ITRM20120228A1

ITRM20120228A1 - Impianto frigorifero perfezionato.

Info

Publication number: ITRM20120228A1
Application number: IT000228A
Authority: IT
Inventors: Roberto Belardinelli
Original assignee: Celli Spa
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-22

Description

Impianto frigorifero perfezionato

La presente invenzione riguarda un Impianto frigorifero perfezionato

Più dettagliatamente, l'invenzione riguarda un impianto frigorifero del tipo detto, applicabile a qualsiasi sistema frigorifero, che prevede il recupero del calore di condensazione attraverso uno scambiatore di calore in grado di fornire ad una cella di Peltier il calore ed il freddo necessari alla generazione di elettricità prodotta dalla cella stessa, sottoposta ad un differenziale termico.

Come è ben noto, un impianto frigorifero, sia esso adibito a refrigerazione, a condizionamento o altro, è basato sul principio per cui un gas frigorifero permanente trasferisce una certa quantità di calore da un ambiente "interno" ad un ambiente "esterno".

Sostanzialmente, un impianto frigorifero prevede un compressore, un condensatore, una valvola di laminazione, e un evaporatore. Uno schema di impianto frigorifero noto è schematicamente illustrato nella figura 1 dei disegni allegati.

Normalmente, in un ciclo frigorifero, il refrigerante, tipicamente freon o ammoniaca, o altri gas, inizialmente allo stato gassoso, viene compresso per mezzo del compressore, per cui si ottiene un aumento di pressione e temperatura del refrigerante. La temperatura del refrigerante viene abbassata all'interno del condensatore, che prevede una serpentina di raffreddamento, ventilata o meno. Nella serpentina si estrae il calore dal refrigerante facendolo passare dallo stato gassoso allo stato liquido, ottenendosi una estrazione spontanea del calore, in quanto il fluido refrigerante all'uscita dal compressore ha una temperatura maggiore della temperatura ambiente, per cui, durante l'attraversamento della serpentina, venendo a contatto con l'ambiente, la temperatura del refrigerante si abbassa e passa dallo stato gassoso allo stato liquido. Il fluido refrigerante passa quindi attraverso la valvola di laminazione, ove si ha un abbassamento della pressione e della temperatura del refrigerante, che passa dallo stato liquido ad una miscela bifase (liquido-gas); successivamente, il refrigerante viene quindi posto in contatto termico con il vano interno del frigorifero, attraverso l'evaporatore, all'interno del quale viene iniettato grazie alla differenza di pressione esistente. Nell'evaporatore il refrigerante assorbe il calore dei prodotti che si trovano all'interno del vano frigorifero e ritorna allo stato gassoso, per essere quindi rinviato al compressore per iniziare un nuovo ciclo. Tale ciclo si ripete più volte e verrà interrotto da un termostato (che spegnerà il compressore) quando all'interno del frigorifero sarà stata raggiunta la temperatura pre-impostata.

In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione proposta secondo la presente invenzione, basata sulla innovazione tecnica che prevede 1'affiancamento, o la sostituzione, del condensatore con uno scambiatore a celle di Peltier.

Con questa soluzione, si è sorprendentemente trovato il modo di ottenere simultaneamente importanti risultati assolutamente innovativi, quali:

- evitare la dispersione completa del calore di condensazione nell'aria, e quindi il conseguente innalzamento della temperatura ambiente, il che, oltre ad evitare disagi, consente notevoli risparmi;

- il recupero del calore e la sua trasformazione in energia elettrica utilizzabile;

- creazione di una condizione di condensazione stabile, che non sarebbe legata, come avviene nei normali condensatori, alla temperatura ambiente. (E' noto come i frigoriferi soffrano soprattutto d'estate perché con temperatura ambiente alta, diminuisce la capacità di condensare e aumenta quindi il lavoro richiesto al compressore ed il conseguente consumo di energia);

- ridurre il problema del ricambio d'aria necessario al condensatore, sia esso statico che ventilato, per un buon funzionamento, in quelle installazioni in ambiente piccoli o chiusi.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un impianto frigorifero all'interno del quale circola un fluido refrigerante comprendente, collegati in serie, un compressore, all'interno del quale detto fluido refrigerante viene compresso con aumento di pressione e temperatura, un condensatore, all'interno del quale la temperatura del fluido refrigerante si abbassa, con cessione del calore, un elemento di laminazione, con abbassamento della pressione e della temperatura del fluido refrigerante, che sarà ora in forma di miscela bi-fase e un evaporatore, in cui il fluido refrigerante torna allo staso gassoso, prima di essere nuovamente inviato al compressore, detto impianto essendo caratterizzato dal fatto che detto condensatore prevede, come elemento aggiuntivo o come elemento sostitutivo, uno scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier, preferibilmente almeno due celle di Peltier.

In una prima forma di realizzazione dell'impianto secondo l'invenzione, detto scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier è previsto in sostituzione del condensatore.

In una seconda forma di realizzazione dell'impianto secondo l'invenzione, detto scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier è previsto a monte del condensatore.

Preferibilmente, secondo l'invenzione, detto scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier, prevede un lato caldo e un lato freddo, all'ingresso dello scambiatore lato caldo arrivando il gas surriscaldato proveniente dal compressore, mentre all'uscita transiterà la miscela di gas e liquido che ha ceduto calore ai lati caldi delle celle di Peltier, all'ingresso del lato freddo passando il gas freddo proveniente dall'evaporatore e all'uscita passando invece il gas parzialmente surriscaldato che tornerà al compressore.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma di realizzazione preferita, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente uno schema di impianto frigorifero secondo la tecnica precedente; la figura 2 mostra una vista prospettica di una prima forma di realizzazione di uno scambiatore con cella di Peltier secondo l'invenzione;

la figura 3 mostra una seconda forma di realizzazione dello scambiatore con cella di Peltier secondo 1'invenzione;

la figura 4 mostra una vista prospettica di una cella di Peltier utilizzata nel'impianto frigorifero secondo l'invenzione; e

la figura 5 mostra uno schema di impianto frigorifero secondo l'invenzione.

