ITUD970118A1 - Apparecchiatura universale per il recupero del fluido di raffreddamento in circuiti di scambio calore - Google Patents

Apparecchiatura universale per il recupero del fluido di raffreddamento in circuiti di scambio calore Download PDF

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Description

Descrizione di brevetto per invenzione industriale
Apparecchiatura universale per il recupero del fluido di raffreddamento in circuiti di scambio calore.
DESCRIZIONE
Oggetto dell'innovazione
Il presente trovato ha per oggetto una apparecchiatura universale per il recupero di fluido di raffreddamento in circuiti di scambio calore.
Campo di applicazione
L'innovazione trova particolare seppure non esclusiva applicazione nel settore del raffreddamento dell'acqua di circuiti di scambio calore in macchine della tecnica industriale come ad esempio macchine per la produzione di gelato o macchine per lo stampaggio di materiali plastici (raffreddamento degli stampi), ecc.
Stato della tecnica
É noto che nella tecnica vi sono molti tipi di macchine che usano circuiti di raffreddamento ad acqua di rete che generalmente viene poi scaricata a perdere ciò che comporta alti costi di consumo d'acqua che oggi è sempre più preziosa.
L'acqua di raffreddamento esce generalmente a temperatura intorno ai 35-40°C.
Per evitare gli alti costi della perdita dell'acqua di raffreddamento si sono studiate delle apparecchiature che mettono in ricircolo l'acqua raffreddandola.
Queste apparecchiature sono costruite sostanzialmente come una torre di raffreddamento comportante il ricircolo dell'acqua uscita dalla macchina che si deve raffreddare, assoggettandola ad uno scambio di calore mediante passaggio attraverso un getto d'aria forzata, anche utilizzando il sistema evaporativo, il tutto eventualmente e preferibilmente associato allo scambio di calore con pannelli condensatori di un circuito frigorigeno.
Nelle torri di raffreddamento e negli scambiatori acqua aria di tipo evaporativo in genere, la temperatura a cui si può recuperare l'acqua non può scendere al di sotto della temperatura del bulbo umido dell'ana utilizzata.
Negli scambiatori acqua aria di tipo non evaporativo (esempio scambiatori a secco alettati), la temperatura con cui si può recuperare l'acqua non può scendere al di sotto della temperatura del bulbo secco dell'ana utilizzata e quindi l'abbassamento di temperatura è ancora più limitato.
Anche tecniche di raffreddamento ausiliario con l'uso di condensatori operanti in circuiti frigorigeni a ciclo chiuso hanno l'inconveniente che sono difficilmente adattabili ai vari periodi dell'anno od alle varie specifiche esigenze.
Si deve anche considerare che se l'apparato di raffreddamento non raffredda sempre in proporzione l'acqua della macchina da raffreddare, si verifica un circolo vizioso che può veramente compromettere il lavoro della macchina ed al limite danneggiarla.
Questi problemi ovviamente sarebbero ridotti se la macchina è raffreddata dall'acqua di rete a perdere, perché in tal caso l'acqua della rete ha nella giornata sostanzialmente sempre la stessa temperatura, per cui basterà variare la portata d'acqua per portare perfettamente a regime la macchina da raffreddare, ma questa soluzione sarebbe estremamente costosa ed inoltre scarsamente efficace in periodi estivi, per cui si trova indubbiamente più conveniente usare apparecchiature del tipo di cui al presente trovato, quindi realizzando sostanzialmente un circuito chiuso.
Nel caso di raffreddamento a circuito chiuso come sopra esposto, se l'apparato di raffreddamento non toglie tutto l’aumento di temperatura, che cede la macchina di lavoro, la temperatura dell'acqua del circuito chiuso, tende a crescere continuamente in un ciclo vizioso dal quale e difficile uscirne con l'inevitabile danneggiamento della macchina operatrice.
