ITRM20080132A1 - Evaporatore di fluidi di condensa - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: “EVAPORATORE DI FLUIDI DI CONDENSA”

Campo dell’invenzione

L’invenzione riguarda un evaporatore di fluidi di condensa di frigoriferi o di banchi per esposizione di cibi refrigerati.

Stato della tecnica

Nei banchi o armadi espositori refrigerati con unità condensante a bordo, comunemente chiamati “Banchi a spina”, “Espositori refrigerati a spina”, “Banchi Plug-in”, “Plug-in display cabinets”, “Self-contained display cabinets” ecc., l’immissione di aria ambiente e della relativa umidità nell’impianto genera acqua che deve essere smaltita.

Come è ben noto, la formazione d’acqua in questi ambienti o contenitori refrigerati deriva da due fenomeni.

Il primo è la condensazione dell’umidità contenuta nell’aria ambiente sulle superfici interne dell’impianto. Questo fenomeno è pressoché continuo e la quantità di acqua che ne deriva dipende, oltre che dalla temperatura di esercizio del banco, dalla quantità di aria ambiente che viene immessa nell’impianto e dalla sua umidità relativa, che è ad esempio maggiore nei banchi “aperti” rispetto a quelli dotati di porte, e quindi dalle condizioni ambientali in cui il “plug-in” si trova ad operare.

Il secondo fenomeno consiste nello scioglimento della brina formatasi sull’evaporatore del circuito frigorifero tramite il riscaldamento dello stesso. La funzione di sbrinamento necessaria per ripristinare le condizioni ideali di scambio termico dell’evaporatore può essere eseguita mediante la semplice fermata del ciclo frigorifero in impianti con temperature di evaporazione vicine o superiori a 0°C. Dove lo sbrinamento è previsto, l’acqua che viene prodotta si “forma” in un tempo relativamente breve, tipicamente dai 10 ai 45 minuti, e lo sbrinamento viene effettuato ciclicamente ad intervalli tipicamente impostati tra le 6 e le 12 ore.

Quasi sempre, assieme all’acqua vengono convogliati, e devono essere smaltiti, anche liquidi derivanti dal lavaggio dell’espositore, per es. detergenti, e da eventuali rotture degli imballi dei prodotti esposti, per es. la rottura di una confezione di latte o una bibita o il sangue di carni. Nel caso di utilizzo di bacinelle per la raccolta di tali liquidi si hanno quindi formazioni di calcare e concentrazioni di “sporcizia” che rendono il liquido da smaltire “corrosivo” verso parti metalliche.

Sono note alcune soluzioni di questo problema dallo stato della tecnica. Sono state proposte bacinelle di raccolta a svuotamento manuale dell’acqua di condensa.

E’ il sistema più semplice ma presuppone un’operazione manuale da parte dell’utilizzatore finale ed il dimensionamento della bacinella deve essere basato sulla condizione più critica, ossia l’intervallo più lungo che può aver luogo tra uno “svuotamento” e quello successivo, tipicamente il fine settimana. Il suo svantaggio è che richiede un intervento manuale e inoltre pone una limitazione delle dimensioni della bacinella.

Sono note soluzioni con uno scarico a pavimento del fluido di condensa. Anche questo sistema risulta molto semplice ed efficace ma prevede la predisposizione di tubature di scarico dal banco frigorifero, cosa non sempre apprezzata nei piccoli esercizi e che limita le possibilità di spostare il frigorifero.

Sono state proposte vaschette disposte sopra al compressore del circuito frigorifero. Si tratta del sistema più utilizzato nei frigoriferi domestici e nei “plug-in” di piccole dimensioni. Estremamente semplice, economico, poiché prevede una semplice bacinella in plastica, ed a consumo energetico “zero” poiché si basa sul calore dissipato dal compressore per il suo stesso funzionamento, questo sistema ha capacità evaporanti limitate e legate al duty-cicle del compressore. Si tratta di soluzioni che hanno un impiego solamente per frigoriferi ad uso familiare o di piccole dimensioni.

