ITPD20070170A1 - Dispositivo con scambiatori di calore a piastre, per la deumidificazione di aria - Google Patents

Dispositivo con scambiatori di calore a piastre, per la deumidificazione di aria Download PDF

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Description

DISPOSITIVO CON SCAMBIATORI DI CALOREA PIASTRE. PER
LA DEUMIDIFICAZIONE DIARIA
DESCRIZIONE
Il presente brevetto è attinente ai dispositivi con scambiatori di calore a piastre, per la deumidificazione di aria ed in particolare concerne un nuovo tipo di dispositivo con scambiatori di calore a piastre, per la deumidificazione di aria ad elevato contenuto di umidità ed elevata temperatura, con due batterie affiancate di piastre scambiatri ci e separatore di condensa integrato.
Sono noti gli scambiatori di calore, atti a realizzare uno scambio di energia termica tra fluidi a temperature differenti.
Sono noti gli scambiatori di calore a piastre, comprendenti almeno una serie di piastre affiancate o sovrapposte a pacco, saldobrasate e/o con guarnizioni perimetrali, per la tenuta verso l esterno, e fori di passaggio dei fluidi di scambio, detti fori essendo dotati di guarnizioni opportunamente disposte in posizioni alternate in modo da convogliare detti fluidi negli spazi tra le piastre seguendo percorsi idraulicamente isolati.
Negli scambiatori a piastre si ottiene un elevato coefficiente di scambio termico, poiché è massimizzata la superficie di contatto tra i due fluidi, che coincide con la superficie di dette piastre, appositamente corrugata e/o dotata di nervature o alette.
Attualmente, è noto l impiego di questa tipologia di scambiatori di calore particolarmente per la deumidificazione di aria ad alta temperatura e ad alto contenuto di umidità proveniente da impianti di compressione.
In tali dispositivi, l’aria in entrata nella batteria di piastre dello scambiatore viene raffreddata in scambio termico con un fluido refrigerante atto ad abbassare la temperatura dell’aria da deumidificare oltre il punto di rugiada, provocando la condensazione del vapor d’acqua contenuto nel flusso di aria. La rimozione e lo scarico della condensa avviene in un separatore di condensa, ossia una camera dotata di un drenaggio del condensato sul fondo e di un’apertura per l’uscita dell’aria deumidificata e raffreddata.
Sono noti scambiatori di calore per l’essiccazione di aria umida e ad alta temperatura comprendente una coppia di batterie di piastre scambiatri ci, una a monte e una a valle del separatore di condensa, e dove nella batteria a monte del separatore avviene il pre-raffreddamento dell’aria in ingresso, che fluisce in controcorrente con l’aria secca già raffreddata in uscita, mentre nella batteria a valle l’aria pre-raffreddata viene ulteriormente raffreddata, impiegando come fluido di scambio in controcorrente un fluido refrigerante. L’aria raffreddata, in uscita dalla batteria a valle, viene convogliata nel separatore di condensa interposto, dove avviene la separazione e lo scarico del condensato e la fuoriuscita dell’aria deumidificata, la quale viene quindi reintrodotta nello scambiatore a monte, dove pre-raffredda l’aria in ingresso. In dispositivi scambiatori di questo tipo, all’interno del separatore scorre, entro un condotto, l’aria pre-raffreddata proveniente dalla batteria a monte, avente una temperatura maggiore rispetto alla temperatura dell’aria raffreddata uscente dalla batteria a valle.
Oggetto del presente trovato è un nuovo tipo di dispositivo con scambiatori di calore a piastre, per la deumidificazione di aria ad elevato contenuto di umidità ed elevata temperatura, con due batterie adiacenti di piastre scambiatrici e separatore di condensa integrato in posizione terminale.
Compito principale del presente trovato è massimizzare l efficienza di deumidificazione, poiché la camera del separatore di condensa è internamente percorsa dal/i tratto/i di condotto/i di adduzione del fluido refrigerante, che contribuisce al meglio al raffreddamento ulteriore dell’aria. Altro importate vantaggio del presente trovato consiste nell’ ottimizzare e semplificare i processi di produzione e assemblaggio dell’intero dispositivo. Nella soluzione preferita, si prevede infatti che dette piastre siano particolarmente conformate e orientate in modo da condurre i fluidi nelle batterie in modo opportuno.
