ITUB20150407A1 - Dispositivo di raffreddamento dell’aria che fluisce attraverso uno scambiatore - Google Patents

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Description

DISPOSITIVO DI RAFFREDDAMENTO DELL?ARIA CHE FLUISCE ATTRAVERSO UNO SCAMBIATORE
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione appartiene al settore tecnico della refrigerazione e si riferisce ad un dispositivo di raffreddamento dell?aria che fluisce attraverso uno scambiatore ad esempio per il raffreddamento dell'aria di condensazione di un condensatore di un circuito frigorifero per il condizionamento commerciale/industriale o per la refrigerazione di celle.
Gli impianti frigoriferi noti comprendono un circuito chiuso per un fluido frigorifero costituito almeno da un evaporatore nel quale il fluido frigorifero si espande raffreddando un flusso, in genere d?aria, che lo attraversa per poi condizionare ambienti o celle, un compressore che comprime il fluido frigorifero gassoso in uscita dall?evaporatore, un condensatore che raffredda il fluido, addotto dal compressore, riportandolo allo stato liquido cedendo calore ad un flusso, generalmente d?aria ambientale, che lo attraversa; una valvola di espansione percorsa dal fluido raffreddato proveniente dal condensatore e che consente l?espansione del fluido frigorifero con conseguente raffreddamento dell?evaporatore.
Ovviamente gli impianti frigoriferi noti reali sono dotati di ulteriori elementi quali separatori delle fasi, filtri, valvole di inversione, etc.
Il flusso d?aria ambientale di raffreddamento del condensatore, ovvero il flusso d?aria di condensazione, viene generato da ventilatori posti immediatamente a valle del condensatore e dimensionati per generare una opportuna portata d?aria attraverso tale condensatore.
A parit? di portata e di superficie di scambio, il calore asportato dal flusso d?aria di condensazione dipende dalla temperatura dell?aria stessa. Per tale ragione sono stati adottati dispositivi noti di raffreddamento dell?aria di condensazione destinati, con il minor dispendio possibile, a ridurre la temperatura di tale aria di condensazione immediatamente a monte del condensatore.
Uno svantaggio di tali dispositivi noti di raffreddamento dell?aria di condensazione consiste nel fatto che, oltre ad abbassare la temperatura dell?aria ne modificano le condizioni fisiche ad esempio ne modificano la pressione, a monte del condensatore e delle rispettive ventole con il rischio di porre queste ultime in condizioni di cattivo funzionamento, ad esempio di stallo aereodinamico e di bassa efficienza in genere. Uno scopo della presente invenzione ? di proporre un dispositivo di raffreddamento dell?aria di condensazione di un condensatore di un circuito frigorifero o dell'aria di raffreddamento di uno scambiatore che non comprometta l?efficienza delle ventole del condensatore e/o non obblighi a modificare le caratteristiche di questi ultimi e che pertanto possa essere adottato su impianti e circuiti noti ed anche gi? installati senza richiedere modifiche.
Altro scopo ? di proporre un dispositivo in grado di regolarsi in funzione delle condizioni di funzionamento del circuito od impianto frigorifero.
Ulteriore scopo ? di proporre un dispositivo in grado di adattarsi alle condizioni ambientali.
Altro scopo ? di proporre un dispositivo in grado di ridurre notevolmente i consumi energetici degli apparati di condizionamento commerciale/industriale.
Ulteriore scopo ? di proporre un dispositivo che consenta l'incremento del rendimento degli apparati di condizionamento commerciale/industriale.
Altro scopo ? di proporre un dispositivo semplice e facile da installare assieme da impianti nuovi ed anche in impianti gi? installati.
Ulteriore scopo ? quello di proporre un dispositivo applicabile anche a torri di raffreddamento, pompe di calore, motori, turbine ed altri apparecchi esotermici e simili apparati che richiedono il raffreddamenti ad aria.
Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento all?unita tavola di disegno nella quale la figura 1 illustra una vista schematica del Dispositivo di raffreddamento dell?aria che fluisce attraverso uno scambiatore oggetto della presente invenzione, associato a detto circuito frigorifero. Con il termine ?aria di condensazione? si intende l?aria che attraversa il condensatore per raffreddare il fluido frigorifero del circuito che transita attraverso il condensatore, tale aria di condensazione ? praticamente la medesima che attraversa il dispositivo. Il dispositivo di raffreddamento dell?aria di condensazione, oggetto della presente invenzione, ? destinato a cooperare con un circuito frigorifero 2 nuovo ed a cui ? integrato o preesistente o gi? installato.
Il dispositivo 1 ? destinato a migliorare e rendere pi? efficiente il raffreddamento del condensatore 3 di detto circuito frigorifero 2, ad esempio per il condizionamento di ambienti e/o per la refrigerazione di celle frigorifere.
Il condensatore 3 del circuito frigorifero 2 ? dotato di almeno una rispettiva prima ventola 4 motorizzata destinata a generare un flusso d?aria di condensazione attraverso il condensatore 3. Tale prima ventola 4 ? posta a valle del condensatore 3 rispetto alla direzione del flusso dell?aria di condensazione ed il suo motore ? di tipo ad alimentazione elettrica ed ? controllato da appositi mezzi del circuito 2.
Il circuito frigorifero 2, oltre al condensatore 3, comprende almeno una valvola di espansione 5, uno scambiatore od evaporatore 6 dotato di una rispettiva seconda ventola 7 motorizzata ed un compressore 8 collegati in sequenza.
Il dispositivo 1 comprende un mezzo di raffreddamento 10 posto a monte del condensatore 3 per intercettare e raffreddare il flusso d?aria di condensazione in entrata nel condensatore 3 stesso.
Il dispositivo 1 comprende inoltre almeno un mezzo a ventola 12 interposto tra il mezzo di raffreddamento 10 ed il condensatore 3 e posto in rotazione da un rispettivo mezzo a motore regolabile 13 a velocit? regolabile a distanza.
Il mezzo a ventola 12, in una condizione di attivazione del rispettivo motore, ? destinato ad azionare il flusso d?aria di condensazione concordemente alle prime ventole 4 del condensatore 3 ovvero contribuisce alla portata del flusso dell?aria di condensazione.
Il dispositivo 1 comprende anche mezzi di controllo 15, ad esempio di tipo a microprocessore programmabile, con memorie di massa, ad accesso casuale, e cache, con ingressi per dati e con uscite per segnali di azionamento dei mezzi elettrici che controlla tramite algoritmi di controllo in retroazione memorizzati in forma di programma nelle memorie.
I mezzi di controllo 15 sono destinati a controllare il mezzo a motore regolabile 13 dell?almeno un mezzo a ventola 12 regolando almeno un parametro fisico del flusso d?aria di condensazione immediatamente a monte del condensatore 3 ed a valle del mezzo a ventola 3.
Il dispositivo 1 comprende un rilevatore di stato 17 collegato ai mezzi di controllo 15 per fornire a questi ultimi dati per il controllo in retroazione della velocit? del mezzo a motore regolabile 13 e quindi del mezzo a ventola 12.
Il rilevatore di stato 17 comprende mezzi sensori di pressione per fornire ai mezzi di controllo 15 la pressione dell?aria del flusso d?aria di condensazione tra il mezzo a ventola 12 ed il condensatore 3, la pressione dell?aria ambientale o la differenza di pressione tra l?aria del flusso d?aria di condensazione e quella ambientale.
Preferibilmente il sistema in retroazione utilizza come segnale d?errore la differenza di pressione tra l?aria del flusso d?aria di condensazione e quella ambientale ed agisce sul mezzo a motore regolabile 13 per azzerare l?errore tramite un algoritmo di tipo proporzionale o proporzionale-derivativo a basso guadagno.
In alternativa, od in aggiunta a quanto sopra, il rilevatore di stato 17 pu? comprendere mezzi sensori di velocit? per fornire ai mezzi di controllo 15 la velocit? dell?aria del flusso d?aria di condensazione tra il mezzo a ventola 12 ed il condensatore 3 e/o a valle del condensatore 3 ed a monte della rispettiva prima ventola 4.
