ITMI20011743A1 - GAS-LIQUID HEAT EXCHANGER AND BOILER INCLUDING SUCH HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
TITOLO: "Scambiatore di calore gas-liquido e caldaia includente tale scambiatore di calore TITLE: "Gas-liquid heat exchanger and boiler including this heat exchanger
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore gas-liquido includente una pluralità di piastre modulari di scambio termico atte a realizzare uno scambio termico tra un gas ed un liquido termovettore, il quale trova un preferito sebbene non esclusivo impiego in caldaie quali ad esempio caldaie premiscelate e caldaie a condensazione. The present invention relates to a gas-liquid heat exchanger including a plurality of modular heat exchange plates suitable for carrying out a heat exchange between a gas and a heat-carrying liquid, which finds a preferred although not exclusive use in boilers such as for example premix boilers and condensing boilers.
Questa invenzione si riferisce anche ad una caldaia incorporante tale scambiatore di calore e ad una piastra modulare di scambio termico atta a realizzare il suddetto scambio termico. This invention also refers to a boiler incorporating this heat exchanger and to a modular heat exchange plate suitable for carrying out the aforementioned heat exchange.
Come noto, nel settore degli scambiatori di calore gas-liquido o aria-liquido in generale ed in particolare nel campo degli scambiatori gas-acqua per caldaie, una delle esigenze attualmente più sentite è quella di realizzare scambiatori di calore aventi una elevata efficienza di scambio termico e di costo contenuto. As is known, in the field of gas-liquid or air-liquid heat exchangers in general and in particular in the field of gas-water exchangers for boilers, one of the currently most felt needs is that of realizing heat exchangers having a high exchange efficiency thermal and low cost.
A tale scopo, sono noti da tempo scambiatori di calore gas-liquido includenti una pluralità di piastre modulari realizzate di pezzo in ghisa mediante fusione in uno stampo attorno ad un'anima in terra e montate a pacco tra loro. Ciascuna piastra è essenzialmente costituita da un corpo comprendente una pluralità di condotti strutturalmente indipendenti estesi in parallelo tra loro tra contrapposte estremità della piastra. Più in particolare, i suddetti condotti convogliano il liquido da un'apertura di ingresso del liquido nella piastra definita in un collettore formato in corrispondenza di una prima estremità della piastra verso un'apertura di uscita del liquido dalla piastra definita in un collettore formato in corrispondenza della contrapposta estremità della piastra stessa. Inoltre, i condotti sono generalmente provvisti di alettature per aumentare la superficie di scambio termico tra il gas ed il liquido. For this purpose, gas-liquid heat exchangers have been known for some time including a plurality of modular plates made of one piece of cast iron by casting in a mold around an earth core and assembled in a pack together. Each plate essentially consists of a body comprising a plurality of structurally independent ducts extending parallel to each other between opposite ends of the plate. More particularly, the aforementioned conduits convey the liquid from a liquid inlet opening in the plate defined in a manifold formed at a first end of the plate to a liquid outlet opening from the plate defined in a manifold formed at a first end of the plate. of the opposite end of the plate itself. Furthermore, the ducts are generally provided with fins to increase the heat exchange surface between the gas and the liquid.
Scambiatori di calore di tale tipo sono generalmente impiegati in caldaie incorporanti un bruciatore atmosferico e sono montati al di sopra di quest'ultimo. In questo caso, il gas è costituito dai fumi di combustione ed il liquido termovettore è acqua. In tal modo, sono definiti un percorso di liquido essenzialmente a zigzag (i cui tratti orizzontali sono suddivisi in una pluralità di rami paralleli definiti nei condotti della piastra) ed un percorso di gas che attraversa le piastre dello scambiatore in senso verticale dal basso verso l'alto. Heat exchangers of this type are generally used in boilers incorporating an atmospheric burner and are mounted above the latter. In this case, the gas consists of the combustion fumes and the heat-carrying liquid is water. In this way, an essentially zigzag liquid path is defined (the horizontal sections of which are divided into a plurality of parallel branches defined in the ducts of the plate) and a gas path that crosses the plates of the exchanger vertically from the bottom towards the 'tall.
Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, le designazioni di: basso e alto, inferiore e superiore, sotto e sopra, orizzontale e verticale, verranno attribuite alle piastre modulari, allo scambiatore di calore ed alla caldaia, nonché ai loro componenti, facendo riferimento alla posizione assunta ima volta montati. In the present description and in the subsequent claims, the designations of: bottom and top, bottom and top, bottom and top, horizontal and vertical, will be attributed to the modular plates, the heat exchanger and the boiler, as well as to their components, with reference to the position taken when mounted.
Nonostante l'ampia superficie di scambio termico assicurata dalle alettature presenti su ciascuna piastra, gli scambiatori di calore di questo tipo e le caldaie in cui essi vengono incorporati presentano una serie di inconvenienti a tutt'oggi insuperati. Despite the large heat exchange surface ensured by the fins present on each plate, the heat exchangers of this type and the boilers in which they are incorporated have a series of drawbacks which are still unsurpassed today.
In primo luogo, la disposizione in parallelo dei condotti per la circolazione del liquido in ciascuna piastra di scambio termico comporta, da una parte, una ridotta velocità del liquido con una corrispondente penalizzazione dell' efficienza di scambio termico e, dall'altra parte, la possibilità che si manifestino variazioni termiche locali, ad esempio surriscaldamenti, in seguito ad una non omogenea ripartizione del flusso di liquido nei vari condotti con conseguenze negative sulla vita dello scambiatore. In the first place, the parallel arrangement of the ducts for the circulation of the liquid in each heat exchange plate entails, on the one hand, a reduced speed of the liquid with a corresponding penalty of the heat exchange efficiency and, on the other hand, the possibility that local thermal variations occur, for example overheating, following an uneven distribution of the liquid flow in the various ducts with negative consequences on the life of the exchanger.
In secondo luogo, gli scambiatori di calore gas-liquido costituiti da piastre quali quelle sopra descritte presentano problemi di ingombro legati alla presenza dei collettori di liquido formati in corrispondenza delle suddette contrapposte estremità delle piastre. Secondly, gas-liquid heat exchangers made up of plates such as those described above have problems of space due to the presence of the liquid collectors formed at the aforementioned opposite ends of the plates.
In terzo luogo, gli interventi di pulizia di tipo chimico, ritenuti universalmente i più efficaci, si sono dimostrati estremamente difficili da attuare, in quanto i fluidi di pulizia utilizzati tendono preferibilmente ad incanalarsi nei condotti che offrono la minore resistenza al flusso, vale a dire quelli meno incrostati, proprio a scapito dei condotti che necessitano maggiormente delle operazioni di pulizia. Thirdly, chemical cleaning interventions, universally considered to be the most effective, have proved extremely difficult to implement, as the cleaning fluids used preferably tend to be channeled into the ducts that offer the least resistance to flow, that is to say those that are less encrusted, to the detriment of the ducts that most need cleaning.
II problema tecnico alla base della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione uno scambiatore di calore avente una elevata efficienza di scambio termico che superi gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata. The technical problem underlying the present invention is therefore that of providing a heat exchanger having a high heat exchange efficiency which overcomes the drawbacks complained of with reference to the cited known art.
