ITUB20152846A1 - Condensatore ad aria - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

CONDENSATORE AD ARIA

DESCRIZIONE

Campo della invenzione

La presente invenzione concerne un nuovo tipo di condensatore ad aria. I condensatori ad aria vengono principalmente usati in tutti gli impianti che hanno la necessità di eliminare il calore derivante da vari procedimenti. Il fluido impiegato solitamente comprende vapore o un simile fluido di impiego industriale. In un condensatore ad aria, il calore viene scambiato tra due fluidi, in particolare, il fluido di refrigerazione è l'aria atmosferica e il sistema di raffreddamento opera mediante ventaglio di meccanici industriali che muovono l'aria attraverso la sezione dello scambiatore di calore.

In questo settore, la presente invenzione concerne un condensatore ad aria (ACC) che consente di aumentare l'efficacia del trasferimento di calore mediante un design della struttura del condensatore che ottimizza la distribuzione dell'aria di raffreddamento.

Arte anteriore

Nelle regioni aride in cui l'acqua è scarsa oppure nei paesi in cui una legislazione ambientale severa non consente l'uso di acqua, il raffreddamento a secco diviene la scelta vincente.

La tecnologia di condensatori ad aria (ACC) non necessita di acqua per condensare il fluido di procedimento. In questo sistema, il vapore di scarico proveniente dalla turbina fluisce attraverso i fasci di tubi di un ACC e viene condensato in fasci di tubi paralleli usando un flusso di aria indotto da ventaglio assiali progettati in modo adatto. Il vapore residuo fluisce contro corrente.

Secondo lo stato dell'arte, i sistemi di raffreddamento sono principalmente divisi in due categorie: "sistemi a umido" e "sistemi a secco".

In una torre di raffreddamento a umido, l'acqua e l'aria nella regione di imballaggio sono a diretto contatto nell'interfaccia, e si ha uno scambio di calore tra i due fluidi mediante due principi fisici, quello di "trasferimento di calore" e quello di "trasferimento di massa".

A causa del trasferimento di massa, una certa percentuale di acqua evapora nell'atmosfera, la perdita di acqua viene compensata dal sistema di raffreddamento.

A sua volta, il raffreddamento a secco viene diviso in due sistemi:

- tipo diretto: il vapore o il fluido di raffreddamento viene direttamente condensato/raffreddato da aria che passa attraverso gli elementi dello scambiatore di calore contenente il vapore o il fluido di raffreddamento:

- tipo indiretto: il vapore o il fluido di raffreddamento viene inviato a uno scambiatore di calore in cui il fluido di raffreddamento viene inviato a un sistema di raffreddamento a secco.

In un sistema di raffreddamento a secco, i due fluidi non sono in contatto diretto, lo scambio di calore avviene solo mediante il principio del "trasferimento di calore", il fluido resta isolato daH'aria.

Il raffreddamento secco presenta il vantaggio di non avere perdite di acqua per evaporazione.

A causa della scarsa capacità di raffreddamento dell'aria, i sistemi di raffreddamento a secco necessitano di una maggiore aria della superficie dello scambiatore di calore rispetto ai sistemi di raffreddamento a umido.

I sistemi di raffreddamento a secco richiedono una struttura piuttosto ampia e, in particolare per il tipo diretto, è spesso difficile per i progettisti ottenere una distribuzione ottimale deH'aria e del vapore in tutte le sezioni dello scambiatore di calore.

Le grandi strutture dei sistemi a secco richiedono lunghi condotti di distribuzione del vapore che portano a una caduta della pressione laterale del vapore con un relativo effetto negativo suH'aumento della pressione posteriore della turbina.

Quindi è auspicabile avere un condensatore ad aria che dia una distribuzione del vapore e deH'aria uniforme in tutte le sezioni dello scambiatore di calore e che presenti una caduta della pressione laterale del vapore scarsa per ottenere un sistema di raffreddamento a secco efficiente.

I condensatori ad aria presentano solitamente dimensioni complessive notevoli e hanno un forte impatto in termini di presenza e di volumi di spazio richiesti, specialmente insieme alle attrezzature installate nell'area di servizio di un impianto energetico.

In particolare per quanto riguarda gli impianti di energia rinnovabile, di impianti di recupero di energia, ecc., i fattori di impatto ambientale quali l'inquinamento e l'armonizzazione con il paesaggio circostante sono molto importanti per ottenere l'approvazione delle autorità.

Uno svantaggio rilevante dei condensatori ad aria noti nello stato dell'arte concerne le normative di salute e sicurezza.

Attualmente, le normative di sicurezza sono alquanto restrittive, in particolare per attività operative in aree situate a grande altezza e definite, cosa che porta a un significativo aumento dei tempi di costruzione deirimpianto con i relativi costi.

