ITTO20001184A1 - BITERMAL HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR FOR CONDENSING BOILERS. - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:
“SCAMBIATORE DI CALORE BITERMICO, IN PARTICOLARE PER CALDAIE A CONDENSAZIONE” "BITHERMAL HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR FOR CONDENSING BOILERS"
Viene descritto uno scambiatore di calore bitcrmico, del tipo a condensazione, comprendente degli elementi tubolari (1) formati da almeno un primo condotto (2), in cui è suscettibile di transitare un primo fluido, ed un secondo condotto (3), in cui è suscettibile di transitare un secondo fluido, ove i due condotti (2,3) sono posti uno dentro l’altro; la superficie esterna del primo condotto (2) è suscettibile di essere riscaldata a mezzo dei fumi prodotti da un bruciatore, sicché il primo condotto (2) cede calore al primo fluido, il primo fluido cede calore al secondo condotto (3), e quest’ultimo cede calore al secondo fluido. Secondo l’invenzione, A condensing-type heat exchanger is described, comprising tubular elements (1) formed by at least a first duct (2), in which a first fluid is capable of passing, and a second duct (3), in which a second fluid is capable of passing through, where the two ducts (2,3) are placed one inside the other; the external surface of the first duct (2) is capable of being heated by the fumes produced by a burner, so that the first duct (2) transfers heat to the first fluid, the first fluid transfers heat to the second duct (3), and this the latter transfers heat to the second fluid. According to the invention,
- almeno un condotto (2) è in due parti (2A,2B) di materiale differente; - at least one duct (2) is in two parts (2A, 2B) of different material;
- almeno le superfici di detti condotti (2,3) che sono a contatto con detto primo lluido sono realizzate con un medesimo materiale; - at least the surfaces of said ducts (2,3) which are in contact with said first fluid are made of the same material;
- almeno la superficie esterna di detto primo condotto (2) è realizzata con un materiale avente caratteristiche di elevata conducibilità termica cd elevata resistenza alla corrosione da parte di condensati acidi di detti fumi; - at least the external surface of said first duct (2) is made of a material having characteristics of high thermal conductivity and high resistance to corrosion by acid condensates of said fumes;
- almeno la superficie interna di detto secondo condotto (3) è realizzata con un materiale compatibile, dal punto di vista alimentare, con detto secondo fluido. - at least the internal surface of said second duct (3) is made of a material compatible, from a food point of view, with said second fluid.
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione di riferisce ad uno scambiatore di calore, in particolare per caldaie a condensazione, e ad un relativo metodo di realizzazione. The present invention refers to a heat exchanger, in particular for condensing boilers, and to a related manufacturing method.
Sono noli diversi tipi di caldaie, in particolare a gas, per il solo riscaldamento d’ambiente o per il riscaldamento combinato sia dell’acqua del circuito di riscaldamento che di quella per usi igienici ed alimentari (acqua sanitaria), There are different types of boilers, in particular gas, for space heating only or for combined heating of both the water in the heating circuit and that for hygienic and food uses (domestic water),
Sono poi noti gli scaldabagni a gas cosiddetti istantanei, che funzionano sugli stessi principi di base delle suddette caldaie, ma si limitano a produrre acqua calda sanitaria. Nelle caldaie per il riscaldamento combinato, il riscaldamento dell’acqua sanitaria può avvenire o indirettamente, in un apposito scambiatore e ad opera dell’acqua calda del circuito di riscaldamento, o direttamente all’interno dello scambiatore di calore con i fumi prodotti da un bruciatore; tal tipo scambiatore, che prevede la circolazione ed il riscaldamento al suo interno sia dell’acqua del circuito di riscaldamento che dell’acqua sanitaria è noto come “bitermico”. Also known are the so-called instantaneous gas water heaters, which operate on the same basic principles as the aforesaid boilers, but are limited to producing domestic hot water. In combined heating boilers, the domestic hot water can be heated either indirectly, in a special exchanger and by the hot water of the heating circuit, or directly inside the heat exchanger with the fumes produced by a burner. ; this type of exchanger, which provides for the circulation and heating of both the water in the heating circuit and the domestic hot water inside it is known as "bithermic".
Come noto, nello scambiatore bitermico, l’acqua sanitaria circola all’interno di una prima tubazione, a sua volta contenuta all’interno di una seconda tubazione in cui circola l’acqua del circuito di riscaldamento. As is known, in the bithermic exchanger, the domestic water circulates inside a first pipe, in turn contained within a second pipe in which the water of the heating circuit circulates.
Naturalmente le caldaie per riscaldamento combinato dotate di scambiatore bitermico sono meno costose di quelle con riscaldamento indiretto del circuito sanitario, che richiedono invece due scambiatori distinti. Naturally, the boilers for combined heating equipped with a bithermic exchanger are less expensive than those with indirect heating of the sanitary circuit, which instead require two separate exchangers.
E' anche noto che le caldaie più efficienti sono quelle del tipo “a condensazione”, munite di uno scambiatore con i fumi prodotti dal bruciatore di superficie molto estesa; in particolare, i fumi di combustione, aventi una temperatura nell’ordine degli 800-1000 °C in ingresso, ne escono ad una temperatura di circa 30~50°C; in questo modo, nello scambiatore viene prodotta la condensazione del vapore acqueo presente nei fumi e, quindi, il recupero da essi sia del calore sensibile che di quello latente. It is also known that the most efficient boilers are those of the "condensing" type, equipped with a very large surface exchanger with the fumes produced by the burner; in particular, the combustion fumes, having a temperature in the order of 800-1000 ° C at the inlet, come out at a temperature of about 30 ~ 50 ° C; in this way, the condensation of the water vapor present in the fumes is produced in the exchanger and, therefore, the recovery from them of both sensible and latent heat.
