ITUA20164820A1 - Scambiatore di calore del tipo a tubo in tubo per liquidi corrosivi e relativo metodo di fabbricazione - Google Patents

Description

Scam biatore di calore del tipo a tubo in tubo per liquidi corrosivi e relativo metodo di fabbricazione

Descrizione

L’invenzione ha per oggetto uno scambiatore di calore del tipo a tubo in tubo per liquidi corrosivi e relativo metodo di fabbricazione.

Tale scambiatore trova peculiare ma non esclusivo impiego negli impianti di condizionamento per la nautica da diporto, in cui è lo scambio termico è effettuato a spese del contenuto energetico dell’acqua circostante, tipicamente acqua di mare.

Tradizionalmente tali scambiatori sono realizzati con una serpentina per la circolazione di un primo fluido di scambio in tubo di cupronichel, che ha una discreta resistenza alla corrosione in ambiente marino, mentre la serpentina esterna del sistema a tubo in tubo è realizzata in rame. A parte l’elevato costo dei materiali costituenti, che di per se rappresenta un evidente ostacolo alla costruzione di tali scambiatori, vi è il fatto che essi sono realizzati o mediante due tubi concentrici avvolti in serpentina cilindrica, il che comporta notevoli oneri e problemi di piegatura, ovvero mediante serpentine cosiddette planari, formate da tratti tubolari rettilinei raccordati tra loro alle estremità da gomiti saldati.

Un evidente inconveniente di questi scambiatori è l’onerosità e difficolta di fabbricazione. L’onerosità dipende dal notevole fabbisogno di manodopera specializzata per assemblare e saldare tubi e gomiti. La difficolta dipende dalle saldature che, se contenenti inclusioni o soffiature, possono portare a perdite dei fluidi di scambio con sicuro danneggiamento dell’impianto in cui sono montate. Vi è di conseguenza l’ulteriore onerosità di dover controllare tutte le saldature e collaudare singolarmente ogni scambiatore.

Inoltre l’accoppiamento tra metalli diversi, quali rame, cupronichel e le rispettive leghe di saldo-brasatura può condurre, particolarmente in ambiente marino, alla formazione di pericolose correnti galvaniche che inevitabilmente portano alla corrosione e danneggiamento (es. foratura) dei componenti interessati.

Uno scambiatore del tipo a tubi concentrici è ad esempio proposto in US 2002/0157815 o, analogamente, in US 2003/0209345. Si tratta, tuttavia, di uno scambiatore non concepito per una produzione commerciale ed inadatto per l’applicazione su impianti di condizionamento marino. Lo scambiatore, oltretutto, non è sufficientemente compatto come invece è richiesto per l'installazione su imbarcazioni da diporto nelle quali ogni minimo spazio o vano sacrificato alla installazione deirimpianto di condizionamento è considerato sottratto agli indispensabili spazi di stivaggio.

Si è proposto di ovviare ai problem i anzidetti, in particolare a quelli legati alla corrosione, utilizzando tubi in titanio. A parte l’elevata onerosità di questo materiale, che ha però il vantaggio di una ottima resistenza alla corrosione in acqua marina, vi è la bassa lavorabilità dei tubi così ottenuti, il che ha impedito fino ad ora la larga diffusione di questa tecnologia laddove le lavorazioni impongano saldature e giunture.

Si è pensato altresì di inserire un tubo metallico in un tubo in materia plastica ma si riscontra in tal caso un controllo assolutamente impreciso della forma e distribuzione della intercapedine che viene a crearsi tra i tubi, il che è improponibile ai fini del corretto funzionamento e dimensionamento dello scambiatore nonché per evitare depositi di sedimenti che inevitabilmente portano a strizioni o addirittura alla ostruzione della sezione di passaggio dei circuiti di scambio termico.

Un impianto di condizionamento per nautica da diporto è illustrato in CN201926099U a titolo di riferimento.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione uno scambiatore di calore del tipo a tubo in tubo, particolarmente ma non esclusivamente idoneo ad equipaggiare impianti di condizionamento per imbarcazioni da diporto, strutturalmente e funzionalmente concepito per ovviare a tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Questo problema è risolto dall'invenzione mediante uno scambiatore di calore e relativo metodo di fabbricazione realizzati in accordo con le unite rivendicazioni.

