ITVI20130205A1

ITVI20130205A1 - Macchina frigorifera

Info

Publication number: ITVI20130205A1
Application number: IT000205A
Authority: IT
Inventors: Mariano Covolo; Giancarlo Sormani; Marco Vialetto
Original assignee: Climaveneta S P A
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-02-03

Description

MACCHINA FRIGORIFERA

Il presente trovato concerne una macchina frigorifera. In particolare, la macchina frigorifera di cui trattasi è specialmente destinata ad essere impiegata per la climatizzazione ambientale e per il condizionamento termico di oggetti o apparati ad esempio elettrici o meccanici.

Pertanto la presente invenzione si colloca nel campo delle macchine per la refrigerazione ambientale.

Oggigiorno sono note le macchine frigorifere operanti secondo un circuito idraulico percorso da un fluido frigorigeno.

Lungo tale circuito sono previsti, in successione, un dispositivo di compressore, un dispositivo condensatore, un dispositivo di laminazione ed un dispositivo evaporatore.

Queste macchine tradizionali possono funzionare in qualità di chiller, nella quale esse assorbono calore da un primo ambiente a temperatura minore, con il quale è posto in comunicazione termica il dispositivo evaporatore, e disperdono calore in un secondo ambiente a temperatura maggiore, con il quale è posto in comunicazione termica il dispositivo condensatore.

L’effetto utile di tali macchine è correlato alla quantità di calore assorbito dal primo ambiente.

Tradizionalmente sono note macchine frigorifere reversibili ovvero in grado di funziona come pompe di calore per riscaldare un primo ambiente trasferendo in questo calore assorbito da un secondo ambiente che si trova ad una temperatura inferiore a quella del primo ambiente.

In entrambe le modalità di funzionamento, come chiller o come pompa di calore, tali macchine dissipano una quota di potenza termica che consiste quindi in energia non utilizzata.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di migliorare l’efficienza delle macchine frigorifere tradizionali.

Compito principale del presente trovato consiste nel realizzare una macchina frigorifera che presenti un’efficienza maggiore rispetto alle macchine frigorifere tradizionali quando funziona come chiller, a parità di condizioni di impiego.

Nell’ambito di tale compito è scopo del presente trovato proporre una macchina frigorifera che sia reversibile e che, funzionando come pompa di calore presenti una efficienza maggiore rispetto alle macchine frigorifere reversibili tradizionali, a parità di condizioni di funzionamento.

Un altro scopo del presente trovato consiste nel realizzare una macchina frigorifera che, a parità di effetto utile, abbia un minore consumo di energia elettrica rispetto alle macchine tradizionali.

Ancora uno scopo del trovato consiste nel proporre una macchina frigorifera strutturalmente semplice e di facile impiego e che presenti un funzionamento affidabile almeno quanto le macchine frigorifere tradizionali.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno nel seguito sono raggiunti da una macchina frigorifera secondo la rivendicazione 1 allegata, che qui è integrata per riferimento.

Caratteristiche di dettaglio di una macchina frigorifera secondo il trovato sono riportate nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti, che qui si richiamano integralmente.

In pratica una macchina frigorifera secondo il trovato presenta una efficienza maggiore rispetto alle macchine tradizionali in quanto presenta un minore assorbimento di energia elettrica dalla rete elettrica.

L’apparato termoelettrico permette di trasformare parte del calore dissipato in energia elettrica di alimentazione del compressore riducendo l’energia elettrica da assorbire dalla rete per il funzionamento di quest’ultimo.

Preferibilmente, la macchina frigorifera secondo la presente invenzione potrà comprendere una macchina a ciclo Rankine a sostanze organiche o un motore Stirling o un dispositivo atto a generare una differenza di tensione elettrica per effetto Seebeck o Peltier, oppure potrà comprendere una combinazione di tali dispositivi a seconda delle esigenze contingenti di attuazione della presente invenzione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva di una macchina frigorifera secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nelle unite tavole di disegni, in cui:

- la figura 1 illustra uno schema di macchina frigorifera secondo il trovato;

- la figura 2 illustra uno schema di particolare di una possibile variante della macchina frigorifera di figura 1.

Con particolare riferimento alle figure citate, è globalmente indicato con 10 una macchina frigorifera secondo il trovato, particolarmente adatta ad essere impiegata per il condizionamento ambientale domestico o di ambienti ad uso commerciale o industriale.

Strutturalmente, la macchina frigorifera 10 è dotata di un circuito per un fluido frigorigeno il quale comprende:

- un primo ramo 10a che comprende un primo scambiatore 11 di calore adatto a condizionare termicamente un ambiente o un oggetto con il quale, in uso, è posto in comunicazione termica;

- un secondo ramo 10b che comprende:

- un compressore 12 alimentato elettricamente;

- un secondo scambiatore 13 di calore adatto a dissipare un primo flusso termico,

- un organo di laminazione 14;

- dispositivi ausiliari alimentati elettricamente.

