ITUB20154767A1

ITUB20154767A1 - Sistema di raffreddamento per inverter

Info

Publication number: ITUB20154767A1
Application number: ITUB2015A004767A
Authority: IT
Inventors: Mirian Ronchi
Original assignee: Mac 3 S P A
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-05-03

Description

SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO PER INVERTER

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di raffreddamento per inverter per pompe.

L’utilizzo di inverter (ovvero di variatori del numero di giri di una pompa in relazione ad un parametro esterno, quale ad esempio ed in particolare Sa pressione) è sempre più comune.

Tali dispositivi comprendono una scheda di comando che necessita di essere raffreddata per lavorare a temperature adeguate. In particolare, i componenti della scheda di comando quali condensatori, modulo IGBT, schede ponte raddrizzatore, prevedono una durata di vita minima garantita a determinate temperature di lavoro ritenute ottimali; se I componenti lavorano a temperature superiori a quelle ottimali la loro durata di vita diminuisce anche drasticamente.

Comunemente la scheda di comando è raffreddata ad aria o acqua. Nel primo caso l’aria è insufflata su di un dissipatore di alluminio a contatto de! quale sono montati i componenti della scheda di comando maggiormente soggetti a surriscaldamento. Nel secondo caso invece tali componenti sono montati a contatto, per mezzo di una piastra, con una tubazione entro la quale circola l’acqua di raffreddamento, come descritto in una precedente domanda di brevetto del medesimo titolare.

Tuttavia tali sistemi noti di raffreddamento presentano delle limitazioni, soprattutto se l’inverter è installato su pompe alimentate ad elevate potenze (dal 15 fino a 50 Ampere e oltre).

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di risolvere le problematiche sopra esposte e fornire un sistema di raffreddamento che sia efficiente per ìnverter montati su qualsiasi tipo di pompe, anche quelle alimentate a potenze particolarmente elevate.

Le caratteristiche e i vantaggi del sistema di raffreddamento secondo l'invenzione risulteranno piu chiaramente dalia descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: la figura 1 mostra un corpo di raffreddamento del sistema secondo l'invenzione;

ia figura 2 è una rappresentazione schematica dell’installazione dei sistema dì raffreddamento su di una pompa ad asse orizzontale, non immersa;

la figura 3 è una rappresentazione schematica dell'Installazione de! sistema di raffreddamento su di una pompa ad asse verticale, sommersa;

la figura 4 mostra, in sezione, mezzi di aspirazione del sistema secondo l'invenzione impiegati nel’installazione su pompe ad asse verticale.

Con riferimento a dette figure, il sistema di raffreddamento secondo l'invenzione comprende un corpo di raffreddamento 1 atto al supporto delia scheda di comando. in dettaglio, ii corpo di raffreddamento 1 comprende un elemento scatolare 10 che definisce un vano 100 entro il quale scorre acqua di raffreddamento.

All’elemento scatolare 10 è associata una lastra 11 , preferibilmente di un materiale altamente conduttivo quale ad esempio rame. In una soluzione realizzativa particolarmente vantaggiosa la lastra 11 è sagomata a L, ovvero prevede due facce piane 11 a, 11 b reciprocamente disposte a squadra, di cui una prima 11 a, in appoggio su di una superficie piana dell’elemento scatolare, mentre una seconda 11 b risulta disposta perpendicolare a tale superficie. L’inverter ed in particolare la scheda di comando è montata in contatto con la lastra 11 ad L, in modo tale che, per conduzione, si ottenga lo scambio termico tra l’acqua di raffreddamento che circola nel vano 100 e i componenti della scheda. Tra I componenti maggiormente soggetti a surriscaldamento vi sono i condensatori. Nel montaggio delf’inverter è quindi preferibile porre questi componenti a contatto con la lastra e ancora più specificatamente con entrambi le facce piane della stessa.

Si faccia ora riferimento in particolare alla figura 2. Come mostrato in figura, nel caso in cui la pompa 2 sia ad asse orizzontale, quindi montata in superficie non sommersa, il corpo di raffreddamento 1 è inserito in un circuito di by-pass 3 connesso operativamente tra un tubo di uscita 20 e un tubo di ingresso 21 della pompa. In questo modo è vantaggiosamente ia stessa acqua prelevata dalla pompa a raffreddare l’inverter.

