ITPD970140A1 - Dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO DI SFIATO AUTOMATICO PER IMPIANTI DI RISCALDAMENTO A VAPORE A TUBI EVACUATI"

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati.

Sono già' noti in campo termotecnico impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati.

Un impianto di ,tale tipo e' in particolare descritto nel Brevetto italiano No. 1244098 depositato il 19 luglio 1990 a nome dello stesso richiedente e al quale si fa riferimento.

L'impianto comprende almeno un fascio di tubi o batterie di tubi collegati in circuito chiuso, da un lato con la parte alta di una pozza scaldata contenente una sostanza con proprietà' convettive ed associata a mezzi di riscaldamento atti a provocarne l'evaporazione e dall'altro lato con una pozza non scaldata (raccoglitore di condensa).

In alternativa 'la parte bassa della stessa pozza riscaldata è collegata direttamente al fascio o alle batterie.

I1 fascio di tubi o la batteria di tubi sono disposti in modo da poter scambiare calore con un ambiente o con altre materie, liquide, solide o gassose direttamente o indirettamente .

In particolare essi possono essere investiti dal flusso d'aria provocato daiuno o piu' ventilatori e l'aria stessa può’ essere immessa direttamente e/o indirettamente nell'ambiente da riscaldare.

Per quanto riguarda il funzionamento, si deve tenere conto che l'assieme delle pozze, della batteria o del fascio di tubi e dei collegamenti costituiscono un tutt'uno stagno sottovuoto e contengono una ben determinata quantità di sostanza quale acqua jche si confina nelle parti basse.

Con il riscaldamento della pozza riscaldata il liquido in essa contenuto evapora ed il vapore tende ad occupare tutto il volume disponibile propagandosi quindi al fascio di tubi o nella batteria'di tubi che sono vuoti.

L'effetto della ventilazione forzata o eventualmente la convezione naturale o!dell'irraggiamento asporta calore dai tubi facendo condensare il vapore in esso contenuto.

La condensazione crea nuovo vuoto (o altera in quella zona le condizioni di pressione per cui nuovo vapore occup il posto di quello condensato).

Il condensato per effetto della pendenza dei tubi tende ad andare verso la parte bassa del circuito e da questa, per effetto sempre della pendenza o per azione meccanica, confluisce nella parte bassa della pozza riscaldata.

Pur essendo particolarmente apprezzati negli ultimi anni questi impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati non si sono rivelati privi di inconvenienti, in particolare dovuti alla necessita' di eseguire saldature a regola d'arte fra le varie parti in collegamento reciproco per evitare la possibilità' di infiltrazioni d'aria all'interno dell'impianto.

Infatti se vi e', presenza d'aria (incondensabile) essa tende ad essere confinata dal vapore impedendo o riducendo in corrispondenza del fascio di tubi o della batteria di tubi lo scambio termico.

L'aria, che e' un buon isolante termico, confinata in queste zone non si riscalda e pregiudica quindi il funzionamento dell'imIpianto costringendo ad un intervento manutentivo costituente nel ripristino dell'originario grado di vuoto.

In vari casi si e' dovuto constatare che alcune saldature che a prima'vista sembravano fatte a regola d’arte presentavano invece1 delle porosità' con conseguenti infiltrazioni d'aria con risultati come quello piu' sopra citato.

Il compito principale del presente trovato e' perciò quello di mettere a punto un dispositivo che consenta uno sfiato automatico di eventuali presenze d'aria all'interno di impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati.

Nell’ambito del compito sopra esposto, conseguente primario scopo e' quello di mettere a punto un dispositivo di sfiato che svincoli dalla necessita' di realizzare tra le parti in collegamento saldature a regola d'arte o comunque privi di porosità' o per utilizzare al posto delle saldature altri sistemi di unione, risparmiando conseguentemente in termini di manodopera e di tempo.

Ancora un importante scopo e' quello di eliminare gli interventi manutentivi atti a ripristinare le ottimali condizioni di vuoto.