In accordo con un primo aspetto dell'invenzione, il suddetto problema tecnico è risolto da uno scambiatore di calore gas-liquido includente una pluralità di piastre modulari di scambio termico atte a realizzare uno scambio termico tra un gas ed un liquido termovettore, ciascuna piastra modulare comprendendo: In accordance with a first aspect of the invention, the aforesaid technical problem is solved by a gas-liquid heat exchanger including a plurality of modular heat exchange plates suitable for realizing a heat exchange between a gas and a heat-carrying liquid, each modular plate including:
a) un corpo cavo sostanzialmente piastriforme prodotto di pezzo in metallo gettato, detto corpo cavo comprendendo: a) a substantially plate-like hollow body made of a cast metal piece, said hollow body comprising:
al) un'apertura di ingresso ed una apertura di uscita del liquido nel e dal corpo cavo formate in corrispondenza di una estremità prossimale della piastra modulare; al) an inlet port and a liquid outlet port in and from the hollow body formed at a proximal end of the modular plate;
a2) almeno un primo canale esteso lungo una prima direzione tra detta estremità prossimale ed un'estremità distale della piastra modulare per convogliare detto liquido termovettore da detta apertura di ingresso verso detta estremità distale; a2) at least one first channel extending along a first direction between said proximal end and a distal end of the modular plate for conveying said heat-carrying liquid from said inlet opening towards said distal end;
a3) almeno un secondo canale collegato in serie a detto primo canale ed esteso lungo detta prima direzione tra detta estremità distale e detta estremità prossimale della piastra modulare per convogliare detto liquido termovettore da detta estremità distale a detta apertura di uscita; a3) at least one second channel connected in series to said first channel and extending along said first direction between said distal end and said proximal end of the modular plate to convey said heat carrier liquid from said distal end to said outlet opening;
b) almeno una porzione provvista di una pluralità di elementi di scambio ermico estesi a sbalzo da detto corpo cavo per incrementare la superficie di cambio termico tra detto gas e detto liquido termovettore; b) at least a portion provided with a plurality of hermic exchange elements projecting from said hollow body to increase the heat exchange surface between said gas and said heat-carrying liquid;
c) almeno una apertura per il passaggio di gas formata attraverso detto corpo ateralmente ad almeno una parte di detta porzione provvista di elementi di cambio termico, c) at least one opening for the passage of gas formed through said body at least one part of said portion provided with heat exchange elements,
in cui dette piastre modulari sono rispettivamente montate a pacco così da definire in detto scambiatore di calore un percorso di liquido ed un percorso di gas almeno in parte sostanzialmente incrociati tra loro. wherein said modular plates are respectively packaged so as to define in said heat exchanger a liquid path and a gas path at least partially substantially crossed with each other.
Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, l'espressione: elementi di scambio termico, è usata per indicare elementi estesi a sbalzo dalle piastre di forma e dimensione opportune, atti ad incrementare la superficie di scambio termico tra gas e liquido. A puro titolo di esempio non limitativo, idonei elementi di scambio termico possono essere di forma troncoconica o cilindrica o essere conformati sostanzialmente ad aletta. In the present description and in the subsequent claims, the expression: heat exchange elements is used to indicate elements protruding from plates of suitable shape and size, suitable for increasing the heat exchange surface between gas and liquid. Purely by way of non-limiting example, suitable heat exchange elements can be of a truncated conical or cylindrical shape or substantially shaped like a fin.
Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, le espressioni: prossimale e distale verranno usate per indicare elementi della piastra modulare e dello scambiatore di calore posizionati in prossimità delle e, rispettivamente, da parte contrapposta alle aperture di ingresso e di uscita del liquido nel e dalla piastra. In the present description and in the subsequent claims, the expressions: proximal and distal will be used to indicate elements of the modular plate and of the heat exchanger positioned in proximity to and, respectively, on the opposite side to the inlet and outlet openings of the liquid in and from the plate.
Grazie al fatto che il primo canale ed il secondo canale formati nel corpo cavo delle piastre sono collegati in serie tra loro, è vantaggiosamente possibile raggiungere ima maggiore velocità di circolazione ed una maggiore turbolenza del liquido termovettore rispetto a quelle raggiungibili negli scambiatori di calore della tecnica nota, con un conseguente aumento del coefficiente di scambio termico lato liquido e, con esso, dell' efficienza complessiva di scambio termico dello scambiatore. Thanks to the fact that the first channel and the second channel formed in the hollow body of the plates are connected in series with each other, it is advantageously possible to achieve a higher circulation speed and a greater turbulence of the heat-carrying liquid than those achievable in the heat exchangers of the art. known, with a consequent increase in the heat exchange coefficient on the liquid side and, with it, in the overall heat exchange efficiency of the exchanger.
Inoltre, l'efficienza di scambio termico risulta ulteriormente migliorata rispetto a quella ottenibile con gli scambiatori della tecnica nota grazie al fatto che il percorso di liquido ed il percorso di gas nello scambiatore sono almeno in parte essenzialmente incrociati tra loro. Tale aumento di efficienza di scambio termico è ascrivibile sostanzialmente a tutte le piastre modulari di scambio termico che costituiscono lo scambiatore di calore con la parziale eccezione della piastra che - in uso - viene lambita per prima dal gas, ad esempio dai fumi di combustione provenienti da un bruciatore, in quanto in tale piastra il flusso del gas risulta solo parzialmente incrociato rispetto al flusso del liquido termovettore. Furthermore, the heat exchange efficiency is further improved with respect to that obtainable with the exchangers of the known art thanks to the fact that the liquid path and the gas path in the exchanger are at least partly essentially crossed with each other. This increase in heat exchange efficiency is essentially attributable to all the modular heat exchange plates that make up the heat exchanger with the partial exception of the plate which - in use - is first touched by the gas, for example by the combustion fumes coming from a burner, since in this plate the gas flow is only partially crossed with respect to the flow of the heat-carrying liquid.
Poiché l'apertura di ingresso e l'apertura di uscita del liquido in e da ciascuna piastra modulare dello scambiatore dell' invenzione sono formate in corrispondenza di una medesima estremità della piastra (quella prossima le), lo scambiatore di calore dell' invenzione include vantaggiosamente una sola serie di collettori del liquido termovettore, impilati a pacco in corrispondenza di un unico fianco (quello prossimale) dello scambiatore. A parità di potenza termica installata, lo scambiatore di calore dell' invenzione risulta pertanto più compatto rispetto agli scambiatori della tecnica nota, che invece prevedono due serie di collettori alle contrapposte estremità delle piastre. Since the inlet port and the liquid outlet port in and from each modular plate of the exchanger of the invention are formed at one and the same end of the plate (the next one), the heat exchanger of the invention advantageously includes a single series of collectors for the heat-carrying liquid, stacked in a pack in correspondence with a single side (the proximal one) of the exchanger. With the same installed thermal power, the heat exchanger of the invention is therefore more compact than the exchangers of the known art, which instead provide two series of manifolds at the opposite ends of the plates.
Vantaggiosamente, inoltre, il collegamento in serie tra il primo canale ed il secondo canale formati nel corpo cavo delle piastre consente di effettuare una efficace pulizia di tipo chimico di questi canali impiegando idonei fluidi di pulizia, quelli ad esempio soluzioni acquose di acido cloridrico. Advantageously, moreover, the connection in series between the first channel and the second channel formed in the hollow body of the plates allows to carry out an effective chemical cleaning of these channels by using suitable cleaning fluids, for example those aqueous solutions of hydrochloric acid.