Nei condensati così prodotti si raccolgono tuttavia molte sostanze acide, per cui i suddetti scambiatori debbono essere realizzati con un materiale sufficientemente resistente alla corrosione; per tale motivo, ad esempio, l’acciaio normale o leghe di rame non si dimostrano idonei alla realizzazione degli scambiatori a condensazione, mentre si dimostrano adatti allo scopo materiali quali l’acciaio inossidabile, oppure delle leghe a base di alluminio che, rispetto all’acciaio, sono più economiche ed efficienti dal punto di vista dello scambio termico. In the condensates thus produced, however, many acid substances are collected, so that the aforesaid exchangers must be made of a material sufficiently resistant to corrosion; for this reason, for example, normal steel or copper alloys are not suitable for making condensation exchangers, while materials such as stainless steel, or aluminum-based alloys are suitable for the purpose which, compared to 'steel, are cheaper and more efficient from the point of view of heat exchange.
In tale ottica sono stali quindi proposti degli scambiatori di calore idonei al contatto con le condense acide. In this perspective, heat exchangers suitable for contact with acid condensates have therefore been proposed.
In accordo ad una prima tipologia di soluzione, lo scambiatore, nel quale circola il fluido da riscaldare, è costituito da elementi tubolari alettati in leghe a base di alluminio, ove Palettatura esterna è ottenuta: According to a first type of solution, the exchanger, in which the fluid to be heated circulates, consists of finned tubular elements in aluminum-based alloys, where external blading is obtained:
- o tramite rullatura diretta dell’elemento tubolare in lega di alluminio, - or by direct rolling of the tubular element in aluminum alloy,
- o tramite alette distinte in lega di alluminio, che vengono riportate e brasate all’elemento tubolare, - or through separate aluminum alloy fins, which are brought back and brazed to the tubular element,
- o tramite alette distinte in lega di alluminio, che vengono riportate e mandrinate agli elementi tubolari. - or by means of separate aluminum alloy fins, which are returned and expanded to the tubular elements.
Una seconda tipologia di scambiatori di calore, idonei al contatto con le condense acide, prevede invece l' impiego di superfici di scambio in forma di elementi tubolari in acciaio inox; tali scambiatori sono tuttavia molto costosi, sia a causa del costo diretto del materiale, sia perché la cattiva conducibilità termica di tale materiale obbliga a forme dello scambiatore più complicate da realizzare, e quindi più costose, A second type of heat exchangers, suitable for contact with acid condensates, instead provides for the use of exchange surfaces in the form of tubular elements in stainless steel; however, these exchangers are very expensive, both because of the direct cost of the material, and because the bad thermal conductivity of this material forces the forms of the exchanger to be more complicated to make, and therefore more expensive,
E' poi nota, per- uno scaldabagno istantaneo a condensazione, una terza tipologia di scambiatori di calore idonei al contatto con i fumi e le condense acide costituiti da elementi tubolari coestrusi, la cui parte interna (ossia quella a contatto con l’acqua sanitaria) è realizzata in lega di rame ammessa agli usi alimentari, mentre la parte esterna (ossia quella a contatto con i fumi ed i condensati) è realizzata in lega di alluminio resistente alle condense acide , e dotata di alette ottenute per rullatura della parte esterna in alluminio. Also known, for an instant condensing water heater, a third type of heat exchangers suitable for contact with fumes and acid condensates consisting of coextruded tubular elements, whose internal part (i.e. the one in contact with sanitary water ) is made of copper alloy allowed for food use, while the external part (i.e. the one in contact with fumes and condensates) is made of aluminum alloy resistant to acid condensation, and equipped with fins obtained by rolling the external part in aluminum.
Allo stato attuale della tecnologia, salvo utilizzare esclusivamente acciaio inossidabile, è impossibile costruire una caldaia a condensazione munita di scambiatore bitermico, infatti: le leghe di alluminio idonee a venire in contatto con le condense acide non sono ammesse al contatto con acqua per usi igienici ed alimentari; del resto le leghe di rame accettate per scopi alimentari non resistono alle condense acide. In the current state of technology, except to use only stainless steel, it is impossible to build a condensing boiler equipped with a bithermic exchanger, in fact: aluminum alloys suitable for coming into contact with acid condensates are not allowed in contact with water for hygienic and food; after all, copper alloys accepted for food purposes do not resist acid condensation.
La presente invenzione si propone di risolvere gli inconvenienti propri dell’attuale stalo della tecnica. The present invention aims to solve the drawbacks of the current state of the art.
In tale ambito generale, la presente invenzione si propone di realizzare un scambiatore bitermico del tipo a condensazione che In this general context, the present invention proposes to realize a bithermic exchanger of the condensing type which
- sia perfettamente compatibile dal punto di vista alimentare con l’acqua sanitaria, sia resistente alla corrosione delle condense, - is perfectly compatible from a food point of view with sanitary water, and resistant to corrosion from condensates,
impieghi materiali di elevate caratteristiche di scambio termico, use of materials with high heat exchange characteristics,
sia di efficiente ed economica realizzazione, is of efficient and economical realization,
sia esente da corrosioni di tipo galvanico. is free from galvanic corrosion.
Questi ed altri scopi, che risulteranno più chiari in seguilo, vengono raggiunti secondo la presente invenzione da uno scambiatore di calore, e da un relativo metodo di realizzazione, incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, che si intendono parte integrante della presente descrizione. These and other purposes, which will become clearer in the following, are achieved according to the present invention by a heat exchanger and by a related manufacturing method, incorporating the characteristics of the attached claims, which are intended as an integral part of the present description.
Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali: Further objects, characteristics and advantages of the present invention will become clear from the detailed description that follows and from the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:
- la Fig. I rappresenta una sezione schematica di un elemento tubolare facente parte di uno scambiatore di calore realizzato secondo i dettami della presente invenzione; - la Pig. 2 rappresenta in sezione assiale schematica un elemento tubolare facente parte di uno scambiatore di calore in una possibile forma realizzativa della presente invenzione; - Fig. I represents a schematic section of a tubular element forming part of a heat exchanger made according to the dictates of the present invention; - the Pig. 2 represents in schematic axial section a tubular element forming part of a heat exchanger in a possible embodiment of the present invention;
- le Figg. 3 e 4 rappresentano rispettivamente in vista prospettica ed in vista laterale un pacco di elementi tubolari facente parte di uno scambiatore di calore realizzato secondo i dettami della presente invenzione; - Figs. 3 and 4 represent respectively in perspective view and in side view a pack of tubular elements forming part of a heat exchanger made according to the dictates of the present invention;
Lo scambiatore di calore secondo l’invenzione è del tipo bitermico a condensazione. Esso consta di un fascio di elementi tubolari, ciascuno dei quali è formato da almeno un primo condotto, in è cui suscettibile di transitare un primo fluido, ed un secondo condotto, in cui suscettibile di transitare un secondo fluido, il secondo condotto essendo posto internamente al primo condotto. Ciascuno degli elementi tubolari è collegato agli altri con opportuni raccordi, secondo tecniche note; tali raccordi non verranno qui illustrati per semplicità. The heat exchanger according to the invention is of the bithermic condensing type. It consists of a bundle of tubular elements, each of which is formed by at least a first duct, in which a first fluid can pass, and a second duct, in which a second fluid can pass, the second duct being internally placed to the first duct. Each of the tubular elements is connected to the others with suitable fittings, according to known techniques; such connections will not be illustrated here for simplicity.
Come da arte nota, la superficie esterna del primo condotto è suscettibile di essere riscaldata a mezzo dei fumi prodotti da un bruciatore, in modo tale che il primo condotto ceda calore al primo lluido, il primo fluido ceda calore al secondo condotto, e quest’ultimo condotta ceda calore al secondo fluido. As per known art, the external surface of the first duct is capable of being heated by means of the fumes produced by a burner, so that the first duct transfers heat to the first fluid, the first fluid transfers heat to the second duct, and the latter last duct releases heat to the second fluid.
In Fig. 1 con 1 viene appunto indicato nel suo complesso un elemento tubolare facente parte dello scambiatore secondo l’invenzione. In Fig. 1, 1 indicates as a whole a tubular element which is part of the exchanger according to the invention.
L’elemento tubolare 1 risulta di fatto formato da un primo condotto tubolare esterno, indicalo con 2, e da un secondo condotto tubolare interno, indicato con 3, il secondo essendo inserito nel primo. The tubular element 1 is in fact formed by a first external tubular duct, indicated with 2, and by a second internal tubular duct, indicated with 3, the second being inserted in the first.
Come si intuisce, nel condotto esterno 2 può transitare un primo fluido, che nel caso della presente invenzione è costituito dall'acqua necessaria ad alimentare un impianto di riscaldamento domestico; nel condotto interno 3 può invece transitare un secondo fluido, che nel caso della presente invenzione è costituito dall’acqua sanitaria. As can be understood, a first fluid can pass through the external duct 2, which in the case of the present invention is constituted by the water necessary to feed a domestic heating system; in the internal duct 3, on the other hand, a second fluid can pass, which in the case of the present invention is made up of sanitary water.
In accordo ad un primo aspetto importante della presente invenzione, il condotto tubolare esterno 2 è di struttura composita, essendo formato da almeno due parti realizzate in materiali tra loro differenti, ed in particolare In accordance with a first important aspect of the present invention, the external tubular duct 2 has a composite structure, being formed by at least two parts made of materials that are different from each other, and in particular
- una parte esterna 2A, direttamente esposta ai fumi, realizzata con materiale avente caratteristiche di elevala conducibilità termica ed elevata resistenza alle corrosione; - una parte interna 2B, direttamente a contatto con il primo fluido, ossia l’acqua del l'impianto di riscaldamento, realizzata con il medesimo materiale costituente la superficie esterna del condotto interno 3, ed avente caratteristiche di elevata conducibilità termica. - an external part 2A, directly exposed to fumes, made of material having characteristics of high thermal conductivity and high resistance to corrosion; - an internal part 2B, directly in contact with the first fluid, that is the water of the heating system, made with the same material constituting the external surface of the internal duct 3, and having characteristics of high thermal conductivity.
Inoltre, secondo l’invenzione Furthermore, according to the invention
- almeno la superficie interna del condotto tubolare interno 3 è realizzata con un materiale compatibile dal punto di vista alimentare con l’acqua sanitaria che è presente all’interno dello stesso condotto 3, e - at least the internal surface of the internal tubular duct 3 is made of a material compatible from a food point of view with the domestic water that is present within the same duct 3, and
- almeno la superficie esterna del condotto tubolare interno 3 è realizzata con lo stesso materiale costituente la parte interna 2B del condotto tubolare esterno 2. - at least the external surface of the internal tubular duct 3 is made of the same material constituting the internal part 2B of the external tubular duct 2.
Nella forma preferita dell’invenzione, la parte esterna 2A del condotto 2 è realizzata con una lega a base di alluminio, in particolare una lega di alluminio - silicio, la parte interna 213 del condotto 2 è invece realizzala con un lega a base di rame; il condotto tubolare interno 3 è interamente realizzato con lo stesso materiale costituente detta parte interna 213 del condotto 2, ossia una lega a base di rame. In the preferred form of the invention, the external part 2A of the duct 2 is made with an aluminum-based alloy, in particular an aluminum-silicon alloy, the internal part 213 of the duct 2 is instead made with a copper-based alloy ; the internal tubular duct 3 is entirely made of the same material constituting said internal part 213 of the duct 2, ie a copper-based alloy.
l'ale idea di soluzione, prevista secondo l’invenzione, è dovuta al fatto che là realizzazione di uno scambiatore di tipo bilermico i cui elementi tubolari siano semplicemente formati da un condotto esterno interamente in lega di alluminio e da un condotto interno interamente in lega di rame non appare praticabile, a causa del rischio di innesco di corrosioni di natura elettrolitica. the solution idea, envisaged according to the invention, is due to the fact that the realization of a two-thermal exchanger whose tubular elements are simply formed by an external duct entirely in aluminum alloy and an internal duct entirely in alloy of copper does not appear feasible, due to the risk of triggering of electrolytic corrosion.
In tale ottica, infatti, risulta praticamente impossibile inserire un elemento tubolare in lega di rame, contenente l’acqua sanitaria, all’interno ed a contatto con un elemento tubolare in lega di allumino, contenente l’acqua del circuito di riscaldamento, poiché si creerebbe corrosione per correnti galvaniche. From this point of view, in fact, it is practically impossible to insert a tubular element in copper alloy, containing sanitary water, inside and in contact with a tubular element in aluminum alloy, containing the water of the heating circuit, since it is it would create corrosion due to galvanic currents.