Se ad esempio l'aumento di temperatura dell'acqua che circola nella macchina operatrice da raffreddare è di 15°C, è ovvio che l'apparato di raffreddamento dovrà sottrarre esattamente 15°C, perché se ne sottrae 14°, ad ogni ricircolo di acqua, l'acqua aumenterà la sua temperatura di poco meno di un grado e seppure anche progressivamente di meno, si arriva al punto di effettivamente compromettere il lavoro e danneggiare la macchina di lavoro (operatrice) per insufficiente raffreddamento del circuito della macchina operatrice stessa.
Viceversa se l'apparato di raffreddamento sottrae troppa temperatura, in tal caso la macchina di lavoro sarebbe assoggettata ad un lavoro in condizioni di temperatura non ottimali.
Scopo della presente innovazione
Scopo del presente trovato è quello di ovviare ai succitati inconvenienti creando una apparecchiatura che sia in grado di fornire un raffreddamento controllato e proporzionale alle necessità della macchina di lavoro, indipendentemente dal carico di lavoro della macchina stessa e dalla temperatura ambiente ed anche in grado di essere adattata a qualsiasi condizione di raffreddamento, sia con mezzi a torre di raffreddamento, sia con mezzi frigorigeni sia con entrambi.
Rivelazione dell'essenza innovativa
Questo ed altri scopi vengono raggiunti come rivendicato mediante una apparecchiatura di raffreddamento, che può essere collegata allo scarico dell'acqua da una macchina di lavoro o macchina operatrice con raffreddamento ad acqua e la mette in ricircolo raffreddata, caratterizzata dal fatto che detta apparecchiatura di raffreddamento comprende:
- almeno una postazione per torre di raffreddamento sostanzialmente a pacco di raffreddamento dell'acqua per bagnamento ed evaporazione di estesa superficie;
- almeno un dispositivo generatore di corrente d'aria che investa ed attraversi detta postazione per torre di raffreddamento per favorire l'evaporazione dell'acqua in caduta;
- almeno un circuito frigorigeno a ciclo chiuso:
• i cui mezzi condensatori siano posti per lo meno a valle della detta postazione per torre di raffreddamento rispetto alla corrente del detto flusso d'aria ed
* il cui evaporatore sia posto a valle del detto circuito d'acqua per scambiare calore con l'acqua raffreddata in detta torre di raffreddamento per poi rimetterla in ricircolo in detta macchina operatrice.
In questo modo si ha l'immediato vantaggio di rendere molto più efficace il sistema di raffreddamento ed a maggiore rendimento anche se la temperatura dell'acqua da raffreddare è piuttosto bassa (ridotto salto termico di scambio calore).
Nella soluzione preferenziale i detti mezzi condensatori sono posti sia a monte che a valle della detta torre rendendo con ciò possibile un massimo raffreddamento con l'azionamento di entrambi od un funzionamento ottimale con lazionamento di quello a monte o di quello a valle.
Altrettanto vantaggiosamente i seguenti ulteriori mezzi sono previsti: • in entrata dell'acqua calda da raffreddare mezzi di rilevamento della temperatura dell'acqua (Te) e mezzi ad valvola comandata per scaricare l'acqua calda in entrata in determinate condizioni;
• fra detta entrata dell'acqua calda e l'uscita dell'acqua raffreddata, mezzi di immissione di acqua fredda dalla rete di alimentazione;
in uscita dell'acqua raffreddata, mezzi di rilevamento della temperatura dell'acqua raffreddata (Tu);
mezzi per comparare luna e/o l'altra temperatura e per lo meno quella di uscita (Tu) per azionare i detti mezzi a valvola di scarico acqua calda ed immissione acqua fredda in entrata.
In questo modo si ha l'ulteriore vantaggio con piccola perdita di acqua di poter perfettamente tarare l'impianto di raffreddamento per un razionale funzionamento della macchina di lavoro ed apparecchiatura di raffreddamento.
Vantaggiosamente il pannello interessante la torre di raffreddamento è estraibile, rendendo con ciò possibile una ulteriore forma di raffreddamento valida per determinate condizioni con operatività del solo circuito frigorigeno.
