ITVI940080A1 - Scambiatore di calore tubolare. - Google Patents

Description

Descrizione

Il presente trovato riquarda un particolare tipo dì scambiatore particolarmente adatto per il riscaldamento ed il condizionamento, secondo la parte generale della rivendicazione 1.

Fra i sistemi Der il riscaldamento di ambienti il più noto è quello a termosifone che impiega per la trasmissione del calore degli apparecchi denominati radiatori .

I radiatore sono costituiti da una seria di colonnine cave o montanti unite tra dì loro da due raccordi o collettori di distribuzione posizionati alle estremità delle medesime.

II fluido che trasporta il calore scorre allo interno delle colonne e la trasmissione del calore allo esterna avviene per convezione tramite il movimento dell'aria che lambisce la superficie calda del radiatore .

A parità dì altri parametri quali il tipo di materiale (generalmente costituito da acciaio, ghisa o alluminio) e della temperatura del fluido operatore, il rendimento dello scambio termico dello scambiatore dipende anche dalla estensione della superficie calda che provoca i moti convettivi nell'ambiente.

Allo stato attuale della tecnica sano note diverse soluzioni costruttive per aumentare la resa termica di uno scambiatore: in particolare essi consistono nella applicazione dei tubi alettati abbinati a ventilatori che favoriscono il passagqio del fluido fra le alette, denominati termoconvettori .

Scopo del presente trovato è quello di realizzare uno scambiatore che presenti una maggior superficie di scambio termico rispetta ai modelli attuali senza modificarne sostanzialmente la forma e l'ingombro.

Ciò si ottiene prevedendo all'interno delle colonne ed in posizione coassiale con le stesse dei canali che attraversano l'intero scambiatore ed allo interno dei quali circola il fluido da riscaldare.

Con tale soluzione costruttiva il fluido riscaldante, scorrevole entro le colonne, assume una sezione anulare per cui viene a contatto con due superfici contemporaneamente , quella della colonna e quella del canale interno.

La superficie totale attraverso la quale avviene lo scambio di calore e che viene lambita dal fluido dell'ambiente risulta quindi maggiorata a tutto vantaggio del rendimento dello scambiatore.

Inoltre il fluido contenuto all'interno dei canali centrali assume un moto ascendente per effetto della differenza di temperatura fra le due estremità delio scambiatore contribuendo in tal modo ad aumentare la turbolenza dell'intera massa d'aria che lambisce lo scambiatore e che, per convezione, va a riscaldare l'ambiente circostante.

Praticamente quindi si riscontrano due flussi di fluido che permettono la trasmissione del calore; quello che lambisce la superficie esterna delle colonne e quello che lambisce la superficie interna dei canali centrali .

Vantaggiosamente il flusso costituito da fluido che lambisce l'interno dei canali centrali può essere regolato tramite un opportuno mezzo dì circolazione forzata, in modo che lo scambiatore possa funzionare a regimi diversi; alla massima potenza quando è richiesto uno scambio termico intenso o, semplicemente, come un normale radiatore, quando la richiesta di calore è minima, disattivando il flusso forzato circolante nei condotti centrali.

Un ulteriore vantaggio di funzionamento si ottiene regolando entrambi i flussi con dei mezzi di circolazione forzata separati in modo da operare su due diversi ambienti con una sola sorgente di calore.

La soluzione di cui al trovato sostituisce anche le normali batterie di scambio termico costituite da una serie di tubi portanti dei pacchi lamellari ed impiegate negli impianti di riscaldamento e condizionamento ad aria. Ciò è possibile grazie alla particolare conformazione dello scambiatore di cui al trovato che permette al medesimo di essere inserita all'interno delle condotte del fluido senza la necessità di modificare la sezione di quest ' ultime.

Vantaggiosamente,inoltre, è possibile ottenere una superficie di scambio ottimale per l'ambiente da riscaldare o raffreddare solamente variando la distanza fra i due collettori esterni cioè variando la lunghezza dello scambiatore e lasciando inalterate le altre dimensioni di ingombro.

