ITMI20110229A1 - Scambiatore di calore condensante per una caldaia a gas - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“SCAMBIATORE DI CALORE CONDENSANTE PER UNA CALDAIA A GASâ€

La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore condensante per una caldaia a gas.

In particolare, lo scambiatore di calore condensante comprende un involucro all’interno del quale sono convogliati i fumi di combustione verso una bocca di uscita; un primo e un secondo elemento allungato, cavo che sono provvisti di rispettive porzioni di estremità, e sono avvolti, almeno in parte, attorno a un asse in modo da formare una prima e una seconda elica, le quali sono disposte in successione lungo l’asse nell’involucro, formano rispettive spire separate da rispettivi interstizi elicoidali; la prima e la seconda elica essendo configurate in modo da definire fra una spira della prima elica e una spira della seconda elica affacciate e le porzioni di estremità uno spazio avente una dimensione parallela all’asse maggiore degli interstizi elicoidali.

Lo scambiatore di calore condensante del tipo sopra identificato à ̈ noto dal documento WO 2004/036121 A1.

Tale scambiatore di calore di tipo condensante presenta l’inconveniente di richiedere la deformazione per idroformatura delle eliche disposte in serie e di sottoporre le pareti degli elementi allungati e continui in corrispondenza delle porzioni di estremità a deformazioni molto elevate per realizzare un ulteriore interstizio, il quale si estende fra le prime spire e le seconde spire nella zona di transizione dalla prima alla seconda elica e ha dimensioni dello stesso ordine di grandezza del primo e del secondo interstizio. Le citate deformazioni possono eccessivamente assottigliare le pareti dell’elemento allungato, cavo che, in uso, à ̈ disposto in un ambiente particolarmente aggressivo: la condensazione dei fumi di combustione produce sostanze acide. Inoltre, la deformazione localizzata degli elementi allungati a continuo à ̈ una lavorazione dispendiosa e costosa.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare uno scambiatore di calore condensante che sia semplice da realizzare, resistente, e funzionale senza pregiudicare le capacità di scambio termico e il rendimento dello stesso.

Secondo la presente invenzione à ̈ realizzato uno scambiatore di calore condensante per una caldaia a gas; lo scambiatore di calore comprendendo un involucro all’interno del quale sono convogliati i fumi di combustione verso una bocca di uscita; un primo e un secondo elemento allungato, cavo che sono provvisti di rispettive porzioni di estremità, e sono avvolti, almeno in parte, attorno a un asse in modo da formare una prima e una seconda elica, le quali sono disposte in successione lungo il citato asse nell’involucro, formano rispettive spire separate da rispettivi interstizi elicoidali; la prima e la seconda elica essendo configurate in modo da definire fra una spira della prima elica e una spira della seconda elica affacciate e le porzioni di estremità uno spazio avente una dimensione parallela all’asse maggiore degli interstizi elicoidali.

In accordo con la presente invenzione, gli elementi allungati e continui non richiedono una deformazione localizzata in modo da formare uno spazio che, nella fattispecie, ha dimensioni ragguardevoli se confrontato con le dimensioni degli interstizi elicoidali.

Questo spazio anziché essere nocivo all’operatività dello scambiatore di calore trova vantaggiose applicazioni: in accordo con una prima forma di realizzazione della presente invenzione, lo spazio permette di realizzare l’estrazione dei fumi di combustione fra le due eliche, e, in accordo con una seconda forma di realizzazione della presente invenzione, permette di realizzare un passaggio che minimizza le perdite di carico dei fumi di combustione all’interno dello scambiatore di calore.

In entrambi i casi non à ̈ necessario realizzare un collettore dei fumi di combustione a un’estremità dello scambiatore e, di conseguenza, viene anche ridotta la lunghezza dello scambiatore.

Secondo preferite forme di attuazione della presente invenzione la dimensione dello spazio parallela all’asse à ̈ maggiore della dimensione assiale di una spira e/o lo spazio presenta una’estensione massima attorno all’asse che sottende un angolo di 180°.