Un'altra soluzione nota prevede una bacinella di raccolta con evaporazione automatica mediante impiego di gas caldo. E’ un sistema oggi molto diffuso specialmente in Europa e deve il suo successo al consumo energetico nullo, poiché l’energia utilizzata è quella che dovrebbe essere comunque dissipata dal condensatore. Viene realizzato con una serpentina di tubo adagiata in una bacinella, che può essere sia in materiale plastico che metallico, dove viene convogliata l’acqua di condensa o di sbrinamento, insieme ad altri liquidi. All’interno di tale serpentina passa il gas refrigerante “caldo” prima di arrivare al condensatore. Negli impianti utilizzanti questa soluzione, per limitare la possibilità di perforazione della serpentina da corrosione che avrebbe ripercussioni sull’affidabilità di tutto l’impianto frigorifero, il tubo, tipicamente in rame, viene o protetto con processi galvanici oppure con film plastici/epossidici o realizzato con materiali più resistenti, per es. AISI 316 o Incoloy. Tale sistema risulta, inoltre, fondamentalmente “fisso” e quindi difficilmente estraibile per permetterne la pulizia ordinaria da parte dell’utilizzatore. Inoltre la sempre maggior efficienza degli impianti frigoriferi, ed in alcuni casi l’utilizzo di gas refrigeranti che generano minor energia disponibile sotto forma di gas-caldo, fanno sì che la quantità di energia disponibile sotto forma di gas-caldo sia sempre minore rendendo sempre più spesso necessaria l’integrazione di un elemento resistivo per evitare che il liquido tracimi dalla bacinella.

E’ anche nota una soluzione che utilizza una bacinella elettrica con resistenza a cartuccia PTC (Coefficiente Termico Positivo). Questa soluzione si basa su un riscaldatore elettrico dove il resistore denota un elevato coefficiente PTC. Esso è montato su una bacinella e sviluppa la sua massima potenza quando è investito dall’acqua di condensazione/sbrinamento. Inoltre, il resistore mantiene un valore di potenza comunque elevato a temperatura di ebollizione, per limitare il proprio assorbimento a valori molto più bassi in condizione “a secco”. Non sono necessari controlli di livello e di sicurezza ma necessita di essere montato su bacinelle in materiali in grado di sopportare le temperature di auto-limitazione in condizione “a secco”, ossia tra 150°C e 220°C a seconda dei resistori utilizzati. Questa soluzione lamenta una certa limitazione nella potenza erogata e inoltre essa consuma energia anche quando non vi è fluido da evaporare.

Un’altra soluzione nota consiste in una vaschetta elettrica provvista di una resistenza tubolare e dotata di sensore di livello. Un interruttore, azionato dal sensore di livello con un leveraggio a galleggiante, attiva la resistenza. Viste le condizioni di “sporcizia”, di umidità elevata e di depositi di polvere che si accumulano in tali vaschette, tale soluzione risulta poco affidabile. La prima causa di inaffidabilità è infatti quella di mal funzionamento del sensore di livello. Questo sistema inoltre risulta difficile da estrarre da parte dell’utilizzatore finale per una pulizia ordinaria. In alcuni casi, soprattutto nei mercati in via di sviluppo, in queste soluzioni non viene montata alcuna sicurezza e la resistenza va a funzionare ad alte temperature in bacinelle esclusivamente in acciaio. Sommario dell’invenzione

E’ dunque uno scopo della presente invenzione quello di rimediare ai problemi sopra citati realizzando un evaporatore di fluidi di condensa raccolti in contenitore che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende un elemento riscaldante posizionabile in prossimità del fondo del contenitore, un sensore di livello, per rilevare un predeterminato livello minimo ed un predeterminato livello massimo del fluido nel contenitore, disposto al di sopra dell’elemento riscaldante, un involucro contenente detto sensore di livello, in cui detto involucro può essere lambito dal fluido almeno parzialmente e impedisce il contatto de sensore di livello con il fluido.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un processo di controllo dell’evaporatore di fluidi di condensa di cui sopra che, conformemente alla rivendicazione 12, comprende gli stadi seguenti:

- definire un predeterminato livello di minimo ed un predeterminato livello di massimo del fluido nel contenitore;

- alimentazione dell’elemento riscaldante quando detto predeterminato livello di massimo è rilevato dal sensore di livello in modo da far evaporare il fluido fino a raggiungere detto predeterminato livello di minimo.