Appare chiaro che il miglioramento dei sistemi di raffreddamento a secco non è solamente finalizzato a un aumento della efficacia di trasferimento del calore, ma anche a un miglioramento dei costi e dei tempi per quanto riguarda l'autorizzazione dei progetti, la costruzione del sito e le operazioni.

È quindi un compito principale della presente invenzione ottenere tali risultati.

Sommario dell'invenzione

La presente invenzione concerne un sistema di raffreddamento di tipo comprendente un condensatore ad aria.

Il tipo più diffuso di condensatore ad aria (ACC) è il modello modulare A-Frame usato in impianti energetici di tutte le grandezze. Un esempio di detto condensatore ad aria A-Frame 100 viene mostrato nella figura 1.

Detto ACC A-Frame standard soffre di una distribuzione irregolare deH'aria, cosa che porta a una riduzione nella efficacia di trasferimento del calore.

Il compito principale della presente invenzione è quindi superare gli svantaggi che presenta il condensatore ad aria A-Frame deN'arte anteriore fornendo un nuovo tipo di ACC atto ad ottenere una distribuzione ottimale deH'aria nella sezione dello scambiatore di calore grazie a un pieno di aria e alla separazione della singola struttura in strutture più piccole, garantendo così una velocità uniforme deN'aria in tutta la sezione dello scambiatore di calore.

Inoltre, è un oggetto della presente invenzione fornire una migliore distribuzione del vapore nell'ACC e ridurre la caduta di pressione nella sezione dello scambiatore di calore.

L’ACC secondo la presente invenzione consente di ottenere il miglior compromesso tra le condizioni di processo termiche e dinamiche per raggiungere la prestazione termica migliore.

È un altro oggetto della presente invenzione ridurre l'orma ACC e il volume richiesto rispetto a un ACC A-Frame standard.

Inoltre, è un oggetto della presente invenzione ridurre i rischi di ferimento durante la costruzione, cosa che si ottiene mediante la riduzione delle attività ad altezze notevoli rispetto a un condensatore ad aria A-Frame standard singolo. Infatti, in gran parte, le attività di installazione di un ACC A-Frame standard vengono eseguite ad altezze notevoli. Raramente il singolo modulo A-Frame viene completamente assemblato precedentemente a terra.

Un principale vantaggio ottenuto grazie alla presente invenzione concerne la riduzione di tempi e di lavoro durante le operazioni di assemblaggio in situ.

L'ACC secondo la presente invenzione, contrariamente a quanto accade con i noti ACC A-Frame, può essere completamente assemblato a terra.

Come già illustrato, tale possibilità consente di ridurre la presenza di personale ad altezze notevoli durante le operazioni di assemblaggio e, grazie alle minori dimensioni e peso dell'ACC secondo la presente invenzione, una gru standard, solitamente utilizzata per l'istallazione di tali attrezzature, può essere usata nelle operazioni di sollevamento.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori dettagli e realizzazioni specifiche della presente invenzione fanno riferimento alle figure allegate, le quali mostrano quanto segue.

La figura 1 mostra un esempio di un ACC A-Frame secondo l'arte anteriore; la figura 2 è una vista in prospettiva dell’condensatore ad aria (ACC) secondo la presente invenzione;

la figura 3 è una vista frontale del condensatore ad aria della figura 1 ;

la figura 4 è una vista laterale del condensatore ad aria della figura 1 ; la figura 5 è una vista in prospettiva dell'condensatore ad aria secondo la presente invenzione in una configurazione precedentemente assemblata;

la figura 6 è una vista esplosa in prospettiva della configurazione precedentemente assemblata della figura 5.

Nella seguente descrizione viene fatto riferimento alle figure allegate, le quali mostrano al titolo illustrativo realizzazioni specifiche della presente invenzione.

Appare chiaro che tali realizzazioni vengono descritte in modo sufficiente agli esperti del ramo per renderle attuabili, e appare chiaro che possono essere utilizzate tutte le realizzazioni rilevanti in termini di rottura, costruzione, impianti elettrici, elaborazione e logica. Si noti che qualsiasi lista di materiali o di disposizioni di elementi viene fornita al solo scopo esemplificativo e non intende in alcun modo essere esaustiva. La sequenza delle fasi di descrizione della elaborazione viene fornita a puro titolo informativo e non limitativo, e può essere variata secondo quanto noto nell'arte, ad eccezione delle fasi che devono necessariamente susseguirsi in un certo ordine.

Descrizione dettagliata

La seguente descrizione dettagliata non limita la presente invenzione, al contrario, l'ambito dell'invenzione viene definito nelle rivendicazioni allegate.

