IT201600124035A1 - CELL HEATING DEVICE - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO DA RISCALDAMENTO A CELLA CELL HEATING DEVICE
La presente invenzione s'inquadra nel settore concernente il riscaldamento di ambienti, locali e vani in genere e si riferisce ad un dispositivo da riscaldamento a cella alimentata elettricamente, particolarmente adatto a riscaldare un fluido, ad esempio aria, che lo attraversa. The present invention falls within the sector concerning the heating of environments, rooms and rooms in general and refers to an electrically powered cell heating device, particularly suitable for heating a fluid, for example air, which passes through it.
Sono noti dispositivi dotati di mezzi di riscaldamento consistenti in resistenze elettriche destinate a riscaldare un flusso d’aria generato da una elettroventola del dispositivo stesso. Devices equipped with heating means consisting of electrical resistances intended to heat an air flow generated by an electric fan of the device itself are known.
Tali dispositivi noti presentano lo svantaggio di essere scarsamente efficienti. Such known devices have the disadvantage of being scarcely efficient.
Sono anche noti dispositivi dotati di scambiatori destinati a cedere il calore di acqua calda di un circuito di riscaldamento avente mezzi di riscaldamento elettrici od a combustione ad un flusso d’aria generato da una elettroventola del dispositivo stesso. Uno svantaggio di entrambi detti dispositivi noti consiste nel fatto che in caso di interruzione del flusso d’aria o di acqua, ad esempio causato da un blocco o guasto delle ventole o delle pompe che sostengono il flusso attraverso i rispettivi mezzi di riscaldamento, nonostante eventuali sistemi di controllo del flusso o della temperatura, possono continuare ad alimentare i mezzi di riscaldamento causando consumi inutili e possibili danneggiamenti o distruzione dei mezzi di riscaldamento con possibili cortocircuiti o perdite di combustibile. There are also known devices equipped with exchangers intended to transfer the heat of hot water from a heating circuit having electric or combustion heating means to an air flow generated by an electric fan of the device itself. A disadvantage of both said known devices consists in the fact that in the event of an interruption in the flow of air or water, for example caused by a blockage or failure of the fans or pumps that support the flow through the respective heating means, despite any flow or temperature control systems can continue to power the heating means, causing unnecessary consumption and possible damage or destruction of the heating means with possible short circuits or fuel leaks.
Uno altro svantaggio di detti primi dispositivi noti consiste nel fatto che appena le resistenze elettriche si spengono cessano completamente di riscaldare e risultano difficili da utilizzare quando è richiesta una precisa termostatazione di un ambiente anche quando vengono utilizzati complessi e costosi sistemi di controllo e di alimentazione indipendente di più resistenze elettriche. Another disadvantage of said first known devices consists in the fact that as soon as the electric resistances turn off they completely stop heating and are difficult to use when precise thermostating of an environment is required, even when complex and expensive control and independent power supply systems are used. more electrical resistors.
I secondi dispositivi noti sono dotati di una discreta inerzia termica e continuano a riscaldare l’aria per un certo limitato periodo anche se si interrompe l’alimentazione dell’acqua calda di riscaldamento. Questi secondi dispositivi noti presentano lo svantaggio di essere complessi e costosi e di richiedere sia l’allacciamento alla rete elettrica sia all’impianto di generazione dell’acqua calda da riscaldamento richiedendo costose opere di installazione ed onerose attività di manutenzione. The second known devices are equipped with a discrete thermal inertia and continue to heat the air for a certain limited period even if the supply of the heating hot water is interrupted. These second known devices have the disadvantage of being complex and expensive and of requiring both connection to the electricity grid and to the heating hot water generation system, requiring expensive installation works and costly maintenance activities.
Altro svantaggio consiste nelle elevate perdite di calore e nella bassa efficienza di questi ultimi dispositivi noti. Another disadvantage consists in the high heat losses and in the low efficiency of the latter known devices.
