ITRM20090421A1 - Apparecchiatura per aumentare la temperatura di liquidi - Google Patents

Description

"APPARECCHIATURA PER AUMENTARE LA TEMPERATURA DI LIQUIDI"

La presente invenzione si riferisce ad una apparecchiatura per aumentare la temperatura di liquidi contenuti in essa e, più precisamente, ad una apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido in essa contenuto, e del tipo a caldaia comprendente elementi di irraggiamento di calore.

Nelle diverse applicazioni, sia nell’industria che casalinghe, ad oggi sono ampiamente note le apparecchiature di riscaldamento di liquidi le quali prevedono un corpo contenitore di liquidi o caldaia il quale comprende uno o più elementi riscaldanti al suo interno.

Tipicamente, secondo un primo tipo di tali apparecchiature, gli elementi riscaldanti sono del tipo ad effetto Joule nei quali viene fatta passare una corrente elettrica con il conseguente aumento della temperatura degli stessi. Gli elementi riscaldanti si trovano a contatto con il liquido (ovvero immersi in esso) e quindi, l’aumento di temperatura dei primi provoca una conduzione del calore verso il liquido in cui sono immersi, provocandone l’aumento della tempratura di quest’ultimo. Il processo di riscaldamento è controllato tramite opportuni relé, commutatori, e termostati allo scopo di poter raggiungere la temperatura voluta del liquido e, quindi, mantenerla. Un applicazione tipica di tali apparecchiature è quella delle caldaie industriali e/o casalinghe, ovvero i boilers elettrici o simili.

Uno svantaggio che presentano tali apparecchiature consiste nel fatto che gli elementi riscaldanti sono a contatto con il liquido e quindi soggetti a riduzione della loro efficienza riscaldante. Ad esempio, nel caso in cui il liquido da riscaldare sia acqua, gli elmenti riscaldanti sono soggetti a formazioni e concrezioni calcaree sulla loro superficie, le quali concrezioni riducono enormemente l’efficienza dell’elemento riscaldante.

Un altro svantaggio risiede nel fatto che essendo l’elemento riscaldante immerso nel liquido, lo stesso deve essere elettricamente isolato e quindi, in caso di infiltrazioni nello stesso si provoca un cortocircuito con arresto immediato. L’unica soluzione prevista è la sostituzione dello stesso.

Un ulteriore svantaggio risiede nel fatto che per accedere agli elementi riscaldanti per motivi di manutenzione o di sostituzione, normalmente tale operazione si presenta complicata visto che gli stessi si trovano immersi. Quindi, è necessario ogni volta svuotare la caldaia del liquido contenuto in essa, per poi rimuovere la tenuta di accesso agli elementi e quidni procedere alla loro rimozione. Tale operazione risulta complicata e svantaggiosa in termini di tempi e costi di esercizio.

D’altro canto, esiste un secondo tipo di caldaie in cui gli elementi riscaldanti sono del tipo a gas ovvero a combustione. Secondo questa soluzione tecnica, viene alimentato del gas combustibile in corrispondenza della parte inferiore della caldaia, ed una volta acceso il gas l’aria calda proveniente dalla combustione del primo gas investe la caldaia dal basso verso l’alto, ottenendosi un aumento della temperatura delle pareti della caldaia e, quindi, del liquido contenuto in essa.

Tale soluzione tecnica, seppur di semplice realizzazione presenta lo svantaggio dovuto ad una efficienza notevolmente minore rispetto alla soluzione degli elementi riscaldanti elettrici per immersione, poiché gran parte del calore prodotto dalla combustione viene disperso nell’ambiente e quindi non partecipa al riscaldamento del liquido nella caldaia. Ciò comporta un aumento del costo di esercizio.

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i suddetti svantaggi, fornendo una apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa la quale presenti una elevata efficienza in termini di consumo energetico e nel contempo che presenti un migliorato funzionamento.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire una apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa la quale sia di semplice ma efficace realizzazione, robusta, affidabile e, non ultimo, di costo contenuto rispetto alle apparecchiature già esistenti.

Quindi, la presente invenzione fornisce una apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa sostanzialmente secondo le rivendicazioni annesse.

Verrà ora fornita una descrizione dettagliata di una forma preferita di realizzazione della apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido della presente invenzione, data a titolo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica dell’apparecchiatura della presente invenzione;

la figura 2 è una vista prospettica dal basso di una sezione longitudinale dell’apparecchiatura della presente invenzione; e

la figura 3 è una vista prospettica dall’alto di una sezione longitudinale dell’apparecchiatura della presente invenzione.

