ITRM20130111A1 - "metodo e dispositivo di raffreddamento di cabinet, in particolare per telecomunicazioni" - Google Patents

Description

“METODO E DISPOSITIVO DI RAFFREDDAMENTO DI CABINET, IN PARTICOLARE PER TELECOMUNICAZIONIâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un metodo ed un dispositivo per il raffreddamento di cabinet per telecomunicazioni e simili, detto raffreddamento avvenendo per trasmissione del calore all’esterno del cabinet, senza passaggi d’aria fra ambiente esterno ed ambiente interno e viceversa.

I cabinet per telecomunicazioni sono dei contenitori di apparecchiature elettriche ed elettroniche ed hanno la funzione di proteggere gli apparati contenuti al loro interno, garantendo condizioni ambientali idonee al loro funzionamento. Per asportare il calore prodotto dagli apparati, vengono normalmente impiegati impianti di condizionamento, tuttavia, quando le condizioni climatiche esterne sono favorevoli, ad esempio nella stagione invernale o nelle ore notturne, à ̈ sufficiente procedere al ricambio dell’aria per ottenere il necessario raffreddamento. In questo modo si ottiene un consistente risparmio di energia elettrica ed una maggior durata dei condizionatori.

Questi impianti della tecnica nota presentano però un inconveniente, in quanto il passaggio di forti quantità d’aria dall’esterno all’interno e viceversa, comporta trasporto di polveri e di impurità che i filtri non riescono a trattenere completamente, detto problema essendo fortemente aggravato dalle elevate portate d’aria necessarie. Inoltre i filtri si intasano rapidamente e necessitano di essere sostituiti di frequente, con relativi costi di manutenzione. Infine à ̈ da considerare anche il costo dell’energia elettrica per il funzionamento dei motori che, anche se inferiore a quella consumata dai condizionatori, à ̈ comunque rilevante, considerando l’elevata portata d’aria necessaria al raffreddamento.

Per risolvere gli inconvenienti dovuti al passaggio dell’aria tra ambiente interno ed ambiente esterno e viceversa, sono stati realizzati cabinet con pareti conduttive, tuttavia, se le pareti stesse non sono sufficientemente estese, in relazione alla quantità di calore da smaltire, lo scambio termico risulta essere troppo limitato

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo ed un dispositivo di raffreddamento passivo, cioà ̈ funzionante senza che venga fornita energia, rispettivamente conformi alle rivendicazioni 1 e 2, per trasferire il calore dall’interno all’esterno del cabinet, senza alcun passaggio d’aria tra ambiente interno ed ambiente esterno e viceversa.

Il metodo consiste nell’utilizzare il calore H1da dissipare per provocare l’evaporazione di acqua a bassa pressione, il vapore provocato da detta evaporazione condensando a seguito della cessione del calore H2all’ambiente esterno e ritornando nelle condizioni iniziali per compiere un nuovo ciclo.

Il dispositivo à ̈ del tipo che comprende:

· un primo scambiatore atto ad assorbire il calore prodotto all’interno del cabinet;

· un secondo scambiatore, in relazione di scambio termico con detto primo scambiatore, da cui riceve il calore assorbito, detto secondo scambiatore essendo atto a dissipare verso l’esterno il calore proveniente da detto primo scambiatore;

ed à ̈ caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi atti ad aumentare l’efficienza di detto secondo scambiatore.

Secondo una forma preferita di attuazione, detti mezzi atti ad aumentare l’efficienza di detto secondo scambiatore comprendono una pluralità di tubi che attraversano l’alettatura del secondo scambiatore.

Detti tubi:

· sono chiusi ad entrambe le estremità;

· contengono al loro interno un fluido termovettore;

· hanno la loro prima estremità posta dalla parte delle alette del secondo scambiatore rivolta verso detto primo scambiatore;

· hanno la loro seconda estremità posta dalla parte delle alette rivolta verso l’esterno; detto fluido termovettore trasmettendo il calore H1, proveniente da detto primo scambiatore, da detta prima a detta seconda estremità di detti tubi, prevalentemente attraverso una trasformazione fisica di detto fluido termovettore.

L’impiego di un dispositivo secondo l’invenzione consente di ottenere il raffreddamento del cabinet senza passaggi d’aria dall’esterno verso l’interno e viceversa, evitando quindi i relativi inconvenienti, il funzionamento del dispositivo avvenendo senza utilizzo di fonti di energia esterna al sistema, quindi a costo zero nei riguardi di questa voce di spesa. Inoltre il dispositivo secondo l’invenzione à ̈ virtualmente esente da manutenzione.

L’invenzione verrà ora descritta secondo una forma preferita di attuazione e con riferimento alle figure allegate, in cui:

· la figura 1 mostra un dispositivo di raffreddamento secondo l’invenzione;

· le figure 2, 3 e 4 mostrano dei dettagli del dispositivo di raffreddamento;

· la figura 5 mostra un cabinet provvisto del dispositivo di raffreddamento secondo l’invenzione.

Con riferimento alle figg. 1, 2 e 3, con (1) à ̈ indicato un dispositivo di raffreddamento secondo l’invenzione.

