ITUD20070087A1 - Dispositivo scambiatore di calore - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"DISPOSITIVO SCAMBIATORE DI CALORE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un dispositivo scambiatore di calore installabile in un impianto termico provvisto di sorgente di riscaldamento, in cui, mediante scambio termico per convezione, viene indotta la variazione di temperatura di un determinato fluido, ad esempio acqua, destinato ad un'utenza. In particolare, il dispositivo secondo il presente trovato è del tipo vantaggiosamente, ma non esclusivamente, associabile ad una caldaia, per la produzione di acqua calda sanitaria.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti i dispositivi scambiatori di calore, atti a permettere lo scambio termico fra un primo fluido, ad esempio acqua sanitaria da riscaldare, ed un secondo fluido, ad esempio proveniente da una sorgente di riscaldamento termico, quale una caldaia o altro.

In funzione delle specifiche portate di fluido da riscaldare, del delta di riscaldamento e della potenza della sorgente di riscaldamento termico, sono noti nella tecnica differenti tipi di scambiatori di calore.

In particolare, sono noti dispositivi scambiatori di calore in cui un secondo condotto tubolare è disposto all'interno di una prima cavità cilindrica di un primo condotto tubolare, in modo da definire con quest'ultimo una intercapedine di passaggio del fluido da riscaldare, ed effettuare così lo scambio termico voluto.

Nei dispositivi scambiatori di calore noti lo scambio termico avviene soltanto attraverso una superficie esterna del secondo condotto tubolare, limitando così la quantità di calore possibile.

Tale inconveniente comporta un rendimento sostanzialmente ridotto dello scambio termico effettuato, ed un'elevata dissipazione di calore, e quindi un dispendio di energia.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo scambiatore di calore che permetta, in modo semplice ed economico, di migliorare lo scambio termico effettuato, riducendo al minimo le eventuali dissipazioni di calore, e le dimensioni di ingombro.

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.

Un dispositivo scambiatore di calore secondo il presente trovato comprende almeno un primo condotto tubolare avente al suo interno una cavità cilindrica in cui scorre un primo fluido da riscaldare ed almeno un secondo condotto tubolare in cui scorre un secondo fluido riscaldato.

Il dispositivo è vantaggiosamente, ma non limitativamente, associato ad una caldaia di riscaldamento, o ad altra sorgente di riscaldamento termico, ed è applicato per la produzione di acqua calda sanitaria.

In accordo con il suddetto scopo, il secondo condotto tubolare è disposto coassiale ed all'interno della prima cavità cilindrica del primo condotto tubolare, in modo da definire con il primo condotto una prima intercapedine anulare di passaggio del primo fluido.

Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, il secondo condotto tubolare comprende al suo interno una seconda cavità cilindrica passante atta a definire un ulteriore passaggio per il primo fluido, in modo da permettere a quest'ultimo di scorrere sia esternamente al secondo condotto tubolare, attraverso la prima intercapedine anulare, sia internamente al secondo condotto tubolare, attraverso la seconda cavità cilindrica.

In questo modo, lo scambio termico fra il primo fluido ed il secondo fluido avviene sostanzialmente sia all'interno che all'esterno rispetto al secondo condotto tubolare, sostanzialmente raddoppiando il rendimento dello scambio termico avvenuto e riducendo al minimo le eventuali dissipazioni di calore, e gli ingombri dello scambiatore stesso.

In una forma preferenziale di realizzazione, il secondo condotto tubolare comprende un primo elemento tubolare esterno che definisce con la prima cavità cilindrica del primo condotto tubolare la suddetta prima intercapedine anulare, ed un secondo elemento tubolare disposto coassiale ed all'interno del primo elemento tubolare, il quale definisce la seconda cavità cilindrica del secondo condotto tubolare. Il primo elemento tubolare ed il secondo elemento tubolare sono fra loro separati in modo da definire una seconda intercapedine anulare che permette il passaggio del secondo fluido riscaldato.

Vantaggiosamente, il primo elemento tubolare ed il secondo elemento tubolare hanno rispettive superfici corrugate di contatto con il primo fluido e con il secondo fluido. Tali superfici corrugate permettono un aumento della superficie utile di scambio termico fra i due fluidi ed inducono i fluidi stessi ad un vantaggioso moto turbolento. Secondo una variante, il primo elemento tubolare ed il secondo elemento tubolare sono reciprocamente collegati alle estremità mediante rispettive flange di ingresso e di uscita provviste di relative aperture di ingresso e di uscita. Vantaggiosamente almeno le aperture di ingresso presentano un voluto orientamento atto ad imprimere al secondo fluido una voluta direzione di inserimento all'interno della seconda intercapedine anulare, e quindi di impatto contro il primo ed il secondo elemento tubolare, migliorando lo scambio termico.

Secondo un'altra forma di realizzazione del presente trovato, ogni dispositivo scambiatore di calore comprende mezzi di collegamento, atti a permetterne il collegamento reciproco ad un dispositivo scambiatore analogo.

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 una sezione laterale di un dispositivo scambiatore di calore secondo il presente trovato; - la fig. 2 illustra una variante del dispositivo scambiatore di calore di fig. 1.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alla fig. 1, è illustrato nel suo complesso un dispositivo scambiatore termico 10 secondo il presente trovato. Nella fattispecie, è illustrata un'applicazione in cui sono previsti due scambiatori di calore 10 analoghi collegati in serie fra loro. Per praticità descrittiva, di seguito verrà descritto soltanto lo scambiatore di calore 10 rappresentato a destra in fig. 1. I riferimenti numerici a componenti equivalenti vengono riportati anche sullo scambiatore di calore 10 illustrato a sinistra.

In particolare, lo scambiatore di calore 10 secondo il presente trovato comprende un primo condotto 11 avente assialmente una prima cavità cilindrica 12, all'interno della quale è atta ad essere immessa in pressione, attraverso un collettore di mandata 13, acqua fredda sanitaria da riscaldare, il cui senso di scorrimento è indicato con le frecce in linea continua. L'acqua fredda, una volta attraversato il primo condotto viene convogliata in un relativo collettore di uscita 15. Lo scambiatore di calore 10 comprende inoltre un secondo condotto 16 disposto sostanzialmente coassiale ed all'interno della prima cavità cilindrica 12 del primo condotto 11, in modo da definire con quest'ultimo una prima intercapedine anulare 17 di scorrimento dell'acqua sanitaria da riscaldare .

Il secondo condotto 16 è inoltre sagomato in modo da definire al suo interno una seconda cavità cilindrica 19, all'interno della quale l'acqua da riscaldare è libera di scorrere in modo passante.

Il secondo condotto 16 è composto da un tubolare esterno 20 distanziato da una superficie interna del primo condotto 11, per definire la prima intercapedine anulare 17, ed un tubolare interno 21, disposto coassiale ed all'interno del condotto esterno 20 e definente la seconda cavità assiale 19.

In particolare, il tubolare esterno 20 e il tubolare interno 21 sono fra loro distanziati in modo da definire con una seconda intercapedine anulare 22, in cui viene immesso in pressione, attraverso un relativo collettore di mandata 23, acqua calda, il cui senso di scorrimento è indicato con le frecce in linea tratteggiata.

In questo modo, l'acqua calda che scorre all'interno della seconda intercapedine anulare 22 effettua un duplice scambio termico con l'acqua fredda che scorre sia all'interno della prima intercapedine anulare 17, sia all'interno della seconda cavità cilindrica 19.

Vantaggiosamente, lo scorrimento dell'acqua calda all'interno della seconda intercapedine anulare 22 è in direzione discorde allo scorrimento dell'acqua fredda all'interno sia della prima intercapedine 17, sia della seconda cavità cilindrica 19.

Inoltre, sia il tubolare esterno 20 che il tubolare interno 21, sono esternamente corrugati, in modo da aumentare la superficie utile di scambio termico ed influenzare lo scorrimento dell'acqua calda e dell'acqua da riscaldare, determinando un moto turbolento. Così facendo, sì ha un aumento del rendimento dello scambio termico effettuato sia nella prima intercapedine anulare 17 sia nella seconda cavità cilindrica 19.

Vantaggiosamente, la corrugazione del tubolare esterno 20 ha un primo passo Pi superiore ad un secondo passo P2 della corrugazione del tubolare interno 21.

Tale variazione del passo di corrugazione dei due tubolari 20 e 21 viene scelto in funzione della portata di acqua che scorre nelle relative prima intercapedine anulare 17 e seconda cavità cilindrica 19, dello scambio termico da effettuare e/o di altri parametri previsti.

Il tubolare esterno 20 ed il tubolare interno 21 sono fra loro collegati alle estremità e mantenuti reciprocamente distanziati, mediante due flange, rispettivamente, di ingresso 25 e di uscita 26.

Inoltre, la flangia di ingresso 25 comprende una pluralità di fori di ingresso 27 realizzati passanti ed angolarmente distanziati fra loro, per permettere l'ingresso dell'acqua calda all'interno della seconda intercapedine anulare 22.

In particolare, i fori di ingresso 27 sono orientati in modo tale da indurre l'acqua calda a fluire all'interno della seconda intercapedine anulare 22 contattando direttamente la parte interna del tubolare esterno 20, così da migliorare ulteriormente le condizioni di scambio termico.

Anche la flangia di uscita 26 comprende relativi fori di uscita 29 realizzati passanti e angolarmente distanziati fra loro, per permettere l'uscita dell'acqua calda dalla seconda intercapedine anulare 22, verso un relativo collettore di uscita 30.

Nella forma di realizzazione illustrata in fig.