In tutta la domanda si fa riferimento a "una realizzazione", intendendo così che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto rispetto ad una realizzazione è incluso in almeno una realizzazione di quanto descritto. Quindi, l'apparizione della frase "in una realizzazione" in vari punti in tutta la domanda non fa necessariamente riferimento alla stessa realizzazione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture o elementi possono essere combinati in modo adatto in una o più realizzazioni.

Facendo riferimento alla figura 2, l'unità condensatore ad aria 10 secondo la presente invenzione comprende un pieno d'aria 11 , il quale comprende a sua volta un sistema di alimentazione dell'aria 12.

Tetto sistema di alimentazione dell'aria comprende vantaggiosamente almeno un'unità ventilatore 12 che comprende un anello ventilatore.

Preferibilmente, detto sistema di alimentazione dell'aria comprende inoltre una pluralità di gruppi ventilatori o raggi spacciatori e colonne di supporto.

L'unità condensatore ad aria 10 secondo la presente invenzione comprende due o più moduli A-Frame 40. Ciascuno di detti moduli A-Frame 40 comprende un fascio di tubi 53 con una serie di tubi alettati per lo scambio termico.

Dato che il condensatore ad aria 10 secondo la presente invenzione comprende due o più moduli A-Frame 40, esso verrà chiamato qui di seguito modulo B-frame o condensatore B-frame.

Facendo adesso riferimento alle figure 3, 4, viene mostrata una vista laterale schematica del condensatore ad aria 10 della presente invenzione.

Come viene chiaramente mostrato nelle figure 5, 6, il modulo B-frame 10 secondo la presente invenzione comprende un condotto principale del vapore 31 il quale è collegato al collettore del vapore 51 di un modulo A-Frame 40 mediante il montante o collettore montante 52, dove il collettore del vapore 51 è direttamente saldato allo scambiatore di calore a fascio tubiero 53.

Facendo riferimento alla figura 5, viene mostrata una vista schematica di un modulo A-Frame 40 che fa parte di un modulo B-frame 10 secondo la presente invenzione.

Il modulo A-Frame 40 comprende uno o più, preferibilmente due, scambiatori di calore a fascio tubiero 53 che sono collegati, preferibilmente mediante saldatura, al collettore del vapore 51 e al collettore di raccolta del condensato 52 sul lato opposto. Un modulo A-Frame 40 segue lo stesso concetto del singolo condensatore ad aria A-Frame standard.

Facendo riferimento alla figura 6, i componenti del modulo A-Frame 40 vengono mostrati in una vista esplosa.

L'ACC B-frame 10 secondo la presente invenzione comprende preferibilmente due moduli A-Frame 40 che sono più piccoli, se si considera la stessa efficienza dello scambiatore di calore, rispetto a un singolo ACC A-Frame.

A causa delle minori dimensioni di ciascuno degli moduli A-Frame 40 che fanno parte dell'condensatore ad aria B-frame 10 secondo la presente invenzione, l'ACC secondo la presente invenzione può essere completamente assemblato a terra o a una certa altezza più facilmente accessibile rispetto al livello della piattaforma del ventilatore dell'condensatore ad aria A-Frame deH'arte anteriore.

Solitamente, un condensatore ad aria A-Frame standard come mostrato nella figura 1 presenta una irregolare distribuzione dell'aria attraverso I fasci di tubi 53 dello scambiatore di calore.

Secondo la figura 2, il modulo B-frame 10 secondo la presente invenzione garantisce una migliore distribuzione dell'aria a causa dei fasci di tubi omogenei 53 di distribuzione sulla superficie dello scambiatore di calore lungo l'area dell'orma e il pieno dell'aria 11, sovrapponendo detto sistema di movimentazione dell'aria 12, in modo tale da creare un maggior volume tra il ventilatore di movimentazione dell'aria e i fasci dello scambiatore di calore 53 rispetto ai sistemi dell'arte anteriore in cui detto pieno dell'aria non è previsto. Tale nuova geometria fornisce evidentemente alla realizzazione un maggiore recupero della pressione statica dell'aria con il relativo vantaggio di una migliore distribuzione dell'aria lungo la struttura di tipo A 40 e di un minore consumo di energia del ventilatore.

L'unità condensatore ad aria B-frame 10 secondo la presente invenzione comprende fasci di tubi 53 che sono il doppio o il triplo rispetto al condensatore ad aria A-Frame standard.

Ciò consente di ottenere una migliore distribuzione del vapore lungo i moduli A-Frame 40 con una lunghezza di tubi minori rispetto al condensatore ad aria A-Frame standard.