Tale corrosione di tipo elettrochimico sarebbe teoricamente evitabile se il contatto diretto lega di rame - lega di alluminio fosse impedito da uno strato di materiale dielettrico posto sulla superfìcie interna dell’elemento tubolare in lega di allumino o sulla superficie esterna dell’elemento tubolare in lega di rame; tale accorgimento, però, sarebbe altamente inaffidabile, per l’impossibilità di assicurare la totale assenza di porosità nello strato dielettrico e la durata nel tempo; del resto, se il dielettrico fosse di forte spessore, esso impedirebbe una efficiente trasmissione di calore. Such electrochemical corrosion would theoretically be avoidable if direct contact between copper alloy and aluminum alloy were prevented by a layer of dielectric material placed on the internal surface of the aluminum alloy tubular element or on the external surface of the aluminum alloy tubular element. copper; this measure, however, would be highly unreliable, due to the impossibility of ensuring the total absence of porosity in the dielectric layer and durability over time; moreover, if the dielectric were of great thickness, it would prevent an efficient heat transmission.
La realizzazione degli elementi tubolari 1, come proposti secondo l’invenzione, consente quindi di evitare la suddetta problematica. The realization of the tubular elements 1, as proposed according to the invention, therefore allows to avoid the aforementioned problem.
La forma della sezione del condotto interno 3 può, in generale, essere quella ritenuta più opportuna, al fine di The shape of the section of the internal duct 3 can, in general, be the one deemed most appropriate, in order to
- aumentare la superficie di scambio termico tra l’acqua dell’impianto di riscaldamento che c presente nel condotto esterno 2 e l’acqua sanitaria, che c presente nello stesso condotto 3, - increase the heat exchange surface between the water of the heating system which is present in the external duct 2 and the sanitary water, which is present in the same duct 3,
per ricevere almeno una parte di calore anche direttamente dai condotto esterno 2, per conduzione. to receive at least a part of heat also directly from the external duct 2, by conduction.
Nella forma realizzativa esemplificata nelle figure, ad esempio, il condotto tubolare interno 3 è di sezione a croce o stellata, proprio agli scopi testé menzionati, affinché un’ampia superficie esterna del condotto interno 3 sia esposta al fluido presente nel condotto interno 2, ed il condotto interno 3 possa essere a contatto, ed eventualmente reso solidale, a quattro direttrici del condotto esterno 2, in modo da ricevere calore per conduzione diretta. In the embodiment exemplified in the figures, for example, the internal tubular duct 3 has a cross or star cross section, precisely for the purposes just mentioned, so that a large external surface of the internal duct 3 is exposed to the fluid present in the internal duct 2, and the inner duct 3 can be in contact with, and possibly made integral with, four directions of the outer duct 2, so as to receive heat by direct conduction.
Il condotto tubolare interno 3 può evidentemente essere realizzato con qualsiasi tecnica nota. The internal tubular duct 3 can obviously be made with any known technique.
Dall’altro lato, il condotto tubolare esterno 2 può essere ottenuto in vari modi. On the other hand, the external tubular duct 2 can be obtained in various ways.
Una prima possibilità è quella di ottenere il condotto 2 tramite coestrusione delle sue due parti 2A e 2B, rispettivamente in lega di alluminio ed in lega di rame (si noti che nel seguilo, per brevità, con il termine “alluminio” si intenderà qualsiasi lega, idonea allo scopo proposto, a base di alluminio e, parimenti, con “rame", qualsiasi idonea lega in rame). A first possibility is to obtain the duct 2 by coextrusion of its two parts 2A and 2B, respectively in aluminum alloy and in copper alloy (note that in the following, for the sake of brevity, the term "aluminum" will mean any alloy , suitable for the proposed purpose, based on aluminum and, likewise, with "copper", any suitable copper alloy).
In alternativa, il condotto esterno 2 potrebbe essere ottenuto depositando sulla superficie esterna di un elemento tubolare in rame, destinato a realizzare la parte 2B, un sottile strato in alluminio, volto a costituire la parte 2Λ, oppure depositando sulla superficie interna di un elemento tubolare in alluminio, destinato a realizzare la parte 2A, un sottile strato di rame, volto a costituire la parte 2B. Alternatively, the external duct 2 could be obtained by depositing on the external surface of a tubular copper element, intended to make part 2B, a thin layer of aluminum, aimed at constituting part 2Λ, or by depositing on the internal surface of a tubular element in aluminum, intended to make part 2A, a thin layer of copper, aimed at making up part 2B.
Altra possibilità di realizzazione del condotto tubolare esterno 2 è quella di effettuare una blindatura di un elemento tubolare in alluminio su di un elemento tubolare in rame, l'ale processo, in sé noto, è in sostanza il seguente: Another possibility of making the external tubular duct 2 is to carry out an armor plating of an aluminum tubular element on a copper tubular element, the process, known per se, is essentially the following:
i) si parte da un elemento tubolare in alluminio volto a realizzare la parte 2A, le cui dimensioni di sezione, a freddo, non consentono l’inserimento in esso di un elemento tubolare in rame, volto a realizzare la parte 2B; i) it starts from an aluminum tubular element aimed at making part 2A, whose section dimensions, when cold, do not allow the insertion into it of a tubular copper element, aimed at making part 2B;
ii) l’elemento tubolare esterno viene riscaldato, per produrne una dilatazione tale da consentire l’inserimento dell’elemento tubolare interno; ii) the external tubular element is heated, to produce an expansion such as to allow the insertion of the internal tubular element;
iii) l’elemento tubolare interno viene inserito nell’elemento tubolare esterno caldo e dilatalo; iii) the internal tubular element is inserted into the hot external tubular element and dilates it;
iv) l’elemento tubolare esterno, una volta raffreddatosi, si serra sull’elemento tubolare interno. iv) the external tubular element, once cooled, tightens on the internal tubular element.