Vantaggiosamente lo spazio formato fra i due elementi allungati e come se fosse determinato da un’assenza di una porzione di spira lungo un tratto angolare che nella sua estensione massima sottende un angolo pari a 180° attorno all’asse A. Questa configurazione agevola la costruzione dello scambiatore di calore e permette di realizzare uno spazio tale da permettere il passaggio dei fumi di combustione senza generare perdite di carico elevate.

Secondo una preferita forma di realizzazione della presente invenzione la prima elica definisce un primo compartimento tubolare disposto all’interno della prima elica, e un primo compartimento anulare disposto all’esterno dell’elica e comunicante con il primo compartimento tubolare attraverso l’interstizio elicoidale; la seconda elica definisce un secondo compartimento tubolare disposto all’interno della seconda elica, e un secondo compartimento tubulare disposto all’esterno della seconda elica e comunicante con il secondo compartimento tubolare attraverso l’interstizio elicoidale; e lo scambiatore di calore comprende almeno un primo deflettore configurato per impedire la comunicazione diretta fra il primo compartimento tubolare, da un lato, e lo spazio e il secondo compartimento tubolare, dall’altro lato.

Questa configurazione permette di realizzare circolazioni alternative dei fumi all’interno dell’involucro.

In particolare, la bocca di uscita dei fumi di combustione à ̈ disposta in comunicazione diretta con il detto spazio. In questo modo, l’evacuazione dei fumi avviene in una zona intermeda dello scambiatore senza la necessità di un collettore dei fumi di combustione disposto a una estremità dello scambiatore di calore.

Preferibilmente, lo scambiatore di calore comprende un condotto di estrazione dei fumi di combustione calzato nella bocca di uscita ed estendentesi, almeno in parte, nello spazio in modo da evacuare direttamente i fumi di combustione dall’involucro, in particolare dal secondo compartimento tubolare.

Secondo una preferita forma di realizzazione alternativa, lo scambiatore di calore comprendente un secondo deflettore, il quale à ̈ disposto lungo una spira adiacente lo spazio e dalla banda opposta del primo deflettore rispetto allo spazio ed à ̈ configurato per separare il secondo compartimento anulare dal primo compartimento anulare e dallo spazio; la bocca di uscita dei fumi di combustione essendo disposta in comunicazione diretta con il secondo compartimento anulare.

In questo modo, à ̈ realizzato uno scambiatore in cui i fumi di combustione dalla zona di alimentazione all’interno del primo compartimento tubolare transitano attraverso l’interstizio elicoidale nel primo compartimento anulare e confluiscono attraverso il detto spazio nel secondo compartimento tubolare dal quale, attraverso l’interstizio elicoidale accedono al secondo compartimento anulare e, quindi, alla bocca di uscita.

Anche in questo caso non à ̈ necessario disporre un collettore di fumi di combustione a una delle estremità dello scambiatore.

Preferibilmente, le porzioni di estremità del primo e del secondo elemento allungato, cavo sono sostanzialmente rettilinee e parallele fra loro.

Grazie a questa soluzione à ̈ necessario avvolgere a elica solo una pozione degli elementi allungati e continui.

Preferibilmente, le porzioni di estremità si estendono, in parte, all’interno e, in parte, all’esterno dell’involucro.

Questa soluzione permette di realizzare gli allacciamento con la parte restante del circuito idraulico associato allo scambiatore di calore all’esterno dell’involucro.

In generale, ciascun elemento allungato, cavo à ̈ supportato unicamente in corrispondenza delle estremità opposte dall’involucro.

In particolare, l’involucro comprende una parete laterale, preferibilmente cilindrica, e almeno un elemento di supporto configurato per supportare in modo ermetico le porzioni di estremità lungo la parete cilindrica.