Questi ed altri scopi, diretti e complementari, sono raggiunti dal nuovo tipo di dispositivo con scambiatori di calore a piastre, per la deumidificazione di aria ad elevato contenuto di umidità ed elevata temperatura, comprendente: - una prima batteria di pre-raffreddamento in cui circolano in controcorrente e in circuiti alternati l’aria in ingresso, ad elevata percentuale di umidità e ad alta temperatura, e l’aria secca e raffreddata proveniente dal separatore di condensa;
una seconda batteria intermedia di raffreddamento, adiacente a detta prima batteria di pre-raffreddamento, in cui circolano in equicorrente e in circuiti alternati l’aria umida pre-raffreddata, in uscita da detta batteria di pre-raffreddamento, e un fluido refrigerante;
un separatore di condensa integrato in posizione terminale, in cui viene raccolta e scaricata l’acqua di condensazione dell’aria raffreddata in uscita dalla batteria intermedia, mentre l’aria deumidificata e raffreddata viene ricircolata, attraversando detta batteria intermedia stessa, ma senza fluire tra le piastre, in detta prima batteria di pre-raffreddamento, dove funge da fluido di scambio con l’aria da deumidificare in ingresso. Detto separatore di condensa è inoltre attraversato dal condotto di adduzione di detto fluido refrigerante, proveniente da un sistema di refrigerazione, a detta batteria intermedia e dal condotto di ritorno di detto fluido refrigerante stesso in uscita dalla batteria intermedia verso il sistema di refrigerazione.
Detta prima batteria di pre-raffreddamento comprende un pacco di piastre affiancate o sovrapposte, di cui due piastre terminali e una pluralità di piastre intermedie, ciascuna con nervature o rugosità su almeno una faccia, atte ad aumentare la superficie di contatto dei fluidi, e quattro fori passanti, di cui due di ingresso e due di uscita dei fluidi di scambio, ossia l’aria da deumidificare e l’aria deumidificata e raffreddata, che fluiscono in controcorrente in circuiti alternati negli spazi tra le piastre.
Detta seconda batteria intermedia di piastre scambiatrici comprende, analogamente, un pacco di piastre affiancate o sovrapposte, di cui due piastre terminali e una pluralità di piastre intermedie, ciascuna con rugosità o nervature su almeno una faccia, e fori passanti per l’ingresso e l’uscita dei fluidi di scambio, ossia l’aria da deumidificare pre-raffreddata, proveniente da detta batteria di pre-raffreddamento, e il fluido refrigerante.
Le piastre di ciascuna di dette batterie di pre-raffreddamento e intermedia di raffreddamento sono tra loro vincolate preferibilmente mediante saldobrasatura perimetrale ed interna, ad esempio con rame o altro materiale di apporto, per garantire la tenuta verso l esterno.
Detto separatore di condensa comprende sostanzialmente una scatola parallelepipeda, con fondo chiuso e pareti anulari accostate ortogonalmente a detta piastra terminale della batteria intermedia, vincolate in modo da individuare almeno una camera in cui avviene la separazione della condensa dell’ aria raffreddata proveniente dalla batteria intermedia di raffreddamento. Allo scopo di evitare il trascinamento dell’acqua di condensa e di massimizzare il drenaggio dell’acqua verso lo scarico, si può anche prevedere che all’interno di detta camera di separazione sia trasversalmente collocato almeno un dispositivo frangi acqua, ad esempio una paglietta di fili d’acciaio.
Il fluido refrigerante, proveniente dal sistema di refrigerazione, fluisce in almeno un condotto di adduzione che, attraversando il separatore di condensa e almeno parte delle piastre della batteria intermedia, essendo inserito in appositi fori passanti ricavati su di esse, immette il fluido refrigerante stesso nella parte iniziale della batteria intermedia stessa in modo che esso fluisca in equicorrente con l’aria pre-raffreddata in uscita dalla batteria di pre-raffreddamento, in circuiti alternati negli spazi tra le piastre.