L’evaporatore dell’invenzione prevede vantaggiosamente, invece di sensori di livello a galleggiante, che possono incepparsi e funzionare in modo inaffidabile, l’impiego di sensori elettronici che “leggono” attraverso il materiale plastico e/o metallico del contenitore, ad esempio una vaschetta o bacinella, permettendone l’alloggiamento in una zona protetta da sporco, umidità e agenti corrosivi, aumentandone intrinsecamente l’affidabilità.

La resistenza con termo-fusibile e/o termostato di sicurezza incorporato ed il sensore “protetto”, permettono una soluzione più semplice con il vantaggio di semplificare anche le operazioni di pulizia.

In una forma di realizzazione vantaggiosa che prevede anche l’utilizzo di una resistenza con termostato e/o termo-fusibile di sicurezza incorporato nella guaina dell’elemento tubolare l’evaporatore dell’invenzione garantisce l’interruzione dell’alimentazione alla resistenza scaldante in caso di malfunzionamento del sensore di livello.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un evaporatore di fluidi di condensa illustrato, a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

La Fig. 1 rappresenta in modo schematico l’evaporatore dell’invenzione in una prima forma di realizzazione;

la Fig. 2 rappresenta un diagramma temporale ove sono indicati l’andamento del livello del fluido e lo stato del carico nell’evaporatore di Fig. 1;

la Fig. 3 rappresenta una seconda forma di realizzazione dell’evaporatore secondo l’invenzione;

la Fig. 4 rappresenta una terza forma di realizzazione dell’evaporatore secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell’invenzione Viene ora descritto, con riferimento alle figure citate, un evaporatore di fluidi 1, in particolare di liquidi di condensa di impianti frigoriferi.

In una prima forma di realizzazione, illustrata in Fig. 1, l’evaporatore 1 comprende:

- un contenitore 2, ad esempio una vaschetta o bacinella, in materiale plastico o metallico,

- un elemento riscaldante 3, ad esempio una resistenza riscaldante elettrica, per esempio di tipo tubolare o laminare, preferibilmente dotata di un termo-fusibile e/o di un termostato di sicurezza (non illustrato) inserito nella guaina della resistenza stessa,

- un sensore di livello 4, a effetto capacitivo, idoneo a rilevare un predeterminato livello di minimo 6 e un predeterminato livello di massimo 6’, posto preferibilmente su un fianco del contenitore 2,

- una scheda elettronica 5 comprendente un insieme di circuiti di controllo e comando che controllano l’attivazione dell’elemento riscaldante 3.

In varianti vantaggiose dell’invenzione è previsto l’impiego di sensori di livello di altro tipo, per esempio sensori a ultrasuoni. Nel caso di un sensore ad ultrasuoni il contenitore 2 è in materiale metallico.

Le connessioni elettriche e la scheda elettronica 5 di controllo e comando sono posizionati su uno stesso lato del contenitore 2 e protetti da una scatola o involucro 10. Sulla stessa scatola 10 è posto un connettore di potenza 7 che consente un semplice e sicuro distacco dell’alimentazione dell’elemento riscaldante 3. Sullo stesso lato del contenitore 2 è posta un’impugnatura 8 per una facile estrazione dell’evaporatore.

In riferimento alla figura 1, il sensore di livello 4 è posizionato sopra l’elemento riscaldante 3. La distanza fra l’elemento riscaldante 3 ed il sensore di livello 4 è tale da garantire la presenza del fluido su tutta la superficie dell’elemento riscaldante 3 anche quando il fluido raggiunge il predeterminato livello di minimo 6.

Tale livello di minimo 6 è identificato dal sensore 4, di tipo capacitivo, mediante la variazione della capacità di un condensatore ove il dielettrico fra le armature è costituito dal fluido da evaporare.

La corretta misura del livello di minimo 6 consente il buon funzionamento dell’elemento riscaldante 3 anche quando il fluido è in ebollizione e la zona del sensore 4 è investita da un fluido turbolento.

La figura 2 rappresenta un diagramma temporale dell’andamento del livello del fluido e lo stato del carico dell’elemento riscaldante.

Sotto il livello di minimo 6 il fluido non deve essere più evaporato e i circuiti della scheda di controllo 5 che rilevano dal sensore 4 questa condizione pilotano in spegnimento l’elemento o resistenza riscaldante 3. La successiva alimentazione dell’elemento riscaldante 3 avviene quando il fluido supera il predeterminato livello di massimo 6’.

