unicamente per riscaldare, transitando all’interno dello scambiatore di calore 34, il fluido operativo A che transita all’interno del dispositivo 20.

Vantaggiosamente, una forma di realizzazione alternativa del dispositivo 20 prevede l’inserimento, a valle della pompa di circolazione 33, di uno o più mezzi di regolazione della portata del fluido di servizio G che viene inviata alle utenze 50. Detti mezzi di regolazione, non raffigurati nelle figure allegate perché noti ad un tecnico del ramo, possono essere ad esempio collettori di mandata aventi un’elettrovalvola per ciascun utenza tecnica 50 servita dai condotti di mandata 31.

A ciascun condotto di mandata 31 sono abbinati uno o più condotti di ritorno 35 mediante i quali il fluido di servizio G, raffreddatosi dopo essere stato utilizzato per scopi tecnici, confluisce all’interno del serbatoio 28 per essere nuovamente riscaldato.

Le utenze tecniche 50 sono collegate a detti condotti di mandata 31 e a detti condotti di ritorno 35 del dispositivo 20 mediante almeno un ingresso 7 e ad almeno un’uscita 8. Detti ingressi 7 e dette uscite 8 consentono di mettere in comunicazione di fluido il serbatoio 28 con una o più utenze tecniche 50 collegabili al dispositivo.

Il dispositivo 20 può inoltre comprendere uno o più moduli elettrici per regolare eventuali organi di controllo dei mezzi di condensazione dell’impianto frigorifero 100. Detti organi di controllo che possono essere ad esempio i ventilatori dei condensatori possono essere controllati dalla centralina di controllo 40 del dispositivo.

Di seguito verrà brevemente il funzionamento del dispositivo 20 oggetto dell’invenzione, ipotizzando che detto dispositivo 20 sia stato correttamente inserito, tramite i propri ingressi ed uscite, all’interno di un impianto frigorifero 100 e che sia stato collegato ad un’utenza esterna 60.

A collegamento avvenuto, l’utente operando sui mezzi di programmazione 42 della centralina di controllo 40 identifica la tipologia del fluido refrigerante F che opera all’interno del dispositivo 20. Il fluido refrigerante F sarà in generale un fluido comunemente utilizzato a questo scopo e ampiamente noto al tecnico del ramo. Esso può ad esempio essere uno dei comuni idrofluorocarburi (o HFC) indicati con le sigle commerciali R404a, R410a, R407a, R134a, R507, R22, o altri che abbiano caratteristiche adeguate. Come detto sopra, tale fluido refrigerante F à ̈ il fluido refrigerante dell’impianto frigorifero.

Tramite i mezzi di programmazione 42 possono essere modificati, da parte di personale qualificato ed abilitato, altri parametri di funzionamento del dispositivo 20 impostati in sede di progettazione, quali ad esempio l’intervallo di temperatura di sicurezza ∆T e l’intervallo di tempo minimo ∆S. La rispettiva funzione di tali parametri verrà definita in dettaglio nel seguito.

A collegamento avvenuto tra impianto frigorifero 100 e dispositivo 20, il fluido refrigerante F che si trova in uno stato surriscaldato (alla temperatura TS), all’uscita dal compressore 14, à ̈ convogliato all’ingresso 4 del dispositivo 20.

Quando il dispositivo 20 non à ̈ in funzione, cioà ̈ la pompa di circolazione 30 à ̈ ferma, il fluido refrigerante F convogliato al desurriscaldatore 22, attraversa il desurriscaldatore 22 senza effettuare alcun scambio termico con il fluido di servizio G contenuto nel serbatoio 28 e tramite l’uscita 4’ viene convogliato al condensatore dell’impianto frigorifero 100.