L’aria così raffreddata in uscita dalla batteria intermedia viene quindi immessa in detto separatore, dove la condensa aderisce alle pareti e/o ad ulteriori elementi o filtri e percola verso il basso, dove viene raccolta e scaricata attraverso appositi drenaggi con valvole.
L’aria raffreddata e così deumidificata fuoriesce da detto separatore attraverso almeno un foro realizzato su detta piastra terminale della batteria intermedia e viene convogliata, attraversando tutta la batteria intermedia stessa, ma senza fluire tra le piastre, nella batteria di pre-raffreddamento, dove, come detto, fluisce in contro corrente con l’aria da deumidificare, che viene così pre-raffreddata.
Per condurre l’aria deumidificata in uscita dal separatore fino alla batteria di pre-raffreddamento, il nuovo trovato, nella soluzione preferita, non prevede l’impiego di ulteriori condotti, grazie alla particolare conformazione di dette piastre affiancate o sovrapposte formanti la batteria intermedia.
Nel dettaglio, ciascuna di dette piastre comprende gli opportuni fori passanti di ingresso e di uscita dei fluidi di scambio circolanti, ossia del fluido refrigerante e dell’aria da deumidificare, e, ad eccezione della piastra terminale opposta rispetti al separatore, ossia contrapposta alla batteria di pre-raffreddamento, anche un foro passante in cui è inserito il condotto di adduzione del fluido refrigerante.
Oltre a detti fori, ciascuna di dette piastre comprende un anche ulteriore foro passante, in cui fluisce l’aria deumidificata proveniente dal separatore, e dove detto foro comprende una flangia o bordo anulare sostanzialmente troncoconico convergente, ripiegato verso la piastra retrostante rispetto al flusso di aria deumidificata.
Detto bordo anulare del foro di ciascuna piastra ha lunghezza e forma tale da inserirsi e aderire perfettamente lungo tutto il perimetro del bordo del corrispondente foro della piastra retrostante.
I bordi anulari di detti fori di tutte le piastre affiancate o sovrapposte a pacco di detta batteria intermedia realizzano così un condotto a tenuta non comunicante con lo spazio tra le piastre.
L’aria secca proveniente dal separatore e convogliato entro detti fori con bordo anulare attraversa quindi tutta la batteria intermedia senza fluire tra le piastre e raggiunge la piastra terminale della batteria, dove il bordo anulare di detto foro di passaggio si inserisce e aderisce perfettamente al corrispondente foro della piastra retrostante, ossia la piastra terminale della batteria di pre-raffreddamento.
In questo modo l’aria secca viene immessa nella batteria di preraffreddamento, dove funge da fluido di scambio per il pre-raffreddamento dell’aria da deumidificare.
Importante vantaggio del presente trovato consiste nella rapidità di realizzazione e di assemblaggio di dette piastre della batteria intermedia di raffreddamento, poiché detti fori con bordo anulare sono realizzati mediante semplice imbutitura o stampaggio o punzonatura in serie delle piastre.
In alternativa a detti fori con bordo anulare ripiegato, si può prevedere l’impiego di un condotto di adduzione dell’aria raffreddata e deumidificata in uscita dal separatore, che, inserito in fori passanti realizzati sulle piastre di detta batteria intermedia di raffreddamento, viene immesso in detta batteria di pre-raffreddamento.
Inoltre, poiché il separatore di condensa è integrato in posizione terminale e non interposta tra le batterie, esso non è percorso dal condotto di adduzione dell’aria sottoposta al solo pre-raffreddamento, ma dai condotti di adduzione e ritorno del fluido refrigerante che contribuiscono a raffreddare l’aria in trattamento nella camera di condensazione, massimizzando così l’efficienza di deumidificazione.
Le caratteristiche del saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione con riferimento alla tavola di disegno, allegata a titolo di esempio non limitativo. In figura 1 e 2 sono rappresentate due viste tridimensionali dell’esploso del nuovo dispositivo (D), rappresentato completamente assemblato in figura 3. In figura 4 è rappresentata una vista laterale dell’esploso del nuovo dispositivo (D).
In figura 5 e 5d-d è rappresentato in vista frontale e in sezione il pacco di piastre (Bl) della batteria intermedia (B) di raffreddamento.
