ITPD20110076A1 - Apparato modulare di scambio termico per gas compressi - Google Patents

Description

DESCRZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un apparato modulare di scambio termico per il trattamento termico di un fluido di processo, in particolare gas compressi, del tipo includente le caratteristiche menzionate nel preambolo della rivendicazione principale.

Nell’ambito degli impianti tecnici per il trattamento dei gas compressi à ̈ noto impiegare unità comprendenti uno o più scambiatori termici. Un esempio di una unità di tale tipo à ̈ un essiccatore in cui il fluido di processo à ̈ aria compressa umida da separare per condensazione in aria secca e vapore acqueo.

In tale tipologia di impianti, Ã ̈ presente normalmente presente uno scambiatore di tipo aria/aria, un evaporatore ed un separatore di condensa, che realizzano un percorso per il gas da trattare, lungo il quale viene raffreddato ed essiccato.

Le unità anzidette sono normalmente realizzate predisponendo un involucro provvisto degli ingressi e delle uscite per i fluidi di processo e operativo e nel quale sono alloggiati i componenti suddetti che vengono fissati, normalmente tramite saldatura, in specifiche posizioni sull’involucro così da definire il percorso lungo il quale viene trattato il gas.

Le dimensioni e la disposizione dei componenti sono determinate di volta in volta in base alle specifiche di progetto, in particolare alle portate e alle potenze richieste ed alla destinazione d’uso dell’unità.

È pertanto evidente che le differenti configurazioni dell’unità richiedono necessariamente una completa riprogettazione anche dei singoli componenti, dovendo questi adattarsi alle specifiche esigenze di progetto.

La necessità di realizzare dei componenti specifici a seconda delle esigenze di progetto, impedisce ai produttori di essiccatori di rispondere prontamente alle diverse richieste, a meno di tenere a magazzino una gamma completa di componenti, con conseguenti difficoltà logistiche.

È quindi evidente che in generale, questa problematica, insieme alla necessità di effettuare una progettazione specifica per ogni configurazione dell’unità, comporta una produzione spesso eccessivamente complessa e poco efficiente sia dal punto di vista dei costi, sia dei tempi di realizzazione.

Rimane perciò nel settore l’esigenza di fornire unità di trattamento per fluidi di processo comprendenti elementi con caratteristiche tecniche e strutturali tali da rendere possibile realizzazioni standard e modulari, così da mettere a disposizione una gamma di configurazioni assemblabili in modo relativamente pratico e rapido, senza dover eseguire di volta in volta una progettazione di dettaglio.

Pertanto, il problema tecnico che à ̈ alla base della presente invenzione à ̈ quello di fornire un apparato di scambio termico per gas che consenta di ovviare agli svantaggi sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema à ̈ risolto dall’ apparto modulare di scambio termico per gas secondo la rivendicazione.

La presente invenzione presenta alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che l’apparato secondo la presente invenzione può essere adattato alle differenti esigenze progettuali in maniera economica e semplice.

In aggiunta, l’apparato secondo la presente invenzione può essere realizzato da una serie di componenti comuni, richiedendo quindi minori componenti a magazzino e, di conseguenza, può essere prodotto con una maggiore efficienza dal punto di vista logistico, oltre che dei tempi di produzione e dei costi.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d’impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

le figure da 1 a 4 sono illustrazioni schematiche che illustrano rispettivamente uno scambiatore di calore, un evaporatore, un separatore di condensa, ed un elemento di raccordo, particolari di un apparato di scambio termico secondo la presente invenzione;

le figure da 5 a 9 sono illustrazioni schematiche di differenti configurazioni dell’apparato di scambio termico secondo la presente invenzione;

la figura 10 Ã ̈ una vista in pianta, in esploso, di un apparato di scambio termico secondo la presente invenzione;

la figura 11 à ̈ una vista prospettica di mezzi di collegamento dell’apparato secondo la presente invenzione; e

le figure 12A e 12B sono rispettivamente una vista in pianta ed una vista frontale dell’apparato di figura 10.

Con riferimento inizialmente alla figura 12A, una unità di trattamento per un fluido di processo à ̈ indicata complessivamente con il numero 100. L’unità 100 comprende un pluralità di dispositivi di trattamento del fluido, realizzati in forma indipendente tra loro, secondo caratteristiche che saranno meglio descritte a seguire.

In maggiore dettaglio, l’unità 100, allo scopo di realizzare l’essiccazione di un gas compresso, comprende un primo scambiatore di calore 1 del tipo aria/aria, un evaporatore 2, dove il gas scambia calore con un fluido secondario di scambio termico, un separatore di condensa 3. È evidente che, a seconda delle necessità possono essere presenti anche ulteriori dispositivi di trattamento del fluido, ad esempio un ulteriore scambiatore combinato con l’evaporatore.