Durante il periodo di funzionamento dell’evaporatore si alternano pertanto fasi di evaporazione in cui il livello del fluido passa da un valore massimo, o superiore, a un valore minimo, o inferiore, intercalate da fasi di riempimento, ossia di innalzamento del livello, dovute agli sbrinamenti. Il contenitore 2 è costituito in modo che la posizione relativa del sensore 4 e dell’elemento riscaldante 3 consentano il controllo del livello del fluido da evaporare al fine di consentire che il livello del fluido non scenda mai sotto una soglia di sicurezza che porterebbe al sovrariscaldamento dell’elemento riscaldante 3.

La distanza fra livello massimo e minimo è determinata dalla costruzione del sensore 4 e determina la frequenza di attivazione dell’elemento riscaldante 3 ed il tempo per il quale tale elemento riscaldante rimane attivo durante il ciclo di evaporazione. Tale distanza deve essere caratterizzata sulla base della forma e delle dimensioni della vaschetta 2 in modo da evitare l’attivazione della resistenza scaldante 3 troppo frequentemente.

Per definire tale distanza si prendono i considerazione i seguenti parametri:

• ampiezza fra i livelli massimo-minimo del fluido raccolto,

• distanza fra sensore di livello 4 e elemento riscaldante 3,

• dimensioni e forma del contenitore 2.

La scheda elettronica 5 di comando e controllo dell’evaporatore può prevedere programmi di attivazione della resistenza scaldante 3 che tiene conto di fattori quali i periodi temporali nei quali si attiva il riscaldamento, per es. per tenere conto di variazioni di costo dell’energia elettrica nel corso della giornata, la sua continuità nel tempo o altri fattori determinanti.

L’evaporatore conforme all’invenzione permette l’utilizzo di potenze più elevate rispetto a quelle utilizzate da soluzioni note, con conseguente possibile riduzione degli ingombri della vaschetta stessa, e non consuma energia quando non vi è necessità di evaporare fluido.

Esso permette anche un risparmio di energia per la maggiore efficienza del processo di controllo che è possibile mettere in opera mediante esso. Tale processo di controllo comprendente gli stadi seguenti:

- la definizione di predeterminati livelli di minimo 6 e di massimo 6’ del fluido nel contenitore 2;

- l’alimentazione dell’elemento riscaldante 3 quando detto livello di massimo 6’ viene rilevato dal sensore di livello 4 in modo da far evaporare il fluido fino a raggiungere detto predeterminato livello di minimo 6.

Con riferimento alla figura 3, vi è rappresentata una seconda forma di realizzazione preferita dell’evaporatore dell’invenzione in cui il sensore 4, la scheda elettronica 5 con i circuiti di controllo e comando e la connessione dell’elemento riscaldante 3 sono inclusi in un unico involucro 10. L’assieme così costituito è posizionabile all’interno di un contenitore 2 di raccolta e/o evaporazione di un evaporatore esistente che è attivato, ad esempio, da un gas circolante in una serpentina 11 immersa nel fluido. Questa forma di realizzazione dell’evaporatore è, pertanto, particolarmente utile quando si voglia migliorare il rendimento di evaporatori muniti del solo sistema scaldante a gas caldo, quando esso sia ritenuto insufficiente, poiché può essere facilmente inserito in vaschette di evaporazione preesistenti.

Tale forma di realizzazione dell’evaporatore consente una grande versatilità, dato che può essere applicata anche nelle attuali configurazioni in cui l’evaporazione avviene mediante gas caldo. In questa seconda forma di realizzazione l’evaporatore dell’invenzione può essere impiegato o a sostituzione o ad integrazione di un sistema a gas caldo.

Nel caso di sostituzione i vantaggi si hanno:

• nel poter garantire lo smaltimento dell’acqua e altri fluidi indipendentemente dal ciclo frigorifero;

• nel poter ridurre le dimensioni della vaschetta agendo sulla potenza del riscaldatore elettrico;

• nel permettere una più agevole estrazione della vaschetta per la sua pulizia;

• nell’eliminare la possibilità di perforazione della serpentina con ripercussioni sull’affidabilità dell’impianto frigorifero.

