ITPD970140A1 - AUTOMATIC VENT DEVICE FOR STEAM HEATING SYSTEMS WITH EVACUATED PIPES - Google Patents
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Description
"DISPOSITIVO DI SFIATO AUTOMATICO PER IMPIANTI DI RISCALDAMENTO A VAPORE A TUBI EVACUATI" "AUTOMATIC VENT DEVICE FOR EVACUATED PIPE STEAM HEATING SYSTEMS"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati. The present invention relates to an automatic venting device for evacuated pipe steam heating systems.
Sono già' noti in campo termotecnico impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati. Steam heating systems with evacuated tubes are already known in the thermotechnical field.
Un impianto di ,tale tipo e' in particolare descritto nel Brevetto italiano No. 1244098 depositato il 19 luglio 1990 a nome dello stesso richiedente e al quale si fa riferimento. A plant of this type is described in particular in the Italian Patent No. 1244098 filed on 19 July 1990 in the name of the same applicant and to which reference is made.
L'impianto comprende almeno un fascio di tubi o batterie di tubi collegati in circuito chiuso, da un lato con la parte alta di una pozza scaldata contenente una sostanza con proprietà' convettive ed associata a mezzi di riscaldamento atti a provocarne l'evaporazione e dall'altro lato con una pozza non scaldata (raccoglitore di condensa). The plant comprises at least one bundle of pipes or batteries of pipes connected in a closed circuit, on one side with the upper part of a heated pool containing a substance with convective properties and associated with heating means capable of causing evaporation and from other side with an unheated puddle (condensate collector).
In alternativa 'la parte bassa della stessa pozza riscaldata è collegata direttamente al fascio o alle batterie. Alternatively, the lower part of the heated pool itself is connected directly to the bundle or batteries.
I1 fascio di tubi o la batteria di tubi sono disposti in modo da poter scambiare calore con un ambiente o con altre materie, liquide, solide o gassose direttamente o indirettamente . The bundle of tubes or the battery of tubes are arranged in such a way as to be able to exchange heat with an environment or with other materials, liquid, solid or gaseous, directly or indirectly.
In particolare essi possono essere investiti dal flusso d'aria provocato daiuno o piu' ventilatori e l'aria stessa può’ essere immessa direttamente e/o indirettamente nell'ambiente da riscaldare. In particular, they can be hit by the air flow caused by one or more fans and the air itself can be introduced directly and / or indirectly into the room to be heated.
Per quanto riguarda il funzionamento, si deve tenere conto che l'assieme delle pozze, della batteria o del fascio di tubi e dei collegamenti costituiscono un tutt'uno stagno sottovuoto e contengono una ben determinata quantità di sostanza quale acqua jche si confina nelle parti basse. As far as the functioning is concerned, it must be taken into account that the assembly of the pits, the battery or the bundle of pipes and the connections constitute a whole vacuum pond and contain a well determined quantity of substance such as water j which confines itself in the lower parts. .
Con il riscaldamento della pozza riscaldata il liquido in essa contenuto evapora ed il vapore tende ad occupare tutto il volume disponibile propagandosi quindi al fascio di tubi o nella batteria'di tubi che sono vuoti. With the heating of the heated pool, the liquid contained in it evaporates and the vapor tends to occupy all the available volume, thus propagating to the bundle of tubes or to the battery of tubes which are empty.
L'effetto della ventilazione forzata o eventualmente la convezione naturale o!dell'irraggiamento asporta calore dai tubi facendo condensare il vapore in esso contenuto. The effect of forced ventilation or possibly natural convection or radiation removes heat from the pipes, making the vapor contained therein condense.
La condensazione crea nuovo vuoto (o altera in quella zona le condizioni di pressione per cui nuovo vapore occup il posto di quello condensato). Condensation creates new vacuum (or alters the pressure conditions in that area so that new steam takes the place of the condensed one).
Il condensato per effetto della pendenza dei tubi tende ad andare verso la parte bassa del circuito e da questa, per effetto sempre della pendenza o per azione meccanica, confluisce nella parte bassa della pozza riscaldata. The condensate due to the slope of the pipes tends to go towards the lower part of the circuit and from this, again due to the slope or mechanical action, flows into the lower part of the heated pool.