Altra possibilità è poi quella di mandrinare un elemento tubolare in rame all’interno di un elemento tubolare in alluminio. Tale procedimento, pure in sé noto, avviene in sostanza con le seguenti modalità: Another possibility is then to expand a copper tubular element inside an aluminum tubular element. This procedure, also known per se, essentially takes place in the following ways:
i) si parte da un elemento tubolare interno in rame, volto a realizzare la parte 2B, atto ad essere inserito in un elemento tubolare in alluminio, volto a realizzare la parte 2A; i) it starts from an internal copper tubular element, aimed at making part 2B, able to be inserted into an aluminum tubular element, aimed at making part 2A;
ii) l’elemento tubolare in rame viene inserito nell’elemento tubolare in alluminio; iii) nel l'elemento tubolare in rame viene spinto un apposito maschio, atto a dilatare dall’interno lo stesso elemento tubolare in rame, in modo tale che il medesimo risulti premuto sulla superficie interna dell'elemento tubolare in alluminio, onde ottenere l' accoppiamento certo tra le parti. ii) the copper tubular element is inserted into the aluminum tubular element; iii) a special male is pushed into the copper tubular element, able to expand the tubular copper element from the inside, so that it is pressed on the internal surface of the aluminum tubular element, in order to obtain the certain coupling between the parts.
Nella forma preferita dell’invenzione, alla superficie esterna dei condotti tubolari esterni 2 sono inoltre rese solidali delle alette, volte a migliorare lo scambi termico con i fumi prodotti dal bruciatore associalo allo scambiatore. In the preferred form of the invention, fins are also made integral with the external surface of the external tubular ducts 2, aimed at improving the heat exchange with the fumes produced by the burner associated with the exchanger.
Tale alettatura può essere ad esempio ottenuta con le tecniche in precedenza menzionate, quali la rullatura dell’eventuale elemento tubolare in alluminio che realizza la parte 2A del condotto 2, consistente in sostanza in una deformazione plastica di tale elemento tubolare; altra possibilità è quella di prevedere delle alette in alluminio riportate e brasate, oppure mandrinate, sulla parte 2A del condotto 2. This finning can be obtained, for example, with the previously mentioned techniques, such as the rolling of any aluminum tubular element that creates the part 2A of the duct 2, essentially consisting in a plastic deformation of this tubular element; another possibility is to provide for aluminum fins brought back and brazed, or expanded, on the part 2A of the duct 2.
In una forma realizzativa vantaggiosa dell’invenzione, possono peraltro essere previsti degli appositi clementi realizzati in alluminio, aventi funzione di formare sia la citata parte 2A dei condotti esterni 2, sia le citate alette. In an advantageous embodiment of the invention, specific elements made of aluminum may also be provided, having the function of forming both the aforementioned part 2A of the external ducts 2, and the aforementioned fins.
In Fig. 2 viene appunto illustrato schematicamente in sezione una tale forma realizzativa di un condotto 2 dello scambiatore secondo l’invenzione, ove con il numero di riferimento 5 vengono indicati alcuni dei citati elementi. In Fig. 2 is precisely illustrated schematically in section such an embodiment of a duct 2 of the exchanger according to the invention, where with the reference number 5 some of the aforementioned elements are indicated.
Ciascun elemento 5 è realizzato da una base 6, costituita da una lamina in alluminio preforata c preformata, in modo che da una sua superficie si diparta un rispettivo collare 7 dotato di foro passante; si supponga, per semplicità di descrizione, che i citati collari 7 si elevino dalla superficie superiore della rispettiva lamina 6. Each element 5 is made up of a base 6, consisting of a pre-drilled and pre-formed aluminum sheet, so that a respective collar 7 with a through hole departs from one of its surfaces; suppose, for simplicity of description, that the aforementioned collars 7 rise from the upper surface of the respective lamina 6.
La sezione e le dimensioni dei collari 7 e dei relativi fori passanti sono tali per cui essi possano essere infilati sugli elementi tubolari in rame 213’, destinati a realizzare la parte 2B dei condotti esterni 2 di Fig. 1 , con leggera interferenza, in modo da garantire il contatto certo tra le parti (ed in particolare garantire il contatto certo tra la superficie interna dei collari 7 e la superficie esterna degli elementi tubolari in rame 2B’). The section and dimensions of the collars 7 and of the relative through holes are such that they can be inserted on the tubular copper elements 213 ', destined to form part 2B of the external ducts 2 of Fig. 1, with slight interference, so to guarantee certain contact between the parts (and in particular guaranteeing certain contact between the internal surface of the collars 7 and the external surface of the tubular copper elements 2B ').
Ai fini della realizzazione del condotto 2, secondo la forma realizzativa proposta, quindi, su di un elemento tubolare in rame 213’ vengono calzati in successione degli elementi 5. in numero sufficiente affinché il citato elemento tubolare 2B’ risulti rivestito dai collari 7 sovrapposti dei vari elementi 5; naturalmente, i collari 7 di ciascun elemento 5 saranno resi solidali alla superficie inferiore della piastra 6 facente parte dell'elemento 5 posto al di sopra, ad esempio tramite saldatura o altra tecnica nota, e comunque in modo da garantire che la superficie esterna dell’elemento tubolare in rame 2B’ che costituisce la parte interna 2B dei condotti 2 risulti completamente ed ermeticamente racchiusa dall’insieme dei collari 7 sovrapposti. For the purposes of making the duct 2, according to the proposed embodiment, therefore, elements 5 are fitted in succession on a copper tubular element 213 'in a sufficient number so that the aforementioned tubular element 2B' is covered by the superimposed collars 7 of the various elements 5; naturally, the collars 7 of each element 5 will be made integral with the lower surface of the plate 6 forming part of the element 5 placed above, for example by welding or other known technique, and in any case in such a way as to ensure that the external surface of the tubular copper element 2B 'which constitutes the internal part 2B of the ducts 2 is completely and hermetically enclosed by the set of superimposed collars 7.