Un ulteriore svantaggio di questi ultimi dispositivi noti quando montati nella parte alta dei locali consiste nel fatto che l’elevato numero di giunzioni e connessioni dei tubi di alimentazione dell’acqua calda causa un rischio non trascurabile di perdite e gocciolamenti anche nelle porzioni centrali dei rispettivi locali impedendone l’uso in luoghi adibiti ad immagazzinamento e/o lavorazione di materiali e prodotti deperibili a seguito del contatto con l’acqua o con la miscela acquosa utilizzata nell’impianto. Uno scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo da riscaldamento a cella intrinsecamente sicuro in quanto in grado di cessare il consumo elettrico di riscaldamento, e conseguentemente il riscaldamento, non appena il rispettivo liquido vettore viene drenato o comunque viene a mancare. A further disadvantage of the latter known devices when mounted in the upper part of the premises consists in the fact that the high number of junctions and connections of the hot water supply pipes causes a not negligible risk of leaks and dripping even in the central portions of the respective premises preventing their use in places used for storage and / or processing of perishable materials and products following contact with water or with the aqueous mixture used in the system. An object of the present invention is to propose an intrinsically safe cell-based heating device since it is capable of ceasing the electrical consumption of heating, and consequently the heating, as soon as the respective carrier liquid is drained or in any case fails.
Ulteriore scopo è di proporre un dispositivo dotato di una efficienza elevata, superiore a quella di detti dispositivi noti. A further object is to propose a device having a high efficiency, higher than that of said known devices.
Altro scopo è di proporre un dispositivo dotato di una potenza specifica superiore a quella di detti dispositivi noti. Another object is to propose a device having a specific power higher than that of said known devices.
Ulteriore scopo è di proporre un dispositivo che richieda esclusivamente l’alimentazione elettrica e che non provochi sensibili sfasamenti tra tensione e corrente. A further purpose is to propose a device that requires only the power supply and that does not cause significant phase differences between voltage and current.
Altro scopo è di proporre un dispositivo che può essere configurato per essere leggero semplice ed economico ed adatto pressoché ad ogni tipo di installazione anche di emergenza o in situazioni di aiuto alla popolazione. Another object is to propose a device which can be configured to be light, simple and economical and suitable for almost any type of installation, including emergency or in aid situations for the population.
Ulteriore scopo è di proporre un dispositivo che può essere configurato per avere una elevata inerzia termica e che nel contempo sia efficiente e pressoché esente dal rischio di perdite di liquidi. A further object is to propose a device which can be configured to have a high thermal inertia and which at the same time is efficient and practically free from the risk of liquid leaks.
Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali: The characteristics of the invention are highlighted below with particular reference to the accompanying drawings in which:
- la figura 1 illustra una vista schematica del dispositivo da riscaldamento a cella oggetto della presente invenzione; Figure 1 illustrates a schematic view of the cell heating device object of the present invention;
- la figura 2 illustra una vista schematica ingrandita e sezionata da un piano longitudinale di un mezzo a cella di figura 1 e percorso da un flusso di un liquido vettore; Figure 2 illustrates an enlarged schematic view sectioned from a longitudinal plane of a cell means of Figure 1 and traversed by a flow of a vector liquid;
- la figura 3 illustra una vista in sezione trasversale del mezzo a cella di figura 2. Con riferimento alle figure da 1 a 3, con 1 viene indicato il dispositivo da riscaldamento a cella oggetto della presente invenzione. Figure 3 illustrates a cross-sectional view of the cell means of Figure 2. With reference to Figures 1 to 3, 1 indicates the cell heating device object of the present invention.
Tale dispositivo 1 comprende almeno: This device 1 comprises at least:
- un circuito 3 ad anello per un liquido circolante indicato con il termine liquido vettore L; - a loop circuit 3 for a circulating liquid indicated with the term carrier liquid L;
- mezzi di riscaldamento del liquido vettore L; - means for heating the vector liquid L;
- mezzi a pompa 5 elettrici per la circolazione del liquido vettore L; - electric pump means 5 for circulating the vector liquid L;
- un mezzo scambiatore 7 destinato a cedere parte del calore del liquido vettore L ad un fluido da riscaldare A - an exchanger means 7 intended to transfer part of the heat of the vector liquid L to a fluid to be heated A
- mezzi di controllo ed azionamento 25 dei mezzi ad azionamento elettrico del dispositivo; - means 25 for controlling and actuating the electrically actuated means of the device;
- un vaso di espansione 31 collegato in derivazione al circuito 3 per consentire al liquido vettore L di espandersi e contrarsi senza causare sensibili variazioni di pressione. - an expansion vessel 31 connected in derivation to the circuit 3 to allow the vector liquid L to expand and contract without causing significant pressure variations.