Pur essendo particolarmente apprezzati negli ultimi anni questi impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati non si sono rivelati privi di inconvenienti, in particolare dovuti alla necessita' di eseguire saldature a regola d'arte fra le varie parti in collegamento reciproco per evitare la possibilità' di infiltrazioni d'aria all'interno dell'impianto. Although these evacuated pipe steam heating systems have been particularly appreciated in recent years, they have not proved to be without drawbacks, in particular due to the need to perform state-of-the-art welding between the various parts in reciprocal connection to avoid the possibility ' of air infiltrations inside the system.
Infatti se vi e', presenza d'aria (incondensabile) essa tende ad essere confinata dal vapore impedendo o riducendo in corrispondenza del fascio di tubi o della batteria di tubi lo scambio termico. In fact, if there is (non-condensable) air, it tends to be confined by the vapor, preventing or reducing heat exchange in correspondence with the bundle of pipes or the battery of pipes.
L'aria, che e' un buon isolante termico, confinata in queste zone non si riscalda e pregiudica quindi il funzionamento dell'imIpianto costringendo ad un intervento manutentivo costituente nel ripristino dell'originario grado di vuoto. The air, which is a good thermal insulator, confined to these areas does not heat up and therefore jeopardizes the operation of the system, forcing a maintenance intervention which is a constituent of restoring the original vacuum level.
In vari casi si e' dovuto constatare che alcune saldature che a prima'vista sembravano fatte a regola d’arte presentavano invece1 delle porosità' con conseguenti infiltrazioni d'aria con risultati come quello piu' sopra citato. In various cases it has been found that some welds that at first glance seemed made to perfection had porosity1 with consequent air infiltrations with results like the one mentioned above.
Il compito principale del presente trovato e' perciò quello di mettere a punto un dispositivo che consenta uno sfiato automatico di eventuali presenze d'aria all'interno di impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati. The main aim of the present invention is therefore to provide a device which allows automatic venting of any air presences inside evacuated pipe steam heating systems.
Nell’ambito del compito sopra esposto, conseguente primario scopo e' quello di mettere a punto un dispositivo di sfiato che svincoli dalla necessita' di realizzare tra le parti in collegamento saldature a regola d'arte o comunque privi di porosità' o per utilizzare al posto delle saldature altri sistemi di unione, risparmiando conseguentemente in termini di manodopera e di tempo. Within the scope of the aforementioned task, a consequent primary object is to provide a venting device which releases from the need to carry out welding between the connected parts in a workmanlike manner or in any case without porosity 'or to use place of the welds other joining systems, consequently saving in terms of manpower and time.
Ancora un importante scopo e' quello di eliminare gli interventi manutentivi atti a ripristinare le ottimali condizioni di vuoto. Another important object is to eliminate the maintenance interventions suitable for restoring the optimal vacuum conditions.