Detto dispositivo (1) comprende:

· un primo scambiatore (2), in materiale conduttivo, atto ad assorbire il calore prodotto all’interno del cabinet;

· un secondo scambiatore (3), anch’esso in materiale conduttivo ed in relazione di scambio termico con detto primo scambiatore (2), da cui riceve il calore assorbito, detto secondo scambiatore (3) essendo atto a dissipare verso l’esterno il calore proveniente da detto primo scambiatore (2);

· mezzi per aumentare l’efficienza di detto secondo scambiatore (3).

Detto primo scambiatore (2) comprende una piastra metallica, preferibilmente di alluminio, provvista di alette (2a), rivolte verso l’interno del cabinet.

Detto secondo scambiatore (3) comprende una pluralità di alette (3a), in contatto metallico con la piastra di detto primo scambiatore (2) e rivolte verso l’ambiente esterno. Il contatto à ̈ tale che ciascuna aletta tocca la piastra del primo scambiatore (2) con una prima estremità, mentre la seconda estremità di ciascuna aletta si protende verso l’esterno, in modo tale che il calore proveniente dal primo scambiatore (2) attraversi le alette (3a) e venga dissipato verso l’esterno. In pratica il dispositivo (1) secondo l’invenzione comprende due tipologie di scambiatori collegati tra loro da una piastra di alluminio che funge da ponte termico tra i due.

Detti mezzi per aumentare l’efficienza del secondo scambiatore (3) comprendono una pluralità di tubi (4), chiusi ad entrambe le estremità, che attraversano le alette (3a) di detto secondo scambiatore (3). Detti tubi (4), che sono riempiti con un fluido termovettore che trasporta il calore da un’estremità del tubo all’altra, hanno la funzione di incrementare il flusso di calore dall’estremità delle alette a contatto con la piastra del primo scambiatore (2) all’estremità opposta.

Secondo una forma preferita di attuazione, detti tubi (4) sono curvati ad U in modo che le due estremità di ciascun tubo si trovino l’una al di sopra dell’altra, e attraversano le alette (3a) in modo che un primo ramo della U sia nelle immediate vicinanze della piastra del primo scambiatore (2), mentre il secondo ramo della U sia in prossimità della parte opposta, ossia verso l’esterno delle alette stesse.

Detti tubi (4) sono di preferenza realizzati in rame sinterizzato e, al loro interno, dopo essere stati messi sotto vuoto, viene inserita dell’acqua distillata a bassa pressione, che costituisce il fluido termovettore.

Il trasporto di calore ad opera del fluido termovettore avviene grazie all’evaporazione dell’acqua la quale, essendo distillata e a bassa pressione, può evaporare anche per una differenza di temperatura di un solo 1°C tra superficie da raffreddare e ambiente esterno.

Lo spessore delle pareti di detti tubi (4) dipende dalla pressione massima interna prodotta dalla vaporizzazione del fluido refrigerante che il tubo deve essere in grado di sopportare con sicurezza. La pressione totale del tubo può essere controllata regolando la quantità di fluido refrigerante contenuto nel tubo stesso. L’acqua, passando dallo stato liquido a quello areiforme alla pressione di 1 atmosfera, si espande occupando 1600 volte il volume originale. Se 1/1600 del volume interno del tubo à ̈ riempito di acqua, quando tutto il liquido sarà vaporizzato, la pressione interna sarà di 1 atmosfera. Se la pressione di sicurezza del tubo in questione à ̈, per esempio, 5 atmosfere, si può dunque riempire il tubo con una quantità di acqua pari a 5/1600 del volume interno del tubo stesso.

In fig. 4 à ̈ mostrato il funzionamento del dispositivo (1) secondo l’invenzione.

Per effetto del calore H1assorbito dall’ambiente interno dal primo scambiatore (2), l’acqua presente nel ramo del tubo (4) rivolto verso la piastra evapora ed il vapore V si sposta verso l’estremità opposta, dove le alette (3a) dissipano il calore H2verso l’ambiente esterno. In questo modo il vapore presente nel ramo del tubo (4) rivolto verso l’esterno condensa e ritorna, allo stato liquido, nella parte di tubo rivolta verso l’interno, dove evapora nuovamente trasportando verso l’esterno altro calore. Essendo interessato un passaggio di stato del fluido termovettore, la quantità di calore trasportata in seguito a detta trasformazione fisica à ̈ nettamente prevalente sulla quantità di calore trasportato con altri meccanismi, ad esempio conduzione e convezione.

Il dispositivo (1) à ̈ montato sul cabinet con l’alettatura (2a) del primo scambiatore (2) rivolta verso l’interno del cabinet stesso, cioà ̈ verso la fonte di calore, mentre le alette (3a) del secondo scambiatore (3) sono rivolte verso l’esterno, in modo da poter cedere il calore proveniente dall’ambiente interno. In questo modo lo scambio termico avviene senza bisogno di alcun tipo di collegamento diretto che comporti passaggi d’aria tra ambiente esterno e ambiente interno e viceversa. Allo scopo di aumentare le capacità di dissipazione, il dispositivo (1) secondo l’invenzione à ̈ totalmente ossidato con colorazione nera in quanto, secondo la legge di Stefan-Boltzmann, il colore nero à ̈ il miglior emittente di calore per irraggiamento.