In figura 6 e 6e-e è rappresentato in vista frontale e in sezione il pacco di piastre (Al) della batteria (A) di pre-raffreddamento.
Il nuovo dispositivo (D) comprende una prima batteria (A) di preraffreddamento in cui circolano in controcorrente e in circuiti alternati l’aria (Wi) in ingresso, ad elevata percentuale di umidità e ad alta temperatura, e l’aria (Wu) deumidificata e raffreddata proveniente dal separatore di condensa.
Detta batteria (A) di pre-raffreddamento comprende un pacco di piastre (Al) affiancate o sovrapposte, ciascuna con nervature o rugosità (Al 1) su almeno una faccia, e quattro fori passanti (A12), di cui due di ingresso e due di uscita dei fluidi di scambio.
In una seconda batteria (B) intermedia di raffreddamento, adiacente a detta prima batteria (A) di pre-raffreddamento, circolano in equicorrente e in circuiti alternati l’aria umida pre-raffreddata (W2) e un fluido refrigerante (F).
Detta batteria (B) intermedia di raffreddamento comprende, analogamente, un pacco di piastre (Bl) affiancate o sovrapposte, ciascuna con rugosità o nervature (Bll) su almeno una faccia, e fori passanti (B12) per l’ingresso e l’uscita dei fluidi di scambio.
Almeno un separatore di condensa (C), comprendente sostanzialmente una scatola parallelepipeda (Cl), con fondo chiuso (Cll) e pareti anulari (C12) accostate ortogonalmente alla piastra terminale (B2) della batteria intermedia (B), è vincolato a detta piastra terminale (B2) stessa in modo da individuare almeno una camera (C2) in cui avviene la separazione della condensa (W4) dell’aria raffreddata (W3) proveniente dalla batteria intermedia (B) di raffreddamento.
In detto separatore di condensa (C) viene raccolta e scaricata (C3) detta acqua di condensazione (W4), mentre l’aria deumidificata e raffreddata (Wu) viene ricircolata, attraversando detta batteria intermedia (B) stessa, ma senza fluire tra le piastre (Bl), in detta prima batteria (A) di preraffreddamento, dove funge da fluido di scambio con l’aria da deumidificare (Wi) in ingresso.
Detto separatore di condensa (C) è inoltre attraversato da almeno un tratto del condotto di adduzione (FI) di detto fluido refrigerante (F), proveniente da un sistema di refrigerazione, non rappresentato in figura, a detta batteria intermedia (B), e da almeno un tratto del condotto di ritorno (F2) di detto fluido refrigerante (F) stesso, in uscita dalla batteria intermedia (B) verso il sistema di refrigerazione.
Detto condotto di adduzione (FI) del fluido refrigerante attraversa dunque detto separatore di condensa (C) e parte delle piastre della batteria intermedia (B), essendo inserito in appositi fori passanti (B13) ricavati su di esse, immettendo così il fluido refrigerante (F) nella parte iniziale della batteria intermedia stessa (B), in modo che esso fluisca in equicorrente con l’aria pre-raffreddata (W2) in uscita dalla batteria di pre-raffreddamento (A). All’interno di detta camera di separazione (C) è opportunamente collocato, ad esempio in posizione trasversale, almeno un dispositivo frangi acqua (C4), ad esempio una paglietta di fili d’acciaio.
Per condurre l’aria deumidificata (Wu) in uscita dal separatore (C) fino alla batteria di pre-raffreddamento (A), ciascuna di dette piastre (Bl) comprende un anche ulteriore foro passante (B14), in cui fluisce l’aria deumidificata (Wu) proveniente dal separatore (C), e dove detto foro (B14) comprende una flangia o bordo anulare (B 15) sostanzialmente troncoconico convergente, ripiegato verso la piastra retrostante.
I bordi anulari (B15) di detti fori (B14) di tutte le piastre (Bl) di detta batteria intermedia (B) realizzano così un condotto a tenuta non comunicante con lo spazio tra le piastre (B) stesse.
