ITUB201556642U1

ITUB201556642U1 - Scambiatore di calore

Info

Publication number: ITUB201556642U1
Application number: ITUB2015U056642U
Authority: IT
Inventors: Christian Orlandi
Original assignee: Ncr Logistica S R L
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-01-21

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per MODELLO DI UTILITÀ’ avente per titolo

“Scambiatore di calore”

Oggetto del presente trovato è uno scambiatore di calore. Tale scambiatore di calore permette lo scambio termico tra due fluidi in esso transitanti. In particolare lo scambiatore di calore secondo il presente trovato è applicato in macchine agricole, macchine movimento terra, guppi elettrogeni, ma potrebbe essere applicato in molte altre situazioni.

Sono noti scambiatori di calore comprendenti:

- un primo gruppo di canali affiancati per il transito di un primo fluido;

- un secondo gruppo di canali per il transito di un secondo fluido.

Il secondo gruppo di canali è in contatto termico con il primo gruppo di canali per permettere lo scambio termico tra il primo e il secondo fluido. Il primo gruppo di canali ha un andamento ondulatorio e le pareti che dividono coppie di canali del primo gruppo definiscono onde che si sviluppano in successione lungo un verso di avanzamento del primo fluido.

In questo contesto, il compito tecnico alla base del presente trovato è proporre uno scambiatore di calore ottimizzato che permetta un più efficiente scambio termico senza penalizzare eccessivamente le perdite di carico. A questo proposito la Richiedente ha eseguito un lungo lavoro di test comprendenti prove sperimentali e di simulazioni fluidodinamiche attraverso calcolatore che hanno permesso l'ottimizzazione di alcuni parametri geometrici dello scambiatore.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da uno scambiatore comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di uno scambiatore di calore, come illustrato negli uniti disegni in cui:

-figura 1 mostra una vista prospettica di uno scambiatore secondo la presente invenzione;

-figure 2a, 2b, 2c mostrano una prima soluzione costruttiva di un componente secondo la presente invenzione; in particolare figura 2c è una sezione secondo il piano A-A di figura 2b;

-figure 3a, 3b mostrano una seconda soluzione costruttiva di un componente secondo la presente invenzione; in particolare figura 3b è una sezione secondo il piano A-A di figura 3a.

Nelle unite figure con il numero di riferimento 1 si è indicato uno scambiatore di calore comprendente:

-un primo gruppo 10 di canali affiancati per il transito di una prima corrente fluida (i canali del primo gruppo 10 sono una pluralità);

-almeno un condotto 20 per il transito di una seconda corrente fluida (eventualmente possono essere presenti una pluralità di condotti affiancati per il transito della seconda corrente fluida). All’interno del condotto 20 per il transito della seconda corrente fluida è vantaggiosamente presente un turbolatore 21.

II condotto 20 è in contatto termico con almeno una parte del primo gruppo 10 di canali per permettere lo scambio termico tra la prima e la seconda corrente fluida. Lo scambio termico avviene per conduzione attraverso la struttura dello scambiatore 1. La prima corrente fluida vantaggiosamente è costituita da un gas (potrebbe anche essere un liquido). Anche la seconda corrente fluida vantaggiosamente è un gas, anche se in particolare applicazioni potrebbe essere un liquido. La prima e la seconda corrente fluida potrebbero anche essere costituite dalla medesima tipologia di fluido (ad esempio aria).

11 primo gruppo 10 di canali ha un andamento ondulatorio; pareti 30 che dividono corrispondenti coppie di canali del primo gruppo 10 definiscono corrispondenti onde 11 che si sviluppano in successione lungo un verso 12 di avanzamento della prima corrente fluida.

Ogni canale del primo gruppo 10 vantaggiosamente presenta una pluralità di onde 11 disposte una in fila all’altra lungo il verso 12 di avanzamento della prima corrente fluida.

Un rapporto tra passo 31 di dette onde e altezza picco-valle 32 di dette onde è minore di 5. Tali onde 11 si ripetono identiche una all’altra lungo una direzione individuata da una linea media di ciascuna onda. Il passo è la distanza tra punti omologhi misurato lungo la direzione individuata dalla linea media dell’onda; la linea media dell’onda è una retta che si colloca sulla mezzeria della altezza picco-valle 32. La direzione individuata dalla linea media coincide con la direzione di avanzamento preponderante della prima corrente fluida. L’altezza picco-valle 32 è pari al doppio della ampiezza dell’onda.