Con riferimento ora alla figura 1, viene in essa illustrata in maniera prospettica la apparecchiatura della presente invenzione. Bisogna qui subito precisare che per motivi di chiarezza, nelle figure non viene illustrata la parte relativa ai circuiti elettrici di alimentazionie degli elementi riscaldanti ne la parte relativa ai circuiti di alimentazione del liquido alla apparecchiatura, ma è inteso che come parte integrante della stessa fanno parte dell’invenzione. Ad esempio, l’apparecchiatura della presente invenzione comprende un circuito elettrico di alimentazione e controllo di degli elementi riscaldanti, ed un circuito di alimentazione e controllo del liquido da riscaldare in detta apparecchiatura.

Secondo l’invenzione, l’apparecchiatura comprende un corpo contenitore 1 del liquido che deve essere riscaldato, il quale presenta tipicamente una forma cilindrica chiusa da pareti di fondo 10 ed 11. In corrispondenza della superficie esterna del contenitore 1 sono previste due luci 2 per l’accesso a rispettivi alloggiamenti 3.

Come verrà meglio illustrato in appresso, gli alloggiamenti 3 presentano una forma tubolare e sono comunicanti da una parte all’altra del contenitore 1.

Inoltre, all’interno di ciascun alloggiamento tubolare 3 è disposto in maniera amovibile un elemento elettrico riscaldante 4 montato su rispettivi supporti 5 in corrispondenza delle proprie estremità. La funzione dei supporti oltre che supportare gli elementi riscaldanti 4 è quella di fornire il supporto al circuito elettrico di alimentazione dei primi. Come appare evidente in figura, i supporti 5 sono anch’essi montati in maniera amovibile sul corpo contenitore 1.

Con riferimento ora alle figure 2 e 3, viene in esse illustrato il corpo contenitore 1 in sezione longitudinale visto in prospettiva.

Come appare evidente nella figura, la disposizione degli alloggiamenti 3 all’interno del contenitore 1 è tale per cui gli stessi si trovano completamente immersi nel liquido da riscaldare e creano allo stesso tempo un condotto tubolare per alloggiare gli elementi riscaldanti 4. Appare inoltre evidente che la tramissione del calore proveniente dall’elemento riscaldante 4 verso il liquido avviene tramite tramissione del calore alle pareti dell’alloggiamento 3 e, quindi, per conduzione del calore dalle pareti del’alloggiamento 3 al liquido circostante.

Inoltre, secondo la presente invenzione gli elementi riscaldanti 4 sono costituiti da elementi a filamento incandescente in custodia trasparente. Preferibilemnte e secondo la soluzione tecnica proposta dall’invenzione, è previsto che ciascun elemento riscaldante 4 sia costituito da una lampada a incandescenza in cui un filamento è di tungsteno o simile, ed è sigillato in una busta trasparente di vetro al quarzo o simile, il tutto riempito con un gas inerte e/o una quantità di alogeni, come iodio o bromo. Tipicamente, questa soluzione tecnica può prevedere l’uso di una lampada alogena quale elemento riscaldante 4 sfruttando l’elevata temperatura sviluppata dalla stessa per potenze specifiche basse, e comunque minori rispetto agli elementi riscaldanti a resistenza elettrica dello stato dell’arte.

Infatti, vantaggiosamente le temperature operative di tali elementi a lampada alogena sono superiori ai 300 – 350 °C.

Inoltre, vantaggiosamente il ciclo di alogeni aumenta la durata della lampada e ne impedisce l'oscuramento da parte del tungsteno, nonché sfrutta la rideposizione del tungsteno sul filamento.

Questa soluzione tecnica della presente ivnenzione conferisce una maggiore efficacia se correlata con il rapporto tra la potenza elettrica della lampada ed il calore trasmesso al liquido.

Preferibilmente, può essere previsto che il materiale che costituisce gli alloggiamenti sia un materiale ad elevata trasmissione termica quale ad esempio, rame e sue leghe, oppure allumino e sue leghe, oppure consono per queste applicazioni quale acciaio INOX, FeC, ecc.

Inoltre, per quanto riguarda gli ingombri, un elemento riscaldante a lampada alogena di pari potenza elettrica rispetto ad un elemento a resistenza elettrica dello stato dell’arte, occupa la metà (o meno) delle dimensioni occupate dall’ultimo. Ciò rende estremamente compatto e pratico il dimensionamento dell’apparecchiatura della presente invezione.