Descrizione di alcune forme preferite di realizzazione Questi ed altri vantaggi appariranno dalla successiva descrizione di una soluzione preferenziale, con l'aiuto dei disegni allegati i cui particolari di esecuzione non sono da intendersi limitativi ma solo forniti a titolo di esempio.
La Figura 1 è una vista schematica in elevazione di fianco dell'apparecchiatura con pannello di copertura in cui si vede che sulla fiancata non vi sono ne attacchi ne comandi per rendere possibile un accostamento in aderenza ad una parete od altra apparecchiatura .
La Figura 2 è una vista in elevazione di dietro dell'apparecchiatura dal lato delle tubazioni di attacco dell'acqua alla rete, e dell'acqua del circuito che si deve raffreddare di una macchina operatrice.
La Figura 3 è una vista in elevazione di fianco della macchina senza i pannello di copertura laterale con visualizzazione degli apparati e dispositivi interni.
La Figura 4 è una vista frontale della apparecchiatura in cui si vede una grande imboccatura inerenti le pannellature di scambio calore con l'aria ambiente che viene risucchiata verso l'interno della macchina.
La Figura 5 visualizza l'interno della apparecchiatura dall'altro lato di fiancata ove il pacco inerente la torre di raffreddamento è stato estratto per funzionamento alternativo o per operazioni di ricambio;
La Figura 6 visualizza l'interno dell'apparecchiatura dal lato dorsale con asportato il rispettivo pannello di copertura come da Fig.2.
La Figura 7 rappresenta una vista dall'alto dell'apparecchiatura con visualizzazione dei pannelli di scambio calore con il flusso di aria esterna dei quali quello centrale inerente la torre di raffreddamento o pacco di raffreddamento, estraibile ed intercambiabile.
La Figura 8 rappresenta la vista dall'alto della macchina visualizzando la posizione del pannello di comando sul rispettivo lato d'angolo superiore.
Facendo riferimento alle figure si rileva che:
- Il circuito frigorigeno 1 è indicato con i dispositivi da 11 a 14, ove, 11 è il compressore 12 e 12' sono i condensatori posti a monte ed a valle della torre di raffreddamento indicata con 20-21 ; 13 è un ricevitore di liquido frigorigeno e 14 ne è l'evaporatore
- Il circuito di raffreddamento dell'acqua 2 comprende i mezzi di entrata (20) con irroratori (20,20') uno alla torre di raffreddamento (20,) ed il secondo (20') al primo condensatore a monte (12), mezzi per raccogliere l'acqua sotto i detti pannelli di raffreddamento, consistenti in una vasca di raccolta 22, dalla quale mediante pompa di ricircolo acqua 23 e condotto di uscita (14’) essa viene convogliata al scambio calore con l'evaporatore (14) per poi essere ricircolata mediante l'attacco di scarico (24) nella macchina operatrice da raffreddare.
La vasca di accumulo acqua 22 avrà convenientemente anche una tubazione di scarico (25).
- Il circuito d'aria 3 viene creato dall'aspirazione del motoventilatore 31-31 ’ e scaricata verso l'alto 5.
L'aria 3 passa attraverso il primo condensatore 12, il pannello di raffreddamento per evaporazione 21 e rispettivo pannello separatore di gocce 21' ed infine attraverso il secondo condensatore (12‘).
Gli attacchi dorsali di resa acqua sono:
-ingresso acqua fredda di rete per reintegro ed eventuale raffreddamento supplementare in casi di necessità (20");
-uscita acqua refrigerata per ricircolo nella macchina operatrice (24); - ingresso acqua poco calda (20') da refrigerare del circuito operativo, senza passaggio alla torre di raffreddamento ma solo allo scambio di calore con l'evaporatore (14);
- ingresso acqua calda alternativo del circuito operativo da raffreddare (20) in condizioni di massima temperatura e per il quale si richiede un massimo scambio di calore con massimo abbattimento della temperatura;
- scarico acqua calda di ingresso in casi necessitanti o di particolare intervento, come anche spiegato di seguito.
quadro comandi è indicato con 4' ed il rispettivo box di contenimento delle apparecchiature elettriche, di programmazione e comando è indicato con
Soluzioni di intervento ausiliarie
Nella soluzione preferenziale in entrata (20/201) viene prevista una valvola (vantaggiosamente una elettro valvola) di scarico acqua calda (24‘) ed una valvola (vantaggiosamente elettro valvola) di entrata acqua fredda di rete (20").