In dettaglio, una parte di acqua viene prelevata da! tubo di uscita 20 della pompa e inviata, tramite una tubazione di mandata 30 de! circuito di by-pass 3 al vano 100 dell’elemento scatolare per raffreddare la scheda di comando, Una tubazione di ritorno 31 del circuito di by-pass è connessa invece al tubo di ingresso 21 delia pompa e preleva quindi l’acqua dal vano 100 per re-immetterla alla pompa. È pertanto la pompa stessa che determina il pompaggio che assicura il fluire in continuità dell’acqua nel vano del corpo di raffreddamento.

Con riferimento adesso alla figura 3, ne! caso invece la pompa 2’ sia di tipo ad immersione, il corpo di raffreddamento è associato ad un acceleratore di portata 4 inserito in continuità operativa nella tubazione di uscita 20’ della pompa.

Scendendo ulteriormente nel dettaglio, i’acceleratore di portata 4 comprende un primo corpo tubolare 40 a diametro costante che si innesta nella tubazione di uscita 20’ della pompa in continuità, sostituendone una parte e a sua volta costituendone una porzione integrante una volta fissato ad essa. L’acceleratore di portata 4 si basa sul principio di un tubo venturi.

L’acceleratore di portata è quindi in grado di generare una differenza di pressione tra un ingresso e un’uscita atto a instaurare un flusso di portata in un circuito di by-pass 3’ sul quale si inserisce il corpo di raffreddamento 1 . In particolare una tubazione di mandata 30’ al vano 100 si diparte dalla corrispondenza dalla sezione di ingresso dell’acceleratore, quella a pressione maggiore, mentre una tubazione di ritorno 31 ' da! vano si innesta in prossimità dell’uscita dell’acceleratore, ovvero in corrispondenza della zona di minore pressione o depressione.

Anche in questo caso quindi è la stessa acqua operata dalla pompa ad essere utilizzata per il raffreddamento dell’inverter.

Scendendo ancor più ne! dettaglio, il primo corpo tubolare 40 presenta una bocca di ingresso 40a ed una bocca di uscita 40b, in relazione a! fluire dell’acqua dalla pompa all’utenza esterna internamente alla tubazione di mandata 20’. In prossimità della bocca di ingresso 40a si connette la tubazione di mandata 30’ del circuito di bypass 3’, Tale zona è a pressione maggiore, pari a quella di lavoro delia pompa.

internamente al primo tubolare 40 è inserito un secondo elemento tubolare 41 a sezione variabile. In dettaglio il secondo tubolare presenta una porzione rastremata o a cono 41 a che si rivolge verso la bocca di ingresso 40a del primo tubolare 40. All’estremità di tale sezione a cono 41 a si innesta in connessione fluidodinamica la tubazione di ritorno 31’ dei bypass.

Tra la sezione a cono e la superficie interna del primo tubolare si viene a creare una sezione di flusso ridotta 42 dell’acqua con una dimensione radiale progressivamente sempre minore. La porzione rastremata 41 a è sormontata da una porzione a sezione costante 41 b di diametro minore rispetto al diametro interno del primo tubolare 40. Questo implica che tra la superficie esterna della porzione a sezione costante 41 b del secondo tubolare 41 e la superficie interna del primo tubolare 40 si genera un gap o vuoto 43 ad anello di diametro costante. Tale vuoto, in una soluzione realizzativa preferita, ha un valore radiale compreso tra i 2 e i 4 mm. Preferibilmente ma non limitativamente tale valore è di 3mm.

Ne consegue che l’acqua pompata dalla pompa nella tubazione di mandata all’utenza e quindi nell’accelerometro, nel suo fluire trova la strizione rappresentata prima dalla sezione ridotta 42 e poi dal vuoto 43. Tale improvvisa strizione implica un’accelerazione nella velocità del flusso e conseguentemente una riduzione della pressione. In particolare, internamente a! secondo tubolare 41 si viene a creare una depressione, in corrispondenza della connessione con la tubazione di ritorno 31’ del bypass 3’.

Il sistema di raffreddamento secondo la presente invenzione ottiene una serie di inediti e inaspettati vantaggi.

In particolare il sistema ottiene un efficace raffreddamento dei componenti deli’inverter maggiormente soggetti a riscaldamento sfruttando la stessa acqua processata dalla pompa. Quindi non si deve prevedere un circuito di refrigerazione che sfrutti fluidi refrigeranti specificatamente predisposti, con un notevole risparmio in costi di gestione dell’impianto.

Ancora, il sistema è flessibile e può essere installato sia su pompe ad asse orizzontale che su pompe ad asse verticale. Nel secondo caso, prevendendo vantaggiosamente l’acceleratore di portata, è possibile ancora sfruttare l’acqua processata dalla pompa. In dettaglio, l’acceleratore di portata determina ii giusto gap di pressione per consentire il ricircolo dell’acqua nel corpo di refrigerazione senza prevedere ulteriori pompe o sistemi meccanici complessi e alimentati elettricamente.

