ITUD20090139A1 - Apparato refrigeratore - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"APPARATO REFRIGERATORE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un apparato refrigeratore, utilizzabile in un impianto di refrigerazione di liquidi, quali acqua o altri liquidi incongelabili. In particolare, il presente trovato si riferisce ad un apparato refrigeratore da esterni, ad esempio del tipo cosiddetto compatto, ossia con altezza sostanzialmente inferiore a circa 2-2,5m, il quale presenta una resa energetica maggiorata ed una riduzione del consumo di energia elettrica, a parità di abbattimento delle temperature, rispetto agli apparati noti.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti gli apparati refrigeratori, i quali sono termicamente associati, od integrati, ad un impianto di refrigerazione di liquidi, quali acqua o altri liquidi incongelabili .

È noto che gli apparati di refrigerazione sono sostanzialmente composti da un circuito frigorifero, all ' interno del quale è atto a fluire un fluido termovettore, quale ad esempio freon. Negli apparati di refrigerazione noti , al circuito frigorifero sono, di norma, idraulicamente associati un compressore che mette in circolo il fluido termovettore, un condensatore che abbatte la temperatura del fluido termovettore ed uno scambiatore di calore che permette lo scambio termico fra il fluido termovettore ed un fluido di utenza, il quale determina il condizionamento termico dato dall ' impianto di refrigerazione .

È anche noto utilizzare differenti tipologie di fluidi termovettori per ottenere rese energetiche differenti . Ad esempio, è noto utilizzare l ' ammoniaca (NH3 ) come fluido termovettore potendo ottenere una resa energetica maggiorata anche di circa il 20% rispetto ai fluidi termovettori più tradizionali .

Particolarmente negli impianti di tipo industriale ad ammoniaca, nel circuito frigorifero venono normalmente fatti fluire oltre 50 Kg di ammoniaca, potendo superare eventuali limiti di sicurezza imposti dalle normative.

Gli impianti che utilizzano ammoniaca in quantitativi superiori al limite, necessitano di specifiche autorizzazioni da parte delle autorità di controllo, e particolari condizioni di installazione, a causa della potenziale tossicità e delle irritazioni che possono provocare tali fluidi, se diffusi accidentalmente nell'ambiente. Tali necessità comportano però lungaggini amministrative, costi di installazione elevati e lunghi tempi di intervento, sia per l'installazione, sia per le successive operazioni di manutenzione e controllo.

Inoltre, gli attuali condensatori hanno consumi energetici molto elevati, particolarmente per la necessità di comprimere continuamente gli elevati quantitativi di liquidi termovettori presenti nel circuito.

Altro inconveniente è dato dalla limitata possibilità di regolazione della coppia di compressione in funzione delle effettive condizioni di condensazione e di scambio termico del fluido termovettore.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un apparato di refrigerazione compatto che sia di semplice ed economica realizzazione, che permetta un'elevata efficienza termica rispetto agli apparati tradizionali, che non necessiti di autorizzazioni e complicazioni di installazione e di manutenzione, e che abbia consumi energetici ridotti e comunque commisurati alle reali condizioni di utilizzo.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questo ed altri scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente.

Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

In accordo con il suddetto scopo, un apparato refrigeratore secondo il presente trovato si applica per condensare un fluido termovettore ed è utilizzabile in un impianto di refrigerazione di liquidi, quali acqua o altri liquidi incongelabili. In particolare, l'apparato refrigeratore secondo il presente trovato comprende almeno un circuito frigorifero all'interno del quale è atto a fluire il fluido termovettore, ed un organo condensatore atto ad abbattere la temperatura del fluido termovettore .

Secondo una variante, l'apparato refrigeratore comprende inoltre un organo compressore idraulicamente collegato al circuito frigorifero ed atto a definire la pressione con cui il fluido termovettore fluisce all'interno del circuito frigorifero stesso, ed un organo scambiatore che permette lo scambio termico fra il fluido termovettore ed un generico fluido di utenza.

Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, il fluido termovettore è ammoniaca, o altro fluido a base ammoniaca, e l'organo condensatore comprende almeno un elemento di condensazione in Alluminio, o sue leghe, provvisto di una pluralità di alette fra loro distanziate.

Secondo una variante, ciascuna aletta ha forma oblunga ed una sezione trasversale appiattita.