La minore lunghezza di tubi consente di ridurre la caduta di pressione del vapore o del prodotto lateralmente, cioè all'interno dei fasci di tubi dello scambiatore di calore 53. Una tale riduzione della caduta di pressione con un evidente recupero dell’ITD (Initial Temperature Difference) fornisce la possibilità di scegliere, per lo stesso compito, fasci generalmente più corti di tubi dello scambiatore di calore 53 rispetto all’ACC A-Frame singolo standard. Inoltre, la pressione posteriore minima per una turbina del vapore è solitamente limitata dalla velocità massima del vapore all'interno del tubo per limitare l'erosione, dove la velocità del vapore aumenta quando la pressione posteriore del vapore diminuisce. Quindi, rispetto quanto detto sopra, aumentando il numero di tubi secondo la presente invenzione il vapore viene mantenuto alla velocità massima consentitile ma a una pressione posteriore minore.

Un altro limite della pressione posteriore minima è la fuoriuscita di pressione dei fasci secondari.

La pressione in uscita in condensabile dal condensatore ad aria (ACC) deve essere minore della pressione di aspirazione del sistema a vuoto, cosa che viene fornita dalla pressione posteriore della turbina a vapore meno la generale caduta di pressione attraverso IACC.

Secondo la ridotta caduta di pressione nello scambiatore 53, la pressione posteriore della turbina è minore di quella presente nelle soluzioni A-Frame standard.

Un altro vantaggio che si ottiene grazie al condensatore ad aria secondo la presente invenzione, è la riduzione dell'orma di raffreddamento a secco e del volume richiesto rispetto a un A-Frame standard, in particolare con il modulo B-frame 10 secondo la presente invenzione, il modulo B-frame 40 rispetto all'A-Frame standard 100 presenta un centro di gravità più prossimo alla piattaforma della struttura cosa che conferisce una migliore stabilità grazie la minore altezza dal suolo rispetto ai sistemi A-Frame noti, con un comportamento vantaggioso in caso di forti 20 e terremoti.

Un ulteriore vantaggio ottenuto dal condensatore ad aria 10 secondo la presente invenzione è che ciascun modulo A-Frame 40 del condensatore B-frame 10 può essere completamente assemblato precedentemente a terra in modo tale che tutti i moduli A-Frame 40 vengano collegati mediante saldatura. Ciò riduce il rischio di ferimenti durante l'assemblaggio dell'impianto, cosa che si ottiene anche riducendo drasticamente le attività non al suolo.

Per un condensatore ad aria A-Frame singolo standard dell'arte anteriore, una rilevante parte di operazioni di assemblaggio viene eseguita ad altezza notevole. Raramente il singolo modulo A-Frame viene completamente assemblato precedentemente al suolo e, in caso ciò avvenisse, solo in casi particolari.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione e la riduzione dei tempi e del lavoro durante le operazioni di assemblaggio in situ.

Il B-frame singolo 40 secondo la presente invenzione può essere completamente assemblato al suolo, riducendo così il lavoro non al suolo e, grazie alle minori dimensioni e peso di un singolo modulo A-Frame 40, per le operazioni di sollevamento si può usare una gru standard solitamente usata per le attrezzature di installazione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità condensatore ad aria (10) caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un pieno dell'aria (11) e un sistema di movimentazione dell'aria (12), dove il condensatore ad aria (10) comprende almeno due moduli di scambiatore di calore A-Frame (40).
2. 2. Unità condensatore ad aria (10) secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che detto pieno dell'aria (11) si sovrappone a detto sistema di movimentazione deN'aria (12).
3. 3. Unità condensatore ad aria (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuno di detti moduli A-Frame (40) comprende una coppia di fasci di tubi (53), dove ciascuno dei fasci di tubi (53) è collegato modo fluido ad una estremità di un collettore di raccolta (52) per il fluido condensato e all'altra estremità a un collettore del vapore (51) che è in comune ai due fasci di tubi (53) di detta coppia.
4. 4. Unità condensatore ad aria (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuno di questi fasci di tubi (53) comprende una serie di tubi alettati per lo scambio termico.
5. 5. Unità condensatore ad aria (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto sistema di movimentazione dell'aria (12) comprende un unità ventilatore e un anello ventilatore.
6. 6. Unità condensatore ad aria (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che per ciascuno di detti moduli dello scambiatore di calore A-Frame (40), detto collettore del vapore comune (51) e detti collettori di raccolta (52) corrono sostanzialmente in parallelo e in direzione orizzontale.
7. 7. Unità condensatore ad aria (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che per ciascuno di detti moduli dello scambiatore di calore A-Frame (40), detti fasci di tubi (53) sono collegati in modo fluido ha detto collettore del vapore comune (51) e detti collettori di raccolta (52) sono inclinati rispetto alla direzione verticale.