Come si evince, in ogni caso, la soluzione esemplificata in Fig. 2 consente di realizzare uno scambiatore in cui degli elementi tubolari in rame 2B\ destinati a costituire la parte inlerna 213 dei condoni esterni 2, risultano completamente protetti dalle condense aggressive generate dai fumi prodotti dal bruciatore associato allo scambiatore, tramite i collari 7 degli elementi 5 sovrapposti, l’insieme di detti collari realizzando di fatto la parte esterna 2A dei condotti 2 di Fig. 1. As can be seen, in any case, the solution exemplified in Fig. 2 makes it possible to create an exchanger in which tubular copper elements 2B \ destined to constitute the internal part 213 of the external condons 2, are completely protected from the aggressive condensates generated by the fumes produced by the burner associated with the exchanger, through the collars 7 of the superimposed elements 5, the set of said collars effectively forming the external part 2A of the ducts 2 of Fig. 1.
Tramite la soluzione proposta, inoltre, le lamine 6 di ciascun elemento 5 realizzano Palettatura degli elementi tubolari 1, avente lo scopo di migliorare lo scambio termico con i lumi prodotti dal bruciatore dello scambiatore. Furthermore, by means of the proposed solution, the laminae 6 of each element 5 produce blading of the tubular elements 1, with the purpose of improving the heat exchange with the lumens produced by the burner of the exchanger.
Per quanto riguarda l’assemblaggio dei condotti tubolari interni 3 nei condotti tubolari esterni 2 di Fig. I, questo può essere realizzato con varie modalità. As regards the assembly of the internal tubular ducts 3 in the external tubular ducts 2 of Fig. I, this can be achieved in various ways.
Ad esempio, una prima possibile modalità prevede che le parti in alluminio e le parti in rame siano preparate separatamente e poi assemblate tra loro, per ottenere il condotto esterno 2 composito. In tale ottica, ad esempio, in ciascun elemento tubolare in rame destinalo a costituire la parte 2B viene inserito un elemento tubolare in rame, di sezione stellata o a croce, destinato a costituire il condotto 3; i due citati clementi tubolari in rame vengono quindi resi solidali tra loro tramite brasatura. For example, a first possible way foresees that the aluminum parts and the copper parts are prepared separately and then assembled together, to obtain the composite external duct 2. With this in mind, for example, in each tubular copper element destined to constitute part 2B a tubular copper element, with star or cross section, destined to constitute the duct 3, is inserted; the two cited copper tubular elements are then made integral with each other by brazing.
Dall'altro lato, su di una serie di elementi tubolari in alluminio, destinati a costituire la parie 2A vengono montate delle alette, realizzate nella stessa lega, ed ivi fissate tramite brasatura. On the other hand, fins, made of the same alloy, are mounted on a series of tubular aluminum elements destined to form part 2A and are fixed there by brazing.
In questo modo, quindi, tutte le parli in rame possono essere brasate con un processo separato rispetto alla brasatura delle parti in alluminio; si consideri al riguardo che la brasatura di parti in rame in un forno di brasatura per alluminio, potrebbe determinare l' inquinamento di quest’ultimo, o viceversa. In this way, therefore, all the copper parts can be brazed with a separate process compared to the brazing of the aluminum parts; in this regard, it should be considered that the brazing of copper parts in an aluminum brazing furnace could lead to pollution of the latter, or vice versa.
A questo punto, gli clementi tubolari in rame che costituiscono le parti 2B, dotati internamente del rispettivo condotto 3, vengono inseriti negli elementi tubolari in alluminio destinati a costituire le parti 2A, già dotate di alette. At this point, the copper tubular elements constituting the parts 2B, internally provided with the respective duct 3, are inserted into the aluminum tubular elements intended to constitute the parts 2A, already equipped with fins.
Segue quindi la mandrinalura delle parli interne degli elementi tubolari in rame che costituiscono le parti 2B sulle superfici interne degli elementi tubolari in alluminio che costituiscono le parti 2A; ciò può essere realizzato tramite spine mandrinanti forzate tra il condotto 2 ed il condotto 3, mentre un maschio opportunamente sagomato, inserito all’interno del condotto 3, impedisce che le spine mandrinanti schiaccino l’elemento tubolare in rame costituente il condotto interno 3. Then follows the expansion of the internal sections of the copper tubular elements which constitute the parts 2B on the internal surfaces of the aluminum tubular elements which constitute the parts 2A; this can be achieved by means of forced expanding pins between the conduit 2 and the conduit 3, while a suitably shaped male, inserted inside the conduit 3, prevents the expanding pins from crushing the tubular copper element constituting the internal conduit 3.
Altre possibilità di assemblaggio prevedono invece che il condotto esterno 2 composito sia preparato prima dell’assemblaggio finale. Other assembly possibilities provide instead that the external composite duct 2 is prepared before the final assembly.
In tale ottica, una possibile modalità di ottenimento degli elementi tubolari 1 di Fig. 1 è la seguente. In this perspective, a possible way of obtaining the tubular elements 1 of Fig. 1 is the following.
I condotti esterni 2, presentanti le parti 2A e 2B risultano già formati, con una delle tecniche già in precedenza menzionate (blindatura, deposito strato, mandrinalura, eccetera). Su tali condotti esterni 2 vengono quindi montate le alette, ed ivi fissate tramile brasatura o mandrinatura. The external ducts 2, having the parts 2A and 2B are already formed, with one of the techniques already mentioned above (armor plating, layer deposit, mandrinalura, etc.). The fins are then mounted on these external ducts 2 and fixed therein by brazing or rolling.
Gli elementi tubolari in rame destinati a costituire i condotti interni 3 vengono poi inseriti nei condotti 2; segue quindi la mandrinatura dei condotti interni 3 sulle superfici interne dei condotti 2; anche tale operazione può essere realizzata attraverso un maschio opportuno che, inserito all’interno dell’elemento tubolare che costituisce il condotto 3, impedisce che le spine mandrinanti del maschio schiaccino l’elemento tubolare medesimo. The tubular copper elements intended to constitute the internal ducts 3 are then inserted into the ducts 2; then follows the expansion of the internal ducts 3 on the internal surfaces of the ducts 2; also this operation can be carried out through an appropriate male which, inserted inside the tubular element that constitutes the duct 3, prevents the expanding plugs of the male from crushing the tubular element itself.