Secondo il trovato, all'interno di ciascuna aletta sono ricavati una pluralità di microcanali fra loro affiancati e distinti, i quali permettono il passaggio indotto dell'ammoniaca all'interno dell'aletta, in altrettanti flussi distinti.

Qui e nel seguito della descrizione con il termine oblungo si intende un qualsiasi elemento la cui dimensione di lunghezza è decisamente prevalente rispetto alla dimensione di larghezza definendo una forma allungata.

Qui e nel seguito della descrizione con il termine appiattito si intende un qualsiasi elemento avente una sezione trasversale in cui la dimensione di larghezza è decisamente superiore rispetto al suo spessore.

Vantaggiosamente, ma non esclusivamente, ciascun elemento di condensazione è modulare, sì da poter essere selettivamente associato idraulicamente ad altri elementi di condensazione analoghi.

In questa soluzione di variante, è possibile variare selettivamente la capacità di condensazione dell'apparato secondo il trovato, in funzione delle specifiche esigenze operative.

La soluzione secondo il presente trovato permette così di aumentare la superficie di scambio termico fra l'ammoniaca e l'aria di condensazione proveniente dall'ambiente esterno all'organo condensatore, così da migliorare le condizioni di condensazione dell'ammoniaca.

Infatti, suddividendo il flusso di ammoniaca in una pluralità di flussi distinti all'interno di ciascuna aletta, a parità di condizioni di condensazione, si ha un maggiore abbattimento termico dell'ammoniaca fra l'ingresso e l'uscita dell'organo condensatore.

A titolo puramente esemplificativo si consideri che la Richiedente ha sperimentato che con un organo condensatore avente le caratteristiche del presente trovato, utilizzando aria per la condensazione con una temperatura compresa fra circa 20°C e circa 40°C ed immettendo ammoniaca con temperatura compresa fra circa 80°C e circa 50°C, si ha che l'ammoniaca in uscita dall'organo condensatore ha una temperatura compresa fra circa 45°C e circa 35°C.

Tali valori permettono di utilizzare un quantitativo ridotto di ammoniaca nel circuito frigorifero, pur ottenendo risultanze termiche equivalenti, o quantomeno paragonabili, con quelle degli apparati noti che utilizzano ammoniaca.

La riduzione del quantitativo di ammoniaca utilizzato è tale per cui, a parità di efficienza di condensazione, vengono utilizzati in media meno di 50kg di ammoniaca.

Questo aspetto comporta diversi vantaggi sia in termini di costi di installazione, gestione e manutenzione, sia in termini di problematiche amministrative di installazione e utilizzo, dell'apparato .

Inoltre, l'utilizzo di un minor quantitativo di ammoniaca porta ad una riduzione dei consumi energetici per l'organo compressore, con conseguente riduzione dei costi di gestione e un minor impatto ambientale, sostanzialmente nullo.

Secondo una variante, i microcanali di una stessa aletta sono fra loro sostanzialmente paralleli e rettilinei, vantaggiosamente distribuiti sulla larghezza, e si estendo passanti su tutta la lunghezza della relativa aletta.

Secondo un'altra variante, le alette sono fra loro collegate alle rispettive estremità mediante due condotti collettori, rispettivamente, di mandata e di ritorno, attraverso cui l'ammoniaca viene alimentata nei microcanali e recuperata in uscita dagli stessi.

Secondo un'altra variante, fra un'aletta e l'altra è prevista almeno una piastra di collegamento corrugata, la quale definisce una pluralità di passaggi ristretti per l'aria di condensazione .

In questo modo, e possibile aumentare la turbolenza del flusso d'aria di condensazione e, allo stesso tempo, aumentare la superficie meccanica di scambio termico.

Questa soluzione permette di aumentare ulteriormente la resa di condensazione dell'apparato secondo il trovato.

Secondo un'ulteriore variante, all'organo compressore è associata un ' apparecchiatura ad inverter atta a permette la modulazione, anche in automatico, della coppia di compressione, sì da ottimizzare il flusso di ammoniaca nel circuito frigorifero, in funzione di predeterminate, o rilevate, condizioni operative.

Questa soluzione di variante permette di ottimizzare ulteriormente i consumi energetici dovuti alla compressione dell'ammoniaca, riducendo ulteriormente i costi di gestione dell'apparato secondo il trovato.