Il dispositivo 20 tramite il misuratore di pressione 24 à ̈ in grado di rilevare la pressione del fluido refrigerante F in corrispondenza dell’ingresso 4 (pressione p1). La centralina di controllo 40 elabora il parametro ricevuto dal misuratore di pressione 24 ed in base alla tipologia del fluido refrigerante F impostata dall’utente à ̈ in grado di determinare la corrispondente temperatura di condensazione (nella schematizzazione di figura 1, tale temperatura di condensazione à ̈ identificata con T1).

La centralina di controllo 40 sulla base del valore di pressione misurato dal misuratore di pressione 24 e in base all’intervallo di temperatura di sicurezza ∆T impostato definisce anche il valore di temperatura minimo che il fluido refrigerante deve avere all’uscita del desurriscaldatore 22, cioà ̈ Tmin out= T1+ ∆T.

Tale valore di riferimento di temperatura minimo Tmin outviene continuamente confrontato, con la pompa di circolazione 30 in funzione, dalla centralina 40 con il valore di temperatura Toutrilevato dal misuratore di temperatura 26 posto in corrispondenza della prima uscita 4’ del dispositivo 20. La pompa di circolazione 30 viene arrestata dalla centralina 40 ogni qualvolta il valore Toutà ̈ inferiore al valore di temperatura minimo Tmin out.

In tal modo si evita che il fluido refrigerante F venga eccessivamente raffreddato durante lo scambio termico con il fluido di servizio G e che quindi possa condensare all’interno del desurriscaldatore 22.

Vantaggiosamente il dispositivo 20 può essere programmato, sempre tramite la centralina di controllo 40, affinché la pompa di circolazione 30 possa essere avviata solo a condizione che la temperatura Toutrilevata dal misuratore di temperatura 26 sia pari o superiore a Tavv= Tmin out+ K, dove il valore di temperatura d’avvio di sicurezza K può essere impostato dall’utente o può essere definito in fase di progetto del dispositivo 20.

Nel caso in cui il serbatoio sia provvisto di un misuratore di temperatura adatto a misurare la temperatura del fluido di servizio G contenuto all’interno del serbatoio Tserb, per evitare che, nell’eventualità in cui T1(temperatura di condensazione) sia minore di Tserb,sia il fluido di servizio G a cedere calore al fluido refrigerante F, la centralina di controllo 40 può essere programmata per consentire l’avvio della pompa di circolazione 30 quando la temperatura Toutrilevata dal misuratore di temperatura 26 à ̈ pari o superiore a Tavv= Tserb+ J, dove anche il valore di temperatura d’avvio di sicurezza J può essere impostato dall’utente o può essere definito in fase di progetto del dispositivo.

Nell’ipotesi in cui la temperatura Toutrilevata dal misuratore di temperatura 26 sia superiore a Tavvla centralina di comando 40 consente l’avviamento della pompa di circolazione 30. Il fluido di servizio G contenuto nel serbatoio 28 viene pertanto inviato tramite il primo condotto di mandata 19 al desurriscaldatore 22 e da lì, dopo che à ̈ avvenuto lo scambio termico con il fluido refrigerante F dell’impianto frigorifero, viene convogliato tramite il primo condotto di ritorno 21 al serbatoio 28.

La centralina di controllo 40 elabora il valore di temperatura Toutrilevato dal misuratore di temperatura 26, assicurando che tale valore non decresca al di sotto del valore di temperatura minimo Tmin out.

Allo stesso tempo, in base al valore di temperatura Toutrilevato dal misuratore di temperatura 26, la centralina di controllo 40 Ã ̈ in grado di regolare il numero di giri della pompa di circolazione 30, variando in tal modo la portata del fluido di servizio G che viene prelevata dal serbatoio 28 ed inviata al desurriscaldatore 22.

In tal modo, la centralina di comando 40 à ̈ in grado di effettuare una regolazione dinamica del dispositivo 20, diminuendo o aumentando la quantità del calore di surriscaldamento che viene trasferita dal fluido refrigerante F al fluido di servizio G, a secondo delle condizioni di contorno.