Questi ed altri scopi ancora, che piu' chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo di sfiato automatico per impianti di riscaldamento comprendenti uno o piu' elementi di scambio termico (radiatori, piastre,!batterie) singolarmente o globalmente comunicanti con una pozza riscaldata, contenente una sostanza con proprietà' convettive ed associata a mezzi di riscaldamento atti a provocarne la evaporazione, nella detta pozza riscaldata confluendo direttamente per via naturale o meccanica il condensato del vapore dalla stessa prodotto, detto dispositivo caratterizzandosi per il fatto d comprendere, collegato ad una o piu' zone di detti elementi di scambio termico, un1contenitore chiuso dotato di sensori tti a rilevare presenza di aria e di una valvola di scarico automatico, detti sensori e detta valvola essendo collegati ad una centralina di controllo e gestione che riceve segnali da detti sensori e comanda l'apertura e la chiusura di detta valvola. These and other purposes, which will appear more clearly later on, are achieved by an automatic venting device for heating systems comprising one or more heat exchange elements (radiators, plates, batteries) individually or globally communicating with a pool. heated, containing a substance with convective properties and associated with heating means capable of causing its evaporation, in the said heated pool by directly flowing naturally or mechanically the steam condensate from the same product, said device being characterized by the fact that it comprises, connected to one or more areas of said heat exchange elements, a closed container equipped with sensors designed to detect the presence of air and an automatic drain valve, said sensors and said valve being connected to a control and management unit which receives signals from said sensors and controls the opening and closing of said valve.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una sua forma realizzativa illustrata a titolo indicativo. ma non per questo .limitativo della sua portata, nelle allegate tavole di disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the detailed description of an embodiment thereof illustrated by way of example. but not for this reason the limitation of its scope, in the attached tables of drawings in which:
la fig. 1 e' uno schema che rappresenta una prima forma realizzativa di un impianto di riscaldamento a termoventilatore dotato del dispositivo di sfiato automatico secondo il trovato; fig. 1 is a diagram showing a first embodiment of a heating system with fan heater equipped with the automatic vent device according to the invention;
la fig. 2 e' un particolare ingrandito che illustra il dispositivo di sfiato secondo il trovato; fig. 2 is an enlarged detail showing the breather device according to the invention;
la fig. 3 e1 una variante dell’impinto di figura 1 in versione split; fig. 3 and 1 a variant of the impulse of figure 1 in split version;
la fig. 4 e' uno schema di una seconda forma realizzativa dell'impianto per il riscaldamento di sostanze liquide o gassose; fig. 4 is a diagram of a second embodiment of the plant for heating liquid or gaseous substances;
la fig. 5 e' una vista schematica di una terza forma realizzativa di uri impianto di riscaldamento ad irraggiamento. fig. 5 is a schematic view of a third embodiment of a radiant heating system.
Con riferimento 1alle figure 1 e 2 precedentemente citate, una struttura scatolare metallica, indicata complessivamente con 10, presenta all'interno due zone, rispettivamente una .primaria 10a ed una secondaria 10b. With reference to Figures 1 and 2 cited above, a metal box-like structure, indicated as a whole with 10, has two areas inside, respectively a primary 10a and a secondary 10b.
Nella zona primaria 10a e' presente una pozza riscaldata 11 e nella zona secondaria 10b il sistema del ritorno condensato, costituito in questo caso da un pozza non scaldata 12 e da'un tubo 14. In the primary area 10a there is a heated pool 11 and in the secondary area 10b the condensate return system, consisting in this case of an unheated pool 12 and a pipe 14.
Un fascio di tubi alettati o batteria di tubi o piastra 13 e' disposta nella parte superiore della struttura 10 collegandosi nella parte alta delle pozze 11 e 12. A bundle of finned tubes or battery of tubes or plate 13 is arranged in the upper part of the structure 10 connecting in the upper part of the wells 11 and 12.
Nella zona primaria IOa inferiormente alla pozza riscaldata 11 e’ posto un bruciatore 15 accoppiato a note apparecchiature di cIontrollo e sicurezza necessarie al suo funzionamento ed indicate con 16. In the primary area 10a below the heated pool 11 there is a burner 15 coupled to known control and safety equipment necessary for its operation and indicated with 16.
Nella parte superiore rispetto a detto bruciatore 15 e‘ posto un attacco 17 per una tubazione di espulsione dei combusti. In the upper part with respect to said burner 15 there is an attachment 17 for a fuel expulsion pipe.
Nella zona secondaria 10b il detto fascio di tubi o batteria o piastra 13 e' interposto fra una griglia di uscita 18 ed un apparato di ventilazione comprendente un ventilatore 19 con il rispettivo motore 20 ed una presa d’aria 21 con filtro 22. In the secondary area 10b the said bundle of tubes or battery or plate 13 is interposed between an outlet grille 18 and a ventilation apparatus comprising a fan 19 with the respective motor 20 and an air intake 21 with filter 22.