Secondo un'altra variante, il presente trovato comprende inoltre un organo evaporatore, o pacco evaporatore, disposto in associazione all'elemento di condensazione e predisposto per effettuare una condensazione adiabatica. In questo modo, vengono ulteriormente migliorate le condizioni di condensazione con conseguenti vantaggi di costi, riduzione dei consumi, e resa energetica dell'apparato.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 illustra schematicamente un apparato refrigeratore secondo il presente trovato;

- la fig. 2 illustra una vista assonometrica e parzialmente sezionata dell'apparato refrigeratore di fig. 1;

- la fig. 3 illustra un particolare ingrandito dell'apparato refrigeratore di fig. 2; - la fig. 4 illustra una vista in sezione di una parte del particolare ingrandito di fig. 3.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figure allegate, un apparato refrigeratore 10 secondo il presente trovato comprende una cabina di contenimento 11, all'interno della quale sono disposti, in condizione idraulicamente collegata fra loro, un circuito frigorifero 12, un compressore 13, un condensatore 15, una valvola di espansione 14 ed uno scambiatore di calore 16.

In particolare, la cabina di contenimento 11 ha forma sostanzialmente di parallelepipedo, è aperta sui due lati laterali lunghi, ha un'altezza compresa fra circa 2m e circa 2,5m, ed è provvista sulla sua superficie superiore di una pluralità di ventilatori 17 di aspirazione.

Il circuito frigorifero 12 è composto sostanzialmente da una pluralità di tubature, le quali sono conformate e raccordate per collegare idraulicamente il compressore 13, il condensatore 15, la valvola di espansione 14 e lo scambiatore di calore 16.

In particolare, all'interno delle tubature del circuito frigorifero 12 è atta a fluire ammoniaca (NH3), o un altro fluido a base ammoniaca, nella fattispecie in un quantitativo inferiore a 50kg. Il compressore 13 è di tipo sostanzialmente tradizionale ed è energizzato da un motore elettrico 19. Nel caso di specie, il motore elettrico 19 è elettricamente collegato ad un inverter 20, solo schematizzato in fig. 1, il quale permette di modulare i valori di coppia del compressore 13, in modo da variare selettivamente le condizioni di compressione dell'ammoniaca all'interno delle tubature.

In una soluzione vantaggiosa, e non illustrata nelle figure, 1'inverter 20 è elettricamente collegato ad un'unità di comando e controllo provvista di sensori dislocati in diversi componenti dell'apparato 10, ad esempio sul condensatore 15, sullo scambiatore di calore 16, nell'ambiente esterno od altro, in modo da relazionare lo stato di funzionamento del motore elettrico 19, e quindi di compressione dell'ammoniaca, in funzione di determinati, o determinabili, parametri di funzionamento dell'apparato refrigeratore 10.

Il condensatore 15 comprende una pluralità di batterie di condensazione 21, nella fattispecie sei, realizzate completamente in alluminio, o sue leghe, e montate in corrispondenza dei lati aperti della cabina di contenimento 11.

Vantaggiosamente, ciascuna batteria di condensazione 21 è modulare per poter variare selettivamente il numero di batterie di condensazione 21 da utilizzare, in funzione delle volute, o necessitate, condizioni di condensazione.

Ciascuna batteria di condensazione 21 comprende una pluralità di alette 22 disposte distanziate e sostanzialmente parallele fra loro, e due collettori, rispettivamente di mandata 25 e di ritorno 26, disposti a collegamento idraulico delle estremità delle alette 22.

Ciascuna aletta 22 ha forma sostanzialmente oblunga ed ha sezione trasversale appiattita.

Inoltre, all'interno di ciascuna aletta 22 sono realizzati una pluralità di microcanali 23 (fig.

4), disposti sostanzialmente paralleli fra loro e distribuiti uno a fianco all'altro sulla larghezza della sezione trasversale della relativa aletta 22.

I microcanali 23 sono passanti sulla lunghezza delle rispettive alette, in modo da mettere in comunicazione idraulica il collettore di mandata 25 ed il collettore di ritorno 26, sì da definire una circolazione dell'ammoniaca dal collettore di mandata 25, attraverso i microcanali 23 ed il collettore di ritorno 26.

Ciascuna batteria di condensazione 21 comprende inoltre, una pluralità di piastre di collegamento 27 conformate corrugate sostanzialmente a fisarmonica e disposte a collegamento fra le alette 22 successive.