Questi ed altri scopi ancora, che piu' chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento comprendenti uno o piu' elementi di scambio termico (radiatori, piastre,!batterie) singolarmente o globalmente comunicanti con una pozza riscaldata, contenente una sostanza con proprietà' convettive ed associata a mezzi di riscaldamento atti a provocarne la evaporazione, nella detta pozza riscaldata confluendo direttamente per via naturale o meccanica il condensato del vapore dalla stessa prodotto, detto dispositivo caratterizzandosi per il fatto d comprendere, collegato ad una o piu' zone di detti elementi di scambio termico, un1contenitore chiuso dotato di sensori tti a rilevare presenza di aria e di una valvola di scarico automatico, detti sensori e detta valvola essendo collegati ad una centralina di controllo e gestione che riceve segnali da detti sensori e comanda l'apertura e la chiusura di detta valvola.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una sua forma realizzativa illustrata a titolo indicativo. ma non per questo .limitativo della sua portata, nelle allegate tavole di disegni in cui:

la fig. 1 e' uno schema che rappresenta una prima forma realizzativa di un impianto di riscaldamento a termoventilatore dotato del dispositivo di sfiato automatico secondo il trovato;

la fig. 2 e' un particolare ingrandito che illustra il dispositivo di sfiato secondo il trovato;

la fig. 3 e1 una variante dell’impinto di figura 1 in versione split;

la fig. 4 e' uno schema di una seconda forma realizzativa dell'impianto per il riscaldamento di sostanze liquide o gassose;

la fig. 5 e' una vista schematica di una terza forma realizzativa di uri impianto di riscaldamento ad irraggiamento.

Con riferimento 1alle figure 1 e 2 precedentemente citate, una struttura scatolare metallica, indicata complessivamente con 10, presenta all'interno due zone, rispettivamente una .primaria 10a ed una secondaria 10b.

Nella zona primaria 10a e' presente una pozza riscaldata 11 e nella zona secondaria 10b il sistema del ritorno condensato, costituito in questo caso da un pozza non scaldata 12 e da'un tubo 14.

Un fascio di tubi alettati o batteria di tubi o piastra 13 e' disposta nella parte superiore della struttura 10 collegandosi nella parte alta delle pozze 11 e 12.

Nella zona primaria IOa inferiormente alla pozza riscaldata 11 e’ posto un bruciatore 15 accoppiato a note apparecchiature di cIontrollo e sicurezza necessarie al suo funzionamento ed indicate con 16.

Nella parte superiore rispetto a detto bruciatore 15 e‘ posto un attacco 17 per una tubazione di espulsione dei combusti.

Nella zona secondaria 10b il detto fascio di tubi o batteria o piastra 13 e' interposto fra una griglia di uscita 18 ed un apparato di ventilazione comprendente un ventilatore 19 con il rispettivo motore 20 ed una presa d’aria 21 con filtro 22.

L’assieme pozza scaldata 11, fascio o batteria o piastra 13, pozza non scaldata 12, tubo ritorno condensato 14 e’ un tutt’uno chele’, sia in riposo che in funzione. in perfetto equilibrio termodinamico tra il vapore ed il suo condensato.

Naturalmente medesime considerazioni possono essere fatte se manca la pozza non riscaldata.

Poiché' il vapore e' immiscibile con l'aria, durante il funzionamento, qualora nell'impianto vi fosse aria, il vapore prodotto nella pozza riscaldata confina l'aria.

Vi è una tendenza naturale a portare in alto l'aria eventualmente presente nell'impianto, ma può essere anche che l'aria stessa viene spinta verso altre zone di confinamento anche piu' basse degli elementi disperdenti il calore.

Secondo il trovato, in una zona di confinamento dell'aria, che può' essere piu' alta o piu' bassa, a seconda del circuito dell'impianto, rispetto a detto fascio di tubi 13 o batteria o piastra e' collegato un dispositivo di sfiato 23 (che per ragioni esemplificative viene indicato in fig. 1 nel punto piu' alto) comprendente un contenitore 24 chiuso dotato di sensori per la rilevazione di presenza d'aria che si concretizzano in un termostato inferiore 25 ed in un pressostato 26 é sulla sommità' di una elettrovalvola 27 comunicante con l'esterno, di scarico automatico.