Altra possibilità è quella di realizzare per rullatura le alette sul condotto esterno 2, precedentemente formato con una delle tecniche già in precedenza menzionate (blindatura, deposito strato, mandrinatura, eccetera). Another possibility is that of rolling the fins on the external duct 2, previously formed with one of the previously mentioned techniques (armor plating, layer deposition, rolling, etc.).
In tale caso, quindi, le alette degli elementi tubolari 1 non saranno realizzate da clementi separati inseriti sul condotto composito 2, ma ottenute direttamente per deformazione plastica della sua parte 2A in alluminio. In this case, therefore, the fins of the tubular elements 1 will not be made from separate elements inserted on the composite duct 2, but obtained directly by plastic deformation of its aluminum part 2A.
La forma dello scambiatore oggetto della presente invenzione può indifferentemente essere del tipo a pacco unico di elementi tubolari o a fascio separato di elementi tubolari. The shape of the exchanger object of the present invention can indifferently be of the type with a single pack of tubular elements or with a separate bundle of tubular elements.
Nel primo caso, i vari elementi tubolari 1 saranno ottenuti con le modalità in precedenza descritte, ma senza alette; la formazione del pacco di elementi tubolari dello scambiatore potrà quindi essere realizzato tramite delle apposite piastre in alluminio, dotate di fori passanti atti a ricevere i vari elementi tubolari 1 . In the first case, the various tubular elements 1 will be obtained in the manner described above, but without fins; the formation of the pack of tubular elements of the exchanger can therefore be achieved by means of suitable aluminum plates, equipped with through holes suitable for receiving the various tubular elements 1.
Una tale forma realizzati va viene ad esempio illustrata nelle Figg. 3 e 4. Such an embodied form is illustrated for example in Figs. 3 and 4.
In tali figure, con 10 sono indicate delle piastre in alluminio, dotate di undici fori, atti a ricevere altrettanti elementi tubolari 1 ; nel caso esemplificato i fori citati sono disposti in tre file parallele, i fori di ogni fila essendo sfalsati rispetto a quelli della fila successiva. In these figures, 10 indicates aluminum plates, provided with eleven holes, suitable for receiving as many tubular elements 1; in the exemplified case, the aforementioned holes are arranged in three parallel rows, the holes of each row being offset with respect to those of the next row.
L’impiego di tali piastre 10, ai fini della realizzazione di uno scambiatore a pacco di elementi tubolari, è molto semplice. The use of these plates 10, for the purpose of making a pack exchanger of tubular elements, is very simple.
Una prima possibilità, ad esempio, è quella di calzare in successione un certo numero di piastre IO, opportunamente distanziate tra loro, su una serie di undici condotti esterni 2 ottenuti senza alette, oppure su una serie di undici elementi tubolari 1 completamente formati, pure senza alette. A first possibility, for example, is to fit in succession a certain number of plates 10, suitably spaced apart, on a series of eleven external ducts 2 obtained without fins, or on a series of eleven fully formed tubular elements 1, also without fins.
Nel primo caso, le piastre 10 verranno rese solidali ai condotti 2 tramite brasatura, ed in seguito i condotti interni 3 verranno inseriti nei rispettivi condotti esterni 2, ed ivi (issali, ad esempio tramile mandrinatura. Nel secondo caso, invece, si renderà necessario solo il fissaggio in posizione delle piastre 10 sugli elementi tubolari 1, ad esempio tramite mandrinatura di questi ultimi. In the first case, the plates 10 will be made integral with the ducts 2 by brazing, and subsequently the internal ducts 3 will be inserted into the respective external ducts 2, and therein (hinged them, for example by means of rolling. In the second case, however, it will be necessary only the fixing in position of the plates 10 on the tubular elements 1, for example by expanding the latter.
Nel caso in cui lo scambiatore debba essere del tipo a fascio di elementi tubolari separati, le alette potranno essere ottenute direttamente per rullatura delle parti 2A in alluminio dei vari elementi tubolari, oppure essere realizzate separatamente per ciascun elemento tubolare 1 , ad esempio con la tecnica in precedenza descritta con riferimento alla Fig. 2. If the exchanger is to be of the bundle type of separate tubular elements, the fins can be obtained directly by rolling the aluminum parts 2A of the various tubular elements, or be made separately for each tubular element 1, for example with the technique previously described with reference to Fig. 2.
Ovviamente, fermo restando il principio di base dell’invenzione, quelle sopra elencate sono solo alcune delle possibili tecniche da utilizzare ai fini della realizzazione di uno scambiatore secondo l’invenzione. Obviously, without prejudice to the basic principle of the invention, those listed above are just some of the possible techniques to be used for the purpose of making an exchanger according to the invention.
Una volta ottenuto il pacco o fascio di elementi tubolari dello scambiatore, questi ultimi vengono collegati in modo noto tra loro, in serie o parallelo, ad esempio tramite opportuni raccordi o manicotti; la caldaia dotata dello scambiatore secondo l’invenzione viene collegata in modo che i condotti esterni 2 ricevano l’acqua di un circuito di riscaldamento ed i condotti interni 3 l’acqua sanitaria. Once the pack or bundle of tubular elements of the exchanger has been obtained, the latter are connected in a known way to each other, in series or parallel, for example by means of suitable fittings or sleeves; the boiler equipped with the exchanger according to the invention is connected so that the external ducts 2 receive the water of a heating circuit and the internal ducts 3 the sanitary water.
Come si intuisce, il funzionamento della caldaia incorporante lo scambiatore secondo l’invenzione è molto semplice. As can be understood, the operation of the boiler incorporating the exchanger according to the invention is very simple.
I fumi prodotti dal bruciatore della caldaia provvedono a cedere calore ai condotti esterni 2, e quindi all'acqua dell’impianto di riscaldamento; tale acqua a sua volta cede calore all’acqua sanitaria, presente nei rispettivi condotti interni 3. The fumes produced by the boiler burner transfer heat to the external ducts 2, and therefore to the heating system water; this water in turn transfers heat to the sanitary water, present in the respective internal ducts 3.
