ITMI20131684A1 - Condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio, metodo per la sua realizzazione, e macchina di fabbricazione del ghiaccio che incorpora tale condensatore - Google Patents

Condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio, metodo per la sua realizzazione, e macchina di fabbricazione del ghiaccio che incorpora tale condensatore

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ITMI20131684A1 IT001684A ITMI20131684A ITMI20131684A1 IT MI20131684 A1 ITMI20131684 A1 IT MI20131684A1 IT 001684 A IT001684 A IT 001684A IT MI20131684 A ITMI20131684 A IT MI20131684A IT MI20131684 A1 ITMI20131684 A1 IT MI20131684A1
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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio per la condensazione di un fluido refrigerante a base di un idrocarburo, ad un metodo per la realizzazione di tale condensatore, e ad una macchina di fabbricazione del ghiaccio che incorpora tale condensatore.
E’ noto l’uso di fluidi refrigeranti a base di idrocarburi come il propano nel circuito frigorifero delle macchine di fabbricazione del ghiaccio, per le loro elevate prestazioni e per il loro basso impatto ambientale.
Tali fluidi refrigeranti sono spesso usati in sostituzione di fluidi refrigeranti di altra tipologia, ad esempio idrofluorocarburi, clorofluorocarburi o idroclorofluorocarburi che hanno un impatto ambientale decisamente peggiore.
Tuttavia anche gli idrocarburi lamentano una criticità legata al fatto di risultare estremamente infiammabili o esplosivi se esposti a fonti di calore, a fiamme o fumi specie in ambienti ristretti e poco ventilati.
Per limitare la pericolosità degli idrocarburi sono nate alcune specifiche normative che prevedono il loro utilizzo in quantitativi limitati al di sotto di soglie prestabilite.
Il settore dei condensatori per macchine di fabbricazione del ghiaccio si sta quindi ultimamente orientando verso la ricerca di soluzioni costruttive che prevedano l’uso di idrocarburi ma nei quantitativi consentiti dalle varie normative di sicurezza.
WO2013/106725 illustra un condensatore comprendente due collettori, dei tubi piatti di collegamento tra i collettori, ed un pacco di alette fissate tra i lati piatti dei tubi. Per contenere il volume interno del condensatore, i due collettori presentano uno specifico proporzionamento, e i tubi piatti presentano una pluralità di micro canali interni affiancati l’uno all’altro. Uno degli inconvenienti lamentati da un tale condensatore consiste nel fatto che le zone laterali affacciate tra i micro canali non possono essere utili al fine dello scambio termico e non contribuiscono pertanto a migliorare l’efficienza del condensatore.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione è, pertanto, quello di realizzare un condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio, un metodo per la realizzazione di tale condensatore, ed una macchina di fabbricazione del ghiaccio che consentano di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota.
Nell’ambito di questo compito tecnico uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare un condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio per la condensazione di un fluido refrigerante a base di un idrocarburo che presenti una efficienza ottimizzata mantenendo un volume interno estremamente ridotto.
Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di realizzare un condensatore semplice ed economico nel suo processo di produzione.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio per la condensazione di un fluido refrigerante a base di un idrocarburo, comprendente un pacco di alette ed uno o più ranghi di tubi fissati in fori di dette alette, caratterizzato dal fatto che detti tubi presentano delle micro scanalature sulla loro superficie interna.
Il metodo per la realizzazione del condensatore prevede una fase di accoppiamento dei tubi nei fori delle alette del pacco alettato, e si caratterizza per il fatto che le micro scanalature interne dei tubi sono realizzate senza asportazione di materiale.
Preferibilmente le micro scanalature sono realizzate tramite uno schiacciamento dello spessore dei tubi eseguito lungo linee della superficie interna dei tubi.
I vantaggi che derivano dal condensatore conforme all’invenzione sono numerosi.