I mezzi di riscaldamento consistono in almeno un mezzo a cella 9 alimentato elettricamente con tensione alternata ad almeno una fase ed un eventuale neutro e/o terra ove ciascuna fase ed eventuale neutro o terra costituisce un polo. The heating means consist of at least one cell means 9 electrically supplied with alternating voltage to at least one phase and a possible neutral and / or earth where each phase and any neutral or earth constitutes a pole.
Detto mezzo a cella 9 comprende un mezzo contenitore 10 la cui cavità fa parte, almeno parzialmente, del circuito 3 e viene percorsa dal flusso del fluido vettore L. La cavità del mezzo contenitore 10 del mezzo a cella 9 è provvista di un ingresso 11 ed una uscita 12 per il flusso del liquido vettore L attraverso la cavità stessa. Said cell means 9 comprises a container means 10 whose cavity forms part, at least partially, of the circuit 3 and is traversed by the flow of the vector fluid L. The cavity of the container means 10 of the cell means 9 is provided with an inlet 11 and an outlet 12 for the flow of the vector liquid L through the cavity itself.
In tale cavità del mezzo contenitore 10 è disposto, per ciascun polo, almeno un mezzo ad elettrodo 15 in materiale conduttore elettrico ed elettricamente collegato al corrispondente polo e lambito dal flusso di liquido vettore L avente pH diverso da 7. Ad esempio, in caso di alimentazione trifase a triangolo, il mezzo contenitore 10 può contenere tre elettrodi ciascuno collegato ad una rispettiva fase. Tali elettrodi possono essere angolarmente disposti a 120°. In this cavity of the container means 10 there is disposed, for each pole, at least one electrode means 15 made of electrically conductive material and electrically connected to the corresponding pole and lapped by the flow of vector liquid L having a pH different from 7. For example, in the case of three-phase delta power supply, the container means 10 can contain three electrodes each connected to a respective phase. These electrodes can be angularly disposed at 120 °.
Preferibilmente il mezzo contenitore 10 e la rispettiva cavità sono di forma cilindrica allungata. Il mezzo contenitore 10 può essere realizzato in materiale sintetico, ad esempio plastica o resina anche rinforzati con fibre. Preferably, the container means 10 and the respective cavity are of an elongated cylindrical shape. The container means 10 can be made of synthetic material, for example plastic or resin also reinforced with fibers.
Il mezzo contenitore 10 comprende un elemento tubolare 17, ad esempio in materiale plastico o resina anche rinforzati con cariche fibrose. Tale elemento tubolare 17 attraversa il mezzo contenitore 10 ed è disposto assialmente in detta cavità. Le estremità dell’elemento tubolare 17 sporgono dalle estremità del mezzo contenitore 10 e sono collegate al circuito 3. Detti ingresso 11 ed uscita 12 sono ricavati in corrispondenza di una rispettiva porzione della parete laterale dell’elemento tubolare 17 interna a detta cavità del mezzo contenitore 10 e prossima alle estremità del mezzo contenitore 10 stesso. The container means 10 comprises a tubular element 17, for example made of plastic or resin material also reinforced with fibrous fillers. This tubular element 17 passes through the container means 10 and is axially arranged in said cavity. The ends of the tubular element 17 protrude from the ends of the container means 10 and are connected to the circuit 3. Said inlet 11 and outlet 12 are formed in correspondence with a respective portion of the side wall of the tubular element 17 inside said cavity of the container means 10 and close to the ends of the container means 10 itself.
La porzione dell’elemento tubolare 17 interna alla cavità e compresa tra l’ingresso 11 ed uscita 12 reca un mezzo a setto 19 fisso e destinato a bloccare il flusso di liquido vettore oppure di tipo a valvola, ad esempio una valvola a farfalla od a saracinesca, azionabile per bloccare o regolare il flusso di liquido vettore L lungo l’elemento tubolare 17. The portion of the tubular element 17 inside the cavity and between the inlet 11 and the outlet 12 has a fixed septum means 19 designed to block the flow of vector liquid or of the valve type, for example a butterfly valve or a gate valve, which can be operated to block or regulate the flow of vector liquid L along the tubular element 17.
