ITUD970245A1 - Essicatore d'aria a sistema frigorifero per impianti di produzione aria compressa - Google Patents

Description

" ESSICCATORE D ’ ARIA A SISTEMA FRIGORIFERO PER IMPIANTI DI PRODUZIONE ARIA COMPRESSA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un essiccatore d'aria a sistema frigorifero per impianti di produzione aria compressa come espresso nella rivendicazione principale.

Il trovato è impiegato per l'essiccazione dell'aria compressa mediante suo raffreddamento in un sistema frigorifero fino ad una temperatura sostanzialmente prossima al suo punto di rugiada.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti vari tipi di essiccatori d'aria, impiegati in impianti di produzione di aria compressa, mediante i quali l'aria proveniente dal compressore viene essiccata mediante trattamento in un sistema frigorifero prima di essere reimmessa all'esterno a temperatura ambiente.

Detti essiccatori frigoriferi comprendono normalmente una struttura di contenimento costituita da uno o due tubi chiusi alle estremità da fondelli saldati a tenuta all'interno dei quali sono alloggiati gli elementi di scambio termico impiegati per il trattamento di essiccazione dell'aria.

Detti elementi di scambio termico comprendono normalmente un primo elemento a fascio tubiero che funge da elemento di prescambio per un primo abbassamento della temperatura dell'aria fornita dal compressore, ed un secondo elemento, che può essere aneh 'esso a fascio tubiero od a pacco alettato con circolazione di fluido frigorigeno, che abbassa ulteriormente la temperatura dell'aria fino a portarla sostanzialmente al punto di rugiada.

Quindi, dopo la separazione delle goccioline d'acqua formatesi durante il transito nel secondo elemento di scambio termico, l'aria viene riscaldata a temperatura ambiente ed inviata all'esterno.

Nelle soluzioni classiche, detti due elementi sono disposti in rispettivi elementi tubolari e sono presenti mezzi per portare alternatamente il flusso d'aria da uno all'altro di detti elementi tubolari. Recentemente, è stata proposta una soluzione in cui un solo elemento tubolare sviluppato in lunghezza, chiuso da due fondelli alle estremità, contiene nella sua parte semicilindrica superiore il primo elemento di scambio termico e nella sua parte semicilindrica inferiore il secondo elemento d scambio termico.

Lo sviluppo longitudinale necessitato di dett elementi tubolari per assicurare un rendimento di essiccazione sufficiente comporta elevate lunghezze, da 1500 fino a 2000 mm e più. Ciò comporta sia un maggiore ingombro in lunghezza dell'essiccatore, e di conseguenza la necessità di maggiori spazi di installazione, sia elevate perdite di carico lungo il transito del flusso d'aria, sia uno scambio termico non equilibrato, tutti fattori che abbassano la resa dell'essiccatore e comportano problemi tecnologici ed operativi.

Si ha inoltre un incremento dei costi di realizzazione dovuti alla necessità di un numero elevato di componenti strutturali fra loro saldati che porta ad un aumento dei costi e dei tempi di produzione degli essiccatori attualmente esistenti.

Un ulteriore problema è il fatto che la conformazione tubolare sviluppata in lunghezza riduce i volumi di espansione a disposizione del flusso d'aria nel passaggio fra i due elementi di scambio termico. Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere ulteriori vantaggi, il proponente ha studiato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Scopo del trovato è realizzare un essiccatore a sistema frigorifero per impianti di produzione di aria compressa che sia compatto, funzionale, economico, caratterizzato da una notevole riduzione dei costi e dei tempi di produzione, e con un più alto rendimento grazie alla riduzione delle perdite di carico ed all'aumento della superficie netta di scambio termico a parità di volumi d'aria trattati. Ulteriore scopo è aumentare il volume delle zone di espansione del flusso d'aria quando l’aria passa da uno all'altro degli elementi di scambio termico. L'essiccatore secondo il trovato comprende una struttura di contenimento a doppio guscio costituita da due calotte, di conformazione semiellittica o simile, disposte accoppiate una sull'altra. Dette due calotte sono separate una dall'altra da una parete intermedia divisoria provvista di una pluralità di fori la cui funzione verrà chiarita nel seguito.