In accordo con una forma realizzativa preferita dell'invenzione, il percorso di liquido nello scambiatore di calore è esteso sostanzialmente a zigzag tra una apertura di ingresso ed una apertura di uscita del liquido termovettore nel e dallo scambiatore di calore ed è esteso almeno in parte in ciascuna piastra modulare lungo la suddetta prima direzione. In accordance with a preferred embodiment of the invention, the liquid path in the heat exchanger is extended substantially in a zigzag manner between an inlet opening and an outlet opening of the heat-carrying liquid in and from the heat exchanger and is extended at least in part in each modular plate along the aforementioned first direction.
Preferibilmente, l'apertura di ingresso e l'apertura di uscita del liquido in e da dette piastre modulari sono definite in rispettive camere di ingresso e di uscita strutturalmente indipendenti, separate a tenuta di liquido e formate all'interno di un singolo collettore esteso di pezzo da detta estremità prossimale della piastra modulare. Preferably, the inlet opening and the outlet opening of the liquid in and from said modular plates are defined in respective structurally independent inlet and outlet chambers, separated in a liquid-tight manner and formed within a single extended manifold of piece from said proximal end of the modular plate.
In tal modo, è vantaggiosamente possibile collegare tra loro le piastre modulari in modo semplice, vale a dire per semplice affiancamento dell'apertura di uscita di una piastra con l'apertura di ingresso di una piastra adiacente, in corrispondenza del fianco prossimale dello scambiatore. In this way, it is advantageously possible to connect the modular plates to each other in a simple way, that is to say by simply placing the outlet opening of a plate side by side with the inlet opening of an adjacent plate, at the proximal side of the exchanger.
Preferibilmente, le piastre modulari sono reciprocamente associate a tenuta di fluido in corrispondenza dei suddetti collettori di liquido e, ancora più preferibilmente, anche in corrispondenza dei loro bordi perimetrali grazie all'impiego di idonei mezzi di tenuta perimetrale di fluido, quali ad esempio guarnizioni, interposti tra piastre modulari adiacenti. Preferably, the modular plates are mutually associated with a fluid seal in correspondence with the aforementioned liquid collectors and, even more preferably, also in correspondence with their perimeter edges thanks to the use of suitable peripheral fluid sealing means, such as gaskets, interposed between adjacent modular plates.
In accordo con una forma realizzativa preferita dello scambiatore di calore dell'invenzione, il suddetto almeno un primo canale è formato nel corpo cavo in prossimità di una parete laterale di esso, mentre il secondo canale è formato nel corpo cavo in prossimità di una parete laterale di esso contrapposta al primo canale. In accordance with a preferred embodiment of the heat exchanger of the invention, the aforementioned at least one first channel is formed in the hollow body near a side wall thereof, while the second channel is formed in the hollow body near a side wall of it opposed to the first channel.
Grazie a tale combinazione di caratteristiche preferite è vantaggiosamente possibile realizzare un percorso di fluido che non solo sfrutta in modo ottimale il volume a disposizione aH'intemo del corpo cavo di ciascuna singola piastra di scambio termico, ma è anche in grado di effettuare un ottimale scambio di calore con il gas che lambisce la piastra. Thanks to this combination of preferred characteristics it is advantageously possible to realize a fluid path which not only optimally exploits the volume available inside the hollow body of each single heat exchange plate, but is also able to effect an optimal exchange. of heat with the gas touching the plate.
Preferibilmente, detto corpo cavo comprende ulteriormente almeno un canale intermedio collegato in serie al primo canale e al secondo canale. La presenza di un ulteriore canale intermedio consente vantaggiosamente di incrementare ulteriormente lo sfruttamento del volume disponibile all'interno del corpo cavo, ottenendo al tempo stesso una estensione del percorso di liquido in ciascuna piastra con un miglioramento dell'efficienza di scambio termico dello scambiatore. Preferably, said hollow body further comprises at least one intermediate channel connected in series to the first channel and to the second channel. The presence of a further intermediate channel advantageously allows to further increase the exploitation of the volume available inside the hollow body, at the same time obtaining an extension of the liquid path in each plate with an improvement in the heat exchange efficiency of the exchanger.
In accordo con un'ulteriore forma realizzativa preferita, il suddetto canale intermedio è conformato sostanzialmente a zigzag e, ancora più preferibilmente, esso si estende lungo il piano di mezzeria trasversale della piastra modulare. In tal modo, viene massimizzato lo sfruttamento del volume disponibile all'intemo del corpo cavo e con esso Γ efficienza di scambio termico. In accordance with a further preferred embodiment, the aforementioned intermediate channel is substantially zigzag-shaped and, even more preferably, it extends along the transverse center line of the modular plate. In this way, the exploitation of the volume available inside the hollow body is maximized and with it Γ heat exchange efficiency.
In una forma di realizzazione preferita alternativa, il suddetto almeno un primo canale può essere formato nel corpo cavo in prossimità di una prima faccia di esso, mentre il secondo canale è preferibilmente formato nel corpo cavo in prossimità di una faccia di esso contrapposta al primo canale. In an alternative preferred embodiment, the aforementioned at least one first channel can be formed in the hollow body in proximity to a first face thereof, while the second channel is preferably formed in the hollow body in proximity to a face thereof opposite the first channel. .
In questa forma realizzativa alternativa, il primo canale, il secondo canale ed il setto divisorio che li separa hanno preferibilmente una larghezza sostanzialmente pari alla larghezza di detta almeno una porzione provvista di elementi di scambio termico della piastra modulare. In tal modo, viene vantaggiosamente assicurata la massima superficie di scambio termico possibile in rapporto alle dimensioni della piastra. In this alternative embodiment, the first channel, the second channel and the partition separating them preferably have a width substantially equal to the width of said at least one portion provided with heat exchange elements of the modular plate. In this way, the maximum possible heat exchange surface in relation to the dimensions of the plate is advantageously ensured.
Preferibilmente, la suddetta almeno una porzione provvista di una pluralità di elementi di scambio termico si estende su facce contrapposte del corpo cavo. Preferably, the aforesaid at least one portion provided with a plurality of heat exchange elements extends on opposite faces of the hollow body.
Tale forma di realizzazione preferita consente di conseguire un vantaggioso incremento della superficie di scambio termico disponibile al gas che fluisce tra le piastre dello scambiatore durante l'attraversamento del medesimo. Preferibilmente, la suddetta almeno una porzione provvista di una pluralità di elementi di scambio termico è inclinata di un angolo prefissato rispetto al piano di mezzeria trasversale della piastra modulare. This preferred embodiment makes it possible to achieve an advantageous increase in the heat exchange surface available to the gas flowing between the plates of the exchanger as it passes through it. Preferably, the aforesaid at least one portion provided with a plurality of heat exchange elements is inclined at a predetermined angle with respect to the transverse center plane of the modular plate.
In tal modo, viene vantaggiosamente facilitato il deflusso delle eventuali acque di condensa lungo il piano definito da ciascuna piastra, ottimizzando 10 scambio termico e preservando le piastre dal rischio di corrosione. In this way, the outflow of any condensate water along the plane defined by each plate is advantageously facilitated, optimizing the heat exchange and preserving the plates from the risk of corrosion.