Da un punto di vista strutturale la costruzione dello scambiatore di calore à ̈, in questo modo, semplificata.

Secondo una preferita forma di realizzazione della presente invenzione gli elementi allungati, cavi comprendono, ciascuno, un tubo provvisto di alette localmente deformate parallelamente all’asse in modo da formare dei labbri aventi la funzione di distanziare le spire delle rispettive prima e seconda elica e le spire adiacenti della prima e della seconda elica.

In questo modo, non sono necessari distanziali fra le spire di ciascuna fra la prima e la seconda elica e le spire adiacenti della prima e della seconda elica semplificando ulteriormente lo scambiatore di calore dal punto di vista costruttivo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di suoi esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista schematica in pianta, con parti asportate per chiarezza, di due elementi tubolari cavi avvolti, in parte, a elica dello scambiatore di calore condensante oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica in pianta, con parti asportate per chiarezza, di un particolare degli elementi tubolari della figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista schematica in pianta, con parti asportate per chiarezza, di una prima forma di realizzazione dello scambiatore di calore condensante oggetto della presente invenzione;

- la figura 4 Ã ̈ una vista schematica in pianta, con parti asportate per chiarezza, di una seconda forma di attuazione della presente invenzione;

- la figura 5 Ã ̈ una vista schematica in sezione, con parti asportate per chiarezza, dello scambiatore della figura 3;

- la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica e in sezione dello scambiatore della figura 3; e

- la figura 7 Ã ̈ una vista prospettica e in sezione dello scambiatore della figura 4.

Con riferimento alla figura 1, sono illustrati due elementi allungati cavi 1 e 2 avvolti, almeno in parte, attorno a un asse A in modo da formare due rispettive eliche 3 e 4. L’elemento allungato, cavo 1 presenta una porzione di estremità inserita in un raccordo 5, e una porzione di estremità 6 sostanzialmente rettilinea e tangente all’elica 3. L’elemento allungato, cavo 2 presenta una porzione di estremità inserita in un raccordo 7, e una porzione di estremità 8 sostanzialmente rettilinea e tangente all’elica 4.

Gli elementi allungati cavi 1 e 2 così conformati sono sostanzialmente identici e orientati in versi opposti lungo l’asse A. Gli elementi allungati cavi 1 e 2 sono realizzati a partire da un profilato estruso e rettilineo, il quale comprende un tubo 9 e delle alette 10 parallele al tubo 9 secondo quanto meglio illustrato nella figura 2.

Il profilato estruso e rettilineo à ̈ preferibilmente realizzato in alluminio o in una lega di alluminio ed à ̈ dimensionato in modo tale da conferire agli elementi allungati cavi 1 e 2 una rigidezza tale consentire agli elementi allungati cavi 1 e 2 di avere stabilità di forma e autoportanza anche quando in uso. Ciascuno degli elementi allungati cavi 1 e 2 forma delle spire 11 adiacenti separate da un intertizio elicoidale 12, il quale, in pratica, si estende fra due facce del tubo 9 e fra le alette 10 che sono sostanzialmente orientate in direzione radiale. Le alette 10 presentano dei labbri 13 realizzati per deformazione puntuale delle alette 10 stesse in modo da mantenere spaziate le spire 11. La figura 2, mostra in maggiore dettaglio la configurazione del tubo 9 e delle alette 10 di due spire 11 adiacenti, e in particolare, dei labbri 13.

Gli elementi allungati cavi 1 e 2 possono essere combinati fra loro per realizzare scambiatori di calore, nella fattispecie, scambiatori di calore condensanti. Con riferimento alla figura 3, con 14 à ̈ indicato un primo tipo di scambiatore condensante, il quale comprende gli elementi allungati cavi 1 e 2; un involucro 15; una zona di alimentazione 16 di fumi di combustione; due deflettori 17 e 18 di fumi di combustione; e un condotto 19 di estrazione dei fumi di combustione. Gli elementi allungati e cavi 1 e 2 parzialmente avvolti a elica sono disposti in reciproco contatto in corrispondenza delle rispettive porzioni di estremità rettilinee 6 e 8 e delle parti di spira 11 adiacenti alle porzioni di estremità rettilinee 6 e 8.