Il fatto che la parte esterna 2A degli elementi tubolari 1 sia realizzata in alluminio evita qualsiasi rischio di corrosione dovuto alle eventuali sostanze acide presenti nei condensati prodotti entro la caldaia; il fatto poi che la superficie interna del condotto 3 sia in rame risolve dall’altro luto ogni problematica relativa alia compatibilità, dal punto di vista alimentare, dello scambiatore rispetto all’acqua sanitaria; il fatto, poi, che non vi siano, immerse in acqua, leghe metalliche di nature diverse esclude corrosioni di tipo galvanico. The fact that the external part 2A of the tubular elements 1 is made of aluminum avoids any risk of corrosion due to any acid substances present in the condensates produced inside the boiler; the fact that the internal surface of the duct 3 is made of copper solves, on the other hand, any problem relating to the compatibility, from a food point of view, of the exchanger with respect to sanitary water; the fact, then, that there are no metal alloys of different natures immersed in water excludes corrosions of the galvanic type.
I. impiego di materiali aventi caratteristiche di elevata conducibilità termica garantisce un’elevata efficienza di funzionamento dello scambiatore, nonostante il suo ridotto costo industriale di realizzazione. I. The use of materials with high thermal conductivity characteristics ensures a high operating efficiency of the exchanger, despite its low industrial cost of construction.
Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche ed i vantaggi dello scambiatore di calore, e dal relativo metodo di realizzazione, oggetto della presente invenzione, che vengono inoltri riassunti nelle rivendicazioni allegate, che costituiscono parte integrante della presente descrizione. The characteristics and advantages of the heat exchanger and the related manufacturing method, object of the present invention, are therefore clear from the above description, which are further summarized in the attached claims, which form an integral part of the present description.
E' chiaro che numerose varianti sono possibili all’uomo del ramo allo scambiatore di calore a condensazione, e al relativo metodo di produzione, descritti come esempio, senza per questo uscire dagli ambiti di novità insiti nell’idea inventiva, cosi come è chiaro che nella pratica attuazione dell’invenzione i vari elementi descritti potranno essere di forma e materiali differenti, e sostituiti da clementi tecnicamente equivalenti. Possibili varianti possono ad esempio riguardare il tipo di realizzazione del condotto interno 3. It is clear that many variants are possible for the man skilled in the art to the condensing heat exchanger, and to the relative production method, described as an example, without thereby departing from the novelty areas inherent in the inventive idea, just as it is clear that in the practical implementation of the invention, the various elements described may be of different shapes and materials, and replaced by technically equivalent elements. Possible variants may for example concern the type of construction of the internal duct 3.
Ad esempio, in precedenza si è fatto riferimento ad una realizzazione del condotto interno 3 interamente in lega di rame, ma nulla vieta di realizzare il medesimo con un altro materiale compatibile con l’acqua sanitaria, da un punto di vista alimentare, a condizione però che anche la parte 2A del condotto esterno 2 sia realizzala con lo stesso materiale. For example, reference has previously been made to a realization of the internal duct 3 entirely in copper alloy, but nothing prevents it from being made with another material compatible with sanitary water, from a food point of view, provided that that the part 2A of the external duct 2 is also made of the same material.
Altra possibilità è poi quella di prevedere un condotto interno 3 di struttura composita, ossia formata da almeno due parti in materiali differenti, similmente a quanto in precedenza descritto con riferimento ai condotti 2; la parte interna di un siffatto condotto interno 3. sarebbe quindi realizzata con un materiale compatibile all’acqua sanitaria, mentre la sua parte esterna sarebbe realizzata con lo stesso materiale costituente la superficie interna del condotto esterno 2. Another possibility is then that of providing an internal duct 3 with a composite structure, ie formed by at least two parts made of different materials, similarly to what was previously described with reference to the ducts 2; the internal part of such an internal duct 3. would therefore be made with a material compatible with sanitary water, while its external part would be made with the same material constituting the internal surface of the external duct 2.
Naturalmente, in tale caso, il condotto esterno 2 potrebbe eventualmente essere completamente ottenuto con un medesimo materiale, ossia senza necessità di struttura composita, avente caratteristiche di elevata conducibilità termica ed elevata resistenza alle corrosione; in tale ottica, ad esempio, il condotto interno potrebbe comprendere una parte interna in lega di rame ed una parte esterna in lega di alluminio, ed il condotto esterno essere interamente realizzato in lega di alluminio. Naturally, in this case, the external duct 2 could possibly be completely obtained with the same material, ie without the need for a composite structure, having characteristics of high thermal conductivity and high resistance to corrosion; in this perspective, for example, the internal duct could comprise an internal part in copper alloy and an external part in aluminum alloy, and the external duct be entirely made of aluminum alloy.
In accordo ad una ulteriore possibile variante, degli elementi a collare aventi le funzioni di quelli indicati con 6 in Fig. 2 potrebbe essere previsti direttamente su delle piastre del tipo di quelle indicate con 10 in Fig. 3 e 4. According to a further possible variant, collar elements having the functions of those indicated with 6 in Fig. 2 could be provided directly on plates of the type indicated with 10 in Fig. 3 and 4.
In altre paiole, quindi, in corrispondenza di ciascuno dei fori passanti di siffatte piastre sarebbe previsto un elemento a collare; su una serie di parti interne 2A, ottenute nei modi sopra descritti, possono così essere calzate in successione una pluralità di tali piastre e gli elementi a collare di ciascuna piastra possono essere resi solidali ad una superficie di una piastra posta superiormente; in questo modo, le siffatte piastre potrebbero realizzare sia la parte esterna 2A del condotto 2 di ciascun elemento tubolare 1 , sia delle alette, sia un mezzo di vincolo tra una pluralità di elementi tubolari 1. In other pots, therefore, a collar element would be provided in correspondence with each of the through holes of such plates; on a series of internal parts 2A, obtained in the ways described above, a plurality of such plates can thus be fitted in succession and the collar elements of each plate can be made integral with a surface of a plate placed above; in this way, such plates could form both the outer part 2A of the duct 2 of each tubular element 1, and the fins, as well as a binding means between a plurality of tubular elements 1.
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