Ancora secondo .il trovato, il termostato 25, il pressostato 26 e la elettrovalvola 27 sono collegate ad una centralina 28 di controllo e gestione collegata ad un'alimentazione 29di energia elettrica.

E’ pure prevista una sonda di livello acqua 30 che ha il suo terminale all'interno del contenitore 24 stesso, che solo per ragioni di esemplificazione viene indicata nella parte superiore.

Pure la sonda di livello acqua 30 e' collegata alla centralina elettronic1a.

ConvenientementeI il contenitore 24 e' costituito da un barilotto di acciaio di volume adeguato alle dimensioni dell'impianto a cui e' collegato e la centralina di controllo e gestione puo' essere montata direttamente su di esso oppure remota.

Per quanto riguarda il funzionamento, la condizione iniziale e' quelladi impianto freddo e non sottovuoto, cioè' con le sue parti interne a pressione ambiente.

Dopo qualche minuto dall’avviamento del bruciatore 15 la pressione all'interno dell'impianto comincia ad aumentare facendo chiudere il contatto del pressostato 26.

Essendo l’impianto freddo (sotto gli 80 °C ad esempio) il contatto del termostato 25 in serie con quello del pressostato 26 si trova in stato di chiusura e la centralina 28 comanda l'apertura dell'elettrovalvola 27 e quindi lo sfiato dell'aria contenuta nell’impianto.

All'avvicinarsi Ideila temperatura di regime l'aria espulsa viene sostituita dal vapore prodotto dal riscaldamento dellapozza riscaldata 11 in cui e' contenuto una ben quantità1 di acqua.

Il vapore arrivando a contatto con la sonda del termostato 25 la 'riscalda ed al raggiungimento della temperatura impostala (70 ÷ 80 ÷ 90 100 °C) provoca l'apertura del contatto interrompendo l’alimentazione dell'elettrovalvola 27 che chiude lo sfiato.

Se durante l'operazione di sfiato si verificasse un trascinamento di acqua verso il contenitore 24, la sonda di livello acqua 29 interrompe l'alimentazione dell'elettrovalvola 27 chiudendo lo sfiato e ripristinandola quando l'acqua sara''defluita.

Durante il normale funzionamento dell'impianto di riscaldamento ed in assenza di aria al suo interno la temperatura della parte calda e' costante e quindi il termostato 25 avra' i'·contatti aperti e l'elettrovalvola 27 si troverà' in stato idi chiusura.

Se dovesse entrare aria nell'impianto essa verrebe confinata verso il contenitore 24 provocando un abbassamento della temperatura del termostato 25 con conseguente chiusura del contatto e alimentazione dell'elettrovalvola di sfiato 27.

In ogni caso l'elettrovalvola 27 non verrà' mai fatta aprire se la pressione interna non dovesse superare il livello di regolazione del pressostato 26 (0,1 - 0,2 bar) in modo da evitare l'ingresso di aria in caso di blocco momentaneo del bruciatore 15.

Facendo riferimento alla fig. 3 precedentemente citata, in una realizzazione "split" dell'impianto si ha, ad esempio, una pozza riscaldata 111 (evaporatore), uno scambiatore 113 e tubazioni di collegamento in andata 112 e in ritorno 114.

Anche in questo caso è montato un dispositivo di sfiato 23 uguale a quello descritto precedentemente.

Facendo riferimento alla figura 4 precedentemente citata in una variante realizzativa dell'impianto lo scambiatore, ora 213, in pratica differisce dal precedente per il fatto che esso e' contenuto in un involucro ed e' investito direttamente dal materiale gassoso liquido che si intende scaldare .

Anche in questo caso e' presente un dispositivo di sfiato 23 uguale al precedente.