1, i collettori di uscita 15 e 30, rispettivamente, dell'acqua fredda riscaldata dal dispositivo scambiatore 10 di destra, e dell'acqua calda dal dispositivo scambiatore 10 di sinistra, sono direttamente collegati ai rispettivi collettori di mandata 13 e 23 del rispettivo scambiatore di calore 10 adiacente, in modo che l'acqua fredda da riscaldare e l'acqua calda effettuino due cicli di scambio termico.

In particolare, i collegamenti fra i collettori di uscita 15, 30, ed i collettori di mandata 13 e 23, vengono realizzati mediante relativi raccordi di collegamento 31 e 32.

Nella forma di realizzazione illustrata in fig.

2, i due dispositivi scambiatori di calore 10 sono fra loro disposti sostanzialmente uno sopra l'altro, con i primi condotti 11, nella fattispecie in forma di serbatoio, collegati fra loro mediante un relativo raccordo di collegamento 31.

In questo caso, i due secondi condotti 16, sono invece fra loro separati in modo da definire due distinti circuiti di riscaldamento dell'acqua fredda che circola nei primi condotti 11. Nella soluzione illustrata, non sono visibili i due collettori di mandata 13 e di uscita 15 per l'acqua sanitaria.

E' chiaro comunque che al dispositivo scambiatore di calore 10 fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato. Rientra ad esempio nell'ambito del presente trovato prevedere che ogni dispositivo scambiatore di calore preveda all'interno del suo primo condotto 11 due o più secondi condotto 16, collegati fra loro, o indipendenti.

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 dispositivo scambiatore di lavoro, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo scambiatore di calore comprendente almeno un primo condotto tubolare (11) avente al suo interno una prima cavità cilindrica (12) in cui è atto a scorrere un primo fluido, ed almeno un secondo condotto tubolare (16) in cui è atto a scorrere un secondo fluido atto, a sua volta, a scambiare calore con detto primo fluido, ed in cui detto secondo condotto tubolare (16) è disposto coassiale ed all'interno di detta prima cavità cilindrica (12) di detto primo condotto tubolare (11), in modo da definire con detto primo condotto tubolare (11) una prima intercapedine anulare (17) di passaggio di detto primo fluido, detto dispositivo essendo vantaggiosamente associato ad una sorgente di riscaldamento termico, caratterizzato dal fatto che detto secondo condotto tubolare (16) comprende al suo interno una seconda cavità cilindrica (19) passante, atta a definire un ulteriore passaggio per detto primo fluido, in modo da permettere a detto primo fluido di scorrere sia esternamente a detto secondo condotto tubolare (16), attraverso detta prima intercapedine anulare (17), sia internamente a detto secondo condotto tubolare (16), attraverso detta seconda cavità cilindrica ( 19 ) .
2. 2. Scambiatore di calore come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo condotto tubolare (16) comprende un primo elemento tubolare (20) esterno atto a definire con detta prima cavità cilindrica (12) di detto primo condotto tubolare (11) detta prima intercapedine anulare (17), ed un secondo elemento tubolare (21) disposto coassiale ed all'interno di detto primo elemento tubolare (20), ed atto a definire detta seconda cavità cilindrica (19) di detto secondo condotto tubolare (16).
3. 3. Dispositivo scambiatore di calore come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento tubolare (20) e detto secondo elemento tubolare (21) sono disposti fra loro distanziati in modo da definire una seconda intercapedine anulare (22) atta a permettere il passaggio di detto secondo fluido.
4. 4. Dispositivo scambiatore di calore come nella rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento tubolare (20) e detto secondo elemento tubolare (21) hanno rispettive superfici corrugate di contatto con detto primo fluido e con detto secondo fluido.
5. 5. Dispositivo scambiatore di calore come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la corrugazione di detto primo elemento tubolare (20) ha un primo passo (Pi) superiore ad un secondo passo (P2) di detto secondo elemento tubolare (21).
6. 6. Dispositivo scambiatore di calore come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento tubolare (20) e detto secondo elemento tubolare (21) sono reciprocamente collegati alle estremità mediante una flangia di ingresso (25) provvista di relative aperture di ingresso (27), ed una flangia di uscita (26) provvista di relative aperture di uscita (29).
7. 7. Dispositivo scambiatore di calore come nella rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che almeno dette aperture di ingresso (27) presentano un voluto orientamento atto ad imprimere a detto secondo fluido una voluta direzione di inserimento all'interno di detta seconda intercapedine anulare (22).
8. 8. Dispositivo scambiatore di calore come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di collegamento (13, 15, 23, 30, 31, 32), atti a permetterne il collegamento reciproco ad un dispositivo scambiatore (10) analogo.
9. 9. Dispositivo scambiatore di calore come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è atto a produrre acqua calda per uso sanitario.
10. 10. Dispositivo scambiatore di calore come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è associato ad una caldaia di riscaldamento.
11. 11. Dispositivo scambiatore di calore sostanzialmente come descritto, con riferimento agli annessi disegni,