Il fluido di servizio G dopo essere stato riscaldato a seguito dello scambio termico effettuato con il fluido refrigerante F dell’impianto frigorifero 100 viene convogliato nuovamente all’interno del serbatoio 28.

Come descritto prima, una forma di realizzazione del dispositivo 20 prevede che il fluido di servizio G riscaldato, contenuto nel serbatoio 28, possa essere inviato tramite uno o più condotti di mandata 31 ad una o più utenze tecniche 50.

Vantaggiosamente la predisposizione a valle della pompa di circolazione 33 di uno o più collettori di mandata muniti di elettrovalvola consente di regolare la portata del fluido di servizio G inviata alle utenze 50. Infatti, a fronte di una richiesta di fluido caldo da parte di un’utenza tecnica 50, si verifica l’apertura dell’elettrovalvola ad essa associata e l’avviamento della pompa di circolazione 33.

La pompa di circolazione 33 può essere impostata in modo da arrestarsi quando tutte le elettrovalvole sono chiuse.

La predisposizione di detti collettori di mandata consente pertanto di regolare il flusso del fluido di servizio G riscaldato diretto alle utenze tecniche 50, ad esempio impedendo l’invio di fluido di servizio a più utenze tecniche contemporaneamente.

In tal modo si evita che il fluido di servizio G possa cedere una quantità eccessiva di calore alle utenze tecniche 50, pregiudicando così il riscaldamento, tramite lo scambiatore 34, del fluido operativo A diretto all’utenza 60.

La centralina di controllo 40 à ̈ in grado di elaborare anche i parametri forniti dal flussostato 38 e di avviare, se il flussostato 38 rileva un prelievo d’acqua calda sanitaria da parte dell’utenza 60, la pompa 32.

All’avvio della pompa 32 il fluido di servizio G contenuto nel serbatoio 28 viene inviato tramite il condotto di mandata 23 allo scambiatore 34 e da lì, dopo aver ceduto il calore di surriscaldamento ricevuto dal liquido refrigerante F al fluido operativo A del dispositivo (l’acqua prelevata dall’utenza 60), tramite il condotto di ritorno 25 viene convogliato all’interno del serbatoio 28 per essere nuovamente riscaldato.

La centralina di controllo 40 del dispositivo 20 una volta cessata la richiesta di acqua calda da parte dell’utenza 60 può arrestare la pompa 32. Preferibilmente la centralina di controllo 40 arresta la pompa 32 trascorso un prefissato intervallo di tempo dalla cessazione della richiesta di acqua calda da parte dell’utenza 60.

In base a quanto sopra riportato, la centralina di controllo 40 à ̈ anche in grado di arrestare la pompa 32 nel caso in cui un prolungato riscaldamento dell’acqua destinata all’utenza 60 da parte del fluido di servizio G, determini un abbassamento della temperatura di uscita del fluido refrigerante F al di sotto del valore minimo impostato.

L’utente agendo manualmente sul miscelatore termostatico 36 montato all’uscita dello scambiatore 34 à ̈ in grado di regolare la temperatura di mandata dell’acqua sanitaria secondo le proprie necessità.

Tale semplice regolazione non interferisce con la logica di funzionamento del dispositivo 20.

Come anticipato, se a valle del miscelatore termostatico 36 à ̈ predisposta una valvola automatica a tre vie 39, l’acqua calda sanitaria verrà inviata direttamente all’utenza 60, se la temperatura di mandata all’uscita dello scambiatore di calore 34 à ̈ pari alla temperatura impostata nella valvola miscelatrice 36, oppure alla caldaia o ad altro dispositivo di riscaldamento 70 associato all’utenza 60 per poter essere riscaldata fino a raggiungere la temperatura impostata, se la temperatura di mandata all’uscita dello scambiatore di calore 34 à ̈ inferiore alla temperatura impostata nella valvola miscelatrice 36.