Gli scambiatori di cui al trovato sono inoltre utilmente impiegati nei serbatoi riscaldatori a superficie, al posto dei fasci tubieri o serpentine, per effettuare il riscaldamento del liquido.

Infatti, posti sul fondo dei recipienti contenenti il liquido da riscaldare, generano dei moti convettivi e delle turbolenze nella massa del liquido medesimo per effetto del moto ascenzionale della parte di liquido che percorre i canali interni delle colonne.

Infine, grazie alla particolare forma costruttiva degli scambiatori di cui al trovato, è possibile un loro impiego modulare di modo che sovrapponendo diversi moduli ,si ottengono delle torri di raffreddamento o di condensazione.

Con tale applicazione le pareti esterne dei tubi cedono calore per irraggiamento e convezione naturale mentre nelle colonne interne si determina il ben noto "effetto camino" che favorisce la circolazione del fluido, che avviene in modo naturale o forzato, mediante l'impiego di un ventilatore.

Nella sua forma costruttiva più semplice, lo scambiatore di cui al trovato, si realizza con un corpo centrale, costituito dalla serie di colonne unite fra loro alle estremità con due semigusci contrapposti , entro detto corpo infilandosi i canali coassiali alle suddette colonne e uniti fra loro da due semigusci contrapposti i quali, andando a saldarsi con i semigusci precedenti, formano i collettori di alimentazione „

La sezione dei canali centrali può essere la più varia e per aumentare l'effetto di aspirazione detti condotti possono presentare vari profili; particola)— mente vantaggioso è il profilo leggermente decrescente in direzione del collettore all'interno del quale il fluido è a temperatura maggiore.

Queste ed altre caratteristiche del trovato verranno di seguito maggiormente illustrate mediante la descrizione di alcune sue particolari forme di realizzazione. rese a solo titolo di esempio non limitativo, con l'aiuto delle tavole di disegno allegate dove:

- la fig.1 (Tav.1) rappresenta una vista prospettica complessiva dello scambiatore di cui al trovato:

- le figg. 2 e 3 (Tav.II) rappresentano due viste sezionate vert ica1mente del dispositivo di cui al trovato;

- le figg. e 5 (Tav.III) rappresentano una vista frontale ed una vista laterale del trovato munito di un mezzo di circolazione forzata;

- le figg. 6 e 7 rappresentano una vista frontale ed una vista laterale del trovato munito di due mezzi di circolazione forzata;

- le figg. 8 e 9 (Tav.IV) rappresentano in sezione verticale due diversi modi di inserimento dello scambiatore di cui al trovato all'interno di un condotto convogliatore del flusso;

Come visibile nelle figure 1 e 2 lo scambiatore di cui al trovato è costituito da una serie di colonne 1 collegate fra di loro dal collettore superiore E ed inferiore 3 e formati la camera 4 entro la quale, tramite l'attacco superiore 5, entra il fluido operatore, che esce dall'attacco inferiore 6 dopo aver percorso l'intera camera 4.

Internamente e, preferibilmente, in modo coassiale alle colonne 1 sono infilati i condotti cavi 7 che si collegano alle superfici esterne dei collettori 4 e 3.

In tal modo la colonna di fluido operatore 8 assume una sezione anulare, andando a lambire contemporaneamente la superficie esterna 9 della colonna 1 e la superficie interna 10 del condotto 7.

Per effetto della differenza di temperatura il fluido contenuto all'interno della cavità 11 del condotto 7 assume un movimento ascensionale generando un flusso secondario 12, il che rappresenta una caratteristica innovativa del trovato assieme a quella di avere aumentato la superficie di scambio termico pur mantenendo costante l'ingombro complessivo dello scambiatore.

Tale flusso secondario 12 può essere regolato in intensità applicando inferiormente allo scambiatore un mezzo di circolazione forzata 13 posto entro una camera di convogliamento 14 (vedi figure 4 e 5).