L’assieme pozza scaldata 11, fascio o batteria o piastra 13, pozza non scaldata 12, tubo ritorno condensato 14 e’ un tutt’uno chele’, sia in riposo che in funzione. in perfetto equilibrio termodinamico tra il vapore ed il suo condensato. The heated pool 11 assembly, bundle or battery or plate 13, unheated pool 12, condensed return pipe 14 is a whole chele ', both in rest and in operation. in perfect thermodynamic equilibrium between the vapor and its condensate.
Naturalmente medesime considerazioni possono essere fatte se manca la pozza non riscaldata. Of course, the same considerations can be made if the unheated pool is missing.
Poiché' il vapore e' immiscibile con l'aria, durante il funzionamento, qualora nell'impianto vi fosse aria, il vapore prodotto nella pozza riscaldata confina l'aria. Since the steam is immiscible with the air, during operation, if there is air in the system, the steam produced in the heated pool confines the air.
Vi è una tendenza naturale a portare in alto l'aria eventualmente presente nell'impianto, ma può essere anche che l'aria stessa viene spinta verso altre zone di confinamento anche piu' basse degli elementi disperdenti il calore. There is a natural tendency to bring up the air possibly present in the system, but it may also be that the air itself is pushed towards other confinement areas even lower than the heat-dispersing elements.
Secondo il trovato, in una zona di confinamento dell'aria, che può' essere piu' alta o piu' bassa, a seconda del circuito dell'impianto, rispetto a detto fascio di tubi 13 o batteria o piastra e' collegato un dispositivo di sfiato 23 (che per ragioni esemplificative viene indicato in fig. 1 nel punto piu' alto) comprendente un contenitore 24 chiuso dotato di sensori per la rilevazione di presenza d'aria che si concretizzano in un termostato inferiore 25 ed in un pressostato 26 é sulla sommità' di una elettrovalvola 27 comunicante con l'esterno, di scarico automatico. According to the invention, in a confining area of the air, which can be higher or lower, depending on the circuit of the system, with respect to said bundle of tubes 13 or battery or plate is connected a device vent 23 (which for illustrative reasons is indicated in Fig. 1 at the highest point) comprising a closed container 24 equipped with sensors for detecting the presence of air which take the form of a lower thermostat 25 and a pressure switch 26 on the top of a solenoid valve 27 communicating with the outside, with automatic discharge.
Ancora secondo .il trovato, il termostato 25, il pressostato 26 e la elettrovalvola 27 sono collegate ad una centralina 28 di controllo e gestione collegata ad un'alimentazione 29di energia elettrica. Still according to the invention, the thermostat 25, the pressure switch 26 and the solenoid valve 27 are connected to a control and management unit 28 connected to an electric power supply 29.
E’ pure prevista una sonda di livello acqua 30 che ha il suo terminale all'interno del contenitore 24 stesso, che solo per ragioni di esemplificazione viene indicata nella parte superiore. A water level probe 30 is also provided which has its terminal inside the container 24 itself, which is indicated in the upper part only for exemplification reasons.
Pure la sonda di livello acqua 30 e' collegata alla centralina elettronic1a. The water level probe 30 is also connected to the electronic control unit1a.
ConvenientementeI il contenitore 24 e' costituito da un barilotto di acciaio di volume adeguato alle dimensioni dell'impianto a cui e' collegato e la centralina di controllo e gestione puo' essere montata direttamente su di esso oppure remota. Conveniently, the container 24 is constituted by a steel barrel of a volume suitable for the dimensions of the plant to which it is connected and the control and management unit can be mounted directly on it or remotely.
Per quanto riguarda il funzionamento, la condizione iniziale e' quelladi impianto freddo e non sottovuoto, cioè' con le sue parti interne a pressione ambiente. As regards operation, the initial condition is that of a cold and non-vacuum system, that is, with its internal parts at ambient pressure.
Dopo qualche minuto dall’avviamento del bruciatore 15 la pressione all'interno dell'impianto comincia ad aumentare facendo chiudere il contatto del pressostato 26. A few minutes after starting the burner 15, the pressure inside the system begins to increase causing the contact of the pressure switch 26 to close.