Prendendo ora 1 in considerazione la figura 5 precedentemente citata, una terza forma realizzativa dell ’impianto comprende gruppi costituiti ciascuno da un fascio di tubi 313 'intimamente connessi ad una piastra metallica 331 costituita da una lamiera le cui l'estremità' comunicano attraverso1 un collettore 332 per un lato ad una pozza riscaldata 311 e dall'altra parte attraverso un secondo collettore 333 con la stessa pozza riscaldata 311.

Alla pozza riscaldata 311 e' associato un bruciatore 315 o altri sistemi 'idonei a riscaldare.

Le piastre 331 sono anche rivestite superiormente con un isolamento atto a limitare le dispersioni di calore.

Le piastre possono essere singole o collegate tra di loro sino a costituire strisce di notevole lunghezza ed estendersi su un solo lato della pozza riscaldata 311 o su entrambi i lati di questa.

Anche in questo caso in una parte dell'impianto e1 collegato un dispositivo di sfiato 23 uguale ai precedenti.

E' da mettere a |questo punto in evidenza come in tutti i casi di impianto possano essere previste piu’ piastre o piu’ fasci di tubi o piu' batterie con uno o piu' dispositivi di sfiato automatico dell'aria.

Si e' in pratica constatato come siano stati raggiunti il compito e gli scopi preposti al presente trovato.

Infatti, dotando di impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati di dispositivi automatici di sfiat dell'aria si e' dotato gli impianti stessi di dispositivi atti a realizzare al loro interno il vuoto necessario al funzionamento e si sono poi risolti tutti gli inconvenienti che si riscontravano attualmente dovute a infiltrazioni d'aria che si verificavano principalmente nelle saldature fra le varia giunzioni quando non eseguite a regola d'arte.

Naturalmente il dispositivo di sfiato può anche essere impiegato come rompivuoto, ripristinando la pressione atmosferica nell’impianto quando lo stesso non è utilizzato.

Ciò può essere realizzato con un contatto di scambio che inverte il funzionamento della elettrovalvola.

Il trovato cosi' concepito e’ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i particolari possono essere costituiti da altri elementi funzionalmente o tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, poiché' compatibili con l'uso contingente, nonché' le dimensioni potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento comprendenti uno o piu' elementi di scambio termico (radiatori piastre, batterie) singolarmente o globalmente comunicanti con una pozza riscaldata, contenente una sostanza con proprietà' convettive ed associata a mezzi di riscaldamento atti a provocarne la evaporazione, nella detta pozza riscaldata confluendo direttamente per via naturale o meccanica il condensato del vapore dalla stessa prodotto, detto dispositivo caratterizzandosi per il fatto di comprendere, collegato ad una o piu' zone di detti elementi di scambio termico, un contenitore chiuso dotato di sensori atti a rilevare la presenza di aria e di una valvola di scarico automatico, detti sensori e detta valvola essendo collegati ad una centralina di controllo e gestione che riceve segnali da detti sensori e comanda l'apertura e la chiusura di detta valvola.
2. 2) Dispositivo di sfiato come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una sonda per la segnalazione del livello di acqua all'interno di detto contenitore .
3. 3) Dispositivo di sfiato come alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti sensori atti alla rilevazione di presenza di aria comprendono un termostato ed un pressostato.
4. 4) Dispositivo di sfiato come alla rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detta valvola di scarico automatico e' una elIettrovalvola di scarico.
5. 5) Dispositivo; di sfiato come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un contatto di scambio per invertire il funzionamento di detta elettrovalvola.
6. 6) Impianto di riscaldamento a vapore a tubi evacuati in equilibrio termodinamico caratterizzato dal fatto di comprendere piu' fasci di tubi o batterie di tubi o piastre radianti con uno o piu’ dispositivi di sfiato automatico secondo una o piu' delle rivendicazioni precedenti.
7. 7) Dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati in equilibrio termodinamico ed impianto di riscaldamento dotati di dispositivo di sfiato come ad una o piu' delle rivendicazioni precedenti che si caratterizzano per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni.