IT201600100346A1 - Apparecchio di riscaldamento per la produzione combinata di aria calda e acqua calda - Google Patents

Description

APPARECCHIO DI RISCALDAMENTO PER LA PRODUZIONE

COMBINATA DI ARIA CALDA E ACQUA CALDA

Il presente trovato concerne genericamente un sistema per la gestione del calore.

In particolare, il presente trovato comprende un apparecchio di riscaldamento per la produzione combinata di aria calda ed acqua calda e, nello specifico, per il riscaldamento di ambienti, nonché vari circuiti e dispositivi atti alla circolazione di un fluido.

Pertanto la presente invenzione si colloca nel campo dell’impiantistica per il riscaldamento, ad esempio di un’unità abitativa.

Oggigiorno, è noto il sistema per la gestione del calore descritto nel brevetto EP2549195. Come riportato in tale documento, negli impianti di riscaldamento si usano spesso valvole deviatrici a tre vie, che ricevono in ingresso due portate di fluido, aventi differenti temperature e circolanti in due condotti differenti. Dette valvole forniscono in uscita una portata, che è data dalla somma delle due portate entranti. Se uno dei rami di ingresso è chiuso, la portata e la temperatura in uscita sarà pari alla portata e temperatura in ingresso del ramo libero. Se, invece, i due rami di ingresso risultano entrambi aperti la temperatura intermedia della portata in uscita viene ottenuta tramite dette valvole variando le portate in ingresso. Tuttavia, l’impiego di valvole deviatrici a tre vie presenta i seguenti problemi:

- tempi di azionamento troppo lunghi (svariati secondi);

- portate e/o temperature dell’uno o dell’altro ramo non sufficientemente vicine a quelle desiderate.

Inoltre nelle stufe a pellet con caldaia incorporata la quota principale del calore prodotto dal generatore viene assorbita dall’acqua presente all’interno di uno scambiatore di calore. Il fluido termo-vettore acqua viene normalmente inviato, tramite un circolatore, ai corpi scaldanti dell’impianto di riscaldamento, al fine di ottenere la temperatura di comfort all’interno dei locali abitativi dell’unità immobiliare presso cui è installato il generatore.

Una parte minore del calore prodotto dalla combustione del pellet viene ceduta alla stanza in cui è installato il generatore grazie al fenomeno di convezione dell’aria, che lambisce l’apparecchio (vetro e rivestimento) in maniera naturale o forzata (ad esempio attraverso l’utilizzo di un ventilatore), e grazie all’irraggiamento.

Tuttavia, nel caso in cui vi sia la necessità di aumentare la quota di calore ceduta all’interno della stanza in cui è installato l’apparecchio in questione, occorre inviare il fluido termo-vettore acqua riscaldato all’interno di uno o più corpi scaldanti installati presenti nel locale medesimo.

L’invenzione in oggetto permette di risolvere i suddetti problemi dell’arte nota.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di ottenere una regolazione delle portate di un fluido in un impianto, tale da garantire una distribuzione più accurata dei carichi termici nello stesso impianto.

Compito principale del presente trovato consiste quindi nel realizzare un sistema termodinamico che ponga soluzione a tale problema, risolvendo i lamentati inconvenienti dovuti alle regolazioni delle valvole deviatrici a tre vie sopra descritti.

Nell’ambito di tale compito, è scopo del presente trovato proporre un sistema per la gestione del calore maggiormente efficiente rispetto all’arte nota.

Questo compito è raggiunto da un sistema per la gestione del calore secondo la rivendicazione 1 allegata.

Altre caratteristiche di dettaglio del sistema per la gestione del calore secondo il trovato sono riportate nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Il problema sopra menzionato viene risolto sostituendo le suddette valvole deviatrici a tre vie con almeno un dispositivo chiamato circolatore; in particolare, si utilizzano due circolatori, disposti in due diverse parti di un impianto termodinamico.

I circolatori sono caratterizzati dal fatto di ricevere fluido in ingresso ad una data pressione ed espellerlo in uscita ad una pressione maggiore, facendo sì che il suddetto fluido si propaghi in tal modo in altre parti dell’impianto.

Per svolgere questo compito, i circolatori sfruttano ciascuno una girante azionabile a diverse velocità e, al variare delle velocità delle giranti, si ottengono diverse portate di fluido all’uscita dei circolatori. Inoltre, nell’invenzione in oggetto, questi circolatori possono prevedere che dette giranti siano azionate tramite un sistema di controllo elettro-meccanico a segnale PWM bidirezionale (o altro segnale di controllo noto), posto all’interno del generatore di calore.

Vantaggiosamente, grazie al segnale che viene fornito dai circolatori, è possibile conoscere la portata volumetrica del fluido ricevuto ed elaborato dagli stessi; di conseguenza, è possibile conoscere dettagli relativi al flusso di acqua che attraversa uno scambiatore di calore ausiliario, nonché quelli relativi al flusso dell’impianto di riscaldamento principale.