Quando è richiesta una notevole quantità di scambio termico viene azionato il dispositivo 13, ciò che incrementa il flusso secondario 12, mentre quando è richiesto un basso regime di funzionamento è sufficiente lo scambio termico per convezione del flusso normale che lambisce esternamente le colonne 1.

Una ulteriore e vantaggiosa applicazione dello scambiatore di cui al trovato si realizza applicando oltre al suddetto dispositivo 13 un ulteriore mezzo di circolazione forzata 19, posto anch'esso entro una seconda camera 18, in modo da rendere forzati i due flussi, rispettivamente interni ed esterno, come rappresentato nelle figure 6 e 7. In tal modo è possibile, ad esempio, operare su due ambienti separati ed indipendenti con una unica fonte di energia termica.

Le figure 8 e 9 rappresentano lo scambiatore di cui al trovato impiegato come sostituto di batterie di scambio termica all'interno di un canale d'aria.

Nella fig. 8 si vede che lo scambiatore di cui al trovato è inserito all'interno di un condotto 16 che presenta un'ansa 20 tale da creare due luci di passaggio 21 e 22 in corrispondenza dei due collettari 2 e 3, nelle loro bande opposte alle pareti del condotto. Ciò fa in modo che una porzione del flusso di entrata 15 percorra i condotti interni 7, mentre la rimanente parte lambisca esternamente le colonne 1.

Infine, quando è obbligatorio mantenere rettilinea la forma del condotto 17 (vedere fig.9) lo scambiatore di cui al trovato può essere collocato all'interno del medesimo trasversalmente rispetto al flusso 15 in modo da creare le luci 21 e 22 per il passaggio della porzione di detto flusso e che va a lambire esternamente le colonne 1.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1.SCAMBIATORE DI CALORE TUBOLARE, che presenta una serie di colonne (1), reciprocamente collegate da due collettori (2,3), rispettivamente posti alle due estremità delle colonne, questa struttura formando una camera (4) entro la quale scorre un fluido, caratterizzato' dal fatto che internamente rispetto alle colonne (1), sono presenti condotti cavi (7) le cui estremità sano poste in corrispondenza della superficie esterna dei collettori (2,3).
2. 2. SCAMBIATORE, seconda la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i condotti cavi (7) sono coassiali rispetto alle colonne (1).
3. 3. SCAMBIATORE, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i condotti cavi (7) presentano una sezione decrescente in direzione del collettore all'interno del quale il fluido è a temperatura maggiore .
4. 4. SCAMBIATORE, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di presentare una camera (14) nella quale è presente un mezzo per la circolazione forzata (13) atto a movimentare il flusso (12) passante allo interno dei condotti (7).
5. 5. Scambiatore, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di presentare una ulteriore camera (18) all'interno della quale è presente un mezzo per la circolazione forzata (19) atto a movimentare il flusso che lambisce esternamente le colonne (1).
6. 6. UTILIZZAZIONE DI UNO SCAMBIATORE, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, all’interno di un condotto (16) sagomato in modo tale da presentare un'ansa (20) tale da creare due luci di passaggio (21,22) in corrispondenza dei collettori (2,3) nelle bande opposte, rispetto alle pareti dei condotti.
7. 7. UTILIZZAZIONE DI UNO SCAMBIATORE, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, all'interni di un condotto (17) di forma rettilinea, essendo detto scambiatore posizionato trasversalmente rispetto al flusso (15) di entrata e tale da creare due luci di passaggio (21,22) in corrispondenza dei collettori (2,3) nelle bande apposte, rispetto alle pareti dei condotti.
8. 8. UTILIZZAZIONE DI UNO SCAMBIATORE, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, come riscaldatore all'interno di recipienti riscaldatori a superficie.
9. 9. UTILIZZAZIONE DI UNO SCAMBIATORE, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti. per la realizzazione di una torre dì raffreddamento o di condensazione.