La sagomatura della lastra a L inoltre consente di mettere i componenti particolarmente soggetti a surriscaldamento a contatto con due superfici di scambio termico contemporaneamente, anziché una sola.

La lastra 11 può essere realizzata in rame ma anche in qualsiasi materiale altamente conduttivo. L’elemento scatolare 10 invece può essere realizzato in plastica per pompe di piccola potenza o in metallo nel caso di pompe di potenza superiore che possono cioè raggiungere i 20/30 bar o più.

La presente invenzione è stata descritta con riferimento a una sua forma di realizzazione preferita. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un sistema di raffreddamento per un inverter associato ad una pompa idraulica (2, 2’) disposta su una linea idraulica, detto sistema di raffreddamento essendo caratterizzato dal fatto dì comprendere: almeno un corpo di raffreddamento (1) comprendente un elemento scatolare (10) che definisce un vano (100) entro ii quale circola acqua; e una lastra (11) montata in contatto su detto elemento scatolare, atta a supportare almeno una scheda di comando di detto inverter e comprendente due facce piane di cui una prima faccia (11 a) fissata a contatto con detto elemento scatolare (10) per ottenere il trasferimento di calore per conduzione tra detta acqua che circola in detto vano e detta scheda di comando associata a detta lastra (11), detto sistema di raffreddamento essendo inoltre caratterizzato dal fatto che detto corpo è atto ad essere disposto su una linea di by-pass che intercetta detta linea idraulica per cui detta acqua che circola in detto vano è quella processata da detta pompa idraulica.
2. I! sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1 , in cui se detta pompa (2) è di tipo ad asse orizzontale detto corpo di raffreddamento (1) è inserito in un circuito di by-pass (3) tra una tubazione di ingresso (21) a detta pompa ed una tubazione di mandata (20) di detta pompa ad una utenza, detto circuito di by-pass interessando detto vano (100).
3. Il sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1 , in cui se detta pompa è di tipo ad asse verticale (2’) detto corpo di raffreddamento (1) è associato ad un acceleratore di portata (4) inserito in continuità operativa in una tubazione di mandata (20’) ad una utenza di detta pompa (2’).
4. I! sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 3, in cui detto acceleratore di portata determina una differenza di pressione tra una sua propria sezione di ingresso ed una sua propria sezione di uscita per effetto venturi.
5. Il sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 4, in cui detto corpo di raffreddamento è associato a detto acceleratore di portata attraverso un circuito di bypass (3’).
6. Il sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 5, in cui detto acceleratore di portata presenta un primo corpo tubolare (40) che si innesta in continuità in detta tubazione di mandata (20’) dì detta pompa (2’), internamente ai primo tubolare (40) essendo inserito un secondo elemento tubolare (41) a sezione variabile, presentante cioè una porzione a cono (41 a) che si rivolge verso una bocca di ingresso (40a) del primo tubolare (40).
7. Il sistema di raffreddamento secondo Sa rivendicazione 6, in cui detto by-pass comprende una tubazione di mandata (30’) che si estende in corrispondenza di detta bocca di ingresso (40a) di detto acceleratore fino a detto vano (100) di detto corpo di raffreddamento e una tubazione di ritorno (31 ') di detto circuito di by-pass si estende da detto vano (100) fino in corrispondenza di una estremità di detta porzione a cono (41 a), detta bocca di ingresso e detta porzione a cono essendo rispettivamente le zone a pressione maggiore e minore di detto acceleratore di portata (4).
8. li sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 7, in cui detta porzione a cono (41 a) è sormontata da una porzione a sezione costante (41 b) di diametro minore rispetto a! diametro interno del primo tubolare (40) per definire, tra la superficie esterna di detta porzione a sezione costante (41 b) e la superficie interna di detto primo tubolare (40), un vuoto (43) ad anello e di diametro costante, i! passaggio dell’acqua entro tale vuoto genera un’accelerazione di velocità della stessa e la conseguente riduzione di pressione nel secondo tubolare (41).
9. I! sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 8, in cui tale vuoto ad anello ha un valore radiale compreso tra i 2 e i 4 mm.
10. Il sistema di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta lastra (11) è sagomata ad L, ovvero presenta una seconda faccia piana (11 b) che si eleva in assetto sostanzialmente perpendicolare alla prima faccia piana ( 11 a) .
11. Il sistema di raffreddamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta lastra (11) è realizzata in rame.