Ancora più preferibilmente, tale angolo è compreso tra circa 2° e circa 4°. Preferibilmente, gli elementi di scambio termico sono disposti a passo in rispettive pluralità di file sostanzialmente parallele ad un asse longitudinale di detta piastra modulare. Even more preferably, this angle is comprised between about 2 ° and about 4 °. Preferably, the heat exchange elements are arranged stepwise in respective plurality of rows substantially parallel to a longitudinal axis of said modular plate.
11 passo tra gli elementi di scambio termico in ciascuna delle suddette file è preferibilmente compreso tra circa 8 mm e circa 20 mm. The pitch between the heat exchange elements in each of the aforesaid rows is preferably comprised between about 8 mm and about 20 mm.
Vantaggiosamente, è in tal modo possibile assicurare un'ampia superficie di scambio termico minimizzando al contempo il rischio che possano instaurarsi gradienti termici locali, assicurando così una distribuzione uniforme del carico termico ed un conseguente prolungamento della vita utile dello scambiatore di calore. Advantageously, it is thus possible to ensure a large heat exchange surface while minimizing the risk that local thermal gradients may arise, thus ensuring a uniform distribution of the thermal load and a consequent extension of the useful life of the heat exchanger.
Preferibilmente, anche le suddette file sono disposte a passo tra loro lungo una direzione sostanzialmente perpendicolare all'asse longitudinale della piastra modulare. Ancora più preferibilmente, il passo tra le file di elementi di scambio termico è compreso tra circa 8 mm e circa 20 mm. Preferably, the aforementioned rows are also arranged in a step with each other along a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the modular plate. Even more preferably, the pitch between the rows of heat exchange elements is comprised between about 8 mm and about 20 mm.
Preferibilmente, le piastre modulari comprendono un primo ed un secondo gruppo di file di elementi di scambio termico, i quali gruppi sono disposti da parti contrapposte dell'asse longitudinale della piastra modulare. Preferably, the modular plates comprise a first and a second group of rows of heat exchange elements, which groups are arranged on opposite sides of the longitudinal axis of the modular plate.
Preferibilmente, inoltre, le file del primo gruppo sono sfalsate lungo una direzione sostanzialmente parallela all'asse longitudinale della piastra modulare rispetto alle file del secondo gruppo di un tratto sostanzialmente pari alla metà del passo degli elementi di scambio termico del secondo gruppo. Furthermore, the rows of the first group are preferably offset along a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the modular plate with respect to the rows of the second group by a length substantially equal to half the pitch of the heat exchange elements of the second group.
Grazie a tale disposizione degli elementi di scambio termico e come meglio apparirà nel seguito, è vantaggiosamente possibile realizzare lo scambiatore di calore montando a pacco tra loro una pluralità di piastre modulari strutturalmente identiche: la suddetta disposizione degli elementi di scambio termico è infatti tale da consentire il loro incastro tra gli elementi di scambio termico di una piastra adiacente previo ribaltamento della piastra attorno al proprio asse longitudinale. In altre parole, ciascuna piastra è ribaltata di 180° attorno al proprio asse longitudinale rispetto a quelle adiacenti. Thanks to this arrangement of the heat exchange elements and as it will appear better below, it is advantageously possible to make the heat exchanger by assembling a plurality of structurally identical modular plates together: the aforementioned arrangement of the heat exchange elements is in fact such as to allow their interlocking between the heat exchange elements of an adjacent plate after overturning the plate around its longitudinal axis. In other words, each plate is overturned by 180 ° around its longitudinal axis with respect to the adjacent ones.
In tal modo, lo scambiatore di calore dell' invenzione consente di ottenere un vantaggioso risparmio dei costi di produzione eliminando nel contempo la necessità di avere a magazzino piastre di tipo diverso. In this way, the heat exchanger of the invention allows to obtain an advantageous saving in production costs while eliminating the need to have plates of different types in stock.
Inoltre, grazie a tale disposizione, vengono raggiunti simultaneamente due ulteriori vantaggi consistenti nella possibilità di realizzare uno scambiatore estremamente compatto e nella possibilità di garantire una velocità uniforme del flusso di gas. In altri termini, risulta vantaggiosamente possibile assicurare una uniforme distribuzione del carico termico lungo ciascun elemento di scambio termico e, di conseguenza, un miglioramento sia dell' efficienza di scambio termico dello scambiatore di calore dell' invenzione sia della affidabilità di quest'ultimo. Moreover, thanks to this arrangement, two further advantages are simultaneously achieved, consisting in the possibility of making an extremely compact exchanger and in the possibility of guaranteeing a uniform speed of the gas flow. In other words, it is advantageously possible to ensure a uniform distribution of the thermal load along each heat exchange element and, consequently, an improvement both in the heat exchange efficiency of the heat exchanger of the invention and in the reliability of the latter.
Preferibilmente, gli elementi di scambio termico hanno un angolo di sformo compreso tra circa 2° e circa 5°. Preferably, the heat exchange elements have a draft angle comprised between about 2 ° and about 5 °.
Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, l'espressione: angolo di sformo di un elemento di scambio termico, è usata per indicare l'angolo definito tra la superficie laterale di un elemento di scambio termico e la perpendicolare al piano definito dal corpo della piastra modulare. In the present description and in the subsequent claims, the expression: draft angle of a heat exchange element is used to indicate the angle defined between the lateral surface of a heat exchange element and the perpendicular to the plane defined by the body of the plate modular.
In accordo con una forma realizzativa preferita dell' invenzione, gli elementi di scambio termico hanno una forma sostanzialmente troncoconica. In accordance with a preferred embodiment of the invention, the heat exchange elements have a substantially frusto-conical shape.
Grazie alla tecnologia di fabbricazione utilizzata (fusione in sabbia), è vantaggiosamente possibile ridurre tale angolo di sformo fino ai valori più sopra indicati, con una vantaggiosa riduzione dello spessore della intercapedine formata tra gli elementi di scambio termico appartenenti a piastre modulari adiacenti. Thanks to the manufacturing technology used (sand casting), it is advantageously possible to reduce this draft angle up to the values indicated above, with an advantageous reduction in the thickness of the cavity formed between the heat exchange elements belonging to adjacent modular plates.
Secondo una forma di realizzazione preferita, la suddetta intercapedine fa parte del percorso di gas che attraversa lo scambiatore ed ha uno spessore sostanzialmente costante. According to a preferred embodiment, the aforementioned interspace is part of the gas path that crosses the exchanger and has a substantially constant thickness.
Preferibilmente, tale intercapedine ha uno spessore compreso tra circa 1 e circa 3 mm. Preferably, this interspace has a thickness comprised between about 1 and about 3 mm.
Grazie alla forma troncoconica degli elementi di scambio termico, viene inoltre facilitato il rapido deflusso delle eventuali acque di condensa da una piastra all'altra, ottimizzando lo scambio termico (e dunque il rendimento della caldaia) e preservando allo stesso tempo le piastre dal rischio di corrosione. Di conseguenza, lo scambiatore dell' invenzione può essere vantaggiosamente utilizzato quale recuperatore di calore per caldaie a condensazione. Thanks to the truncated cone shape of the heat exchange elements, the rapid flow of any condensation water from one plate to the other is also facilitated, optimizing the heat exchange (and therefore the efficiency of the boiler) and at the same time preserving the plates from the risk of corrosion. Consequently, the exchanger of the invention can be advantageously used as a heat recovery unit for condensing boilers.
