ITMI20132086A1 - Scambiatore di calore ad elevata efficienza per caldaie e generatori d'aria calda - Google Patents
Scambiatore di calore ad elevata efficienza per caldaie e generatori d'aria caldaInfo
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Description
DESCRIZIONE
dell'invenzione industriale avente per titolo:
“Scambiatore di calore ad elevata efficienza per caldaie e generatori d’aria calda”
* * * *
La presente invenzione concerne uno scambiatore di calore ad elevata efficienza per caldaie e generatori d’aria calda.
Sono noti scambiatori di calore comprendenti una camera di combustione, atta ad accogliere un bruciatore, una camera di scarico fumi ed una pluralità di tubi scambiatori comunicanti con le due camere. Tali scambiatori sono progettati per essere accoppiati a generatori d’aria calda, con la funzione di sfruttare i prodotti di combustione, quali fumi e vapore acqueo, per realizzare uno scambio di energia termica con l’ambiente circostante.
In particolare, è noto dal brevetto EP- 1429085 uno scambiatore di calore comprendente una pluralità di tubi connessi tra loro e ad una camera di combustione per mezzo di due piastre tubiere, una posteriore ed una anteriore; la piastra anteriore è poi provvista di un collettore atto al collegamento di una canna fumaria per l’espulsione dei prodotti della combustione.
Lo scambiatore di calore descritto nel brevetto EP- 1429085 è caratterizzato dal fatto di comprendere tubi scambiatori aventi le estremità con una sezione circolare, dette estremità essendo in corrispondenza dei punti di connessione alle rispettive piastre tubiere, ed una porzione intermedia in cui la sezione diventa ellittica. I tubi scambiatori sono raggruppati su due fianchi opposti rispetto alla camera di combustione, che ha una forma a goccia, ed in particolare sono disposti in corrispondenza della parte affusolata di detta camera di combustione.
L’ingombro maggiore di un tale gruppo scambiatore è legato alle dimensioni della camera di combustione, che non possono essere oltremodo ridotte senza fare i conti con una riduzione dell’efficienza energetica o, in casi peggiori, andare incontro a malfunzionamenti dovuti all’eccessivo suniscaldamento dello scambiatore.
Inoltre, le geometria circolare delle sezioni dei tubi alle estremità limita il compattamento degli stessi poiché si necessitano spazi opportuni per effettuare la saldatura alle superfici delle piastre e, allo stesso tempo, tali da consentire il passaggio dei fumi generati dalla combustione.
Volendo ridurre il volume occupato dallo scambiatore di calore, mantenendo inalterata la geometria dei tubi sopradescritta, l’unica strada è quella di ridurre il numero dei tubi stessi; tuttavia, in tal modo, si pregiudicano le prestazioni e l’efficienza energetica.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare uno scambiatore di calore di dimensioni ridotte, che offra al contempo un incremento dell’efficienza energetica.
In accordo alla presente invenzione, detto scopo viene raggiunto mediante uno scambiatore di calore comprendente una camera di combustione, atta ad accogliere un bruciatore, ed una pluralità di tubi scambiatori connessi a detta camera di combustione e tra loro per mezzo di due piastre tubiere delle quali una provvista di un collettore per l’uscita dei prodotti della combustione, detto scambiatore essendo caratterizzato dal fatto che ciascun tubo di detta pluralità di tubi scambiatori ha un profilo schiacciato e che detta camera di combustione ha un corpo di forma cilindrica.
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 una vista in prospettiva di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione;
le figure 2a, 2b mostrano rispettivamente un tubo scambiatore compreso nello scambiatore di calore di figura 1 ed una vista in sezione dello stesso tubo secondo la linea II-II di figura 2a;
la figura 3 mostra una vista laterale dello scambiatore di calore di figura 1 ;
la figura 4 mostra una vista frontale dello scambiatore di calore di figura 1 ;
la figura 5 mostra una vista posteriore dello scambiatore di calore di figura 1 ; la figura 6 mostra una vista superiore dello scambiatore di calore di figura 1 ; la figura 7 mostra una vista in sezione dello scambiatore di calore secondo la linea VII-VII di figura 3;
la figura 8 mostra una vista in sezione dello scambiatore di calore secondo la linea Vili- Vili di figura 4;
la figura 9 mostra una vista in prospettiva di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione con l’accoppiamento di un bruciatore.
In figura 1 è mostrato uno scambiatore di calore 1 secondo la presente invenzione. Detto scambiatore di calore 1 comprende essenzialmente una camera di combustione 3, atta ad accogliere un bruciatore 111 (figura 9), ed una pluralità di tubi scambiatori 4 connessi tra loro e a detta camera di combustione 3 per mezzo di due piastre tubiere, una piastra tubiera posteriore 5 ed una piastra tubiera anteriore 6. Il bruciatore 111 ad esempio è un bruciatore a gas di tipo premiscelato a basse emissioni inquinanti.
In particolare, alla piastra tubiera posteriore 5 sono connessi sia la camera di combustione 3 che i tubi scambiatori 4, mentre alla piastra tubiera anteriore 6 sono connessi solo questi ultimi (figure 1, 3, 8). Detta piastra tubiera anteriore 6 è altresì provvista di collettore 7 (figure 1, 4) per il collegamento di una canna fumaria (non mostrata nelle figure) atta alla fuoriuscita dei prodotti di scarico della combustione.