II bordo anulare (B15) del foro (B14) della piastra terminale (B3) adiacente a detta batteria di pre-raffreddamento (A) si inserisce e aderisce a tenuta lungo tutto il perimetro del bordo del corrispondente foro passante (A12) realizzato in posizione corrispondente nella piastra terminale (A2) contrapposta di detta batteria di pre-raffreddamento (A) adiacente, per condurre l’aria raffreddata e deumidificata (Wu), in uscita da detta camera di condensazione (C2), direttamente entro detta batteria di preraffreddamento (A).
Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.
Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alle tavole accluse si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI Dispositivo (D) per la deumidificazione di aria con scambiatori di calore a piastre (Al, Bl) e separatore di condensa (C) caratterizzato dal fatto di comprendere: almeno una prima batteria (A) di pre-raffreddamento con una pluralità di piastre (Al) scambiatrici in cui circolano in controcorrente e in circuiti alternati i flussi di aria da deumidificare (Wi) in ingresso e di aria raffreddata e deumidificata (Wu) proveniente dal separatore di condensa (C); almeno una seconda batteria (B) intermedia di raffreddamento, adiacente e comunicante con detta prima batteria (A) di preraffreddamento, con una pluralità di piastre (Bl) scambiatrici in cui circolano in equicorrente o in controcorrente e in circuiti alternati i flussi di aria pre-raffreddata (W2), in uscita da detta batteria di preraffreddamento (A), e di fluido refrigerante (F); almeno un separatore di condensa (C) integrato in posizione terminale, adiacente e comunicante con detta batteria intermedia (B) di raffreddamento, comprendente almeno una camera di condensazione (C2) individuata dalle pareti anulari (Cll) e il fondo (CI 2) di una scatola (Cl) e la piastra terminale (B2) di detta batteria intermedia (B) di raffreddamento, e dove in detta camera di condensazione (C2) viene raccolto e scaricato il condensato (W4) del'aria raffreddata (W3) in uscita da detta batteria intermedia (B), mentre l’aria deumidificata e raffreddata (Wu) viene ricircolata in detta prima batteria di pre-raffreddamento (A), dove funge da fluido di scambio con l’aria (Wi) da deumidificare in ingresso.
  2. Dispositivo (D), come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un condotto di adduzione (FI) di detto fluido refrigerante (F) proveniente da un sistema di refrigerazione e comunicante con detta batteria intermedia (B) di raffreddamento, e almeno un ulteriore condotto di ritorno (F2) di detto fluido refrigerante (F) in uscita da detta batteria intermedia (B) di raffreddamento, e dove uno o entrambi detti condotti (FI, F2) attraversano detta camera di condensazione (C2).
  3. Dispositivo (D), come da rivendicazioni 1, 2, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un dispositivo frangi acqua (C4) disposto trasversalmente all’interno di detta camera di condensazione (C2).
  4. Dispositivo (D), come da rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzato dal fatto che ciascuna piastra (Bl) di detta batteria intermedia (B) di raffreddamento comprende almeno un foro passante (B14) con bordo anulare (B 15) ripiegato verso la piastra (Bl) retrostante, dove si inserisce e aderisce a tenuta lungo tutto il perimetro del bordo del corrispondente foro (B14) con bordo anulare (B15) della piastra (Bl) retrostante stessa, e dove il bordo anulare (B15) del foro (B14) della piastra terminale (B3) adiacente a detta batteria di pre-raffreddamento (A) si inserisce e aderisce a tenuta lungo tutto il perimetro del bordo del corrispondente foro passante (A12) realizzato in posizione corrispondente nella piastra terminale (A2) contrapposta di detta batteria di pre-raffreddamento (A) adiacente, per condurre l’aria raffreddata e deumidificata (W2) in uscita da detta camera di condensazione (C2) direttamente entro detta batteria di pre-raffreddamento (A), senza fluire tra le piastre (Bl) di detta batteria intermedia (B) di raffreddamento interposta.
  5. 5. Dispositivo (D), come da rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzato dal fatto che detto condotto di adduzione (FI) del fluido refrigerante (F) è inserito in fori passanti (B13) realizzati su parte di dette piastre (Bl) di detta batteria intermedia (B) di raffreddamento, per condurre detto fluido refrigerante (F) dal sistema di refrigerazione fino alla parte iniziale della batteria intermedia (B) di raffreddamento.
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