La centralina di controllo 40 del dispositivo 20 à ̈ infine in grado di programmare l’avvio e lo spegnimento in automatico della pompa di circolazione 30. Inoltre, per ragioni di sicurezza, nel caso in cui la temperatura Toutdel fluido refrigerante misurata all’uscita del desurriscaldatore sia inferiore alla temperatura minima impostata Tmin oute che quindi la pompa di circolazione 30 sia arrestata dalla centralina 40, si può impostare vantaggiosamente che una nuova accensione della pompa 30 non possa avvenire prima che sia trascorso l’intervallo di tempo ∆s impostato in fase di progetto. Come anticipato, si può prevedere che detto parametro sia modificabile da parte di personale qualificato autorizzato.

A questo punto à ̈ chiaro come il dispositivo 20 oggetto dell’invenzione consenta di ottenere gli scopi prefissati.

Il dispositivo 20 può essere, infatti, inserito sia in impianti frigoriferi nuovi che in impianti frigoriferi esistenti senza interferire con la logica di funzionamento dell’impianto. La centralina di controllo 40 una volta definita la tipologia del fluido refrigerante F operante all’interno dell’impianto frigorifero 100, à ̈ in grado autonomamente di ricavare gli altri parametri di funzionamento del dispositivo 20.

Il dispositivo 20 vantaggiosamente può essere integrato in un alloggiamento monoblocco di semplice installazione e trasporto.

Inoltre, il dispositivo 20 Ã ̈ in grado di funzionare con qualsiasi tipo di fluido refrigerante F, esclusa ammoniaca se non appositamente costruito per tale utilizzo, nei limiti della propria pressione massima di esercizio.

Il dispositivo 20 non necessita di interfacciarsi con altri organi di regolazione dell’impianto frigorifero 100 e può essere integrato in un impianto di riscaldamento.

Il dispositivo 20 à ̈ adatto a produrre acqua calda sanitaria che non ristagna mai ma viene prelevata al bisogno dalla rete, riscaldata nello scambiatore 34 e quindi mandata all’utenza. Tale soluzione consente dunque di evitare i cicli antilegionella, fatte salve le eventuali diverse disposizioni delle normative vigenti.

Il dispositivo 20 à ̈ inoltre adatto a produrre acqua calda anche quando il compressore 14 dell’impianto frigorifero 100 in cui à ̈ inserito il dispositivo non à ̈ in funzione e quindi quando il desurriscaldatore 22 non riceve il fluido refrigerante F dell’impianto frigorifero.

Il serbatoio 28, infatti, funge da accumulo calore ed à ̈ in grado ugualmente di cedere il calore accumulato, tramite precedenti flussi termici tra il fluido refrigerante F ed il fluido di servizio G, al fluido operativo A per mezzo dello scambiatore 34.

Infine, il malfunzionamento del dispositivo 20 non causa il fermo dell’impianto frigorifero, ad eccezione dell’eventualità in cui vi sia una rottura del desurriscaldatore 22.

In conclusione, il dispositivo 20 risulta sorprendentemente superiore nelle prestazioni ai desurriscaldatori descritti con riferimento all’arte nota.