In alcuni casi (ad esempio nella soluzione illustrata nelle figure 3a, 3b) il rapporto tra il passo 31 e l'altezza 32 picco-valle di dette onde e' minore di 4.

Lo scambiatore 1 comprende un foglio 3 piegato a sua volta definente dette pareti 30 che dividono corrispondenti coppie di canali del primo gruppo 10. Il foglio 3 piegato è una aletta che migliora lo scambio termico tra la prima e la seconda corrente fluida. Vantaggiosamente tale foglio 3 piegato è realizzato in una lega di alluminio, opportuamente ma non necessariamente del gruppo 3000, vantaggiosamente è realizzato in lega di alluminio 3003. Il foglio 3 piegato è ottenuto per stampaggio, preferibilmente per stampaggio a passo.

Le pareti 30 che dividono corrispondenti coppie di canali adiacenti del primo gruppo 10 sono interposte tra un primo e un secondo piano 41 , 42 immaginario reciprocamente paralleli.

Il primo e il secondo piano 41, 42 sono paralleli ad un piano di riferimento immaginario in cui sono misurati il passo 31 delle onde e l'altezza 32 picco-valle delle onde. Il foglio 3 piegato definisce una pluralità di concavità 33 rivolte alternativamente verso il primo e il secondo piano 41 , 42. Le concavità 33 dunque si alternano rivolgendosi in senso opposto. I canali del primo gruppo 10 si sviluppano parallelamente gli uni agli altri. II condotto 20 della seconda corrente fluida si sviluppa trasversalmente (preferibilmente ortogonalmente) a quelli del primo gruppo 10. I canali del primo gruppo 10 si sviluppano lungo una direzione di sviluppo preponderante che è ortogonale alla direzione di sviluppo preponderante del condotto 20.

I canali del primo gruppo 10 e il condotto 20 mantengono separate la prima e la seconda corrente fluida.

Lo scambiatore 1 comprende una prima e una seconda piastra 51, 52 che sono opposte e tra cui si sviluppa detto foglio 3 piegato. Il foglio 3 piegato contatta la prima o la seconda piastra 51 , 52 in corrispondenza di dette concavità 33.

Due canali adiacenti del primo gruppo 10 sono definiti rispettivamente: -dalla combinazione del foglio 3 piegato e della prima piastra 51 ;

-dalla combinazione del foglio 3 piegato e della seconda piastra 52.

La prima e la seconda piastra 51, 52 distano tra 5 e 13 millimetri. Tale distanza nelle figure 2b e 3a è identificata dal riferimento 500. In una prima soluzione preferita la prima e la seconda piastra 51 , 52 distano reciprocamente tra 6 e 7 millimetri. In una seconda soluzione preferita la prima e la seconda piastra 51 , 52 distano tra 8 e 9 millimetri.

II foglio 3 piegato comprende un bordo 34 che definisce sezioni 35 di ingresso in corrispondenti canali di detto primo gruppo 10 (vedasi ad esempio figura 2a). Il bordo 34 presenta un andamento ondulatorio con passo compreso tra 5 e 14 millimetri.

In corrispondenza di detto picco e di detta valle le onde 11 presentano un raggio 36 di curvatura compreso tra 1 e 2 millimetri.

Le pareti 30 che dividono corrispondenti coppie di canali adiacenti del primo gruppo 10 sono a due a due convergenti secondo un angolo di convergenza compreso tra 0° e 3°.

In una soluzione costruttiva lo scambiatore 1 è del tipo noto nel settore tecnico come “piate and bar” (vedasi ad esempio figura 1). A tal riguardo il primo gruppo 10 di canali è definito da due barre laterali (in figura 1 ne è visibile solo una indicata dal riferimento 6a) interposte tra due piastre 7a, 7b. Il foglio 3 piegato si sviluppa tra le due barre laterali e rimane interposto tra le due piastre 7a, 7b. La prima corrente fluida presenta una direzione di avanzamento preponderante parallela a quella delle due barre laterali. Altre due barre laterali 6c, 6d sono disposte tra una delle piastre che delimitano il primo gruppo di canali e una piastra 51 addizionale, per definire un condotto per il passaggio della seconda corrente fluida. Vantaggiosamente all’interno del condotto per il passaggio della seconda corrente fluida sono presenti mezzi 21 turbolatori. La struttura sopradescritta si ripete modularmente più volte.

