Scambiatore di calore a recupero per fluidi gassosi in generale, in particolare riscaldatori di un comburente per caldaia a vapore di impianti marini e terrestri a tenuta (DE)

Titolo

Scambiatore di calore a recupero per fluidi gassosi in generale, in particolare riscaldatori di un comburente per caldaia a vapore di impianti marini e terrestri a tenuta (DE)

Tipologia

Fascicolo

Descrizione

Titolo originale: "Warmetauscher"

Corrispondenza tra Ansaldo (dott. Ignazio Migliore, avv. Aldo Salvadè, avv. Rita Moretto) e Ufficio Professionale della Proprietà Intellettuale Vettor Galletti.

Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Meccanico Nucleare Spa
Inventore: Carlo Bo
Riassunto: Uno scambiatore da calore rigenerativo del tipo usato per riscaldare l’aria per caldaia mediante il riscaldamento di prodotti gassosi combinati comprende un involucro fisso cilindrico, diviso da pareti radiali piatte in una pluralità di scomparti simili.
Il materiale rigenerante occupa la parte centrale dei vani lasciando gli spazi di distribuzione alle estremità opposte.
L’involucro cilindrico è disposto tra due raccordi per tubi concentrici fissi all’estremità opposta dell’involucro per l’alimentazione, il trasporto e lo scarico dell’aria e dei prodotti della combustione.
La distribuzione del gas e dell’aria nei vari scomparti, contenenti il materiale rigenerativo, è effettuata da piastre piane circolari disposte alle estremità opposte dell’involucro cilindrico e dei raccordi delle tubazioni.
Ciascuna piastra presenta almeno un’apertura per ciascuno dei fluidi gassosi, disposta affacciata al rispettivo raccordo di tubazione.
Le piastre sono supportate in modo girevole e sono azionate in sincronismo tra loro.
Mezzi di tenuta sono previsti tra le piastre, l’involucro cilindrico e la connessione del tubo.

Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Questa invenzione riguarda scambiatori di calore per il recupero termico tra il prodotto della combustione e l’aria comburente per caldaie a vapore in impianti di propulsione navale o termoelettrici terrestri, mediante accumulo ciclico e cessione di calore da parte di un materiale idoneo.

Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Sono ben noti ed utilizzati due tipi di scambiatori di calore, con soluzioni tecniche e costruttive opposte:
a) un tipo comprendente parti rotanti consistenti in un cilindro contenente materiale termicamente attivo in forma laminare o cellulare; detto cilindro deve essere attraversato assialmente dallo scambiatore di calore ed ha un asse di rotazione orizzontale o verticale, mentre tutte le altre parti, comprendenti i tubi di distribuzione e di raccolta del fluido, i tubi di alimentazione di detto fluido ai condotti di collegamento esterni nonché gli involucri, il telaio e simili sono stazionari;
b) un altro tipo comprendente parti rotanti, costituite da tubi interni di distribuzione, raccolta e trasporto con asse di rotazione orizzontale o verticale, mentre tutte le altre parti, dal cilindro contenente un materiale attivo, all’involucro e al telaio, sono fisse.
I requisiti, le difficoltà, le prestazioni di ciascuno di detti tipi di scambiatore sono ben note come pure i vantaggi.
I problemi del tipo a) riguardano la rigidità e l’equilibratura del cilindro contenente il materiale attivo, il notevole peso del cilindro stesso e degli organi meccanici che forniscono il moto rotatorio.
Il tipo (b) ha dei tubi rotanti interni per la distribuzione, il trasporto e la raccolta dei fluidi con dimensioni estremamente sfavorevoli.

Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Lo scambiatore di calore oggetto della presente invenzione consente di separare in due parti gli elementi mobili interni, che sono necessariamente tridimensionali:
• una prima parte praticamente bidimensionale a dischi piani (o leggermente ricurvi), avente un asse preferibilmente verticale, avente un moto rotatorio ridotto e provvista di aperture distribuite in modo simmetrico secondo una distribuzione geometrica particolare, finalizzata a distribuire ed a raccogliere progressivamente i fluidi;
• una seconda parte stazionaria tridimensionale nella forma geometricamente più semplice per il trasporto interno dei fluidi.
La parte rotante è costituita da due dischi erogatori e raccoglitori di fluido, disposti specularmente, statisticamente equilibrati e di massa ridotta e di peso ridotto.
I dischi sopraccitati sono guidati da un perno centrale e portati da una corona di rulli periferici, sono azionati da un motoriduttore esterno con pignone impregnante una loro cremagliera perimetrale, sono liberamente espandibili e non soggetti a deformazioni pericolose per le tenute fluide e il funzionamento meccanico e, infine, garantiscono una prestazione sicura e duratura con una manutenzione semplice e limitata.
Non ci sono problemi nella scelta del tipo e della qualità del materiale attivo di scambio termico in quanto quest’ultimo è alloggiato nella parte stazionaria.
Date le sue qualità e la sua struttura lo scambiatore di calore secondo la presente invenzione è particolarmente adatto sia per impianti di propulsione marina, sia per impianti termoelettrici terrestri.

Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione uno scambiatore di calore del tipo utilizzabile nel riscaldamento dell’aria per caldaia mediante il calore dei prodotti gassosi della combustione ed operante per accumulo ciclico e trasferimento di calore mediante un materiale rigenerativo.
Lo scambiatore di calore comprende quanto segue:
• un involucro cilindrico fisso;
• pareti piane mediane, che suddividono detto involucro cilindrico in una pluralità di vani uguali;
• materiale rigenerativo che occupa porzioni centrali dei vani con spazi di distribuzione alle estremità opposte di ciascun vano;
• due raccordi stazionari di tubi concentrici in corrispondenza di ciascuna delle estremità opposte dell’involucro cilindrico per l’ingresso, il trasporto e lo scarico separati dell’aria e dei prodotti della combustione;
• mezzi a valvola comprendenti due piastre di distribuzione circolari, montate in modo girevole alle estremità opposte dell’involucro cilindrico, tra l’involucro e l’estremità del tubo di collegamento.
Ciascuna piastra presenta almeno un’apertura per i prodotti della combustione e un’apertura per l’aria. Ogni apertura è disposta nella zona anulare ed è rivolta verso il rispettivo raccordo di tubazione.
Lo scambiatore di calore comprende inoltre mezzi di tenuta tra l’involucro cilindrico, le piastre e le connessioni delle tubazioni e mezzi per ruotare in sincronismo tra loro le due piastre sopraccitate.
Le piastre piane circolari girevoli hanno entrambe una parete doppia circolare e nervata all’interno per fornire una struttura cellulare.
I mezzi di tenuta comprendono strisce elastiche di tenuta sporgenti dai bordi di estremità delle pareti piane mediane alle estremità opposte dell’involucro cilindrico, in modo da scorrere con le facce interne delle piastre piane girevoli.

Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo una forma di realizzazione preferita, lo scambiatore comprende quanto segue:
• un corpo intermedio cilindrico fisso e provvisto di appoggi;
• una porzione superiore e una inferiore;
• due dischi rotanti di distribuzione;
• guarnizioni (sigilli) tra i dischi di distribuzione e le parti fisse;
• apparecchi di soffiatura e di lavaggio.
Il corpo cilindrico è fisso ed è costituito da due involucri cilindrici concentrici ad asse verticale; tra i due involucri suddetti è posto un materiale che, in un primo tempo, riceve calore dai fumi e, successivamente trasferisce detto calore all’aria che brucia.
Il materiale che riceve e cede calore può essere di lamiera grecata, ceramico, refrattario e simili ed è distribuito all’interno del corpo cilindrico ma non alle sue estremità.
Tra i due involucri cilindrici sono disposti radialmente diaframmi piani, i cui piani d’appoggio coincidono con l’asse del corpo cilindrico.
I diaframmi sopraccitati terminano alle estremità del corpo cilindrico suddetto e ciascuno di essi presenta una striscia radiale di tenuta, che lambisce, con il lato radiale, il piano orizzontale del disco di distribuzione.
L’involucro cilindrico esterno e quello interno hanno alle loro estremità guarnizioni cilindriche, che “spazzolano” le superfici cilindriche sporgenti del disco; pertanto, alle due estremità del corpo cilindrico, tra i due involucri cilindrici, sono presenti una pluralità di camere di distribuzione e raccolta; il numero di tali camere è uguale a quello dei diaframmi.
Un blocco a rulli con cuscinetto a corona è previsto nella porzione superiore esterna dell’involucro cilindrico. Il blocco a rulli ed i rulli relativi sono uguali ed intercambiabili tra loro e con quelli disposti sulle sedi d’appoggio.
L’asse dei rulli è radiale e normale agli assi del corpo cilindrico e la superficie dei rulli è curva.
I rulli disposti sulla corona supportano il disco distributore superiore mentre i rulli disposti sulle sedi di supporto supportano il disco distributore inferiore.
Il peso del materiale che riceve e fornisce calore è sostenuto dai due corpi cilindrici e dai diaframmi.
L’intero corpo cilindrico è sostenuto dal supporto presente nelle sedi per il supporto; queste ultime sono fissate sulle strutture metalliche della nave o dell’impianto a terra.
Un contatto strisciante può essere previsto tra i piedini d’appoggio e la sede, al fine di consentire un’espansione regolare del corpo cilindrico, a tal fine, le corone e tutte le nervature circonferenziali esistenti dell’involucro esterno possono presentare tagli radiali.
All’interno del corpo cilindrico, alle sue due estremità, sono presenti due alloggiamenti che contengono due perni di guida per i due dischi distributori.
Il corpo cilindrico può essere costituito, per ragioni costruttive, da più porzioni, che sono successivamente assemblate tramite saldatura; effettuata quest’ultima, è eseguita una ricottura; pertanto, le operazioni meccaniche necessarie sono le seguenti:
• foratura degli alloggiamento posti alle due estremità del corpo cilindrico interno, in modo da fissare i perni di guida ai due dischi di distribuzione;
• livellamento dei supporti superiori e di quelli inferiori, disposti al di fuori dell’involucro cilindrico e dei supporti di alimentazione dei metalli gassosi;
• realizzazione dei fori in modo da fissare le sezioni con le guarnizioni,
• livellamento e foratura al fine di fissare il motoriduttore.
Il corpo cilindrico in accordo con l’esempio descritto funzione come segue.
L’aria fredda entra dall’alto verso l’esterno ed esce dal basso verso l’interno.
I perni entrano dal basso all’esterno ed escono dall’alto all’interno.
Due diaframmi adiacenti e due archi cilindrici dell’involucro, uno interno e l’altro esterno, formano un condotto a tenuta per il fluido gassoso. Il centro del condotto, come già detto, è riempito con un materiale che assorbe e cede calore mentre, alle due estremità, vi sonio le camere di distribuzione; pertanto, ogni condotto è attraversato prima dai flussi dal fondo esterno alla cima interna e, successivamente, dall’aria dalla cima esterna al fondo interno; le perdite sono così indipendenti dalla direzione di passaggio (ascendente o discendente).
L’operazione descritta sopra può essere invertita.
La parte superiore e la parte inferiore dello scambiatore hanno la funzione di trasportare e di raccogliere i fluidi; i loro rendimenti sono uguali.

Vantaggi:
I dischi per la distribuzione del gas e dell’aria sono liberamente espandibili e non soggetti a deformazioni pericolose; pertanto hanno ottime prestazioni, sono sicuri e, inoltre, hanno una manutenzione limitata e semplice

Data testuale

1986 luglio 1 - 1987 luglio 21

Estremi cronologici

July 1, 1986 – July 21, 1987

Consistenza

cc. 9

Stato di conservazione

Ottimo

Soggetto produttore

Identificativo

BRA.000054

Collocazione

Deposito 420

Note

La domanda di brevetto italiana (IT19690007079) del 31 maggio 1969 era stata estesa nell’ex Germania Ovest e negli U.S.A.

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