Le caratteristiche ed i vantaggi del trovato meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione preferito ma non esclusivo illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

Le figure da 1 a 5 sono viste rispettivamente in prospettiva, in sezione secondo la linea l l-l l di figura 3, in alzato laterale, in pianta ed in sezione trasversale secondo la linea V-V di figura 4 di un primo esempio di scambiatore di calore realizzato in accordo con la presente invenzione;

Le figure da 6 a 10 sono corrispondenti viste di un secondo esempio di scambiatore di calore realizzato in accordo con la presente invenzione;

La figura 1 1 è una vista prospettica in parziale sezione di uno scambiatore di calore secondo l'invenzione in cui la prima serpentina è realizzata a fascio tubiero.

Nelle figure, con 1 è complessivamente indicato uno scambiatore di calore realizzato in accordo con la presente invenzione. Lo scambiatore 1 è preferibilmente ma non esclusivamente idoneo a realizzare lo scambio termico in equicorrente o controcorrente tra un fluido frigorigeno circolante in una prima serpentina tubolare 2 ed un liquido di scambio termico circolante in una seconda serpentina tubolare 6.

La prima serpentina 2 è preferibilmente realizzata per semplice curvatura di un unico tubo metallico, ad esempio in titanio e sue leghe, cupronichel, acciaio inossidabile o simili materiali resistenti a corrosione in ambiente marino, ripiegato in spire piane contigue 3 sino a terminare con due elementi terminali 4, 5. Spire e terminali 3-5 sono tutti giacenti su di uno stesso piano di riferimento X. Pertanto alla serpentina 2 si farà riferimento con il termine di serpentina planare.

Grazie all’assenza di saldature in corrispondenza dei gomiti che uniscono tra loro i tratti rettilinei delle spire la prima serpentina 2 è producibile con una bassa incidenza di costi di manodopera, per semplice piegatura da un tubo rettilineo ed è esente da fenomeni di corrosione dovuti a contatti tra metalli diversi ed agli apporti di leghe per saldatura.

La prima serpentina 2 è contenuta all’interno della seconda serpentina 6, distanziata dalle sue pareti a definire tra le due serpentine una intercapedine anulare 7. Nella prima serpentina 2 e nella intercapedine anulare 7 circolano separatamente i due fluidi soggetti a scambio termico, ad esempio un fluido frigorigeno e rispettivamente acqua prelevata daM’ambiente circostante (es. acqua di mare).

La seconda serpentina 6 in una sua prima forma di realizzazione è ottenuta accoppiando tra loro due semigusci 8, 9, stampati in materia plastica, quale polipropilene e simili, preferibilmente di conformazione speculare, in ciascuno dei quali è ricavata una impronta 10 che ripete l’andamento della prima serpentina 2 con un diametro maggiorato al fine di creare l’intercapedine 7. L’impronta 10 è depressa semicircolarmente rispetto ad un piano 11 , coincidente in opera con il piano X, in modo tale che, quando i semigusci 8 9 sono accoppiati l’uno sull’altro il piano 1 1 costituisca elemento di giunzione stagna tra i semigusci 8,9. L’unione è ottenuta mediante incollaggio, saldatura, costampaggio od altre tecniche in sé note nel settore dello stampaggio e della lavorazione delle materie plastiche. Anche questa seconda serpentina 6 è di tipo planare.

E’ previsto che l’unione tra i due semigusci 8, 9 sia almeno continua perimetralmente e preferibilmente sia estesa anche alle zone interposte tra le spire a definire un percorso tubolare totalmente stagno. La seconda serpentina 6 così ottenuta è altresì provvista di due raccordi, entrambi indicati con 12 per l’ingresso e rispettivamente l’uscita del fluido di scambio termico nonché di due aperture 13 attraverso le quali escono dalla seconda serpentina 6 i due elementi terminali 4,5 della prima serpentina. I raccordi 12 e le aperture 13 sono ricavati nell’esempio indicato per metà su ciascuno dei due semigusci 8,9. E’ altresì previsto che essi possano essere ricavati e/o riportati su di un semiguscio soltanto. Essi potranno assumere diverse configurazioni, secondo necessità o preferenza, ad esempio filettati, o dotati di portagomma od ancora a saldare.