Essendo l’impianto freddo (sotto gli 80 °C ad esempio) il contatto del termostato 25 in serie con quello del pressostato 26 si trova in stato di chiusura e la centralina 28 comanda l'apertura dell'elettrovalvola 27 e quindi lo sfiato dell'aria contenuta nell’impianto. Since the system is cold (below 80 ° C for example), the contact of the thermostat 25 in series with that of the pressure switch 26 is in the closed state and the control unit 28 commands the opening of the solenoid valve 27 and therefore the venting of the air contained in the system.
All'avvicinarsi Ideila temperatura di regime l'aria espulsa viene sostituita dal vapore prodotto dal riscaldamento dellapozza riscaldata 11 in cui e' contenuto una ben quantità1 di acqua. As the normal temperature approaches, the expelled air is replaced by the steam produced by the heating of the heated pool 11 in which a good quantity of water is contained.
Il vapore arrivando a contatto con la sonda del termostato 25 la 'riscalda ed al raggiungimento della temperatura impostala (70 ÷ 80 ÷ 90 100 °C) provoca l'apertura del contatto interrompendo l’alimentazione dell'elettrovalvola 27 che chiude lo sfiato. The steam coming into contact with the thermostat probe 25 heats it and upon reaching the set temperature (70 ÷ 80 ÷ 90 100 ° C) causes the contact to open by interrupting the power supply to the solenoid valve 27 which closes the vent.
Se durante l'operazione di sfiato si verificasse un trascinamento di acqua verso il contenitore 24, la sonda di livello acqua 29 interrompe l'alimentazione dell'elettrovalvola 27 chiudendo lo sfiato e ripristinandola quando l'acqua sara''defluita. If during the venting operation water is dragged towards the container 24, the water level probe 29 interrupts the power supply to the solenoid valve 27, closing the vent and restoring it when the water has flowed out.
Durante il normale funzionamento dell'impianto di riscaldamento ed in assenza di aria al suo interno la temperatura della parte calda e' costante e quindi il termostato 25 avra' i'·contatti aperti e l'elettrovalvola 27 si troverà' in stato idi chiusura. During normal operation of the heating system and in the absence of air inside it, the temperature of the hot part is constant and therefore the thermostat 25 will have open contacts and the solenoid valve 27 will be in the closed state.
Se dovesse entrare aria nell'impianto essa verrebe confinata verso il contenitore 24 provocando un abbassamento della temperatura del termostato 25 con conseguente chiusura del contatto e alimentazione dell'elettrovalvola di sfiato 27. If air were to enter the system, it would be confined towards the container 24 causing a lowering of the temperature of the thermostat 25 with consequent closure of the contact and supply of the vent solenoid valve 27.
In ogni caso l'elettrovalvola 27 non verrà' mai fatta aprire se la pressione interna non dovesse superare il livello di regolazione del pressostato 26 (0,1 - 0,2 bar) in modo da evitare l'ingresso di aria in caso di blocco momentaneo del bruciatore 15. In any case, the solenoid valve 27 will never be made to open if the internal pressure does not exceed the adjustment level of the pressure switch 26 (0.1 - 0.2 bar) in order to avoid the entry of air in the event of a block. momentary of the burner 15.
Facendo riferimento alla fig. 3 precedentemente citata, in una realizzazione "split" dell'impianto si ha, ad esempio, una pozza riscaldata 111 (evaporatore), uno scambiatore 113 e tubazioni di collegamento in andata 112 e in ritorno 114. Referring to fig. 3 previously mentioned, in a "split" embodiment of the plant there is, for example, a heated pool 111 (evaporator), an exchanger 113 and connection pipes 112 and 114 in return.
Anche in questo caso è montato un dispositivo di sfiato 23 uguale a quello descritto precedentemente. Also in this case a breather device 23 is mounted which is the same as that described above.
Facendo riferimento alla figura 4 precedentemente citata in una variante realizzativa dell'impianto lo scambiatore, ora 213, in pratica differisce dal precedente per il fatto che esso e' contenuto in un involucro ed e' investito direttamente dal materiale gassoso liquido che si intende scaldare . Referring to figure 4 previously cited in a variant embodiment of the system, the exchanger, now 213, in practice differs from the previous one in that it is contained in a casing and is directly invested by the liquid gaseous material to be heated.