Un?ulteriore alternativa prevede che il rilevatore di stato 17 comprenda mezzi sensori della velocit? di rotazione e mezzi sensori della corrente assorbita dal motore elettrico della prima ventola 4 del condensatore 3; in questo modo, i mezzi di controllo 15 ricevono dati che derivano almeno nel breve periodo dalle condizioni del flusso dell?aria di condensazione; ad esempio se il numero di giri e la corrente assorbita del motore della prima ventola 4 del condensatore 3 rispettivamente aumentano e rimangono quasi costanti rispetto alle condizioni operative ottimali, potrebbe esserci un aumento della resistenza incontrata dal flusso d?aria di condensazione ad esempio a causa del mezzo di raffreddamento 10 o di un eccesso d?acqua su di esso che potrebbe aver causato uno stallo delle pale della ventola. In tal caso i mezzi di controllo possono aumentare l?azione del mezzo a ventola 12 per compensare l?aumento di resistenza incontrata dal flusso d?aria di condensazione riportando il funzionamento della prima ventola 4 alle condizioni ottimali e permettendo al condensatore 3 ed al circuito 2 di funzionare correttamente.
Il mezzo di raffreddamento 10 pu? essere di qualsiasi tipo e materiale, ad esempio a base di cellulosa, plastiche porose, terrecotte e materiali igroscopici e/o porosi in genere, ma preferibilmente esso comprende almeno un pannello evaporativo 29 posto immediatamente a monte dal mezzo a ventola 12 ed attraversato dal flusso d?aria di condensazione, ed esso 10 comprende mezzi di alimentazione 30 destinati a fornire acqua al pannello evaporativo 29 per mantenerlo imbibito d?acqua.
I mezzi di alimentazione 30 comprendono un mezzo a pompa 32 od un mezzo a valvola collegati rispettivamente ad un serbatoio d?acqua od a una sorgente d?acqua in pressione ed azionati per mantenere il pannello evaporativo 29 imbibito d?acqua. Il mezzo a pompa 32 dei mezzi di alimentazione 30 ? azionato dai mezzi di controllo 15 in funzione di dati che riceve da un sensore di umidit? 34 del pannello evaporativo 29 e/o da un sensore di livello dell?acqua del serbatoio posto sotto a tale pannello 29 per raccoglierne l?eventuale gocciolamento.
Il mezzo a valvola dei mezzi di alimentazione 30 ? azionato dai mezzi di controllo 15 in funzione di dati che riceve da un sensore di umidit? 34 del pannello evaporativo 29.
Ad esempio in caso di installazione del dispositivo 1 nella preferita forma di realizzazione in associazione ad un circuito frigorifero preinstallato, la prima ventola 4 del condensatore 3 e tale condensatore saranno attraversati da un flusso d?aria di condensazione avente la medesima portata di quello precedente permettendo alla prima ventola di operare esattamente come prima della introduzione della resistenza al flusso causata dal pannello 29, senza cali di efficienza o portata, pur fornendo al condensatore un flusso d?aria di condensazione pi? freddo e quindi pi? efficace nel raffreddare e condensare il fluido frigorifero del circuito 2.