Questi dispositivi ausiliari preferibilmente comprendono almeno un ventilatore connesso al primo scambiatore 11 o al secondo scambiatore 13, e/o comprendono almeno una pompa per un fluido lubrificante e/o refrigerante del compressore 12.

I suddetti dispositivi ausiliari possono vantaggiosamente comprendere mezzi di pompaggio facenti parte di un circuito di distribuzione di un fluido atto a portare un flusso di riscaldamento o di refrigerazione, tale circuito di distribuzione comprendendo mezzi di scambio termico termicamente collegati al primo scambiatore 11 o al secondo scambiatore 13.

In generale i dispositivi ausiliari suddetti potranno preferibilmente comprendere ogni componente alimentabile elettricamente previsto nelle tradizionali macchine frigorifere.

Secondo il trovato, la macchina frigorifera 10 presenta una particolare peculiarità nel fatto di comprendere inoltre un apparato termoelettrico 100 atto alla trasformazione di energia termica in energia elettrica, il quale apparato termoelettrico 100 è termicamente collegato al secondo ramo 10b del circuito e elettricamente collegato a scelta al compressore 12 e/o a detti dispositivi ausiliari, per trasformare un secondo flusso termico, assorbito dal secondo ramo 10b, in potenza elettrica per alimentare a scelta il compressore 12 e/o detti dispositivi ausiliari.

Nel presente testo si intende che due componenti sono termicamente collegati quando essi sono in diretto contatto termico oppure quando tra questi è posto almeno un conduttore termico, che può essere anche aria, atto a trasmettere calore dall’uno all’altro.

Vantaggiosamente, l’apparato termoelettrico 100 è elettricamente collegato al solo compressore 12 per trasformare il secondo flusso termico, assorbito dal secondo ramo 10b, in potenza elettrica per alimentare il compressore 12.

Preferibilmente, l’apparato termoelettrico 100 è termicamente collegato al secondo scambiatore 13, il secondo flusso termico essendo una frazione del primo flusso termico.

Il secondo scambiatore 13 vantaggiosamente presenta un primo stadio ed almeno un secondo stadio il quale è a valle del primo stadio.

L’apparato termoelettrico 100 è preferibilmente collegato termicamente a detto primo stadio.

Vantaggiosamente, la macchina frigorifera 10 è reversibile.

L’apparato termoelettrico 100 preferibilmente comprende a scelta:

- una macchina a ciclo Rankine, vantaggiosamente a sostanze organiche;

- un motore a ciclo Stirling;

- un dispositivo ad effetto Seebeck o Peltier.

In accordo con la figura 2, ad esempio, l’apparato termoelettrico 100 potrà consistere in una macchina a ciclo Rankine che comprende:

- un generatore di vapore 15 termicamente collegato al secondo scambiatore;

- una turbina 16;

- un generatore elettrico 17, meccanicamente connesso alla turbina 16, per essere azionato, e collegato elettricamente al compressore 12 per alimentarlo;

- un condensatore 18;

- una pompa 19.

Preferibilmente, il generatore elettrico è collegato alla linea di alimentazione elettrica 20 collegata al compressore 12, per alimentarlo elettricamente.

Vantaggiosamente, la macchina frigorifera 10 comprende un dispositivo elettronico di trasformazione elettrica 21 collegato all’apparato termoelettrico 100 per adattare l’energia elettrica prodotta, in uso, da quest’ultimo all’alimentazione elettrica richiesta dal compressore 12.

In maggior dettaglio, l’apparato termoelettrico 100 preferibilmente comprende un terzo scambiatore 22 di calore, collegato termicamente al secondo scambiatore 13 per assorbire da quest’ultimo detto secondo flusso termico.

In una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva della macchina frigorifera 10 un quarto scambiatore 23 di calore è vantaggiosamente collegato termicamente al primo scambiatore 11 per assorbire da quest’ultimo un terzo flusso termico nel caso di funzionamento inverso della macchina frigorifera 10. Di seguito si propone un esempio particolare, non limitativo, di configurazione e funzionamento della macchina frigorifera 10.

In accordo con tale esempio, il fluido frigorigeno compresso dal compressore 12 ha una temperatura T1=95°C e, tramite il secondo scambiatore 13 scambia il primo flusso termico con una sorgente, come l’aria ambiente, che ha una temperatura media T2=35°C.

Una frazione di questo primo flusso termico, pari al suddetto secondo flusso termico viene trasformata in energia elettrica mediante l’apparato termoelettrico 100 che preferibilmente è una macchina a ciclo Rankine a fluido organico o un dispositivo ad effetto Seebeck o a effetto Peltier.