Osservando ora in particolare le figure 2 - 5 dei disegni allegati, una cella di Peltier è illustrata in figura 4, ed indicata genericamente con il riferimento numerico 100. La cella di Peltier, inventata nel 1834, si basa sulla scoperta che le giunzioni tra metalli presentano un effetto speculare rispetto a quello termoelettrico scoperto da Seebeck nel 1821, è attualmente realizzata come un componente elettronico utilizzato in molte applicazioni quali piccoli frigoriferi, impianti di raffreddamento rapido per laboratori , ecc.

In particolare, le celle di Peltier 100 sono rilevanti in quanto, se attraversate dalla corrente, si scaldano da un lato (lato caldo 101) e si raffreddano (lato freddo 102), e tale interesse è notevolmente aumentato sfruttando la reversibilità del fenomeno, per cui se la cella di Peltier 100 è riscaldata da un lato e raffreddata dall'altro diventa un generatore di corrente elettrica.

Sulla base di questo principio, la Richiedente ha ritenuto che se la cella di Peltier 100 ha bisogno di calore e freddo per produrre energia elettrica, la sua utilizzazione più logica è in un impianto frigorifero, in cui sono disponibili il calore di condensazione ed il freddo dal gas di ritorno al compressore, alla luce del fatto che l'energia elettrica generata dalla cella di Peltier 100 è determinata dal salto termico a cui sono sottoposte le due facce della cella stessa.

Nelle figure 2 e 3 sono rappresentati due scambiatori di calore 200, 300 che impiegano due o più celle di Peltier 100, che sono essere messe in contatto intimo con le superfici dello scambiatore 200, 300 stesso in cui transita il gas del sistema frigorifero.

Osservando ora in particolare la figura 2, all'ingresso 202 dello scambiatore lato caldo (A) arriva il gas surriscaldato proveniente dal compressore (non mostrato), mentre all'uscita 203 transiterà la miscela di gas e liquido che ha ceduto calore ai lati caldi 102 delle celle di Peltier 100.

All'ingresso 205 del lato freddo (B) passa il gas freddo proveniente dall'evaporatore (non mostrato); all'uscita 201 passa invece il gas parzialmente surriscaldato che tornerà al compressore.

Osservando ora la figura 3, nello scambiatore di calore 300, all'ingresso 302 dello scambiatore lato caldo (A) arriva il gas surriscaldato proveniente dal compressore (non mostrato), mentre all'uscita 303 transiterà la miscela di gas e liquido che ha ceduto calore ai lati caldi 102 delle celle di Peltier 100.

All'ingresso 305 del lato freddo (B) passa il gas freddo proveniente dall'evaporatore (non mostrato); all'uscita 301 passa invece il gas parzialmente surriscaldato che tornerà al compressore.

Ovviamente, la forma della cella di Peltier 100 è l'attuale configurazione commerciale delle celle di Peltier a facce piane, ma la soluzione proposta secondo la presente invenzione può essere realizzata anche di forma differente, ad esempio di forma cilindrica, per realizzare applicazioni in cui lo scambio avviene direttamente fra le superfici di transito dei due flussi di gas.

Riferendosi ora alla figura 5, lo schema del sistema frigorifero illustrato in figura 1 è modificato in maniera tale da prevedere lo scambiatore 200, 300, con le celle di Peltier previsto prima di, o in sostituzione del condensatore, fermo restando il funzionamento dell'impianto frigorifero tradizionale. Un termostato sulla linea calda di compressione può attivare, qualora previsto, il ventilatore del condensatore, per un funzionamento che garantisca, anche in presenza di elevate temperature, un regolare funzionamento del sistema frigorifero.

Il risultato ottenuto è che il calore di condensazione normalmente dissipato totalmente in aria verrà recuperato e trasformato in energia elettrica da destinare a svariati utilizzi.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme di realizzazione preferite, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Impianto frigorifero all'interno del quale circola un fluido refrigerante comprendente, collegati in serie, un compressore, all'interno del quale detto fluido refrigerante viene compresso con aumento di pressione e temperatura, un condensatore, all'interno del quale la temperatura del fluido refrigerante si abbassa, con cessione del calore, un elemento di laminazione, con abbassamento della pressione e della temperatura del fluido refrigerante, che sarà ora in forma di miscela bi-fase, e un evaporatore, in cui il fluido refrigerante torna allo staso gassoso, prima di essere nuovamente inviato al compressore, detto impianto essendo caratterizzato dal fatto che detto condensatore prevede, come elemento aggiuntivo o come elemento sostitutivo, uno scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier, preferibilmente almeno due celle di Peltier.
2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier è previsto in sostituzione del condensatore.
3. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier è previsto a monte del condensatore.
4. Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore provvisto di almeno una cella di Peltier, prevede un lato caldo e un lato freddo, all'ingresso dello scambiatore lato caldo arrivando il gas surriscaldato proveniente dal compressore, mentre all'uscita transiterà la miscela di gas e liquido che ha ceduto calore ai lati caldi delle celle di Peltier, all'ingresso del lato freddo passando il gas freddo proveniente dall'evaporatore e all'uscita passando invece il gas parzialmente surriscaldato che tornerà al compressore .