Il labbri 13 permettono di mantenere l’interstizio elicoidale 12 anche fra le due eliche 3 e 4 almeno lungo i tratti di spire 11 accostati. Questa configurazione determina la formazione di uno spazio 20 sostanzialmente a forma di settore anulare compreso fra due spire 11 affacciate e le due porzioni di estremità rettilinee 6 e 8.

L’involucro 15 comprende due pareti di estremità 21 e 22, e una parete laterale 23 di forma cilindrica. Gli elementi allungati cavi 1 e 2 sono spaziati rispetto alla parete laterale 23 in modo tale per cui l’elemento allungato, cavo 1 definisce un compartimento tubolare 24 estendenti all’interno dell’elica 3, un compartimento anulare 25 estendentesi fra l’elica 3 e la parete laterale 23; mentre l’elemento allungato, cavo 2 definisce un compartimento tubolare 26 estendentesi all’interno dell’elica 4, un compartimento anulare 27 estendentesi fra l’elica 4 e la parete laterale 23. Con riferimento alla figura 5, l’involucro 15 comprende una bocca di uscita 28 dei fumi di combustione disposta lungo la parete laterale 23 in corrispondenza dello spazio 20, il quale presenta la forma di un settore anulare delimitato da bande opposte dalle porzioni di estremità rettilinee 6 e 8. Con riferimento alla figura 3, il deflettore 17 à ̈ disposto lungo la spira 11 dell’elica 3 adiacente alla porzione di estremità rettilinea 6, mentre il deflettore 18 à ̈ disposto lungo la spira 11 dell’elica 4 adiacente al raccordo 7. Secondo una forma di realizzazione alternativa, il deflettore 18 à ̈ supportato dalla parete 22 e con quest’ultima impedisce il passaggio dei fumi dal compartimento tubolare 26 al compartimento anulare 27 in corrispondenza dell’estremità dello scambiatore 14. Con riferimento alla figura 5, il condotto di estrazione 19 dei fumi di combustione à ̈ calzato nella bocca di uscita 28 e nello spazio 20. In questo modo, i fumi di combustione seguono il percorso indicato dalle frecce nella figura 3: di fatto, i fumi di combustione dal compartimento tubolare 24 transitano nel compartimento anulare 25 attraverso l’interstizio 12, proseguono in direzione assiale verso il compartimento anulare 27, dal quale accedono attraverso l’interstizio 12 al compartimento tubolare 26, dal quale sono evacuati attraverso il condotto di estrazione 19.

Gli elementi allungati cavi 1 e 2 si estendono in parte all’esterno dell’involucro 15 e sono di fatto supportati dall’involucro 15. In maggiore dettaglio, l’elemento allungato, cavo 1 à ̈ supportato, in corrispondenza del raccordo 5, dalla parete di estremità 21 e, in corrispondenza della porzione di estremità rettilinea 6, dalla parete laterale 23. In modo analogo, l’elemento allungato, cavo 2 à ̈ supportato, in corrispondenza del raccordo 7, dalla parete di estremità 22 e, in corrispondenza della porzione di estremità rettilinea 8, dalla parete laterale 23. Le porzioni di estremità rettilinee 6 e 8 si estendono da bande opposte della bocca di uscita 28. Con riferimento alla figura 5, l’involucro 15 comprende, in corrispondenza della bocca di uscita 28 e delle porzioni di estremità rettilinee 6 e 8, un elemento di supporto 30, il quale, oltre alla funzione di supportare le porzioni di estremità rettilinee 6 e 8 e il condotto di estrazione 19, ha la funzione di rendere ermetico l’accoppiamento fra l’involucro 15, da un lato, e le porzioni di estremità rettilinee 6 e 8 e il condotto di estrazione 19, dall’altro lato. Ciascuno degli elementi allungati e continui 1 e 2 à ̈ supportato dall’involucro 15 unicamente in corrispondenza del raccordo 5, 7 e dell’estremità rettilinee 6, 8.