In tal caso, altrettanto vantaggiosamente, è possibile variare – ad esempio istantaneamente – la velocità dei circolatori stessi, ovvero variare la portata da loro elaborata.

Inoltre, nello stesso apparecchio in cui è installato il generatore di calore, può essere installato anche uno scambiatore di calore ausiliario integrato acqua/aria. All’interno di tale scambiatore aggiuntivo viene inviata l’acqua riscaldata dal generatore di calore, mentre all’esterno la sua superficie è lambita dall’aria ambiente. Ancora vantaggiosamente può essere utilizzato un ventilatore per mandare in modo forzato l’aria ambiente a lambire esternamente detto scambiatore ausiliario, migliorando così lo scambio termico.

Nel dettaglio, il primo dispositivo circolatore può essere posizionato a valle del circuito di riscaldamento domestico, mentre il secondo dispositivo circolatore può essere posizionato lungo il primo circuito, a valle dello scambiatore di calore.

Vantaggiosamente, per assicurare un corretto funzionamento del sistema dell’invenzione, è possibile prevedere una valvola di non-ritorno 13 a valle di ciascun dispositivo circolatore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva di un sistema per la gestione del calore secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nelle figure allegate, in cui la figura 1 illustra uno schema a blocchi di massima del sistema per la gestione del calore secondo l’invenzione.

Con riferimento alla figura menzionata, il sistema per la gestione del calore di un impianto di riscaldamento, quale ad esempio quello di una unità abitativa, oggetto della presente invenzione, comprende un apparecchio di riscaldamento 100, che include, a sua volta, un involucro 1, all’interno del quale è presente un vano 2 in cui sono alloggiate una camera di combustione 3 ed una camera di isolamento 11 per il riscaldamento del fluido termovettore.

L’apparecchio 100 include inoltre un primo circuito 10, comprendente un condotto di accesso 5, atto ad introdurre nel vano 2 un primo flusso di fluido termovettore (che nell’esempio qui descritto è costituito da acqua) Q5 tramite almeno un primo circolatore P1 ed un condotto 9, che permette di prelevare dal vano 2, tramite un secondo circolatore P2, un secondo flusso d’acqua Q9; comunque, secondo l’invenzione, è possibile che nell’apparato 100 sia presente e/o sia funzionante esclusivamente il primo circolatore P1 e, in tal caso, tutto il calore acquisito dal fluido termo-vettore viene indirizzato all’impianto di riscaldamento dell’unità abitativa.

In figura 1 si può osservare che l’apparecchio 100 include un secondo circuito 20, per la movimentazione e riscaldamento dell’aria presente nell’ambiente da riscaldare, comprendente uno scambiatore di calore 12 ausiliario posizionato nel vano 2.

Il secondo circuito 20 comprende mezzi di pompaggio F, ad esempio un ventilatore, per aspirare l’aria dall’esterno del vano 2 e dirigerla verso la superficie esterna dello scambiatore di calore 12.

Preferibilmente, lo scambiatore di calore 12 è costruito in modo tale da essere attraversato da un flusso d’acqua Q8; la portata di tale flusso Q8 è causata dal secondo circolatore P2 posizionato nel condotto 9.

La portata del flusso Q8 comprende una prima porzione di un flusso d’acqua riscaldata Q6 proveniente dalla camera 11; una seconda porzione del flusso Q6 è costituita da un flusso d’acqua Q7 che circola in un condotto 7, dirigendosi verso un circuito di riscaldamento generale (non rappresentato).

Quando il flusso d’acqua Q8 circola nel tubo 8 dello scambiatore 12, contemporaneamente il flusso d’aria del circuito 20 prelevato tramite i mezzi di pompaggio (ventilatore) F dall’aria esterna all’apparecchio di riscaldamento 100, lambisce tale tubo 8 e l’intero scambiatore 12, portandosi da una prima temperatura t1 ad una seconda temperatura t2 maggiore di t1.

Quando nell’apparato 100 è presente e funzionante esclusivamente il secondo circolatore P2, tutto il calore acquisito dal fluido termo-vettore viene indirizzato allo scambiatore di calore ausiliario 12 e quindi al fluido vettore aria, spinto ad esempio dal ventilatore F. Secondo l’invenzione, il primo circolatore P1 può essere posizionato in un condotto 4 in modo tale da generare un flusso d’acqua Q4; detto condotto 4 è posizionato in modo tale per cui i flussi Q9 e Q4 confluiscono assieme nel condotto di accesso 5 dando luogo al flusso d’acqua Q5.

Sempre secondo l’invenzione, il secondo circolatore P2 può essere posizionato nel condotto 9, in modo tale da essere attraversato dal flusso d’acqua Q9.

Entrambi i circolatori P1 e P2 possono essere azionati tramite un sistema di controllo elettro-meccanico a segnale PWM bidirezionale (o altro segnale di controllo noto) durante il funzionamento dell’apparato 100 dell’invenzione.