Secondo una variante, le due calotte sono eventualmente distanziate da un anello di altezza variabile in relazione al volume d'aria da trattare.

La struttura di contenimento definisce al suo interno tre separate camere di trattamento e transito dell'aria da essiccare proveniente dal compressore.

In una prima camera, che occupa sostanzialmente interamente una prima calotta, è alloggiata una batteria di prescambio, chiusa su tutti i quattro lati ed associata al condotto che invia l'aria del compressore all'interno dell'essiccatore.

Secondo una variante, detta batteria di prescambio è del tipo a pacco alettato tubi-alette.

Detta batteria di prescambio ha sostanzialmente la funzione di provocare un primo abbassamento della temperatura dell'aria, da un valore di ingresso nell'intorno di 45-*-55°C ad un valore di uscita nell’intorno di 20÷25°C.

L’aria uscente da detta batteria di prescambio, mediante un condotto che attraversa la parete divisoria che separa le due calotte, viene inviata in una seconda camera ricavata in una parte anteriore della seconda calotta, ove può avere una prima espansione, e poi inviata in una batteria di scambio termico a circolazione di fluido frigorigeno.

Detta batteria di scambio termico è alloggiatanella terza camera disposta nella restante parte della seconda calotta ed in una posizione sostanzialmente sottostante alla batteria di prescambio. La terza e la prima camera sono tra loro comunicanti per mezzo dei detti fori presenti nella parete divisoria di separazione delle stesse e distribuiti sostanzialmente a coprire l'intera estensione della batteria di prescambio.

Nella batteria di scambio termico con il fluido frigorigeno la temperatura dell'aria viene bruscamente abbassata fino al suo punto di rugiada, nell'intorno di 2°C, con la conseguente formazione di goccioline d'acqua frammiste al flusso d'aria.

Secondo una variante, nella batteria di scambio termico l’aria circola in controcorrente rispetto al fluido frigorigeno.

All'uscita di detta batteria di scambio termico è presente un elemento filtrante che trattiene le goccioline d'acqua e lascia passare solo l'aria deumidificata, la quale si espande nella terza camera all'uscita di detta batteria di scambio termico e viene convogliata, attraverso i fori presenti nella parete divisoria di separazione, nella prima camera contenente la batteria di prescambio.

Detto flusso d'aria lambisce la superficie delle alette della batteria di prescambio e, per lo scambio termico con l'aria proveniente dal compressore, che transita nei tubi disposti tra le alette di detta batteria, si riscalda parzialmente fino a raggiungere, in uscita dall'essiccatore, una temperatura ambiente alla quale viene inviata alle utenze.

Nel contempo, l'aria nei tubi subisce il primo raffreddamento sopra descritto.

L’essiccatore secondo il trovato, per la particolare conformazione a doppio guscio della struttura di contenimento, risulta quindi molto compatto in quanto il volume di contenimento consente l'alloggiamento di elementi di scambio termico di conformazione sostanzialmente quadrata che riducono l'ingombro in lunghezza aumentando il rendimento grazie alla riduzione delle perdite di carico.

Le due calotte definenti la struttura di contenimento garantiscono ampi volumi di espansione all'uscita dei rispettivi elementi di scambio termico nella fase di passaggio da una camera all'altra.

ILLUSTRAZIONE DEL DISEGNO

La figura allegata è fornita a titolo esemplificativo, non limitativo ed illustra in sezione un essiccatore secondo il trovato in una sua forma realizzativa preferenziale.

DESCRIZIONE DEL DISEGNO

L'essiccatore 10 secondo il trovato, impiegato per il trattamento di aria compressa calda e umida, comprende una struttura di contenimento 11 conformata a doppio guscio e composta da due calotte di forma sostanzialmente semiellittica, rispettivamente superiore Ila ed inferiore llb, solidalmente associate, nel caso di specie saldate, una all'altra.

La struttura di contenimento 11 è internamente suddivisa in tre camere, prima 12a, seconda 12b e terza 12c, comunicanti tra loro.