In accordo con il presente esempio si definiscono i seguenti parametri di funzionamento della macchina frigorifera 10 e se ne ipotizzano valori indicati di seguito:

- potenza frigorifera resa all’impianto come effetto utile Qev = 100 kW;

- potenza termica dissipata nel ramo del circuito ad alta pressione e temperatura Qc = 130 kW;

- potenza elettrica necessaria per la compressione e l’alimentazione elettrica di altri dispositivi ausiliari Pel = 30 kW.

Una prima parte della potenza Qc sarà disponibile ad una temperatura media per esempio di 90°C.

Ad esempio tale prima parte della potenza Qc è Qc1 = 30 kW.

Una seconda parte della potenza Qc sarà disponibile ad una temperatura media di 55°C.

Ad esempio tale seconda parte della potenza Qc è Qc2 = 80 kW.

Una terza parte della potenza Qc è disponibile ad una temperatura inferiore a 55°C.

Vantaggiosamente il suddetto secondo flusso termico, che l’apparato termoelettrico 100 trasforma in energia elettrica secondo un predefinito rendimento, consiste nella prima e nella seconda parte della potenza Qc ossia, in accordo con il presente esempio, detto primo flusso termico è dato dai flussi termici Qc1 = 30kW che è disponibile a 90°C e Qc2 = 80 kW disponibile a 55°C. L’apparato termoelettrico 100 impiegherà preferibilmente come sorgente fredda l’aria ambiente. Il kW elettrici recuperati verranno usati in detrazione a Pel necessaria per l’alimentazione elettrica della macchina stessa, in tal modo sarà migliorato il coefficiente di prestazione, noto con l’acronimo COP, o il rapporto di efficienza energetica (Energy Efficiency Ratio o EER) della macchina frigorifera 10.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

In particolare, la macchina frigorifera secondo il trovato potrà comprendere più di un secondo scambiatore di calore ed una pluralità di apparati termoelettrici secondo il trovato, senza con ciò fuoriuscire dall’ambito di tutela delle rivendicazioni allegate. Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere variati a seconda delle esigenze contingenti e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle seguenti rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni o numeri di riferimento sono stati apposti con il solo scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non costituiscono in alcun modo limitazione all’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni o numeri di riferimento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Macchina frigorifera dotata di un circuito per un fluido frigorigeno il quale comprende: - un primo ramo (10a) che comprende un primo scambiatore (11) di calore adatto a condizionare termicamente un ambiente o un oggetto con il quale, in uso, è posto in comunicazione termica; - un secondo ramo (10b) che comprende: - un compressore (12) alimentato elettricamente; - un secondo scambiatore (13) di calore adatto a dissipare un primo flusso termico, - un organo di laminazione (14); - dispositivi ausiliari alimentati elettricamente; caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un apparato termoelettrico (100) atto alla trasformazione di energia termica in energia elettrica, detto apparato termoelettrico (100) essendo termicamente collegato al secondo ramo (10b) di detto circuito e elettricamente collegato a scelta a detto compressore (12) e/o a detti dispositivi ausiliari, per trasformare un secondo flusso termico assorbito da detto secondo ramo (10b) in potenza elettrica per alimentare a scelta detto compressore (12) e/o detti dispositivi ausiliari.
2. Macchina frigorifera secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto apparato termoelettrico (100) essendo termicamente collegato a detto secondo scambiatore (13), detto secondo flusso termico essendo una frazione di detto primo flusso termico.
3. Macchina frigorifera secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che detto secondo scambiatore (13) di calore presenta un primo stadio ed almeno un secondo stadio il quale è a valle di detto primo stadio, detto apparato termoelettrico (100) essendo termicamente collegato a detto primo stadio.
4. Macchina frigorifera secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto di essere reversibile.
5. Macchina frigorifera secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto apparato termoelettrico (100) comprende una macchina a ciclo Rankine a sostanze organiche.
6. Macchina frigorifera secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto apparato termoelettrico (100) comprende un motore a ciclo Stirling.
7. Macchina frigorifera secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto apparato termoelettrico (100) comprende un dispositivo ad effetto Seebeck o Peltier.
8. Macchina frigorifera secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto apparato termoelettrico (100) comprende un terzo scambiatore (22) di calore collegato termicamente a detto secondo scambiatore (13) per assorbire detto secondo flusso termico.
9. Macchina frigorifera secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere un quarto scambiatore (23) di calore collegato termicamente a detto primo scambiatore (11) per assorbire da quest’ultimo un terzo flusso termico nella modalità di funzionamento inverso di detta macchina frigorifera (10).