In una soluzione costruttiva alternativa non illustrata lo scambiatore 1 è del tipo noto nel settore tecnico come “tube and fins”. In tal caso detto foglio 3 piegato è interposto tra due condotti 20 in cui scorre detta seconda corrente fluida; il foglio 3 è vantaggiosamente in contatto con i due condotti 20 e definisce il primo gruppo 10 di canali in cui fluisce la prima corrente fluida. Il foglio 3 definisce dunque una aletta per i due condotti 20. In tal caso i condotti del primo gruppo 10 non sono necessariamente isolati fluidodinamicamente l’uno dall’altro lungo lo sviluppo dei condotti stessi.

II trovato così concepito permette di conseguire molteplici vantaggi.

Dalle simulazioni e dai test sperimentali eseguiti il trovato permette di incrementare la turbolenza della prima corrente fluida migliorando sensibilmente lo scambio termico. Inoltre i range identificati permettono di ottimizzare l'efficienza dello scambiatore 1 senza penalizzare le perdite di carico.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neN’ambito del concetto innovativo che lo caratterizza. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, tutti i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore comprendente: -un primo gruppo (10) di canali affiancati per il transito di una prima corrente fluida; -almeno un condotto (20) per il transito di una seconda corrente fluida, detto condotto (20) essendo in contatto termico con almeno una parte del primo gruppo (10) di canali per permettere lo scambio termico tra la prima e la seconda corrente fluida; detto primo gruppo (10) di canali avendo un andamento ondulatorio; pareti (30) che dividono corrispondenti coppie di canali del primo gruppo (10) definendo corrispondenti onde (11) che si sviluppano in successione lungo un verso (12) di avanzamento della prima corrente fluida; caratterizzato dal fatto che un rapporto tra passo (31) di dette onde e altezza picco-valle (32) di dette onde è minore di 5.
2. Scambiatore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere un foglio (3) piegato, a sua volta definente dette pareti (30) che dividono corrispondenti coppie di canali del primo gruppo (10).
3. Scambiatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che dette pareti (30) che dividono corrispondenti coppie di canali adiacenti del primo gruppo (10) sono interposte tra un primo e un secondo piano (41 , 42) immaginario reciprocamente paralleli; il primo e il secondo piano (41 , 42) essendo paralleli ad un piano di riferimento immaginario in cui sono misurati il passo (31) delle onde e l'altezza (32) picco-valle delle onde; detto foglio (3) piegato definendo una pluralità di concavità (33) rivolte alternativamente verso il primo e il secondo piano (41 , 42).
4. Scambiatore secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, caratterizzato dal fatto che: - i canali del primo gruppo (10) si sviluppano parallelamente gli uni agli altri; - il condotto (20) della seconda corrente fluida si sviluppa trasversalmente ai canali del primo gruppo (10).
5. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i canali del primo gruppo (10) e detto condotto (20) mantengono separate la prima e la seconda corrente fluida.
6. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una prima e una seconda piastra (51 , 52) che sono opposte e tra cui si sviluppa detto foglio (3) piegato; due canali adiacenti del primo gruppo (10) essendo definiti rispettivamente: -dalla combinazione del foglio (3) piegato e della prima piastra (51); -dalla combinazione del foglio (3) piegato e della seconda piastra (52).
7. Scambiatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la prima e la seconda piastra (51 , 52) distano tra 5 e 13 millimetri.
8. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che un rapporto tra il passo (31) e l'altezza (32) picco-valle di dette onde è minore di 4.
9. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto foglio (3) piegato comprende un bordo (34) che definisce sezioni (35) di ingresso in corrispondenti canali di detto primo gruppo (10); detto bordo (34) presentando un andamento ondulatorio con passo compreso tra 5 e 14 millimetri.
10. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza dei picchi e delle valli le onde (11) presentano un raggio (36) di curvatura compreso tra 1 e 2 millimetri.
11. Scambiatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le pareti (30) che dividono corrispondenti coppie di canali adiacenti del primo gruppo (10) sono a due a due convergenti secondo un angolo di convergenza compreso tra 0° e 3°.