Tali dispositivi di trattamento comprendono un involucro di alloggiamento, all’interno del quale à ̈ alloggiato il rispettivo elemento di scambio termico o di trattamento del fluido. Nelle figure i dispositivi 1, 2 e 3 sono identificati tramite il loro rispettivo involucro, non essendo rappresentato, per semplicità descrittiva, l’elemento alloggiato al loro interno.

Gli involucri di alloggiamento comprendono quindi rispettive porzioni a sezione ristretta per l’ingresso/uscita del fluido di processo. Più precisamente, lo scambiatore aria/aria 1 comprende una prima ed un seconda porzione di ingresso 11, 13 del fluido di processo ed un prima e seconda porzione di uscita 12, 14 del fluido di processo. Tali porzioni sono disposte in maniera tale che un primo flusso di gas nello scambiatore 1, definito dal tratto di lavoro P10 dello stesso tra la porzione di ingresso 11 e la porzione di uscita 12, sia attraversato da un secondo flusso di gas, definito dal tratto di lavoro P11 tra la porzione di ingresso 13 e la porzione di uscita 14, con il quale scambia calore all’interno dello scambiatore 1. Tale configurazione à ̈ illustrata schematicamente in figura 1.

Con riferimento invece alla figura 2, l’evaporatore 2 comprende anch’esso porzioni di ingresso 21 e di uscita 22 del gas da trattare, che definiscono un secondo tratto di lavoro P2 del gas, lungo il quale viene raffreddato tramite un fluido ausiliario di scambio termico. A tale scopo, l’evaporatore 2 comprende un rispettivo ingresso 25 ed uscita 26 del fluido ausiliario di scambio termico.

Il separatore di condensa 3, illustrato in figura 3, comprende a sua volta una porzione di ingresso 31 ed una porzione di uscita 32, in maniera da definire un tratto di lavoro P3 lungo il quale il gas viene separato dalla sua componente umida, principalmente tramite mezzi meccanici, ben noti ad un tecnico del settore. La componente umida così separata viene quindi diretta, per gravità, verso uno scarico 33 tramite il quale viene scaricata dal separatore. Il separatore può essere predisposto per alloggiare sistemi di filtrazioni intermedi 34 e sensori di temperatura 35. Infine, come illustrato in figura 4, l’apparato secondo la presente invenzione comprende anche almeno un elemento di raccordo 4, anch’esso provvisto di porzioni di ingresso e di uscita 41, 42. Tale elemento di raccordo 4 presenta una forma a gomito, in maniera tale da deviare di 90° il flusso di gas. Inoltre, può essere associato a tratti rettilinei 4', anch’essi eventualmente provvisti delle sezioni di ingresso e uscita 41, 42 suddette.

Con riferimento quindi alla figura 5, viene illustrato schematicamente un primo esempio di realizzazione dell’apparato secondo la presente invenzione, nel quale i componenti suddetti sono disposti e collegati in maniera da realizzare un percorso complessivo P del fluido da trattare.

In particolare, l’apparato 100 realizza un essiccatore lungo il quale viene abbassato il contenuto di umidità in un flusso di aria compressa umida. Il gas viene immesso tramite l’ingresso 11 del primo scambiatore 1, dove scambia calore con aria essiccata nell’essiccatore stesso, prima dell’uscita da quest’ultimo, come sopra illustrato.

Il primo scambiatore 1 à ̈ collegato al secondo scambiatore 2 accoppiando l’uscita 12 e l’ingresso 21. In quest’ultimo l'aria viene ulteriormente raffreddata, fino ad abbassare la temperatura fino al punto di condensazione.

Il secondo scambiatore 2 à ̈ collegato tramite un elemento di raccordo 4 nel separatore 3, che quindi separa ed allontana l'acqua dal gas. Infine, dalla porzione di uscita 32 del separatore 3, il gas viene nuovamente inviato, tramite un ulteriore elemento di raccordo 4, al secondo ingresso 13 del primo scambiatore 1, dove effettua lo scambio termico con l’aria umida in ingresso, per poi uscire dall’apparato 100, in corrispondenza della seconda porzione di uscita 14. Con riferimento quindi alle figure 10, 11 e 12, il collegamento tra due dispositivi o tra un dispositivo ed un elemento di raccordo 4, viene realizzato tramite un elemento di collegamento 5 che, nella presente forma di realizzazione à ̈ di tipo meccanico.