Preferibilmente, la suddetta apertura per il passaggio di gas attraverso il corpo cavo delle piastre modulari è formata in prossimità di una parete laterale del corpo stesso. Preferably, the aforementioned opening for the passage of gas through the hollow body of the modular plates is formed in proximity to a side wall of the body itself.
Grazie a tale caratteristica, l'assemblaggio delle piastre secondo la modalità più sopra indicata (e, cioè, con un ribaltamento di 180° delle piastre rispetto a quelle adiacenti) consente di ottenere un percorso di gas sostanzialmente a zigzag all'interno dello scambiatore che dirige il flusso di gas lungo una direzione sostanzialmente incrociata rispetto a quella del liquido termovettore, incrementando al massimo lo scambio di calore tra il gas che passa tra le piastre ed il liquido che fluisce all'interno di esse. Thanks to this characteristic, the assembly of the plates according to the method indicated above (and, that is, with a 180 ° overturning of the plates with respect to the adjacent ones) allows to obtain a substantially zigzag gas path inside the exchanger which directs the gas flow along a direction substantially crossed with respect to that of the heat-carrying liquid, maximizing the heat exchange between the gas that passes between the plates and the liquid that flows inside them.
Preferibilmente, inoltre, il percorso di gas è esteso almeno in parte tra piastre modulari adiacenti lungo una seconda direzione sostanzialmente perpendicolare alla direzione del primo e del secondo canale definita nelle piastre modulari. Furthermore, the gas path is preferably extended at least in part between adjacent modular plates along a second direction substantially perpendicular to the direction of the first and second channels defined in the modular plates.
Grazie alla direzione del percorso di gas, è inoltre vantaggiosamente agevolato il drenaggio di eventuali condense che si vengano a formare. Thanks to the direction of the gas path, the drainage of any condensates that may form is also advantageously facilitated.
In accordo con un suo secondo aspetto, l'invenzione mette a disposizione una caldaia includente un bruciatore ed uno scambiatore di calore come più sopra descritto. In accordance with a second aspect thereof, the invention provides a boiler including a burner and a heat exchanger as described above.
Preferibilmente, il bruciatore è del tipo cosiddetto a premiscelazione e lo scambiatore di calore è supportato al di sotto del bruciatore, in modo tale che quest'ultimo venga preservato dal rischio di entrare a contatto con eventuali condense. Preferably, the burner is of the so-called pre-mixing type and the heat exchanger is supported below the burner, so that the latter is protected from the risk of coming into contact with any condensate.
Preferibilmente, le piastre modulari dello scambiatore sono ottenute per fusione di materiali metallici aventi una resistenza termica differente e sono montate in modo tale che le piastre modulari di materiale metallico di maggiore resistenza termica siano più vicine al bruciatore. Preferably, the modular plates of the exchanger are obtained by melting metallic materials having a different thermal resistance and are mounted in such a way that the modular plates of metallic material of greater thermal resistance are closer to the burner.
Preferibilmente, le piastre modulari dello scambiatore sono ottenute per fusione di materiali metallici aventi una resistenza alla corrosione differente e sono montate in modo tale che le piastre modulari di materiale metallico di minore resistenza alla corrosione siano più vicine al bruciatore. Preferably, the modular plates of the exchanger are obtained by melting metallic materials having a different resistance to corrosion and are mounted in such a way that the modular plates of metallic material of lower corrosion resistance are closer to the burner.
In accordo con queste ultime due forme di realizzazione preferite della caldaia dell' invenzione, è vantaggiosamente possibile conseguire un risparmio sui costi delle materie prime impiegando materiali più pregiati - in quanto aventi caratteristiche di resistenza alle alte temperature o alla corrosione - esclusivamente dove necessario. In accordance with these last two preferred embodiments of the boiler of the invention, it is advantageously possible to achieve savings on the costs of raw materials by using more valuable materials - as having characteristics of resistance to high temperatures or to corrosion - exclusively where necessary.
Preferibilmente, la caldaia dell'invenzione comprende ulteriormente un collettore per la raccolta della condensa disposto a valle dello scambiatore. In accordo con un suo terzo aspetto, l'invenzione mette a disposizione una piastra modulare di scambio termico atta a realizzare lo scambio termico tra un gas ed un liquido termovettore avente le caratteristiche definite in precedenza. Preferably, the boiler of the invention further comprises a manifold for collecting the condensate arranged downstream of the exchanger. In accordance with a third aspect thereof, the invention provides a modular heat exchange plate suitable for carrying out the heat exchange between a gas and a heat-carrying liquid having the previously defined characteristics.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di esecuzione preferita, fatta qui di seguito, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati nei quali numeri di riferimento uguali contraddistinguono parti uguali o corrispondenti. Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the following detailed description of a preferred embodiment thereof, made hereinafter, by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which the same reference numbers distinguish the same or corresponding parts.
Nei disegni: In the drawings:
- la Figura 1 mostra una vista schematica in sezione di ima caldaia comprendente uno scambiatore di calore in accordo con l'invenzione; Figure 1 shows a schematic sectional view of a boiler comprising a heat exchanger according to the invention;
- la Figura 2 mostra una vista prospettica di una piastra modulare dello scambiatore di calore di Figura 1; Figure 2 shows a perspective view of a modular plate of the heat exchanger of Figure 1;
- la Figura 3 mostra una vista dall'alto della piastra modulare di Figura 2; - la Figura 4 mostra una sezione trasversale, fatta secondo la linea I-I di Figura 3, della piastra modulare di Figura 2; Figure 3 shows a top view of the modular plate of Figure 2; Figure 4 shows a cross section, made according to the line I-I of Figure 3, of the modular plate of Figure 2;
- la Figura 5 mostra una vista laterale, in parziale sezione trasversale fatta lungo la linea II-II di Figura 3, della piastra modulare di Figura 2; Figure 5 shows a side view, in partial cross section taken along the line II-II of Figure 3, of the modular plate of Figure 2;
- la Figura 6 mostra una sezione trasversale, fatta lungo la linea III-III di Figura 5, della piastra modulare di Figura 2; Figure 6 shows a cross section, made along the line III-III of Figure 5, of the modular plate of Figure 2;
- la Figura 7 mostra una sezione trasversale di una porzione dello scambiatore di calore di Figura 1 comprendente una coppia di piastre modulari sezionate lungo la linea IV-IV di Figura 3. Figure 7 shows a cross section of a portion of the heat exchanger of Figure 1 comprising a pair of modular plates sectioned along the line IV-IV of Figure 3.
Con riferimento alla figura 1, con 1 è complessivamente indicata una caldaia incorporante un bruciatore 2, ad esempio del tipo a premiscelazione, al di sotto del quale è supportato in modo di per sé noto uno scambiatore di calore 3 secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione. With reference to Figure 1, 1 generally indicates a boiler incorporating a burner 2, for example of the premixing type, under which a heat exchanger 3 is supported in a per se known manner according to a preferred embodiment of the 'invention.
