ITBG20090041A1 - Tubo intermedio scambiatore di calore - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d’invenzione avente per titolo: “Tubo intermedio scambiatore di calore“

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un tubo intermedio scambiatore di calore per un ricuperatore in materiale ceramico.

Sono noti recuperatori in acciaio aventi alette quali scambiatori di calore.

I ricuperatori in ceramica hanno, rispetto ai ricuperatori in acciaio, il grande vantaggio di una maggiore resistenza alla temperatura. Questo vantaggio si ottiene a scapito di un rendimento chiaramente ridotto, poiché finora era possibile produrre tubi in ceramica solo di semplice conformazione ad esempio come tubi lisci oppure come tubi ondulati aventi una corrispondente superficie limitata scambiatrice di calore.

II documento EP 451 662 descrive un bruciatore a ricuperatore, dove il ricuperatore, realizzato in materiale ceramico, è formato da un tubo interno, da un tubo intermedio scambiatore di calore e da un tubo esterno. Il tubo intermedio ha una superficie ondulata.

Il documento US 5,833,450 descrive un tubo intermedio avente una pluralità di corone dentate sfalsate tra loro.

il documento EP 803 696 descrive un tubo intermedio avente delle bombature verso l’esterno e verso l'interno, parallele all’asse longitudinale del tubo. In questo caso, una volta superata la prima fila di rilievi, il flusso fluido posto tra essi, rimane indisturbato per tutta la lunghezza del tubo.

Scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un tubo intermedio scambiatore di calore per un ricuperatore in materiale ceramico, che abbia maggiore scambio termico rispetto alle soluzione dell'arte nota.

Altro scopo è quello di provvedere ad un tubo intermedio di semplice realizzazione, compatibile con la tecnologia produttiva attuale.

In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un tubo intermedio scambiatore di calore per un ricuperatore in materiale ceramico comprendente una molteplicità di rilievi sulla superficie di detto tubo ed una molteplicità di infossamenti sulla superficie di detto tubo caratterizzato dal fatto che detta molteplicità di rilievi e di infossamenti sono troncoconici con base a parallelogramma.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

I rilievi e gli infossamenti a parallelogramma che formano delle alette, realizzano un notevole aumento della superficie scambiatrice di calore del tubo intermedio e in tal modo un notevole incremento del rendimento del ricuperatore.

Il parallelogramma con l'inclinazione accentuata dell’angolo frontale divide il flusso d’aria ogni volta che ne incontra uno sul percorso.

Sfalsare i rilievi lungo il tubo fornisce condizioni fluidodinamiche variabili per tutta la lunghezza del ricuperatore.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

la figura 1 mostra schematicamente un tubo intermedio scambiatore di calore, visto lateralmente, in accordo alla presente invenzione;

la figura 2 mostra schematicamente un tubo intermedio scambiatore di calore, visto in prospettiva, in accordo alla presente invenzione;

la figura 3 mostra schematicamente un tubo intermedio scambiatore di calore, visto secondo la sezione lll-lll di figura 1 , in accordo alla presente invenzione;

la figura 4 mostra schematicamente un tubo intermedio scambiatore di calore, visto frontalmente, in accordo alla presente invenzione;

la figura 5 mostra schematicamente i rilievi di un tubo intermedio scambiatore di calore con i flussi di aria che ne derivano, in accordo alla presente invenzione.

Riferendosi alle figure allegate, un ricuperatore in accordo alla presente invenzione, comprende un tubo esterno 10, un tubo intermedio 11 , scambiatore di calore in materiale ceramico, ed un tubo interno 12. I tre tubi 10, 11 e 12 sono posti coassialmente tra loro mediante mezzi noti.

Nell’area delimitata tra il tubo interno 12 ed il tubo intermedio 11 fluisce un fluido da preriscaldare, e neM’area delimitata tra il tubo intermedio 11 ed il tubo esterno 10 fluisce un fluido a temperatura superiore.

Il tubo intermedio 11 espleta la funzione di scambiatore di calore, trae calore dai fluidi caldi e scalda i fluidi freddi.

Per rendere maggiormente efficiente questo scopo, il tubo intermedio 11 comprende sulla sua superficie dei rilievi 20, che si estendono verso l’esterno dello stesso, ed infossamenti 21 , che si estendono verso l’interno dello stesso, pur mantenendo lo spessore della parete del tubo costante.

Sia i rilievi 20 che gli infossamenti 21 sono preferibilmente posti su linee rette parallele all'asse longitudinale del tubo 11.

I rilievi 20 e gli infossamenti 21 risultano essere allineati paralleli all'asse longitudinale del tubo 11 , componendo delle serie che vengono sfasate sul diametro, alternando una serie di rilievi positivi ad una serie di infossamenti negativi. Una serie è composta, ad esempio, da 1 a 6 rilievi o infossamenti.