Mentre nei tradizionali tubi di condensatori dello stesso tipo aventi una parete interna liscia si determina uno strato di flusso laminare adiacente alla parete interna dei tubi che crea una barriera al trasferimento di calore, nei tubi di un condensatore conforme all’invenzione le micro scanalature impediscono la formazione dello strato di flusso laminare e garantiscono quindi l’instaurazione di un flusso turbolento su tutta la sezione interna dei tubi così da migliorare sensibilmente l’efficienza di scambio termico.
Anche per questo motivo possono essere usati tubi a diametro ridotto che consentono molte più opzioni per i circuiti di aria che si vengono a creare attorno ai tubi.
Un condensatore conforme all’invenzione avente tubi a diametro ridotto internamente scanalati permette, a parità di prestazioni di diminuire il volume interno del condensatore, a parità di superficie di scambio di aumentare le prestazioni, e a parità di volume di aumentare le prestazioni.
Altre caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, nelle rivendicazioni successive.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del condensatore secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1a mostra una vista prospettica del condensatore conforme ad un modo preferito di realizzare l’invenzione;
la figura 1b mostra una vista in alzato laterale del condensatore di figura 1a;
la figura 1c mostra una vista posteriore del condensatore di figura 1a;
la figura 2 mostra in dettaglio una porzione del pacco alettato del condensatore di figura 1a con i tubi disposti attraverso di esso, senza i terminali curvi di raccordo tra i tubi per poter apprezzare il design della superficie interna dei tubi stessi;
la figura 2a mostra un dettaglio ingrandito dell’accoppiamento di un tubo in un foro delle alette del pacco alettato di figura 2;
la figura 3 mostra una sezione trasversale di un tubo del condensatore di figura 1a;
la figura 4 mostra una sezione longitudinale di un tubo del condensatore di figura 1a; e
la figura 5 mostra l’utensile nella sequenza delle fasi con cui realizza le micro scanalature del tubo.
Con riferimento alle figure citate, viene mostrato un condensatore per macchina di fabbricazione del ghiaccio, indicato complessivamente con il numero di riferimento 1.
In particolare si farà di seguito riferimento ad un condensatore per la condensazione di un fluido refrigerante a base di un idrocarburo, preferibilmente propano.
La macchina di fabbricazione del ghiaccio (non mostrata) presenta un circuito frigorifero di tipo noto di cui fanno parte, oltre al suddetto condensatore 1, anche un evaporatore sulla cui superficie si forma il ghiaccio, una valvola di laminazione ed un compressore. Il condensatore 1 comprende un telaio di supporto 2 di forma scatolare 2, in particolare parallelepipeda, in cui è alloggiato un pacco di alette 3 ed una pluralità di tubi 4 fissati in fori 5 passanti delle alette 3.
I tubi 4 presentano preferibilmente, come illustrato, sezione circolare e asse longitudinale L rettilineo.
I tubi 4 sono disposti tra di loro parallelamente e con asse longitudinale L orizzontale ortogonale a due facce laterali piane 2a, 2a verticali e contrapposte del telaio 2.
Le facce laterali piane 2a, 2a del telaio 2 a loro volta presentano dei fori passanti di supporto dei tubi 4 da cui fuoriescono le estremità dei tubi 4 stessi.
I tubi 4 sono ordinati in gruppi in ciascuno dei quali i tubi 4 sono collegati in serie, in corrispondenza del lato esterno facce laterali piane 2a, 2a del telaio 2, tramite apposti raccordi a 180° 10, 10’ in modo tale da formare delle serpentine alimentabili in parallelo con il fluido refrigerante.
I tubi 4 sono inoltre ordinati in uno o più ranghi di tubi 4, vale a dire in uno o più piani verticali paralleli affiancati.
Alcuni raccordi 10 collegano tubi 4 appartenenti allo stesso rango di tubi 4, altri raccordi 10’ collegano invece tubi 4 appartenenti a ranghi di tubi 4 adiacenti.
Ovviamente la conformazione delle serpentine può essere personalizzata a piacere tramite mirate disposizioni dei raccordi 10, 10’ per il collegamento tra tubi 4 dello stesso rango o di ranghi differenti.
Le estremità delle serpentine per l’ingresso del fluido refrigerante sono tra loro collegate da un apposito collettore di ingresso 7, ed analogamente le estremità delle serpentine per l’uscita del fluido refrigerante sono tra loro collegate da un apposito collettore di uscita 8.
Il collettore di ingresso 7 ed il collettore di uscita 8 sono in questo caso posizionati sul lato esterno di una stessa faccia laterale piana 2a del telaio 2, ma potrebbero essere posizionati sul lato esterno di facce diverse del telaio 2.
Le alette 3 presentano una medesima conformazione sostanzialmente quadrangolare piana e sono allineate parallelamente l’una all’altra lungo un asse di allineamento orientato nella direzione dell’asse longitudinale L dei tubi 4.
Le alette 3 presentano altresì delle feritoie longitudinali 6 che penetrano per l’intero spessore delle alette 3 creando dei passaggi per l’aria anche nella direzione dell’asse di allineamento delle alette 3.
In altre possibili versioni le feritoie delle alette 3 possono non essere previste.
Le alette 3 ed i tubi 4 possono essere realizzate in materiale termicamente conduttivo identico o anche differente: ad esempio è possibile prevendere le alette 3 in alluminio e i tubi 4 in rame.
Uno degli aspetti salienti del condensatore 1 consiste nel fatto che i tubi 4 presentano delle micro scanalature 9 sulla loro superficie interna.
Preferibilmente le micro scanalature 9 sono configurate e disposte in modo tale che la superficie interna dei tubi 4 è maggiore della loro superficie esterna.
Le micro scanalature 9 si sviluppano preferibilmente lungo linee a spirale che si avvolgono attorno all’asse L dei tubi 4 per l’intera estensione longitudinale dei tubi 4.
I tubi 4 presentano uno spessore interno minimo “d” compreso tra 0,1 mm e 0, 3 mm in corrispondenza del fondo 9a delle micro scanalature 9, uno spessore interno massimo “D” compreso tra 0,15 mm e 0,6 mm in corrispondenza dell’apice 9b delle micro scanalature 9, ed un diametro esterno ɸ compreso tra 4 mm e 12 mm.
Le micro scanalature 9 si sviluppano inoltre parallelamente le une alle altre con un passo di distanziamento non superiore a 1 mm. L’incremento di superficie di scambio determinato dalla micro scanalature 9 consente di avere tubi 4 a diametro limitato e un volume interno complessivo dei tubi tale da ospitare non più di 150 grammi di fluido refrigerante nel rispetto delle più stringenti normative di sicurezza mantenendo una efficienza ottimale per il condensatore 1.
Vantaggiosamente le micro scanalature interne 9 dei tubi 4 sono realizzate senza asportazione di materiale per non indebolire la struttura e penalizzare la funzionalità dei tubi 4.
Le micro scanalature 9 sono quindi realizzate tramite uno schiacciamento dello spessore dei tubi 4 eseguito lungo determinate linee della superficie interna dei tubi 4, ad esempio come descritto in precedenza lungo linee elicoidali che si avvolgono attorno all’asse longitudinale L dei tubi 4.
Le micro scanalature 9 vantaggiosamente vengono realizzate, dopo l’accoppiamento dei tubi 4 nei fori 5 delle alette 3 del pacco alettato, mediante una forza radiale applicata dall’interno dei tubi 4 e almeno sufficiente a creare le micro scanalature 9 unitamente ad una lieve espansione radiale dei tubi 4 che consolida l’accoppiamento dei tubi 4 nei fori 5 delle alette 3 del pacco alettato.
In pratica per la realizzazione delle micro scanalature 9 viene utilizzato un utensile 11 avente uno stelo 12 che termina con una testa di lavoro rastremata 13, ed una pinza 15 coassiale ed esterna allo stelo 12 e munita di settori di presa 15a radialmente ritraibili. Dopo aver calettato le alette 3 sui tubi 4, si bloccano in posizione i tubi 4 tramite un dispositivo di blocco 14 che serra i raccordi 10, Inizialmente si punta la testa di lavoro 13 dell’utensile 11 contro una estremità di un tubo 4 e si trasla assialmente la pinza 15 fino a sormontare l’estremità del tubo 4.
Successivamente si serra la pinza 15 sul tubo 4 facendo ritrarre radialmente i suoi settori 15a.
Con la pinza 15 serrata sul tubo 4 si trasla assialmente lo stelo 12 nella direzione di introduzione nel tubo 4 e in modo sincronizzato si ruota lo stelo 12 sul proprio asse.
La testa di lavoro 13 presenta uno spigolo perimetrale di formatura 13a che si impegna contro la superficie interna del tubo 4 esercitando una forza di schiacciamento dello spessore del tubo 4. Il movimento rototraslatorio dell’utensile 11 si protrae per tutta l’estensione longitudinale del tubo 4 per il completamento delle micro scanalature elicoidali 9.
La forza di schiacciamento dello spessore del tubo 4 dall’interno è almeno sufficiente anche a espandere radialmente la sezione dei tubi 4.
Questa lieve espansione radiale dei tubi 4 genera, in corrispondenza dei fori 5, una deformazione plastica 5’ della parete dei fori 5 con cui i fori 5 si serrano più saldamente sul tubo 4.
Il condensatore 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.
In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (13)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio per la condensazione di un fluido refrigerante a base di un idrocarburo, comprendente un pacco di alette (3) ed uno o più ranghi di tubi (4) fissati in fori passanti (5) di dette alette (3), caratterizzato dal fatto che detti tubi (4) presentano delle micro scanalature (9) sulla loro superficie interna.
  2. 2. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la superficie interna di detti tubi (4) è maggiore della loro superficie esterna.
  3. 3. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette micro scanalature (9) si sviluppano lungo linee a spirale che si avvolgono attorno all’asse longitudinale (L) di detti tubi (4).
  4. 4. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti tubi (4) sono a sezione circolare.
  5. 5. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti tubi (4) presentano uno spessore interno (d) minimo compreso tra 0,1 e 0,3 mm in corrispondenza del fondo di dette micro scanalature (9), uno spessore interno massimo (D) compreso tra 0,15 e 0,6 mm in corrispondenza dell’apice di dette micro scanalature (9), ed un diametro esterno (ɸ) compreso tra 4 e 12 mm.
  6. 6. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette micro scanalature (9) presentano un passo di distanziamento non superiore a 1 mm.
  7. 7. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il volume interno complessivo di detti tubi (4) è tale da ospitare un quantitativo di fluido refrigerante non superiore a 150 grammi.
  8. 8. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto idrocarburo è propano.
  9. 9. Condensatore (1) per macchina di fabbricazione del ghiaccio secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti tubi (4) sono in rame e dette alette (3) sono in alluminio.
  10. 10. Macchina di fabbricazione del ghiaccio comprendente un circuito refrigerante comprendente un fluido refrigerante a base di un idrocarburo, almeno un evaporatore, almeno una valvola di espansione, almeno un compressore, ed almeno un condensatore (1) conforme ad una qualunque rivendicazione precedente.
  11. 11. Metodo per la realizzazione di un condensatore (1) conforme ad una qualunque rivendicazione precedente, comprendente una fase di accoppiamento dei tubi (4) nei fori (5) delle alette (3) del pacco alettato, caratterizzato dal fatto che dette micro scanalature (9) interne dei tubi (4) sono realizzate senza asportazione di materiale.
  12. 12. Metodo per la realizzazione di un condensatore (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette micro scanalature (9) sono realizzate tramite uno schiacciamento dello spessore dei tubi (4) eseguito lungo linee della superficie interna dei tubi (4).
  13. 13. Metodo per la realizzazione di un condensatore secondo una qualunque rivendicazione 11, 12, caratterizzato dal fatto che dette micro scanalature (9) vengono realizzate dopo l’accoppiamento dei tubi (4) nei fori (5) delle alette (3) del pacco alettato mediante una forza radiale applicata dall’interno dei tubi (4) e almeno sufficiente a creare le micro scanalature (9) unitamente ad una lieve espansione radiale dei tubi (4) che consolida l’accoppiamento dei tubi (4) nei fori (5) delle alette (3) del pacco alettato.
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