Il dispositivo di raffreddamento oggetto della presente invenzione pu? essere associato ad un circuito frigorifero o pu? trovare un vantaggiosa applicazione anche nelle torri di raffreddamento, nelle pompe di calore, nei motori, nelle turbine ed in altri apparecchi esotermici e simili apparati che richiedono il raffreddamento ad aria, tramite l'inserimento del dispositivo di raffreddamento in argomento nel flusso d'aria destinato al raffreddamento di scambiatori termici di detti apparecchi; ad esempio il dispositivo pu? essere posto a monte di un radiatore di un motore endotermico stazionario od a monte di un altro tipo di scambiatore di una apparecchiatura da raffreddare.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di raffreddamento dell?aria che fluisce attraverso un condensatore o scambiatore di un circuito frigorifero (2) o di raffreddamento in genere comprendente almeno tale condensatore o scambiatore (3) dotato di almeno una rispettiva prima ventola (4) motorizzata destinata a generare detto flusso d?aria di raffreddamento attraverso il condensatore o scambiatore (3) stesso e posta a valle di quest?ultimo (3),; il dispositivo (1) comprende un mezzo di raffreddamento (10) posto a monte del condensatore o scambiatore (3) per intercettare e raffreddare il flusso d?aria di raffreddamento in entrata nel condensatore o scambiatore (3) stesso; detto dispositivo (1) ? caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre almeno un mezzo a ventola (12) interposto tra il mezzo di raffreddamento (10) ed il condensatore o scambiatore (3) e posto in rotazione da un rispettivo mezzo a motore regolabile (13) a velocit? regolabile a distanza e destinato ad azionare il flusso d?aria di raffreddamento concordemente alla prima ventola (4) del condensatore o scambiatore (3) e di comprendere mezzi di controllo (15) destinati a controllare il mezzo a motore regolabile (13) dell?almeno un mezzo a ventola (12) regolando almeno un parametro del flusso d?aria di raffreddamento immediatamente a monte del condensatore o scambiatore (3) ed a valle del mezzo a ventola (12).
  2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere un rilevatore di stato (17) collegato ai mezzi di controllo (15) per fornire a questi ultimi dati di controllo in retroazione della velocit? del mezzo a motore regolabile (13) e quindi del mezzo a ventola (12).
  3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il rilevatore di stato (17) comprende mezzi sensori di pressione per fornire ai mezzi di controllo (15) la pressione dell?aria del flusso d?aria di raffreddamento tra il mezzo a ventola (12) ed il condensatore o scambiatore (3), la pressione dell?aria ambientale o la differenza di pressione tra l?aria del flusso d?aria di raffreddamento e quella ambientale.
  4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 o 3 caratterizzato dal fatto che il rilevatore di stato (17) comprende mezzi sensori di velocit? per fornire ai mezzi di controllo (15) la velocit? dell?aria del flusso d?aria di raffreddamento tra il mezzo a ventola (12) ed il condensatore o scambiatore (3) e/o a valle del condensatore o scambiatore (3) ed a monte della rispettiva prima ventola (4).
  5. 5) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4 caratterizzato dal fatto che il rilevatore di stato (17) comprende mezzi sensori della velocit? di rotazione e mezzi sensori della corrente assorbita dalla prima ventola (4) del condensatore o scambiatore (3).
  6. 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che il rilevatore di stato (17) comprende mezzi sensori della velocit? di rotazione e mezzi sensori della corrente assorbita dal mezzo a ventola (12).
  7. 7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto dal fatto che il mezzo di raffreddamento (10) comprende almeno un pannello evaporativo (29) posto immediatamente a monte dal mezzo a ventola (12) ed attraversato dal flusso d?aria di raffreddamento, e comprende mezzi di alimentazione (30) destinati a fornire acqua al pannello evaporativo (29) per mantenerlo imbibito d?acqua.
  8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che i mezzi di alimentazione (30) comprendono un mezzo a pompa (32) od un mezzo a valvola collegati rispettivamente ad un serbatoio d?acqua od a una sorgente d?acqua in pressione ed azionati per mantenere il pannello evaporativo (29) imbibito d?acqua.
  9. 9) Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che il mezzo a pompa (32) dei mezzi di alimentazione (30) ? azionato dai mezzi di controllo (15) in funzione di dati che riceve da un sensore di umidit? (34) del pannello evaporativo (29) e/o da un sensore di livello dell?acqua del serbatoio posto sotto a tale pannello (29) per raccoglierne l?eventuale gocciolamento.
  10. 10) Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che il mezzo a valvola dei mezzi di alimentazione (30) ? azionato dai mezzi di controllo (15) in funzione di dati che riceve da un sensore di umidit? (34) del pannello evaporativo (29).
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