Lo scambiatore di calore 3 comprende una pluralità di piastre modulari 4, strutturalmente identiche, montate a pacco tra loro. Le piastre modulari 4 realizzano uno scambio termico tra i fumi di combustione provenienti dal bruciatore 2 ed un idoneo liquido termovettore, ad esempio acqua. The heat exchanger 3 comprises a plurality of modular plates 4, structurally identical, assembled in a pack together. The modular plates 4 carry out a heat exchange between the combustion fumes coming from the burner 2 and a suitable heat-carrying liquid, for example water.
Come illustrato in Figura 1, la caldaia 1 prevede a valle del bruciatore 2 una zona di combustione 5 alla quale vengono alimentati l'aria di combustione proveniente da una soffiante 6 ed il gas combustibile proveniente da un condotto 7 provvisto di una valvola di intercettazione 8, i quali vengono miscelati intimamente ad opera di un tubo venturi 9. As illustrated in Figure 1, the boiler 1 provides downstream of the burner 2 a combustion zone 5 to which the combustion air coming from a blower 6 and the combustible gas coming from a duct 7 equipped with an interception valve 8 are fed. , which are intimately mixed by a venturi tube 9.
Nella Figura 1 lo scambiatore di calore 3 comprende tre piastre modulari 4, reciprocamente associate a tenuta di fluido in corrispondenza di rispettivi collettori 10 per la distribuzione e la raccolta del liquido termovettore nelle e dalle piastre 4. Ciascun collettore 10 è esteso di pezzo da un'estremità prossimale 11 di ciascuna piastra modulare 4 e comprende un'apertura 13 di ingresso ed un'apertura 15 di uscita del liquido nella e dalla piastra stessa. In Figure 1, the heat exchanger 3 comprises three modular plates 4, mutually associated in a fluid-tight manner at respective manifolds 10 for the distribution and collection of the heat-carrying liquid in and from the plates 4. Each manifold 10 is integrally extended by a proximal end 11 of each modular plate 4 and comprises an inlet 13 and an outlet 15 for the liquid in and from the plate itself.
Inoltre, ciascuna piastra modulare 4 comprende un'apertura 21 per il passaggio di gas illustrata più in dettaglio nel seguito. Tra ogni coppia di piastre modulari 4 adiacenti è definita una rispettiva intercapedine 45 per il passaggio del gas e facente parte di un percorso di gas G definito nello scambiatore 3 (fig. 7). Furthermore, each modular plate 4 comprises an opening 21 for the passage of gas illustrated in more detail below. Between each pair of adjacent modular plates 4 a respective interspace 45 is defined for the passage of gas and forming part of a gas path G defined in the exchanger 3 (Fig. 7).
Allo scambiatore di calore 3 sono raccordati, in modo di per sé convenzionale, un condotto di ritorno 12 del liquido termovettore verso lo scambiatore 3 in collegamento di fluido con l'apertura di ingresso 13 della piastra modulare 4 collocata in posizione più bassa, ed un condotto di mandata 14 dallo scambiatore 3 in collegamento di fluido con l'apertura di uscita 15 della piastra modulare 4 collocata in posizione più alta. To the heat exchanger 3 are connected, in a conventional way, a return pipe 12 of the heat-carrying liquid towards the exchanger 3 in fluid connection with the inlet opening 13 of the modular plate 4 located in a lower position, and a delivery conduit 14 from the exchanger 3 in fluid connection with the outlet opening 15 of the modular plate 4 located in the highest position.
La caldaia 1 comprende inoltre un condotto 16 di scarico dei fumi di combustione uscenti dallo scambiatore di calore 3 ed un collettore 17 per la raccolta della condensa disposti a valle dello scambiatore di calore 3. The boiler 1 also comprises a duct 16 for discharging the combustion fumes coming out of the heat exchanger 3 and a manifold 17 for collecting the condensate arranged downstream of the heat exchanger 3.
Nello scambiatore di calore 3 sono definiti pertanto un percorso di liquido L esteso sostanzialmente a zigzag tra l'apertura di ingresso 13 e l'apertura di uscita 15 del liquido termovettore nel e dallo scambiatore 3 ed il suddetto percorso di gas G> anch'esso sostanzialmente a zigzag e sostanzialmente incrociato al percorso di liquido L, esteso tra le piastre 4. Più in particolare, il percorso di liquido L è almeno in parte esteso in ciascuna piastra 4 lungo una direzione sostanzialmente parallela all'asse longitudinale X-X delle piastre 4: tale porzione del percorso di liquido L è complessivamente indicata con L<1 >nella figura 6. In the heat exchanger 3 there is therefore defined a liquid path L extending substantially in a zigzag manner between the inlet opening 13 and the outlet opening 15 of the heat-carrying liquid in and from the exchanger 3 and the aforementioned gas path G> also substantially zigzag and substantially crossed with the liquid path L, extended between the plates 4. More particularly, the liquid path L is at least partially extended in each plate 4 along a direction substantially parallel to the longitudinal axis X-X of the plates 4: this portion of the liquid path L is indicated as a whole with L <1> in Figure 6.
Grazie alla disposizione dello scambiatore di calore 3 nella caldaia 1, eventuali condense vengono facilmente drenate attraverso lo scambiatore 3 stesso e raccolte nel collettore 17. Thanks to the arrangement of the heat exchanger 3 in the boiler 1, any condensate is easily drained through the exchanger 3 itself and collected in the manifold 17.
Preferibilmente, le piastre modulari 4 dello scambiatore di calore 3 sono ottenute per fusione di materiali metallici aventi resistenza termica differente e resistenza alla corrosione differente. Ancora più preferibilmente, le piastre modulari 4 di materiale metallico di maggiore resistenza termica, quale ad esempio la ghisa, sono montate in prossimità del bruciatore 2, mentre le piastre modulari 4 di materiale metallico più pregiato e, come tale, avente una maggiore resistenza alla corrosione, quale ad esempio l'alluminio, sono montate più lontane dal bruciatore 2, dove il rischio di corrosione è più elevato. Preferably, the modular plates 4 of the heat exchanger 3 are obtained by melting metallic materials having different thermal resistance and different corrosion resistance. Even more preferably, the modular plates 4 of metal material with greater thermal resistance, such as for example cast iron, are mounted in proximity to the burner 2, while the modular plates 4 of more valuable metal material and, as such, having a greater resistance to corrosion, such as aluminum for example, are mounted further away from the burner 2, where the risk of corrosion is higher.
Nella Figura 2 è illustrata una vista prospettica della piastra modulare 4 di scambio termico. Figure 2 shows a perspective view of the modular heat exchange plate 4.
In accordo con l invenzione, la piastra modulare 4 comprende un corpo cavo 18 sostanzialmente piastriforme prodotto di pezzo in metallo gettato, a titolo illustrativo ghisa, ottenuto per fusione cosiddetta "in sabbia" del metallo in uno stampo attorno ad un'anima comprendente preferibilmente una miscela di sabbia e resina di per sé convenzionale. In accordance with the invention, the modular plate 4 comprises a hollow body 18, substantially plate-like, made of a piece of cast metal, for example cast iron, obtained by so-called "sand" casting of the metal in a mold around a core preferably comprising a a mixture of sand and resin in itself conventional.