In fig. 5 à ̈ mostrato un cabinet (5) le cui pareti sono sostanzialmente costituite da scambiatori (1) secondo l’invenzione. Come si vede dalla figura, gli scambiatori (1) sono protetti da frangisole (6) che lasciano passare l’aria, ma schermano la radiazione solare diretta, per aumentare l’efficienza dello scambio termico.

L’invenzione à ̈ stata descritta, a scopo esemplificativo e non limitativo, secondo alcune forme preferite di attuazione. Il tecnico esperto del settore potrà trovare numerose altre forme di attuazione, tutte ricadenti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il raffreddamento di cabinet (5), per telecomunicazioni e simili, atto a dissipare verso l’esterno il calore prodotto dalle apparecchiature contenute all’interno di detto cabinet (5), senza passaggi d’aria tra ambiente interno ed ambiente esterno, caratterizzato dal fatto di utilizzare il calore H1da dissipare per provocare l’evaporazione di acqua a bassa pressione, il vapore provocato da detta evaporazione condensando a seguito della cessione del calore H2all’ambiente esterno e ritornando nelle condizioni iniziali per compiere un nuovo ciclo.
2. 2. Dispositivo (1) per il raffreddamento di cabinet (5), per telecomunicazioni e simili, atto a dissipare verso l’esterno il calore prodotto dalle apparecchiature contenute all’interno di detto cabinet (5), senza passaggi d’aria tra ambiente interno ed ambiente esterno, del tipo che comprende: · un primo scambiatore (2) atto ad assorbire il calore prodotto all’interno del cabinet (5); · un secondo scambiatore (3), in relazione di scambio termico con detto primo scambiatore (2), da cui riceve il calore assorbito, detto secondo scambiatore (3) essendo atto a dissipare verso l’esterno il calore proveniente da detto primo scambiatore (2); caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi atti ad aumentare l’efficienza di detto secondo scambiatore (3).
3. 3. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo scambiatore (2) comprende una piastra provvista di alette (2a).
4. 4. Dispositivo (1) di raffreddamento, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta piastra provvista di alette (2a) comprende un estruso di alluminio.
5. 5. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto secondo scambiatore (3) comprende una pluralità di alette (3a) attraversate da una pluralità di tubi (4).
6. 6. Dispositivo (1), secondo le rivendicazioni 2 e 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi atti ad aumentare l’efficienza di detto secondo scambiatore (3) comprendono detta pluralità di tubi (4), i quali: · sono chiusi ad entrambe le estremità; · contengono al loro interno un fluido termovettore; · hanno la loro prima estremità posta dalla parte delle alette (3a) rivolta verso detto primo scambiatore (2); · hanno la loro seconda estremità posta dalla parte delle alette rivolta verso l’esterno; detto fluido termovettore trasmettendo il calore H1, proveniente da detto primo scambiatore (2), da detta prima a detta seconda estremità di detti tubi (4), prevalentemente attraverso una trasformazione fisica di detto fluido termovettore.
7. 7. Dispositivo (1), secondo le rivendicazioni 5 e 6, caratterizzato dal fatto che detti tubi (4) sono curvati ad U affinché le due estremità di ciascun tubo si trovino l’una al di sopra dell’altra, detti tubi (4) attraversando perpendicolarmente dette alette (3a), un ramo di detta U essendo dalla parte delle alette (3a) rivolta verso detto primo scambiatore (2) e l’altro ramo di detta U essendo inserito nelle alette (3a) dalla parte rivolta verso l’esterno.
8. 8. Dispositivo (1), secondo le rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto che detti tubi (4) sono in rame sinterizzato.
9. 9. Dispositivo (1) secondo le rivendicazioni da 5 a 8 caratterizzato dal fatto che lo spessore delle pareti di detti tubi (4) dipende dalla pressione interna massima prodotta dalla vaporizzazione del fluido termovettore che il tubo deve essere in grado di sopportare con sicurezza.
10. 10. Dispositivo (1) secondo le rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che la pressione totale del tubo à ̈ controllabile regolando la quantità di fluido termovettore contenuto nel tubo stesso.
11. 11. Dispositivo (1), secondo le rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore comprende acqua e vapore acqueo.
12. 12. Dispositivo (1) di raffreddamento, secondo almeno una delle rivendicazioni da 2 a 9, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (1) costituisce le pareti di detto cabinet (5).
13. 13. Dispositivo (1) di raffreddamento, secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto di prevedere frangisole (6), atti a schermare la radiazione solare diretta ed a lasciar passare l’aria su detto secondo scambiatore (3), per aumentare l’efficienza dello scambio termico.
14. 14. Dispositivo (1) di raffreddamento, secondo almeno una delle rivendicazioni da 2 a 11, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (1) Ã ̈ di colore nero.