Sia i rilievi 20 che gli infossamenti 21 hanno forma troncoconica con base a parallelogramma, aventi spigoli arrotondati. La forma con base a parallelogramma è tale che i rilievi e gli infossamenti sembrano delle alette.

I lati maggiori del parallelogramma sono paralleli all’asse longitudinale del tubo 11.

I lati minori del parallelogramma sono inclinati di un angolo compreso tra 30° e 60°, preferibilmente pari a 45°.

I lati maggiori della base del parallelogramma hanno una dimensione pari almeno tre volte la dimensione dei lati minori. La maggiore lunghezza favorisce una maggiore superficie di scambio.

L’arrotondamento degli spigoli con angolo acuto è minimizzato ed il bordo d’attacco rimane angolato quanto possibile, in modo da essere utilizzato come elemento spigoloso di divisione del flusso di aria in arrivo.

L’arrotondamento degli spigoli con angolo ottuso è accentuato quanto possibile in modo che il flusso d’aria in arrivo segue il bordo del rilievo senza il distaccamento dei filetti.

Una serie di rilievi 20 è posta ravvicinata ad una serie di infossamenti 21 , ed è separata da quella adiacente di una distanza prefissata uguale o inferiore alla metà della altezza minore del parallelogramma.

Una distanza così ravvicinata permette al flusso di aria di essere maggiormente deviato ed incanalato, rispetto alla direzione longitudinale.

Il tubo 11 è realizzato con i materiali normalmente utilizzati in questo settore come ad esempio in carburo di silicio. La realizzazione dei rilievi e degli infossamenti non creano problemi alla realizzazione dello stesso, una volta realizzato uno stampo allo scopo.

Rilievi ed infossamenti a parallelogramma alternati hanno dei vantaggi evidenti.

A parità di superficie frontale, la superficie complessiva del rilievo risulta maggiorata e quindi la superficie complessiva di scambio.

Come si può vedere dalla figura 5, il profilo a parallelogramma costringe il vettore velocità del flusso ad assumere una componente trasversale sul bordo d’uscita dello stesso, quindi una parte del flusso viene deviata attraverso il canale esistente tra due rilievi successivi. A parità di lunghezza dello scambiatore, il singolo filetto fluido ha un tempo di residenza maggiore (a causa della distanza maggiore che percorre) e quindi lo scambio termico aumenta.

La deviazione del flusso costringe il filetto fluido ad interagire con la prominenza successiva in tutta la sua superficie frontale e a dividersi in altri filetti sopra e sotto il profilo a parallelogramma. Si ha quindi un maggiore coefficiente di turbolenza e una migliore trasmissione del calore attraverso il filetti fluidi.

In uscita dalla prima serie di rilievi a parallelogramma, il fluido viene ad interagire con la fila successiva, che è sfasata (ad una fila di rilevi positivi segue una fila di rilievi negativi e viceversa).

Rispetto all’arte nota quindi, il fluido non rimane indisturbato in certe aree dello scambiatore, ma esiste sempre un rilievo che ne rompe l’avanzamento sia in senso longitudinale che trasversale.

I materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

II tubo intermedio così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Inoltre, il tubo, in accordo alla presente invenzione, può essere utilizzato in varie applicazioni, dove è necessario un recupero di calore.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tubo intermedio scambiatore di calore per un ricuperatore in materiale ceramico comprendente una molteplicità di rilievi sulla superficie di detto tubo ed una molteplicità di infossamenti sulla superficie di detto tubo caratterizzato dal fatto che detta molteplicità di rilievi e di infossamenti sono troncoconici con base a parallelogramma.
2. 2. Tubo in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i lati maggiori della base del parallelogramma hanno una dimensione pari almeno tre volte la dimensione dei lati minori.
3. 3. Tubo in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i lati minori della base del parallelogramma sono inclinati di un angolo compreso tra 30° e 60°.
4. 4. Tubo in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i lati minori della base del parallelogramma sono inclinati di un angolo pari a circa 45°.
5. 5. Tubo in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti rilievi e detti infossamenti sono posti su linee rette parallele all’asse longitudinale di detto tubo.
6. 6. Tubo in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti rilievi e detti infossamenti sono allineati paralleli all’asse longitudinale di detto tubo.
7. 7. Tubo in accordo alla rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detti rilievi e detti infossamenti vengono sfalsati lungo l'asse longitudinale di detto tubo , alternando una serie di rilievi ad una serie di infossamenti.
8. 8. Tubo in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto tubo è realizzato con materiali comprendenti carburo d i silicio.