Lo scambiatore 1 è ottenuto realizzando separatamente la prima serpentina 2 per piegatura da tubo, come detto in precedenza, ed i due semigusci 8 9 della seconda serpentina 6

In una variante dello scambiatore 1 la seconda serpentina è ottenuta per soffiaggio.

La prima serpentina 2 è realizzata come nella versione precedente. La seconda serpentina 6 è ottenuta per stampaggio in materia plastica a formare i due semigusci 8,9 e successivo assemblaggio in uno stampo per blow molding, in cui i due semigusci 8,9 sono assemblati solidarizzandoli perimetralmente ed in corrispondenza delle zone interposte tra le spire. Si procede quindi al soffiaggio della seconda serpentina fino ad ottenere le dimensioni volute definite dalle pareti interne dello stampo di assemblaggio.

In un’altra versione dell’invenzione, i due semigusci che formano la seconda serpentina sono realizzati in metallo, ad esempio mediante stampaggio ed imbutitura di un lamierato o pressofusione di leghe. In questo caso i due semigusci saranno saldati tra loro (per esempio con saldobrasatura in forno). Tale versione potrebbe essere interessante per fluidi ad alta pressione che percorrono la intercapedine tra prime e seconda serpentina.

In un’ulteriore realizzazione dell’invenzione, rappresentata in figura 1 1 , la prima serpentina 2 è realizzata con un fascio tubiero, ovvero più tubi 20 in parallelo facenti capo, alle rispettive estremità, ad un rispettivo collettore 21.

Il trovato è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo. Ad esempio la seconda serpentina potrà essere realizzata con resine termo plastiche o termo indurenti diverse, gli elementi terminali della prima serpentina potranno essere provvisti di raccordi per il collegamento in serie od in parallelo di più scambiatori, secondo le configurazioni desiderate.

Claims (16)

1. Rivendicazioni 1. Scambiatore di calore del tipo a tubo in tubo, particolarmente per liquidi corrosivi, includente una prima serpentina tubolare (2) le cui spire (3) sono contenute in una seconda serpentina tubolare (6) e caratterizzato dal fatto che detta seconda serpentina tubolare (6) è realizzata per unione di due semigusci (8,9) che congiuntamente definiscono il percorso tubolare di detta seconda serpentina (6) e che sono uniti a tenuta tra loro.
2. 2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 , in cui detti semigusci (8,9) sono stampati in materia plastica.
3. 3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 2, in cui la materia plastica è un polimero termoplastico quale polipropilene.
4. 4. Scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prima e seconda serpentina (2,6) sono essenzialmente planari.
5. 5. Scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti semigusci (8,9) sono incollati o saldati.
6. 6. Scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti semigusci (8,9) sono uniti perimetralmente
7. 7. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 6, in cui detti semigusci (8,9) sono uniti anche nelle zone interposte tra le spire (3) a definire un percorso tubolare a serpentina stagno.
8. 8. Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima serpentina (2) è realizzata in materiale metallico.
9. 9. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 8, in cui il materiale di detta prima serpentina (2) è scelto tra cuprionichel, titanio e le sue leghe, acciai inox e simili.
10. 10. Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti semigusci (8,9) di detta seconda serpentina (6) sono sostanzialmente speculari.
11. 11. Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti semigusci (8,9) di detta seconda serpentina (6) sono realizzati in metallo.
12. 12. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 11 , in cui i due semigusci (8,9) di detta seconda serpentina (6) sono realizzati mediante stampaggio ed imbutitura di un lamierato o pressofusione di leghe.
13. 13. Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima serpentina (2) è a fascio tubiero.
14. 14. Metodo per la realizzazione di uno scambiatore di calore del tipo a tubo in tubo per liquidi corrosivi comprendente la fase di predisporre una prima serpentina (2), predisporre due semigusci (8,9) congiuntamente definenti il percorso tubolare di una seconda serpentina (6) tale da contenere la prima serpentina (2) secondo una disposizione del tipo a tubo in tubo, unire detti semigusci (8,9) in modo stagno a delimitare la seconda serpentina (6) con la prima serpentina (2) contenuta nella seconda (6).
15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui detta seconda serpentina (6) è ottenuta per stampaggio in materia plastica dei due semigusci (8,9).
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui detta seconda serpentina (6) è ottenuta per stampaggio in materia plastica secondo la tecnica di blow molding.