Detti ingresso 11 ed uscita 12 consistono in rispettive aperture, con proiezione ortogonale in piano di forma circolare, ricavate in rispettive porzioni rivolte in direzioni contrapposte della parete laterale dell’elemento tubolare 17 per fare in modo che tutto il flusso del liquido vettore lambisca gli elettrodi. In alternativa detti ingresso 11 ed uscita 12 possono consistere in rispettive pluralità di aperture preferibilmente disposte ad anello ricavate nella parete laterale dell’elemento tubolare 17. Said inlet 11 and outlet 12 consist of respective openings, with orthogonal projection on a circular plane, obtained in respective portions facing opposite directions of the side wall of the tubular element 17 to ensure that all the flow of the vector liquid laps the electrodes . Alternatively, said inlet 11 and outlet 12 may consist of respective pluralities of openings preferably arranged in a ring formed in the side wall of the tubular element 17.
In alternativa l’invenzione precede che detti ingresso 11 ed uscita 12 siano ricavati direttamente nelle estremità del mezzo contenitore. Alternatively, the invention precedes that said inlet 11 and outlet 12 are obtained directly in the ends of the container means.
Ciascun mezzo ad elettrodo 15 consiste in un elemento piastriforme o lastriforme allungato, rettilineo e piano od incurvato a settore longitudinale cilindrico. Each electrode means 15 consists of an elongated, straight and flat or curved plate-like or plate-like element with a cylindrical longitudinal sector.
Preferibilmente ciascun mezzo ad elettrodo 15 è parallelo all’asse longitudinale del mezzo contenitore 10 ed è distanziato dagli altri mezzi ad elettrodo 15 e da altri elementi conduttori del mezzo contenitore 10. Preferibilmente ed anche per aumentarne la superficie esposta al liquido, ciascun mezzo ad elettrodo 15 è distanziato dalla parete interna del mezzo contenitore 10 e dall’elemento tubolare 17. Preferably each electrode means 15 is parallel to the longitudinal axis of the container means 10 and is spaced from the other electrode means 15 and from other conducting elements of the container means 10. Preferably and also to increase the surface exposed to the liquid, each electrode means 15 is spaced from the inner wall of the container means 10 and from the tubular element 17.
In alternativa, ciascun mezzo ad elettrodo 15 può consistere in un elemento lastriforme o filiforme allungato ed a forma di segmento di elicoide per allungare il percorso del flusso del liquido vettore e per aumentare la superficie di contatto tra quest’ultimo liquido e l’elettrodo. Alternatively, each electrode means 15 can consist of an elongated sheet-like or filiform element in the shape of a helicoid segment to lengthen the flow path of the vector liquid and to increase the contact surface between the latter liquid and the electrode.
L’invenzione prevede inoltre che uno tra l’elemento tubolare 17 e la parete interna del mezzo contenitore 10 o loro porzioni od inserti, siano in materiale conduttore elettrico, ad esempio lo stesso materiale metallico degli elettrodi; in tal modo l’elemento tubolare 17 o la parete interna del mezzo contenitore 10 o loro parti possono fungere da elettrodo ad esempio per il neutro o la terra. A titolo esemplificativo ed in caso di alimentazione trifase a stella il neutro può essere collegato all’elemento tubolare 17 od alla parete interna del mezzo contenitore 10 od a loro elementi conduttori mentre le tre fasi saranno collegate a rispettivi elttrodi. Il mezzo scambiatore 7 di calore presenta un primo condotto facente parte del circuito 3 e destinato al flusso del liquido vettore e presenta un secondo condotto per il fluido da riscaldare ove preferibilmente tale fluido consiste in aria addotta attraverso il secondo condotto da un mezzo ventilatore 23, ad azionamento elettrico, del mezzo scambiatore 7. In alternativa, ad esempio per la produzione di acqua sanitaria, il secondo condotto consisterà in una serpentina per l’acqua sanitaria da riscaldare. The invention also provides that one of the tubular element 17 and the inner wall of the container means 10 or their portions or inserts, are made of electrical conductive material, for example the same metal material as the electrodes; in this way the tubular element 17 or the inner wall of the container means 10 or parts thereof can act as an electrode for example for the neutral or earth. By way of example and in the case of a three-phase star power supply, the neutral can be connected to the tubular element 17 or to the internal wall of the container means 10 or to their conducting elements while the three phases will be connected to respective electrodes. The heat exchanger means 7 has a first duct forming part of the circuit 3 and intended for the flow of the carrier liquid and has a second duct for the fluid to be heated where preferably this fluid consists of air fed through the second duct by a fan means 23, electrically operated, of the exchanger means 7. Alternatively, for example for the production of sanitary water, the second duct will consist of a coil for the sanitary water to be heated.