Ciascuna piastra di collegamento 27 definisce una pluralità di passaggi ristretti per l'aria di condensazione indotta dall'azione dei ventilatori 17, così da aumentare le turbolenze di passaggio dell'aria fra le alette 22 ed aumentare la superficie meccanica di scambio termico.

Opzionalmente, a monte delle batterie di condensazione 21 è disposto un pacco evaporatore 29, rappresentato in linea tratteggiata in fig. 1, il quale è conformato ed utilizzato per definire una condizione di condensazione adiabatica delle batterie di condensazione 21.

infatti, il pacco evaporatore 29 è atto ad abbattere la temperatura di bulbo secco dell'aria portandola vicino alla temperatura di saturazione, sì da ridurre le temperature di condensazione, e quindi ridurre i consumi energetici necessari.

Lo scambiatore di calore 16 è disposto a valle del condensatore 15 ed in esso viene immessa, attraverso il circuito frigorifero 12, l'ammoniaca condensata precedentemente, in modo da effettuare uno scambio termico con un fluido di utilizzo che scorre all'interno di una relativa tubatura di utenza 30, solo parzialmente illustrata in fig. 1. Nella fattispecie, lo scambiatore di calore 16 è di tipo allagato, per migliorare le condizioni di scambio termico.

Non si esclude che, secondo una variante, lo scambiatore di calore 16 possa essere del tipo a secco.

E' chiaro comunque che all'apparato refrigeratore 10 fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

E' anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparato refrigeratore, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato refrigeratore per un fluido termovettore, comprendente almeno un circuito frigorifero (12) all'interno del quale è atto a fluire il fluido termovettore, ed un organo condensatore (15) atto ad abbattere la temperatura del fluido termovettore, caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore è ammoniaca, o altro fluido a base ammoniaca, e detto organo condensatore (15) comprende almeno un elemento di condensazione (21) in Alluminio, o sue leghe, provvisto di una pluralità di alette (22) fra loro distanziate, ed all'interno di ciascuna delle quali sono ricavati una pluralità di microcanali (23) fra loro affiancati e distinti, atti a permettere il passaggio dell'ammoniaca all'interno della rispettiva aletta (22), in altrettanti flussi distinti.
2. 2. Apparato come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna aletta (22) ha forma oblunga con sezione trasversale appiattita.
3. 3. Apparato refrigeratore come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un organo compressore (13) idraulicamente collegato a detto circuito frigorifero (12) ed atto a definire la pressione con cui detto fluido termovettore fluisce all'interno di detto circuito frigorifero (12), ed un organo scambiatore (16) che permette lo scambio termico fra il fluido termovettore ed un generico fluido di utenza.
4. 4. Apparato refrigeratore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun elemento di condensazione (21) è modulare, sì da poter essere selettivamente associato idraulicamente ad altri elementi di condensazione (21) analoghi.
5. 5. Apparato refrigeratore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i microcanali (23) di una stessa aletta (22) sono fra loro sostanzialmente paralleli, rettilinei e si estendo passanti su tutta la lunghezza dell'aletta (22) stessa.
6. 6. Apparato refrigeratore come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i microcanali (23) di una stessa aletta (22) sono distribuiti sulla larghezza dell'aletta (22) stessa.
7. 7. Apparato refrigeratore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette alette (22) sono fra loro collegate alle rispettive estremità mediante due condotti collettori, rispettivamente, di mandata (25) e di ritorno (26), attraverso cui l'ammoniaca viene alimentata e recuperata attraverso i microcanali (23)
8. 8. Apparato refrigeratore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che fra un'aletta (22) e l'altra è prevista almeno una piastra di collegamento (27) corrugata, la quale definisce una pluralità di passaggi ristretti per l'aria di condensazione.
9. 9. Apparato refrigeratore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un organo evaporatore (19) disposto in associazione all'elemento di condensazione (21) e predisposto per effettuare una condensazione adiabatica.
10. 10. Apparato refrigeratore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 3 a 9, caratterizzato dal fatto che all'organo compressore (13) è associata un apparecchiatura ad inverter (20) atta a permette la modulazione, anche in automatico, della coppia di compressione, sì da ottimizzare il flusso di ammoniaca nel circuito frigorifero, in funzione di predeterminate , o rilevate, condizioni operative,