Inoltre, vantaggiosamente per quanto riguarda la manutenzione dell’apparecchiatura secondo la presente invenzione, apparirà evidente che quest’ultima risulta estremamente semplificata dato che per la sosituzione degli elementi riscaldanti 4 è prevista la semplice sostituzione delle lampade tramite semplice rimozione delle stesse senza dover accedere all’interno del contenitore 1 e, quindi, senza dover svuotarlo dal liquido. Quindi, senza interruzioni di esercizio.

Per quanto riguarda i costi di esercizio, vantaggiosamente la presente invenzione prevede che gli stessi vengano ridotti rispetto alle apparecchiature dello stato della tecnica di pari potenza elettrica impegnata.

Infatti il presente inventore ha eseguito alcuni esperimenti di prova con l’apparecchiatura della presente invenzione, riscontrando una efficienza superiore rispetto alle apparecchiature analoghe dello stato della tecnica. Viene qui di seguito riportato il presente esperimento.

Esempio 1

È stata realizzata una apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido con le seguenti caratteristiche:

Liquido: Acqua

Volume caldaia: 7 Lt

Pressione di esercizio: 5 bar

Potenza elementi riscaldanti: 2000 Watt

Dopo aver portato l’acqua dalla temperatura ambiente ai valori di pressione di 5 bar (che equivale ad una temperatura dell’acqua di circa 155°C) è stata aperta la valvola di deflusso della caldaia, facendo defluire vapore acqueo saturo e facendo abbassare la pressione della caldaia fino a 3 bar.

Quindi è stato misurato il tempo di ripristino della pressione e temperatura stabilite del liquido all’interno della caldaia. È stato letto un tempo di 1,5 minuti per riportare i valori del liquido a quelli prestabiliti di 5 bar e 155°C.

Il consumo istantaneo di energia elettrica (potenza elettrica per unità di tempo) è stato di 0.05 kWh.

Dai dati sopra letti, si nota un netto miglioramento dell’efficienza complessiva dell’apparecchiatura rispetto a apparecchiature analoghe dello stato dell’arte, ove sono previsti elementi riscaldanti a resistenza elettrica per immersione e che, a parità di prestazioni, prevedono un assorbimento di potenza quasi doppio.

La presente invenzione trova particolare applicazione in tutte le applicazioni del vapore saturo o sovrasaturo dell’acqua per volumi di acqua sostanzialmente non molto grandi, quali ad esempio, lavanderie industriali, forni a vapore, macchine da caffè per bar, caldaie o boiler casalinghe e simili, distillatori, riscaldatori elettrici ariaolio, friggitrici, lavatrici, lavastoviglie, riscaldatori per impianti di essiccazione dell’aria, ecc..

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa comprendente un corpo contenitore (1) del liquido, ed almeno un elemento riscaldante (4) alimentato con energia elettrica, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre un alloggiamento (3) per detto almeno un elemento riscaldante (4) il quale alloggiamento (3) è ricavato all’interno di detto corpo contenitore (1) ed è completamente immerso in detto liquido, detto alloggiamento (3) essendo atto a trasferire il calore proveniente da detto elemento riscaldante (4) verso detto liquido.
2. 2. Apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa secondo la rivendicazione precedente, in cui detto alloggiamento comprende almeno un condotto tubolare (3) disposto internamente a detto corpo contenitore (1) e presentando almeno una luce (2) di comunicazione sulla superficie esterna di detto corpo contenitore (1), detta luce (2) essendo prevista per l’inserimento dall’esterno di detto elemento riscaldante (4) in detto condotto tubolare (3).
3. 3. Apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto almeno un elemento riscaldante (4) è un elemento resistivo a filamento incandescente con custodia vetrosa o simile, del tipo a lampada.
4. 4. Apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa secondo la rivendicazione precedente, in cui detto elemento resistivo (4) è montato in maniera amovibile in detto almeno un alloggiamento (3).
5. 5. Apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un alloggiamento (3) è realizzato in un materiale ad elevata trasmissione termica, quale rame e sue leghe, oppure allumino e sue leghe.
6. 6. Apparecchiatura per aumentare la temperatura di un liquido contenuto in essa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un circuito elettrico di alimentazione e controllo di detto almeno un elemento riscaldante (4), ed un circuito di alimentazione e controllo di detto liquido da riscaldare in detta apparecchiatura.