Anche in questo caso e' presente un dispositivo di sfiato 23 uguale al precedente. Also in this case there is a vent device 23 equal to the previous one.
Prendendo ora 1 in considerazione la figura 5 precedentemente citata, una terza forma realizzativa dell ’impianto comprende gruppi costituiti ciascuno da un fascio di tubi 313 'intimamente connessi ad una piastra metallica 331 costituita da una lamiera le cui l'estremità' comunicano attraverso1 un collettore 332 per un lato ad una pozza riscaldata 311 e dall'altra parte attraverso un secondo collettore 333 con la stessa pozza riscaldata 311. Taking now into consideration the figure 5 mentioned above, a third embodiment of the plant comprises groups each consisting of a bundle of tubes 313 'intimately connected to a metal plate 331 constituted by a sheet whose ends communicate through a manifold 332 on one side to a heated pool 311 and on the other side through a second manifold 333 with the same heated pool 311.
Alla pozza riscaldata 311 e' associato un bruciatore 315 o altri sistemi 'idonei a riscaldare. A burner 315 or other systems suitable for heating are associated with the heated pool 311.
Le piastre 331 sono anche rivestite superiormente con un isolamento atto a limitare le dispersioni di calore. The plates 331 are also coated on the top with an insulation suitable for limiting heat dispersion.
Le piastre possono essere singole o collegate tra di loro sino a costituire strisce di notevole lunghezza ed estendersi su un solo lato della pozza riscaldata 311 o su entrambi i lati di questa. The plates can be single or connected together to form strips of considerable length and extend on only one side of the heated pool 311 or on both sides of this.
Anche in questo caso in una parte dell'impianto e1 collegato un dispositivo di sfiato 23 uguale ai precedenti. Also in this case a vent device 23 equal to the previous ones is connected to a part of the system.
E' da mettere a |questo punto in evidenza come in tutti i casi di impianto possano essere previste piu’ piastre o piu’ fasci di tubi o piu' batterie con uno o piu' dispositivi di sfiato automatico dell'aria. At this point it should be highlighted that in all cases of the system, more plates or more bundles of pipes or more coils with one or more automatic air vent devices can be provided.
Si e' in pratica constatato come siano stati raggiunti il compito e gli scopi preposti al presente trovato. In practice it has been found that the intended aim and objects of the present invention have been achieved.
Infatti, dotando di impianti di riscaldamento a vapore a tubi evacuati di dispositivi automatici di sfiat dell'aria si e' dotato gli impianti stessi di dispositivi atti a realizzare al loro interno il vuoto necessario al funzionamento e si sono poi risolti tutti gli inconvenienti che si riscontravano attualmente dovute a infiltrazioni d'aria che si verificavano principalmente nelle saldature fra le varia giunzioni quando non eseguite a regola d'arte. In fact, by equipping steam heating systems with evacuated pipes with automatic air venting devices, the systems themselves were equipped with devices capable of creating the vacuum necessary for their operation and then all the problems that could arise were solved. currently found due to air infiltrations that occurred mainly in the welds between the various joints when not performed in a workmanlike manner.
Naturalmente il dispositivo di sfiato può anche essere impiegato come rompivuoto, ripristinando la pressione atmosferica nell’impianto quando lo stesso non è utilizzato. Of course, the vent device can also be used as a vacuum breaker, restoring the atmospheric pressure in the system when it is not used.
Ciò può essere realizzato con un contatto di scambio che inverte il funzionamento della elettrovalvola. This can be achieved with a changeover contact which reverses the operation of the solenoid valve.
Il trovato cosi' concepito e’ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Inoltre tutti i particolari possono essere costituiti da altri elementi funzionalmente o tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be constituted by other functionally or technically equivalent elements.
In pratica i materiali impiegati, poiché' compatibili con l'uso contingente, nonché' le dimensioni potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. In practice, the materials employed, since they are compatible with the contingent use, as well as the dimensions, may be any according to requirements.
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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