In maggiore dettaglio e con riferimento alla figura 6, la zona di alimentazione 16 dei fumi à ̈ definita da un bruciatore a gas 29 di tipo pre-miscelato fissato alla parete di estremità 21, le pareti di estremità 21 e 22 presentano sostanzialmente una forma anulare e sono collegate rispettivamente al bruciatore a gas 29 e al deflettore 18. Il condotto di estrazione 19 presenta una forma rettangolare in pianta e il deflettore 18 à ̈ collegato alla parete di estremità 22.

Con riferimento alla figura 4, con 31 à ̈ indicato un secondo tipo di scambiatore di calore condensante, il quale comprende gli elementi allungati cavi 1 e 2; un involucro 32; una zona di alimentazione 33 di fumi di combustione; e tre deflettori 34, 35, e 36 di fumi di combustione. Gli elementi allungati e cavi 1 e 2 parzialmente avvolti a elica sono disposti in reciproco contatto in corrispondenza delle rispettive porzioni di estremità rettilinee 6 e 8 e delle parti di spira 11 adiacenti alle porzioni di estremità rettilinee 6 e 8 in modo da formare lo spazio 20.

In modo analogo a quanto descritto con riferimento alla prima forma di attuazione, l’involucro 32 comprende due pareti di estremità 37 e 38, e una parete laterale 39 di forma cilindrica. Gli elementi allungati cavi 1 e 2 sono spaziati rispetto alla parete laterale 39 in modo tale per cui l’elemento allungato, cavo 1 definisce un compartimento tubolare 40 estendentesi all’interno dell’elica 3, un compartimento anulare 41 estendentesi fra l’elica 3 e la parete laterale 39; e l’elemento allungato, cavo 2 definisce un compartimento tubolare 42 estendentesi all’interno dell’elica 4, e un compartimento anulare 43 estendentesi fra l’elica 4 e la parete laterale 39. L’involucro 15 comprende una bocca di uscita 44 dei fumi di combustione disposta lungo la parete laterale 39 in corrispondenza del compartimento anulare 43. Il deflettore 34 à ̈ disposto lungo la spira 11 dell’elica 3 adiacente allo spazio 20 all’interno del compartimento tubolare 40, il deflettore 35 à ̈ disposto fra l’elica 4 e l’involucro 32, e il deflettore 36 à ̈ disposto lungo una spira 11 dell’elica 4 in corrispondenza del raccordo 7 per chiudere l’estremità del compartimento tubolare 42. In questo modo, i fumi di combustione seguono il percorso indicato dalle frecce nella figura 4: i fumi di combustione dal compartimento tubolare 40 transitano nel compartimento anulare 41 attraverso l’interstizio 12, confluiscono nello spazio 20, dal quale accedono direttamente al compartimento tubolare 42, dal quale accedono, attraverso l’interstizio 12 al compartimento anulare 43 da cui sono evacuati attraverso la bocca di uscita 44. In questo caso, lo spazio 20 ha la funzione di ridurre le perdite di carico nel transito dei fumi di combustione dal compartimento anulare 41 al compartimento tubolare 42.

Con riferimento alla figura 7, l’involucro 32 comprende un supporto 45 disposto lungo la parete laterale 39 e che supporta in modo ermetico la porzione di estremità rettilinea 6. Un analogo supporto 45 non in vista nella figura 7 supporta la porzione di estremità rettilinea 8. inoltre il deflettore 36 à ̈ collegato alla parete di estremità 38.