La prima camera 12a occupa sostanzialmente l'intera calotta superiore Ila ed è separata dalla seconda 12b e terza 12c camera mediante una piastra divisoria 13 di separazione.

La seconda camera 12b occupa la parte anteriore della calotta inferiore llb ed è separata dalla terza camera 12c mediante una piastra di separazione 14 sostanzialmente ortogonale alla piastra divisoria 13 e presentante un foro di introduzione 14a.

La terza camera 12c si sviluppa longitudinalmente nella calotta inferiore llb al di sotto della prima camera 12a, comunicando con essa per mezzo di una pluralità di fori 13a ricavati sulla piastra diviso ria 13; il numero di detti fori 13a è tale da ridurre al minimo le perdite di carico nel transito dell’aria dalla terza 12c alla prima 12a camera.

All'interno della prima camera 12a è alloggiata una batteria di prescambio 16 nel caso di specie costituita da un pacco tubi-alette 17 con tubi 17a collegati ad una estremità ad un collettore di entrata 18a ed all'altra estremità ad un collettore di uscita 18b.

Il collettore di entrata 18a è associato ad un condotto di ingresso 15 collegato al compressore (non illustrato) dell'impianto di produzione di aria compressa. Il collettore di uscita 18b è associato ad un condotto intermedio 19 passante attraverso la piastra divisoria 13, il quale mette in comunicazione la prima camera 12a con la seconda camera 12b, in corrispondenza del foro di introduzione 14a.

All 'interno della terza camera 12c è alloggiata una batteria di scambio termico 20 a circolazione di fluido frigorigeno, nel caso di specie costituita da un evaporatore ad alette 21 in cui detto fluido frigorigeno circola all'interno del circuito tubiero 21a in controcorrente rispetto al flusso dell'aria. Il fluido frigorigeno viene alimentato da un circuito comprendente condotti di entrata 29 e condotti di uscita 30.

L'evaporatore ad alette 21 è fissato ad un'estremità alla piastra di separazione 14 in modo da porsi affacciato al foro di introduzione 14a di detta piastra 14.

Nel caso di specie, detto evaporatore ad alette 21 è inoltre superiormente ed inferiormente chiuso da piastre 22 ed è terminalmente associato ad un elemento filtrante 23 atto a trattenere le goccioline d'acqua trasportate dal flusso d’aria.

L'aria, calda e umida, proveniente dal compressore viene immessa all'interno del pacco tubi-alette 17 per mezzo del condotto di ingresso 15.

All'interno di detto pacco tubi-alette 17 l'aria viene parzialmente raffreddata e deumidificata ed in uscita dal condotto intermedio 19 presenta una temperatura di circa 22+25 °C.

L'eventuale condensa che si forma viene convogliata dal condotto intermedio 19 nella seconda camera 12b e da qui evacuata per mezzo di un primo condotto di scarico 24 presente sul fondo e, nel caso di specie, associato ad una elettrovalvola 25.

L'aria parzialmente raffreddata e deumidificata transita quindi dalla seconda 12b alla terza 12c camera passando per il foro di introduzione 14a ed attraversando l'evaporatore ad alette 21 in tutta la sua estensione, essendo confinata entro di esso dalle piastre 22.

Nell'evaporatore ad alette 21 l'aria viene sottoposta a scambio termico con il fluido frigorigeno circolante nel circuito tubiero 21a, e la sua temperatura si abbassa ulteriormente fino a raggiungere in uscita una temperatura di circa 2 °C, corrispondente sostanzialmente al punto di rugiada.

La condensa che si forma sulle pareti dell’evaporatore ad alette 21 viene evacuata per mezzo di appositi fori previsti sulla piastra 22 di fondo e successivamente convogliata verso un secondo condotto di scarico 26 anch'esso associato ad una elettrovalvola 27.

Dopo il passaggio attraverso l'elemento filtrante 23 che trattiene le goccioline d'acqua, l’aria fredda e secca uscente dall'evaporatore ad alette 21 viene convogliata attraverso i fori 13a della piastra divisoria 13, transitando all'interno della prima camera 12a esternamente ai tubi 17a del pacco tubi-alette 17.