Ad esempio quando la temperatura di uscita Tu è troppo alta (es.>25°C) il programma attiva lo scarico di una determinata quantità di acqua calda dalla rispettiva valvola ed una immissione di corrispondente acqua fredda dall'altra rispettiva valvola.
In tal modo il circuito di raffreddamento viene rimesso in equilibrio. Naturalmente si può anche operare su parametri che interessino anche la temperatura in entrata (Te), ecc.
In entrata aria dall'esterno 3 la temperatura dell'aria è quella ambiente Ta.
L'aria viene riscaldata a Tm>Ta passando attraverso i mezzi condensatori (12) essiccandosi.
Nel frattempo in entrata (20,20') il fluido (liquido) di lavoro ha una temperatura Te>Tm e pertanto nella torre (21 ) esso fluido di lavoro viene raffreddato ad un determinato valore, mentre l'aria fuoriesce dal lato opposto (5) ad una temperatura TF>Tm.
Il rendimento degli scambi di calore in (12,21) può essere migliorato utilizzando un sistema evaporativo esterno es. a pioggia o spruzzo d'acqua (20,20') .
Prima di essere scaricato (24) il fluido di lavoro viene fatto passare attraverso l'evaporatore 14 del circuito frigorigeno, ottenendo con ciò un suo ulteriore raffreddamento ad una temperatura Tu<Te.
La temperatura di uscita Tu in tal modo può raggiungere valori anche estremamente bassi rispetto alla temperatura ambiente ed arrivare anche nell'intorno di 0 °C.
Vantaggiosamente il detto evaporatore (14) in una soluzione alternativa più efficace è immerso in detta vasca di accumulo acqua (22).
Vantaggiosamente i detti mezzi di circolazione forzata deH'aria, comprendono mezzi in grado di invertire il flusso dell'aria per attuare la disposizione a monte di un mezzo condensatore a valle e viceversa.
In questo modo si ha il grande vantaggio di una massima flessibilità utilizzando un solo mezzo condensatore.
Come si rileva dalle figure vantaggiosamente l'apparecchiatura di raffreddamento ha la forma di una cassa paralielepipeda con in alto il pannello di comando (4-4‘) e con uno scomparto di primo scambio calore a flusso d'aria (3-S1 ), per immettere sia pannelli per torre di raffreddamento (21 -21 ') sia pannelli di scambio calore per circuito frigorigeno (12,12’), sia entrambi, essendo posti superiormente mezzi di erogazione acqua (20,20') ed inferiormente una vasca raccolta della stessa acqua (22) per il suo ricircolo (24) in un ciclo operativo di raffreddamento di una macchina operatrice o di lavoro .
Con questa strutturazione si ha il vantaggio di usare uno o l'altro dei sistemi od entrambi a seconda delle specifiche esigenze.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di raffreddamento, che può essere collegata allo scarto dell'acqua da una macchina di lavoro o macchina operatrice con circuito (2) di raffreddamento ad acqua (20/20') e la mette in ricircolo raffreddata (24), caratterizzata dal fatto che detta apparecchiatura di raffreddamento comprende: - almeno una postazione per torre di raffreddamento (21 -21 ‘) sostanzialmente a pacco di raffreddamento dell'acqua per bagnamento ed evaporazione di estesa superficie; - almeno un dispositivo generatore di corrente d'aria (3-31) che investa ed attraversi detta postazione per torre di raffreddamento (21-21 ') per favorire l'evaporazione dell'acqua in caduta; - almeno un circuito frigorigeno a ciclo chiuso (1): • i cui mezzi condensatori (12) siano posti per lo meno a valle (12‘) della detta postazione per torre di raffreddamento (21-21') rispetto alla corrente del detto flusso d'aria (3-31) ed • il cui evaporatore (14) sia posto a valle del detto circuito d'acqua (2) per scambiare calore con l'acqua raffreddata (22) in detta torre di raffreddamento (21 -21 ') per poi rimetterla in ricircolo in detta macchina operatrice (24).