Alle forme di realizzazione del dispositivo 20 descritte sopra, la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (20) adatto ad essere inserito in un impianto frigorifero (100) per recuperare il calore di surriscaldamento (Q3) reso disponibile da detto impianto frigorifero (100) e trasferirlo ad un’utenza esterna (60), detto dispositivo (20) comprendendo: - un primo ingresso (4) adatto a ricevere un fluido refrigerante (F), fornito in fase di vapore surriscaldato; - un secondo ingresso (5) adatto a ricevere un fluido operativo (A), fornito in fase liquida, proveniente da detta utenza esterna (60); - una prima uscita (4’) adatta ad emettere il fluido refrigerante (F), ancora in fase di vapore; - una seconda uscita (6) adatta ad emettere il fluido operativo (A); - un serbatoio (28) adatto a contenere un fluido di servizio (G), fornito in fase liquida; - un desurriscaldatore (22) adatto a ricevere il fluido refrigerante (F) per generare un primo flusso termico tra detto fluido refrigerante (F) e detto fluido di servizio (G) in uscita dal serbatoio (28); - uno scambiatore di calore (34) adatto a ricevere detto fluido di servizio (G), in uscita dal serbatoio (28), per generare un secondo flusso termico tra detto fluido di servizio (G) ed il fluido operativo (A); - un misuratore di pressione (24) adatto a rilevare il valore di pressione del fluido refrigerante (F) in corrispondenza del primo ingresso (4); - un misuratore di temperatura (26) adatto a rilevare il valore di temperatura del fluido refrigerante (F) in corrispondenza della prima uscita (4’); - una pompa di circolazione (30) adatta a regolare la portata del fluido di servizio (G) che viene prelevata dal serbatoio (28) e che viene inviata al desurriscaldatore (22), caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una centralina di controllo (40) adatta ad elaborare i parametri forniti rispettivamente dal misuratore di pressione (24) e dal misuratore di temperatura (26) per regolare il numero di giri della pompa di circolazione (30) al fine di mantenere la temperatura del fluido refrigerante (F) in uscita dal desurriscaldatore (22) superiore alla rispettiva temperatura di condensazione.
2. 2. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un flussostato (38) adatto a rilevare un afflusso del fluido operativo (A) all’interno del dispositivo (20) attraverso il secondo ingresso (5).
3. 3. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 2, in cui il flussostato (38) Ã ̈ provvisto di strumenti di misura della portata.
4. 4. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 1, comprendente un miscelatore termostatico (36) predisposto in corrispondenza della seconda uscita (6) del dispositivo (20); detto miscelatore termostatico (36) essendo in grado di regolare la temperatura del fluido operativo (A) all’uscita (6) dello scambiatore di calore (34).
5. 5. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre almeno un condotto di mandata (31) mediante il quale una parte del fluido di servizio (G) contenuto nel serbatoio (28) viene inviata direttamente ad una o più utenze tecniche (50); su detto almeno un condotto di mandata (31) essendo predisposta una pompa di circolazione (33).
6. 6. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 4, comprendente inoltre una valvola automatica a tre vie (39), predisposta a valle del miscelatore termostatico (36), in grado di indirizzare il fluido operativo (A) in uscita dallo scambiatore (34) direttamente all’utenza (60) oppure ad una caldaia o a un altro dispositivo di riscaldamento (70) associato all’utenza (60).
7. 7. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 5, comprendente inoltre, a valle della pompa di circolazione (33), uno o più mezzi di regolazione di portata del fluido di servizio (G) che viene inviata ad una o più utenze tecniche (50).
8. 8. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi di regolazione comprendono collettori di mandata aventi un’elettrovalvola per ciascuna utenza tecnica (50) servita dai condotti di mandata (31).
9. 9. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre uno o più moduli elettrici per regolare eventuali organi di controllo dei mezzi di condensazione dell’impianto frigorifero (100).
10. 10. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere integrato in un unico alloggiamento monoblocco, provvisto di due ingressi, in corrispondenza del primo ingresso (4) e del secondo ingresso (5) del dispositivo (20), e di due uscite, in corrispondenza della prima uscita (4’) e della seconda uscita (6) del dispositivo (20).
11. 11. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 10, in cui mezzi di programmazione (42) della centralina (20) sono integrati nell’alloggiamento del dispositivo (20); detti mezzi di programmazione consentendo di programmare la centralina di controllo (40).
12. 12. Dispositivo (20) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un ulteriore ingresso (7) ed almeno un’ulteriore uscita (8); detto almeno un ingresso (7) e detta almeno un’uscita (8) consentendo di mettere in comunicazione di fluido il serbatoio (28) con una o più utenze tecniche (50).