La piastra modulare 4 comprende inoltre almeno una porzione 19 provvista di ima pluralità di elementi 20 di scambio termico estesi a sbalzo dal corpo cavo 18 per incrementare la superficie di scambio termico tra i fumi di combustione ed il liquido termovettore e la suddetta apertura 21 per il passaggio di gas formata attraverso il corpo cavo 18 lateralmente alla porzione 19. The modular plate 4 also comprises at least a portion 19 provided with a plurality of heat exchange elements 20 projecting from the hollow body 18 to increase the heat exchange surface between the combustion fumes and the heat-carrying liquid and the aforementioned opening 21 for the gas passage formed through the hollow body 18 laterally to the portion 19.
In accordo con l'invenzione e come illustrato in dettaglio nelle Figure 4 e 5, l'apertura 13 di ingresso e l'apertura 15 di uscita del liquido nel e dal corpo cavo 18 sono formate in corrispondenza dell'estremità prossimale 11 della piastra modulare 4. In accordance with the invention and as illustrated in detail in Figures 4 and 5, the inlet opening 13 and the outlet opening 15 for the liquid in and from the hollow body 18 are formed at the proximal end 11 of the modular plate 4.
Come illustrato in Figura 6, il corpo cavo 18 comprende almeno un primo canale 22 esteso, lungo una prima direzione sostanzialmente parallela all'asse longitudinale X-X della piastra 4, tra l'estremità prossimale 11 ed un'estremità distale 23 della piastra 4 per convogliare il liquido termovettore dall'apertura 13 di ingresso verso l'estremità distale 23 ed almeno un secondo canale 24, collegato in serie al primo canale 22, anch'esso esteso lungo la suddetta direzione tra l'estremità distale 23 e l'estremità prossimale 11 per convogliare il liquido termovettore dall' estremità distale 23 all'apertura 15 di uscita del liquido. As illustrated in Figure 6, the hollow body 18 comprises at least a first channel 22 extended, along a first direction substantially parallel to the longitudinal axis X-X of the plate 4, between the proximal end 11 and a distal end 23 of the plate 4 to convey the heat transfer fluid from the inlet opening 13 towards the distal end 23 and at least a second channel 24, connected in series to the first channel 22, also extending along the aforementioned direction between the distal end 23 and the proximal end 11 to convey the heat-carrying liquid from the distal end 23 to the liquid outlet 15.
In accordo con la forma realizzativa preferita illustrata in Fig. 6, il primo canale 22 è formato nel corpo cavo 18 in prossimità di una parete laterale 25 di esso tra detta parete ed una parete interna 26. In accordance with the preferred embodiment illustrated in Fig. 6, the first channel 22 is formed in the hollow body 18 in proximity to a side wall 25 thereof between said wall and an internal wall 26.
II secondo canale 24 è preferibilmente formato nel corpo cavo 18 in prossimità di una parete laterale 27 di esso contrapposta al primo canale 22. Nella forma realizzativa preferita illustrata, il secondo canale 24 è definito tra la suddetta parete laterale 27 ed un setto 28 esteso internamente al corpo cavo 18. The second channel 24 is preferably formed in the hollow body 18 in proximity to a side wall 27 of it opposite the first channel 22. In the preferred embodiment illustrated, the second channel 24 is defined between the aforementioned side wall 27 and a septum 28 extending internally to the hollow body 18.
In corrispondenza dell'estremità prossimale 11, i suddetti primo canale 22 e secondo canale 24 sono separati a tenuta di liquido mediante una parete 29 estesa tra la parete 27 ed il setto 28. At the proximal end 11, the aforementioned first channel 22 and second channel 24 are separated in a liquid-tight manner by means of a wall 29 extending between the wall 27 and the septum 28.
In accordo con la forma preferita di Fig. 6, il corpo cavo 18 comprende ulteriormente un canale intermedio 30 collegato in serie al primo canale 22 e al secondo canale 24 che consente vantaggiosamente di estendere il percorso di liquido L' in ciascuna piastra 4 e di incrementare l'efficienza di scambio termico dello scambiatore di calore 3. In accordance with the preferred form of Fig. 6, the hollow body 18 further comprises an intermediate channel 30 connected in series to the first channel 22 and to the second channel 24 which advantageously allows to extend the liquid path L 'in each plate 4 and to increase the heat exchange efficiency of the heat exchanger 3.
Preferibilmente, il canale intermedio 30 è conformato sostanzialmente a zigzag lungo il piano di mezzeria trasversale π della piastra modulare 4 grazie ad una pluralità di setti interni 31-34 di lunghezza prefissata, tutti paralleli all'asse longitudinale X-X ed estesi alternativamente da una parete interna prossimale 35 e da una parete interna distale 36 del corpo cavo 18. Preferibilmente, al fine di massimizzare la superficie di scambio termico, il canale costituito dal primo canale 22 e dal canale intermedio 30 disposto in serie con esso ha complessivamente una larghezza sostanzialmente pari alla larghezza della porzione 19 provvista di elementi 20 di scambio termico della piastra modulare 4. Preferably, the intermediate channel 30 is substantially zigzag-shaped along the transverse centerline π of the modular plate 4 thanks to a plurality of internal partitions 31-34 of predetermined length, all parallel to the longitudinal axis X-X and extended alternately by an internal wall 35 and a distal inner wall 36 of the hollow body 18. Preferably, in order to maximize the heat exchange surface, the channel consisting of the first channel 22 and the intermediate channel 30 arranged in series with it has a total width substantially equal to width of the portion 19 provided with heat exchange elements 20 of the modular plate 4.
In accordo con questa forma realizzativa preferita dell'invenzione e come illustrato nelle Figure 4 e 5, l'apertura 13 di ingresso e l'apertura 15 di uscita del liquido nella e dalla piastra modulare 4 sono definite in rispettive camere di ingresso 37 e di uscita 38 strutturalmente indipendenti, separate a tenuta di liquido, ad esempio mediante un setto separatore 39, e formate aH'intemo del collettore 10 della piastra modulare 4. In accordance with this preferred embodiment of the invention and as illustrated in Figures 4 and 5, the inlet opening 13 and the outlet opening 15 for the liquid in and from the modular plate 4 are defined in respective inlet chambers 37 and structurally independent outlet 38, separated in a liquid-tight manner, for example by means of a separator baffle 39, and formed inside the manifold 10 of the modular plate 4.
Preferibilmente, la piastra modulare 4 comprende ima pluralità di elementi tubolari 40 aggettanti dalla parete 36 e formati durante la fusione attorno a elementi di appoggio dell'anima (noti nel settore con il termine di: portate d'anima) atti a consentire la fabbricazione della piastra modulare 4. Gli elementi tubolari 40 svolgono la funzione di agevolare l'estrazione della piastra modulare 4 dallo stampo di fabbricazione e la successiva rimozione dell'anima dalla piastra modulare 4. Al termine del processo di fabbricazione, gli elementi tubolari 40 vengono opportunamente tappati mediante tappi 41, illustrati in modo schematico in figura 3. Preferably, the modular plate 4 comprises a plurality of tubular elements 40 projecting from the wall 36 and formed during the casting around support elements of the core (known in the field with the term: core capacities) suitable to allow the manufacture of the modular plate 4. The tubular elements 40 perform the function of facilitating the extraction of the modular plate 4 from the manufacturing mold and the subsequent removal of the core from the modular plate 4. At the end of the manufacturing process, the tubular elements 40 are suitably capped by means of caps 41, schematically illustrated in Figure 3.