Nel caso di integrazione rimane fondamentalmente valido solo il primo vantaggio sopra menzionato.

In una terza forma di realizzazione, illustrata in Fig. 4, l’evaporatore 1 comprende tutti i componenti già descritti nella prima variante di Fig.1, e qui indicati con gli stessi numeri di riferimento, ed il suo funzionamento è uguale a quello descritto in precedenza (Fig.2).

In questo caso l’elemento riscaldante 3 è una resistenza elettrica in forma di una lamina o foglio riscaldante. Tale lamina 3 è posizionata all’esterno del contenitore 2, adiacente al suo fondo.

Il sensore di livello 4, rilevando il raggiungimento del livello di minimo alla fine di una fase di evaporazione del fluido di condensa, permette il distacco dell’alimentazione alla lamina riscaldante 3 in modo da garantire che una determinata quantità di fluido rimanga sempre nel contenitore 2. Questa quantità di fluido permette il raffreddamento della lamina 3, evitandone il surriscaldamento.

In tutte le sue varianti di realizzazione l’evaporatore dell’invenzione può essere provvisto anche di allarmi, posizionabili a vari livelli del contenitore per indicare, ad esempio, quando il fluido nella vaschetta raggiunge il livello minimo corrispondente alla soglia di distacco dell’energia che alimenta la resistenza scaldante. Un altro segnale di allarme può essere attivato anche quando il fluido raggiunge il livello massimo consentito prima di tracimare dalla vaschetta.

Un segnale di controllo può essere inviato dalla scheda elettronica 5 alla centralina di gestione dell’intero impianto frigorifero per indicare quando il carico è attivo o dovrebbe essere attivo al fine di consentire la gestione energetica dell’intero impianto (es. picchi di assorbimento).

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Evaporatore di fluidi, in particolare di liquidi di condensa atti ad essere raccolti in un contenitore (2), comprendente - un elemento riscaldante (3) posizionabile in prossimità del fondo del contenitore (2), - un sensore di livello (4), per rilevare un predeterminato livello di minimo (6) ed un predeterminato livello di massimo (6’) del fluido nel contenitore (2), disposto al di sopra dell’elemento riscaldante (3), - un involucro (10) contenente detto sensore di livello (4), in cui detto involucro può essere lambito dal fluido almeno parzialmente e impedisce il contatto del sensore di livello (4) con il fluido.
2. 2. Evaporatore secondo la rivendicazione 1, in cui l’involucro (10) è posizionabile su una superficie laterale all’esterno del contenitore (2).
3. 3. Evaporatore secondo la rivendicazione 1, in cui l’involucro (10) è posizionabile all’interno del contenitore (2).
4. 4. Evaporatore secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui l’involucro contiene una scheda elettronica (5) di controllo e comando del processo di funzionamento dell’evaporatore.
5. 5. Evaporatore secondo la rivendicazione 4, in cui detto sensore di livello (4) è di tipo capacitivo o di tipo a ultrasuoni.
6. 6. Evaporatore secondo la rivendicazione 5, in cui l’elemento riscaldante (3) è posizionabile all’interno del contenitore (2).
7. 7. Evaporatore secondo la rivendicazione 2, in cui l’elemento riscaldante (3) è posizionabile all’esterno del contenitore (2), adiacente al fondo.
8. 8. Evaporatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento riscaldante (3) è una resistenza provvista di un termostato e/o di un termo-fusibile di sicurezza incorporato in una sua guaina.
9. 9. Evaporatore secondo la rivendicazione 8, in cui è previsto sull’involucro (10) un connettore di potenza (7) per l’alimentazione della resistenza riscaldante (3).
10. 10. Evaporatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la resistenza riscaldante (3) ha una forma tubolare.
11. 11. Evaporatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui la resistenza riscaldante (3) ha una forma di lamina.
12. 12. Processo di controllo di un evaporatore di fluidi avente le caratteristiche della rivendicazione 1 comprendente gli stadi seguenti: - definire un predeterminato livello di minimo (6) ed un predeterminato livello di massimo (6’) del fluido nel contenitore (2); - alimentazione dell’elemento riscaldante (3) quando detto predeterminato livello di massimo (6’) è rilevato dal sensore di livello (4) in modo da far evaporare il fluido fino a raggiungere detto predeterminato livello di minimo (6).