Ciascuno dei tubi 4 di detta pluralità di tubi 4 ha un profilo schiacciato in tutta la sua lunghezza (figure 2a, 2b), cosicché ciascuno di essi comprenderà due superfici sostanzialmente piane, una superiore 12 ed una inferiore 13, con ingombro prevalentemente lungo una sola dimensione, quella orizzontale, pur garantendo la stessa superficie di scambio che avrebbe un tubo a sezione circolare/ellittica compreso negli scambiatori di calore noti. Come è facilmente comprensibile, l’ingombro di un scambiatore di calore avente tubi 4 con profilo schiacciato risulta notevolmente ridotto (figura 3).
Detti tubi scambiatori 4 comprendono altresì una pluralità deformazioni 2 atte a rendere tortuoso il percorso dei fumi attraverso il tubo scambiatore 4. In particolare, le deformazioni 2 sono realizzate sulla superficie superiore 12 e sulla superficie inferiore 13 del tubo 4 e possono avere opportune geometrie; ad esempio, dette deformazioni 2 possono essere conformate secondo segmenti obliqui rispetto alla lunghezza del tubo scambiatore 4, detti segmenti essendo sfalsati tra loro (figura 2a).
Preferibilmente, i tubi scambiatori 4 (figura 7) sono disposti secondo file 8 comprendenti ciascuna almeno due tubi 4, dette file 8 essendo impilate in modo tale che i tubi 4 tra due file 8 adiacenti risultino sfalsati orizzontalmente. Inoltre, come mostrato in figura 7, i tubi 4 sono vantaggiosamente disposti sopra un unico fianco della camera di combustione 3.
Detta camera di combustione 3 ha un corpo di forma sostanzialmente cilindrica comprendente una prima base 9 collegata a detta piastra tubiera posteriore 5 ed una seconda base 10 provvista di apposito alloggiamento 11 atto all 'inserimento del bruciatore 111 (figura 9). Un elemento di giunzione 15, connesso tra detta piastra tubiera anteriore 6 e detta seconda base 10 della camera di combustione 3, fornisce un supporto alla struttura dello scambiatore di calore 1.
La sezione circolare della camera di combustione 3 offre uniformità di distribuzione del calore, ottimizzandone il processo produttivo ed incrementando Γ efficienza energetica dello scambiatore di calore 1.
Vantaggiosamente, lo scambiatore di calore 1 è realizzato in acciaio inossidabile. Nel funzionamento, i fumi generati dalla combustione innescata dal bruciatore 111 percorrono la piastra tubiera posteriore 5 e, attraversando i tubi scambiatori 4, giungono airintemo della piastra tubiera anteriore 6 (si vedano le frecce in figura 8); all’interno di detta piastra tubiera anteriore 6 i fumi raggiungono temperature di condensa e vengono espulsi per mezzo della canna fumaria (non mostrata in figura). In questo modo, parte del calore viene ceduta dalla camera di combustione 3 e parte viene ceduta dai tubi scambiatori 4, realizzando lo scambio di energia termica con l’ambiente circostante.
Lo scambiatore di calore 1 sopradescritto può essere utilizzato per il riscaldamento di ambienti, ad esempio in combinazione con una ventola per generare un flusso di aria calda (generatori di aria calda) o, allo stesso modo, può essere inserito come modulo in una macchina più complessa come un’unità per il trattamento dell’aria (U.T.A.).
In entrambe le applicazioni, grazie alla geometria dei tubi scambiatori 4 e alla loro disposizione su un unico fianco della camera di combustione 3, si ottengono al contempo un incremento dell’ efficienza termica ed una riduzione dimensionale dello scambiatore di calore 1.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore (1) comprendente camera di combustione (3), atta ad accogliere un bruciatore (111), ed una pluralità di tubi scambiatori (4) connessi a detta camera di combustione (3) e tra loro per mezzo di due piastre tubiere (5, 6) delle quali almeno una provvista di un collettore (7) per l’uscita dei prodotti della combustione, detto scambiatore (1) essendo caratterizzato dal fatto che ciascun tubo (4) di detta pluralità di tubi scambiatori (4) ha un profilo schiacciato e che detta camera di combustione (3) ha un corpo di forma cilindrica.
- 2. Scambiatore di calore (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti tubi scambiatori (4) comprendono una pluralità deformazioni (2) atte a rendere tortuoso il percorso dei fumi attraverso il tubo scambiatore (4).
- 3. Scambiatore di calore (1) secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti tubi scambiatori (4) comprende due superfici sostanzialmente piane, una superiore (12) ed una inferiore (13) e che dette deformazioni (2) sono realizzate su detta superficie superiore (12) e su detta superficie inferiore (13).
- 4. Scambiatore di calore (1) secondo le rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che dette deformazioni (2) sono conformate secondo segmenti obliqui rispetto alla lunghezza del tubo scambiatore (4), detti segmenti essendo sfalsati tra loro.
- 5. Scambiatore di calore (1) secondo le rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che detti tubi scambiatori (4) sono disposti su un unico fianco di detta camera di combustione (3).
- 6. Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti tubi scambiatori (4) sono disposti secondo file (8) comprendenti ciascuna almeno due tubi (4), dette file (8) essendo impilate in modo tale che i tubi scambiatori (4) tra due file (8) adiacenti risultino sfalsate orizzontalmente.
- 7. Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che alla piastra tubiera posteriore (5) sono connessi sia la camera di combustione (3) che i tubi scambiatori (4), e che alla piastra tubiera anteriore (6) sono connessi solo i tubi scambiatori (4).
- 8. Scambiatore di calore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che un elemento di giunzione (15), connesso tra detta piastra tubiera anteriore (6) ed una base (10) della camera di combustione (3), fornisce un supporto alla struttura dello scambiatore di calore (1).
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