In accordo con la forma realizzativa preferita illustrata, la porzione 19 provvista degli elementi 20 di scambio termico si estende su facce contrapposte 42, 43 del corpo cavo 18, così da aumentare la superficie di scambio termico. In accordance with the preferred embodiment illustrated, the portion 19 provided with the heat exchange elements 20 extends on opposite faces 42, 43 of the hollow body 18, so as to increase the heat exchange surface.
Inoltre, la porzione 19 provvista degli elementi 20 di scambio termico è preferibilmente inclinata di un angolo a pari a circa 3° rispetto al piano di mezzeria trasversale π della piastra modulare 4, così da facilitare il deflusso delle eventuali acque di condensa. Furthermore, the portion 19 provided with the heat exchange elements 20 is preferably inclined at an angle a equal to about 3 ° with respect to the transversal central plane π of the modular plate 4, so as to facilitate the outflow of any condensate water.
Gli elementi 20 di scambio termico sono preferibilmente distanziati tra loro secondo un passo p' in rispettive pluralità di file 20a-20g sostanzialmente parallele all'asse longitudinale X-X della piastra modulare 4, in modo da consentire una distribuzione del carico termico quanto più uniforme possibile. The heat exchange elements 20 are preferably spaced apart according to a pitch p 'in respective plurality of rows 20a-20g substantially parallel to the longitudinal axis X-X of the modular plate 4, so as to allow a distribution of the thermal load as uniform as possible.
Più in dettaglio, in accordo con una forma realizzativa preferita, le piastre modulari 4 comprendono un primo 20' ed un secondo 20" gruppo di file di elementi 20 di scambio termico disposti da parti contrapposte dell'asse longitudinale X-X, le file 20a-20c del primo gruppo 20' essendo sfalsate parallelamente all'asse longitudinale X-X rispetto alle file 20d-20g del secondo gruppo 20" di un tratto "s" sostanzialmente pari alla metà del passo p' degli elementi 20 di scambio termico del secondo gruppo 20" (fig. 3). More in detail, in accordance with a preferred embodiment, the modular plates 4 comprise a first 20 'and a second 20 "group of rows of heat exchange elements 20 arranged on opposite sides of the longitudinal axis X-X, the rows 20a-20c of the first group 20 'being offset parallel to the longitudinal axis X-X with respect to the rows 20d-20g of the second group 20 "of a section" s "substantially equal to half the pitch p' of the heat exchange elements 20 of the second group 20" ( fig. 3).
Tale disposizione degli elementi 20 di scambio termico consente vantaggiosamente di poter montare in affiancamento un pluralità di piastre modulari 4 di un medesimo tipo. This arrangement of the heat exchange elements 20 advantageously allows a plurality of modular plates 4 of the same type to be mounted side by side.
Preferibilmente, anche le file 20a-20g degli elementi 20 di scambio termico sono disposte a passo tra loro lungo una direzione sostanzialmente perpendicolare all'asse longitudinale X-X della piastra modulare 4: in Fig. 3, tale passo tra le file 20a-20g è indicato con p". Preferably, also the rows 20a-20g of the heat exchange elements 20 are arranged in a pitch with each other along a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis X-X of the modular plate 4: in Fig. 3, this pitch between the rows 20a-20g is indicated with p ".
Come evidenziato dalla Figura 7, in cui è illustrata una porzione dello scambiatore di calore 3 comprendente due piastre modulari 4 affiancate, queste ultime possono essere montate a pacco tra loro posizionando una prima piastra 4 e quindi accostando una seconda piastra 4 strutturalmente identica previo ribaltamento di 180° di essa attorno al proprio asse longitudinale X-X. As shown in Figure 7, which illustrates a portion of the heat exchanger 3 comprising two modular plates 4 side by side, the latter can be assembled in packs by positioning a first plate 4 and then placing a second plate 4 which is structurally identical next to each other after overturning 180 ° of it around its longitudinal axis X-X.
In tal modo, è vantaggiosamente possibile conseguire un incastro tra gli elementi 20 di scambio termico delle piastre 4 adiacenti tale da formare una intercapedine 45 di spessore sostanzialmente costante. In this way, it is advantageously possible to achieve an interlocking between the heat exchange elements 20 of the adjacent plates 4 such as to form a cavity 45 of substantially constant thickness.
Preferibilmente, l'apertura 21 per il passaggio di gas è formata in prossimità di una parete laterale, nel caso illustrato quella indicata con 25, del corpo cavo 18 delle piastre modulari 4. Preferably, the opening 21 for the passage of gas is formed in proximity to a side wall, in the illustrated case the one indicated with 25, of the hollow body 18 of the modular plates 4.
Vengono pertanto definiti tra piastre 4 adiacenti due percorsi sostanzialmente incrociati tra loro, uno di liquido L, esteso sostanzialmente a zigzag tra le aperture 13 di ingresso e 15 di uscita nello e dallo scambiatore 3 con porzioni estese in direzione sostanzialmente parallela all'asse longitudinale X-X, ed uno di gas G anch'esso complessivamente esteso sostanzialmente a zigzag nello scambiatore di calore 3 e comprendente l'intercapedine 45 definita tra gli elementi 20 di scambio termico di piastre modulari 4 adiacenti. Two substantially crossed paths are therefore defined between adjacent plates 4, one of liquid L, extending substantially in a zigzag manner between the inlet and outlet openings 13 in and from the exchanger 3 with portions extended in a direction substantially parallel to the longitudinal axis X-X , and one of gas G also generally extended substantially in a zigzag manner in the heat exchanger 3 and comprising the interspace 45 defined between the heat exchange elements 20 of adjacent modular plates 4.
In accordo con la forma realizzativa preferita illustrata, il percorso di gas G è esteso almeno in parte tra piastre modulari 4 adiacenti lungo una seconda direzione Y-Y sostanzialmente perpendicolare alla direzione X-X. In accordance with the preferred embodiment illustrated, the gas path G is extended at least in part between adjacent modular plates 4 along a second Y-Y direction substantially perpendicular to the X-X direction.
Grazie al fatto che il percorso di liquido L ed il percorso di gas G sono in parte essenzialmente incrociati tra loro, l efficienza di scambio termico risulta vantaggiosamente migliorata rispetto a quella ottenibile con gli scambiatori della tecnica nota. Thanks to the fact that the liquid path L and the gas path G are in part essentially crossed with each other, the heat exchange efficiency is advantageously improved with respect to that obtainable with the exchangers of the prior art.
Vantaggiosamente, poi, la porzione di percorso di liquido L' è estesa sostanzialmente a zigzag anche all'interno del corpo cavo 18 di ciascuna piastra 4 contribuendo ad ottimizzare l'efficienza di scambio termico tra gas e liquido. Advantageously, then, the portion of the liquid path L 'is substantially extended in a zigzag manner also inside the hollow body 18 of each plate 4, helping to optimize the heat exchange efficiency between gas and liquid.
Naturalmente, al ritrovato sopra descritto un tecnico del ramo potrà apportare modifiche e varianti allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze applicative, varianti e modifiche comunque rientranti nell'ambito di protezione quale definito dalle successive rivendicazioni. Naturally, a person skilled in the art can make modifications and variants to the invention described above in order to satisfy specific and contingent application requirements, variants and modifications in any case falling within the scope of protection as defined by the subsequent claims.
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