  2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che i detti mezzi condensatori sono due (12,12') disposti uno a monte ed uno a valle di detta postazione per torre di raffreddamento (21 ,21') ed uno e/o l'altro possono essere attivati o viceversa esclusi.
  3. 3. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal tatto che i detti mezzi condensatori (12,12’), o l'uno e/o l'altro sono associati a mezzi di irrorazione acqua (20‘) dal detto circuito di prelievo e ricircolo acqua di raffreddamento della macchina operatrice (20') per un concomitante suo raffreddamento mediante evaporazione.
  4. 4. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la detta postazione per torre di raffreddamento (21 ,21 ') è associata a mezzi irroratori di acqua (20) dal detto circuito di prelievo e ricircolo acqua di raffreddamento della macchina operatrice (20) per un suo concomitante raffreddamento mediante evaporazione.
  5. 5. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la detta postazione per torre di raffreddamento è aperta/apribile superiormente ai fini di permettere l'estrazione del rispettivo pannello di raffreddamento (21/21 ‘) per intervento o ricambio ma anche per funzionamento in raffreddamento anche senza di esso.
  6. 6. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sotto la detta postazione per torre di raffreddamento (21 ,21 ‘) e condensatori (12,12‘), è installata una vasca di raccolta acqua (22).
  7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che la detta acqua raffreddata in detta vasca (22) è convogliata allo scambio calore con detto evaporatore (14).
  8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che il detto evaporatore (14) è immerso per lo scambio calore in detta vasca (22).
  9. 9. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che viene previsto: • in entrata dell'acqua calda del circuito operativo da raffreddare (20/20') mezzi di rilevamento della temperatura dell'acqua (Te) e mezzi a valvola comandata per scaricare l'acqua calda in entrata (20/20') in determinate condizioni; • fra detta entrata dell'acqua calda del circuito operativo da raffreddare (20/20') e l'uscita dell'acqua raffreddata (24), mezzi di immissione di acqua fredda (20") dalla rete di alimentazione; • in uscita dell’acqua raffreddata (24), mezzi di rilevamento della temperatura dell'acqua raffreddata (Tu); • mezzi per comparare l'una e/o l'altra temperatura e per lo meno quella di uscita (Tu) per azionare i detti mezzi a valvola di scarico acqua calda (24') ed immissione acqua fredda in entrata (20").
  10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che il posizionamento dei detti mezzi di immissione di acqua fredda (20") viene effettuato dopo i detti mezzi di rilevazione della temperatura in entrata (Te) e prima dei detti mezzi di rilevazione della temperatura in uscita (Tu).
  11. 1 1. Apparecchiatura di raffreddamento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l'immissione di acqua fredda dalla rete per il reintegro (20") viene posizionata fra la torre di raffreddamento (21-21') e l'evaporatore del circuito frigorifero (14).
  12. 12. Apparecchiatura di raffreddamento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i detti mezzi a valvola sono mezzi ad elettrovalvola.
  13. 13. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di avere mezzi di ventilazione dellaria in grado di invertire il flusso d'aria.
  14. 14. Apparecchiatura di raffreddamento, che può essere collegata allo scarico dell'acqua da una macchina di lavoro o macchina operatrice con raffreddamento ad acqua e la mette in ricircolo raffreddata, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che essa ha la forma di una cassa parallelepipeda con in alto il pannello di comando (4-4 ) e con uno scomparto di primo scambio calore a flusso d'aria (3-S1), per immettere sia pannelli per torre di raffreddamento {21-21') sia pannelli di scambio calore per circuito frigorigeno (12,12'), sia entrambi, essendo posti superiormente mezzi di erogazione acqua (20,20') ed inferiormente una vasca raccolta della stessa acqua (22) per il suo ricircolo (24) in un ciclo operativo di raffreddamento di una macchina operatrice o di lavoro
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