I mezzi di controllo ed azionamento 25 del dispositivo, sono dotati di triac e/o inverter o simili mezzi di alimentazione elettrica controllati da microprocessori programmabili. I mezzi di controllo ed azionamento 25 sono alimentati da detta tensione alternata e possono essere collegati ad un insieme di sensori 29 di parametri di funzionamento del dispositivo, ad esempio della temperatura dell’aria in uscita dallo scambiatore, della corrente assorbita mezzo a cella 9, della temperatura e portata del liquido attraverso la cavità del mezzo a contenitore, etc., che forniscono ai mezzi di controllo ed azionamento 25 dati attinenti a detti parametri. The control and actuation means 25 of the device are equipped with triacs and / or inverters or similar electrical power supply means controlled by programmable microprocessors. The control and actuation means 25 are powered by said alternating voltage and can be connected to a set of sensors 29 for operating parameters of the device, for example of the temperature of the air leaving the exchanger, of the current absorbed by the cell 9, the temperature and flow rate of the liquid through the cavity of the container means, etc., which supply the control and actuation means 25 with data relating to said parameters.
Detti mezzi di alimentazione elettrica dei mezzi di controllo ed azionamento 25 sono destinati ad alimentare ciascun mezzo ad elettrodo 15, i mezzi a pompa 5 ed il mezzo ventilatore 23.I mezzi di controllo ed azionamento 25 controllano l’azionamento e l’operatività di almeno uno tra mezzi ad elettrodo 15, mezzi a pompa 5, mezzo ventilatore 23 ed eventuale mezzo a setto 19 di tipo a valvola, tramite algoritmi di controllo dei mezzi di controllo ed azionamento 25 stessi ed eventualmente sulla base dei valori dei parametri di funzionamento forniti dai sensori 29. Said electrical power supply means of the control and actuation means 25 are intended to feed each electrode means 15, the pump means 5 and the fan means 23. The control and actuation means 25 control the actuation and operation of at least one of electrode means 15, pump means 5, fan means 23 and optional septum means 19 of the valve type, by means of control algorithms of the control and actuation means 25 themselves and possibly on the basis of the values of the operating parameters provided by sensors 29.
Il liquido vettore L consiste in una soluzione elettrolitica, preferibilmente in una soluzione di Idrossido di sodio NaOH; numero CAS 1310-73-2 in acqua distillata. La quantità di Idrossido di sodio nella soluzione è compresa tra 100 e 500 ppm, preferibilmente circa 200 ppm. The carrier liquid L consists of an electrolytic solution, preferably in a solution of sodium hydroxide NaOH; CAS number 1310-73-2 in distilled water. The amount of sodium hydroxide in the solution ranges from 100 to 500 ppm, preferably about 200 ppm.
Inoltre il liquido vettore L può eventualmente comprendere glicole. Furthermore, the carrier liquid L may optionally comprise glycol.
L’operatività del dispositivo prevede che il liquido vettore si riscaldi attraversando il mezzo a cella 9 e che attraversando il mezzo scambiatore 7 ceda calore all’aria da riscaldare A. The operation of the device requires that the carrier liquid heats up by passing through the cell medium 9 and that, by passing through the exchanger medium 7, it releases heat to the air to be heated A.
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| FR3108165B1 (en) * | 2020-03-13 | 2022-06-03 | Ruptura | ION BOILER |
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| WO2006108198A1 (en) * | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Hans-Peter Bierbaumer | Heat generator |
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2016
- 2016-12-06 IT IT102016000124035A patent/IT201600124035A1/en unknown
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2017
- 2017-12-01 EP EP17204985.0A patent/EP3333500B1/en active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3333500A1 (en) | 2018-06-13 |
| EP3333500B1 (en) | 2020-03-11 |
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