L’apparato 100 dell’invenzione è realizzato apposta per agire a distanza sui sopra citati circolatori P1, P2, ad esempio agendo sulle velocità di rotazione delle loro giranti, e/o per ricevere dagli stessi informazioni sul loro stato di funzionamento, tra cui le portate volumetriche istantanee da essi elaborate.

Grazie al sistema di controllo implementato dall’apparato 100 dell’invenzione, con il funzionamento contemporaneo dei due circolatori P1 e P2, variando in modo opportuno le velocità di rotazione delle loro giranti, è possibile indirizzare il calore, diviso secondo le proporzioni desiderate, verso un circuito di riscaldamento generale e contemporaneamente verso lo scambiatore di calore 12.

Vantaggiosamente, nel sistema per la gestione del calore secondo fin qui descritto, possono essere previste opportune valvole di non-ritorno 13.

In tal caso, i flussi d’acqua Q4 e Q9, una volta attraversati i circolatori P1 e P2 posizionati nei relativi condotti 4 e 9, passano ciascuno anche attraverso una valvola di non-ritorno 13.

Tali valvole sono costruite in modo tale da impedire ai rispettivi flussi che li attraversano di invertire il loro verso di attraversamento.

Inoltre, tramite opportune sonde di temperatura posizionabili in più parti (non mostrate) di detto sistema, possono essere rilevate le temperature dell’acqua raggiunte.

In particolare, in tal caso, è possibile calcolare (sulla base di tali valori rilevati) la portata termica dei vari flussi; ad esempio, è possibile calcolare la potenza istantanea resa dallo scambiatore ausiliario 12 ed effettuare di conseguenza eventuali regolazioni.

Nel dettaglio, una di tali regolazioni potrebbe essere legata, ad esempio, alla temperatura ambiente rilevata attraverso una opportuna sonda e al suo confronto con una temperatura desiderata, impostabile da un utente. Il sistema elettro-meccanico a segnale PWM bidirezionale (o altro segnale di controllo noto), sfrutta tali temperature per parzializzare il calore verso un circuito di riscaldamento generale e contemporaneamente verso lo scambiatore di calore 12. Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere variati a seconda delle esigenze contingenti e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle seguenti rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni o numeri di riferimento sono stati apposti con il solo scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non costituiscono in alcun modo limitazione all’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni o numeri di riferimento.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di riscaldamento (100) per la produzione combinata di aria calda e acqua calda per un circuito di riscaldamento domestico, comprendente un vano (2) atto ad alloggiare una prima camera (3) per la combustione ed una seconda camera (11) per il riscaldamento di un fluido termo-vettore ed adiacente alla prima camera (3), uno scambiatore di calore (12) atto a scambiare calore tra detto fluido termo-vettore proveniente dalla seconda camera (11) e un flusso d’aria proveniente dall’ambiente esterno a detto vano (2), un primo circuito (10) per la circolazione di detto fluido termo-vettore dall’esterno a detto vano (2) verso detta seconda camera (11) e da detta seconda camera (11) verso lo scambiatore di calore (12), un secondo circuito (20) per la circolazione del flusso d’aria dall’ambiente esterno a detto vano (2) verso lo scambiatore di calore (12) tramite mezzi di pompaggio (F), in cui una porzione di fluido termo-vettore è atto ad essere immesso nel circuito di riscaldamento domestico ed in cui il fluido termo-vettore da riscaldare proviene in parte dal circuito di riscaldamento domestico ed in parte dal primo circuito, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un primo dispositivo circolatore (P1; P2) per la variazione di portata di una porzione di fluido termo-vettore.
2. 2. Apparecchio di riscaldamento (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo dispositivo circolatore (P2; P1) per la variazione di portata di una porzione di fluido termo-vettore.
3. 3. Apparecchio di riscaldamento (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto secondo dispositivo circolatore (P2) è posizionato lungo il primo circuito (10) a valle dello scambiatore di calore (12).
4. 4. Apparecchio di riscaldamento (100) secondo una delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo circolatore (P1) è posizionato a monte del primo circuito (10) a valle del circuito di riscaldamento domestico.
5. 5. Apparecchio di riscaldamento (100) secondo una delle rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti dispositivi circolatori (P1; P2) è azionato tramite un sistema elettro-meccanico a segnale PWM bidirezionale (o altro segnale di controllo noto).
6. 6. Apparecchio di riscaldamento (100) secondo una delle rivendicazioni 1-5, caratterizzato dal fatto di comprendere una valvola di non-ritorno (13) a valle di almeno un dispositivo circolatore (P1; P2).
7. 7. Apparecchio di riscaldamento (100) secondo una delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto di comprendere una sonda di temperatura atta a rilevare la temperatura di un ambiente da riscaldare.
8. 8. Sistema per la gestione del calore, comprendente un apparecchio di riscaldamento (100) secondo una delle rivendicazioni 1-7.