Risulta infine evidente che agli scambiatori di calore condensanti descritti possono essere apportate modifiche, varianti, miglioramenti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore condensante per una caldaia a gas; lo scambiatore di calore (14; 31) comprendendo un involucro (15; 32) all’interno del quale i fumi di combustione sono convogliati verso una bocca di uscita (28; 44); un primo e un secondo elemento allungato, cavo (1, 2) che sono provvisti di rispettive porzioni di estremità (6, 8), e sono avvolti, almeno in parte, attorno a un asse (A) in modo da formare una prima e una seconda elica (3, 4), le quali sono disposte in successione lungo l’asse (A) nell’involucro (15; 32), formano rispettive spire (11) separate da rispettivi interstizi elicoidali (12); la prima e la seconda elica (3, 4) essendo configurate in modo da definire fra una spira (11) della prima elica (3) e una spira (11) della seconda elica (4) affacciate e le porzioni di estremità (6, 8) uno spazio (20) avente una dimensione parallela all’asse (A) maggiore degli interstizi elicoidali (12).
2. 2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui la dimensione dello spazio (20) parallela all’asse (A) à ̈ maggiore della dimensione assiale di una spira (11).
3. 3. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui, lo spazio presenta una estensione massima attorno all’asse (A) che sottende un angolo di 180°.
4. 4. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la prima elica (3) definisce un primo compartimento tubolare (24; 40) disposto all’interno della prima elica (3), e un primo compartimento anulare (25; 41) disposto all’esterno della prima elica (3) e comunicante con il primo compartimento tubolare (24; 40) attraverso l’interstizio elicoidale (12); la seconda elica (4) definisce un secondo compartimento tubolare (26; 42) disposto all’interno della seconda elica (4), e un secondo compartimento anulare (27; 43) disposto all’esterno della seconda elica (4) e comunicante con il secondo compartimento tubolare (26; 42) attraverso l’interstizio elicoidale (12); e lo scambiatore di calore (14; 31) comprende almeno un primo deflettore (17; 34) configurato per impedire la comunicazione diretta fra il primo compartimento tubolare (24; 40), da un lato, e lo spazio (20) e il secondo compartimento tubolare (26; 42), dall’altro lato.
5. 5. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la bocca di uscita (28) dei fumi di combustione à ̈ disposta in comunicazione diretta con il detto spazio (20).
6. 6. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, e comprendente un condotto (19) di estrazione dei fumi di combustione calzato nella bocca di uscita (28) ed estendentesi, almeno in parte, nello spazio (20) in modo da evacuare direttamente i fumi di combustione dall’involucro (15).
7. 7. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 4 e comprendente un secondo deflettore (35), il quale à ̈ disposto lungo una spira (11) adiacente lo spazio (20) ed à ̈ configurato per separare il secondo compartimento anulare (43) dal primo compartimento anulare (41) e dallo spazio (20); la bocca di uscita (44) dei fumi di combustione essendo disposta in comunicazione diretta con il secondo compartimento anulare (43).
8. 8. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui le porzioni di estremità (6, 8) adiacenti del primo e del secondo elemento allungato, cavo (1, 2) sono sostanzialmente rettilinee e parallele fra loro.
9. 9. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 4, in cui le porzioni di estremità (6, 8) si estendono, in parte, all’interno e, in parte, all’esterno dell’involucro (15; 32).
10. 10. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’involucro (15; 32) comprende una parete laterale (23; 39), preferibilmente cilindrica, e almeno un elemento di supporto (30; 45) configurato per supportare in modo ermetico le porzioni di estremità (6, 8).
11. 11. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui gli elementi allungati, cavi (1, 2) comprendono, ciascuno, un tubo (9) provvisto di alette (10) localmente deformate parallelamente all’asse (A) in modo da formare dei labbri (13) aventi la funzione di distanziare le spire (11) delle rispettive prima e seconda elica (3, 4) e i tratti di spire (11) adiacenti della prima elica (3) e della seconda elica (4).