Il passaggio del flusso d'aria fredda sulla superficie delle alette ne determina il riscaldamento pen lo scambio termico con l’aria calda transitante nei tubi 17a, che a sua volta si raffredda.

Detta aria può così essere immessa all'esterno, per mezzo di un terminale di uscita 28, ad una temperatura dell'ordine di 18+20 °C.

L'essiccatore 10 secondo il trovato presenta pertanto uno sviluppo in lunghezza molto più ridotto rispetto agli essiccatori noti, permettendo l'alloggiamento di elementi di scambio termico 16, 20 di conformazione sostanzialmente quadrata che aumentano il rendimento di scambio per le minori perdite di carico e per il maggior equilibrio di scambio a parità di volumi d'aria trattati.

Anche gli ampi volumi di espansione dell'aria in uscita dagli elementi di scambio 16, 20 favoriscono l'aumento del rendimento di essiccazione.

La realizzazione pratica dell'essiccatore 10 risulta estremamente facilitata ed economica, così come il suo collaudo e la certificazione, essendo necessaria la saldatura di due calotte che possono essere certificate in sè e non essendoci la presenza di elementi tubolari ingombranti e difficilmente raanipolabili industrialmente.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Essiccatore d'aria a sistema frigorifero per impianti di produzione aria compressa, associato in ingresso ad un condotto (15) di invio dell'aria del compressore ed in uscita ad un condotto (28) di invio nell'ambiente dell’aria essiccata, detto essiccatore comprendendo una struttura di contenimento elementi di scambio termico (16, 20) per il raffreddamento/riscaldamento dell'aria definente al suo interno camere di trattamento comunicanti fra loro e con detti condotti (15,28) di entrata-uscita aria, caratterizzato dal fatto che l'intera struttura di contenimento (11) è conformata a doppio guscio costituito da due calotte (lla,llb) sostanzialmente semiellittiche accoppiate fra loro e separate da una piastra divisoria (13), una prima calotta (Ila) contenendo un elemento di prescambio (16) per il primo parziale raffreddamento dell'aria del compressore e la seconda calotta (llb) contenendo il secondo elemento di scambio termico (20) per il raffreddamento dell'aria f ino sostanzialmente al suo punto di rugiada. 2 - Essiccatore come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il volume interno della struttura di contenimento (11) è diviso in tre distinte e separate camere (12a, 12b, 12c), la prima camera (12a) occupando sostanzialmente la prima calotta (Ila) e contenendo l'elemento di prescambio (16), la seconda camera (12b) essendo disposta nella parte anteriore della seconda calotta (llb) e comunicando con la prima camera (12a) a mezzo di un condotto (19), e la terza camera (12c) occupando la restante parte della seconda calotta (llb) e contenendo l'elemento di scambio termico (20), detta terza camera (12c) comunicando con la seconda camera (12b) a mezzo di un foro di introduzione (14a) e con la prima camera (12a) a mezzo di una pluralità di fori (13a) ricavati nella piastra divisoria (13), 3 - Essiccatore come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che gli elementi di scambio termico (16, 20) presentano conformazione sostanzialmente quadrata. 4 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che presenta zone di espansione di ampio volume in uscita dagli elementi di scambio termico (16,20). 5 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che terminalmente all'elemento di scambio termico (20) è presente un elemento trattenitore di goccioline (23). 6 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l'elemento di scambio termico (20) è una batteria di scambio, chiusa ai lati, con circolazione di fluido frigorigeno in controcorrente rispetto al flusso dell'aria. 7 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'elemento di prescambio (16) è costituito da un pacco tubi-alette (17) con il quale l'aria proveniente dal compressore viene raffreddata dall'aria fornita dall'elemento di scambio (20), la quale a sua volta si riscalda per lo scambio termico con l'aria del compressore. 8 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la seconda (12b) e la terza (12c) camera presentano mezzi di scarico condensa (24, 26). 9 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le due calotte (Ila, llb), sono separate da un anello di altezza variabile in funzione dei volumi d'aria da trattare. 10 - Essiccatore come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed al disegno.