Più precisamente, la connessione può ad esempio essere realizzata con un giunto Victaulic®, ovverosia un giunto formato da due semi-giunti, chiudibili tramite mezzi di serraggio 53. Il giunto comprende due sedi 51 affacciate, nelle quale possono essere alloggiate rispettive estremità sagomate degli elementi che devono essere connessi. Il serraggio dei mezzi di serraggio, ad esempio realizzati tramite bulloni 53, consente di stringere i due semi-giunti in maniera da bloccare le estremità sagomate nelle rispettive sedi 51.

Le estremità sagomate sono definite in rispettive estremità di collegamento 52, realizzate in ciascuna delle porzioni di ingresso/uscita dei dispositivi di trattamento sopra identificati e degli elementi di raccordo 4. Più precisamente, le estremità 52 sono sagomate in maniera tale da presentare un bordo in rilievo che viene alloggiato nella sede 51 e quindi bloccato nelle stessa per mezzo del serraggio del giunto 5. Più precisamente, i mezzi di serraggio 53 consentono, a seconda di una forza di serraggio con la quale vengono serrati i bulloni, alternativamente l’alloggiamento delle estremità di collegamento 52 all’interno delle sedi 51 degli elementi di collegamento 5, la rotazione delle estremità 52 nelle sedi 51 ed il collegamento a tenuta delle estremità di collegamento 52 di due rispettivi dispositivi o di un dispositivo ed di un elemento di raccordo 4 connessi tramite l’elemento di collegamento 5. A tale scopo, l’elemento di collegamento comprende un elemento di tenuta alloggiato all’interno della sede 51.

Secondo una forma di realizzazione preferita, le porzioni di ingresso e uscita dei dispositivi di trattamento e degli elementi di raccordo presentano tutti medesima dimensione e forma, in particolare con una sezione circolare. In questo modo, un’unica tipologia di elementi di collegamento 5 potrà essere utilizzata per il collegamento dei dispositivi tra loro o di un dispositivo con un elemento di raccordo 4. Come si può osservare dalle figure da 10 a 12, le porzioni di ingresso/uscita 11, 12, 13, 14, 21, 22, 31, 32 dei dispositivi di trattamento 1, 2, 3, presentano delle sezioni ristrette rispetto alla sezione operativa del dispositivo, intesa come quella sezione dell’involucro di alloggiamento. Questa caratteristica consente di rendere i dispositivi strutturalmente indipendenti e, quindi di poterli gestire ed utilizzare, sia in fase di installazione, sia in fase di manutenzione, l’uno indipendentemente dall’altro.

Inoltre, l’uso di una sezione circolare consente anche di orientare in qualunque direzione nello spazio gli elementi di raccordo rispetto al dispositivo a cui à ̈ collegato, consentendo pertanto differenti configurazioni dell’apparato 100, alcune delle quali saranno illustrate a seguire. Sempre grazie all’orientabilità permessa dagli elementi di collegamento 5, anche l’ingresso e l’uscita 25 e 26 del fluido ausiliario di scambio termico possono essere orientati nello spazio, come illustrato dalla freccia tratteggiata in figura.

Come si può osservare nelle figure 6 e 7, gli stessi dispositivi 1, 2 e 3 possono essere disposti diversamente rispetto alla prima forma di realizzazione, in maniera da ottenere una specifica configurazione dell’apparato 100 e sviluppo spaziale dello stesso. Di conseguenza, le porzioni di ingresso/uscita dei dispositivi 100 potranno essere connesse tra loro in maniera differente rispetto a quanto precedentemente descritto. Ad esempio, nell’esempio realizzativo di figura 6, il gas viene immesso nel dispositivo tramite la porzione 13, il primo ed il secondo scambiatore sono collegati rispettivamente tramite le porzioni 14 e 21, ed il gas secco esce dall’apparato 100 tramite la porzione 12. Ulteriore differente configurazione à ̈ descritta in figura 7, nella quale, in particolare, il primo ed il secondo scambiatore sono connessi tramite un elemento di raccordo 4 che devia il flusso di 90°.

Con riferimento quindi alla figura 8, l’evaporatore può essere sostituito con uno scambiatore 2' che racchiude l’evaporatore ed uno scambiatore di calore in cui avviene uno scambio termico con un ulteriore fluido secondario, alimentato tramite appositi ingressi/uscite 27, 28, che funge da massa termica.

È anche possibile utilizzare più di uno scambiatore in serie od in parallelo in modo tale da avere sistemi di scambio con altre fonti energetiche. A puro titolo d’esempio, in figura 9 viene illustrato un apparato 100 costituito da uno scambiatore aria-aria 1, da un evaporatore 2 e da uno scambiatore intermedio 2'' in cui fluisce acqua fredda proveniente da sistemi di recupero energetico posti all’esterno dell’edificio in cui à ̈ installato l’impianto. In questo modo quando le condizioni ambientali esterne lo permettono, la macchina evita di utilizzare il ciclo frigorifero per le operazioni di deumidificazione del gas compresso da trattare.

L’utilizzo di più scambiatori disposti in serie o in parallelo permette inoltre vantaggiosamente di sfruttare scambiatori di piccole dimensioni anche per realizzare elevati scambi termici. Questo consente di evitare difficoltà costruttive e necessità di collaudi e verifiche periodiche richieste per le unità di grandi dimensioni.

Infine, con riferimento alla figura 10, si noti che il medesimo sistema di collegamento può essere utilizzato nel separatore 3, il cui involucro di alloggiamento può essere vantaggiosamente suddiviso in una porzione superiore 3' ed una porzione inferiore 3'', unite tramite un elemento di collegamento 5', sempre di tipo Victaulic. Questa caratteristica consente di ispezionare, sostituire o apportare miglioramenti al dispositivo di separazione.

L’invenzione risolve quindi il problema proposto, conseguendo al contempo una pluralità di vantaggi, tra cui un’elevata modularità e flessibilità nella configurazione dell’apparato essendo possibile utilizzare una serie di componenti standard per realizzare una pluralità di differenti configurazioni dell’apparato.

L’apparato secondo la presente invenzione può inoltre essere composto poco prima dell’assemblaggio della macchina in cui deve essere installato, secondo le specifiche esigenze del cliente.

In aggiunta, la possibilità di disporre nello spazio a piacimento i diversi componenti di cui à ̈ costituito, rende possibile l’orientamento delle porzioni di ingresso ed uscita del gas da trattare e dei fluidi refrigeranti.

Ulteriore vantaggio della presente invenzione à ̈ legato al fatto di poter utilizzare, con una serie di componenti comuni di base, anche diverse tecnologie di scambio termico e regolazione, come ad esempio a gas caldo o a massa termica.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità (100) per il trattamento termico di un fluido di processo comprendente: • una pluralità di dispositivi di trattamento del fluido di processo che includono almeno un primo scambiatore di calore (1), un secondo scambiatore di calore (2) ed un separatore di condensa (3), • almeno un elemento di raccordo (4) tra due dispositivi di detta pluralità, detto elemento di raccordo (4) presentando estremità di collegamento (52) in corrispondenza rispettivamente di una porzione di ingresso (41) e di una porzione di uscita (42); • elementi di collegamento (5) di detti dispositivi di trattamento del fluido di processo (1, 2, 3) e di detto almeno un elemento di raccordo (4); caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti dispositivi di trattamento (1, 2, 3) comprende un rispettivo involucro di alloggiamento, in maniera da renderli strutturalmente indipendenti, e presenta estremità di collegamento (52) in corrispondenza di rispettive porzioni a sezione ristretta di ingresso e/o uscita (11, 12, 13, 14, 21, 22, 31, 32) del fluido di processo, le estremità di collegamento (52) di due dispositivi di trattamento (1, 2, 3) o di un dispositivo di trattamento (1, 2, 3) e di un elemento di raccordo (4) essendo tra loro connesse tramite detti elementi di collegamento (5), in maniera da formare un percorso (P) di trattamento che attraversa detti dispositivi (1, 2, 3).
2. 2. Unità (100) secondo la rivendicazione 1, in cui dette estremità di collegamento (52) presentano sezione circolare con un’estensione superficiale inferiore rispetto ad una sezione operativa di detta dispositivi (1, 2, 3).
3. 3. Unità (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti elementi di collegamento (5) sono di tipo meccanico e comprendono due sedi (51) atte ad alloggiare estremità di collegamento (52) di due rispettivi dispositivi (1, 2, 3) o di un dispositivo (1, 2, 3) ed un elemento di raccordo (4).
4. 4. Unità secondo la rivendicazione 3, in cui detti elementi di collegamento (5) presentano mezzi di serraggio (53) atti a consentire, a seconda di una forza di serraggio di detti mezzi (53), alternativamente l’alloggiamento di dette estremità di collegamento (52) in detti elementi di collegamento (5), la rotazione di dette estremità (52) in dette sedi (51) ed il collegamento tenuta delle estremità di collegamento (52) di due rispettivi dispositivi (1, 2, 3) o di un dispositivo (1, 2, 3) ed un elemento di raccordo (4) connessi tramite l’elemento di collegamento (5).
5. 5. Apparato (100) secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detti elementi di collegamento (5) sono di tipo reversibile, in maniera tale da consentire il bloccaggio e la successiva rimozione di detti dispositivi (1, 2, 3) e/o di detto elemento di raccordo (4).
6. 6. Apparato (100) secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto elemento di raccordo (4) presenta una forma a gomito.
7. 7. Apparato (100) secondo la rivendicazione 6, comprendente ulteriormente un tratto di raccordo (4') rettilineo.