CH655780A5

CH655780A5 - Apparatus for recovering the heat dispersed in the smoke and draft air in a stack

Info

Publication number: CH655780A5
Application number: CH188981A
Authority: CH
Inventors: Paolo Curti
Original assignee: Paolo Curti
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1986-05-15

Abstract

In order to recover the heat dispersed in the smoke and in the draft air in a stack, a heat pump is provided whose evaporator (8) is located in the path of the said smoke and the said draft air in the stack (7). The heat pump uses, as heat transfer medium, a substance having physical properties capable of promoting, in addition to evaporation, also the condensation of impurities contained in the smoke on the evaporator surface. The substance consists of Freon 12, commercially called dichlorodifluoromethane or chlorodifluoromethane. Apart from heat exchange in the evaporator (8), purification and drying of the smoke emitted by a boiler (6) is thus obtained at the same time. <IMAGE>

Description

La presente invenzione ha per oggetto un'apparecchiatura per il ricupero del calore disperso dai fumi e dall'aria di tiraggio in un camino. The present invention relates to an apparatus for recovering the heat dispersed by the fumes and the draft air in a chimney.

Sono note apparecchiature atte ad economizzare il calore disperso al camino, in particolare da una caldaia per impianto di riscaldamento. Più precisamente, in esse si tratta di preriscaldatori aventi il compito di sfruttare il calore dei fumi di combustione e ciò allo scopo di migliorare il rendimento globale dell'impianto stesso. Apparatuses are known for saving the heat dispersed at the chimney, in particular by a boiler for a heating system. More precisely, these are pre-heaters which have the task of exploiting the heat of the combustion fumes and this in order to improve the overall efficiency of the system itself.

Un tipo di apparecchiatura di ricupero di impiego industriale già noto comprende una pluralità di tubi disposti verticalmente lambiti dall'esterno dai fumi e percorsi internamente dall'acqua da preriscaldare. An already known type of recovery device for industrial use comprises a plurality of pipes arranged vertically lapped from the outside by the fumes and run internally by the water to be preheated.

Per la pulizia di detti tubi sono previste apposite apparecchiature o raschiatori. Special equipment or scrapers are provided for cleaning these pipes.

Un ulteriore tipo di apparecchiatura, nota per il ricupero del calore dei fumi in una caldaia per impianto di riscaldamento comprende un'involucro di forma cilindrica, con intercapedine percorsa dall'acqua da preriscaldare e disposto coassialmente al percorso dei fumi. A further type of apparatus, known for recovering the heat of the fumes in a boiler for a heating system, includes a cylindrical-shaped casing, with an interspace crossed by the water to be pre-heated and arranged coaxially with the fumes path.

Queste apparecchiature presentano Io svantaggio di un limitato rendimento, di un notevole ingombro e di essere periodicamente pulite. These apparatuses have the disadvantage of a limited efficiency, of a considerable size and of being periodically clean.

Sono altresì note pompe di calore, che sfruttano il salto termico fra due mezzi a temperature non molto diverse fra loro. Questi impianti sono essenzialmente costituiti da un evaporatore-compressore, che agisce su un fluido atto ad assorbire calore dall'ambiente esterno per riversarlo a temperatura più elevata, tenuto conto del lavoro di compressione nell'ambiente da riscaldare. Heat pumps are also known, which exploit the temperature difference between two means at temperatures that are not very different from each other. These systems essentially consist of an evaporator-compressor, which acts on a fluid capable of absorbing heat from the external environment to transfer it to a higher temperature, taking into account the compression work in the environment to be heated.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una apparecchiatura per il ricupero del calore, in particolare del calore disperso dai fumi e dall'aria di tiraggio in un camino, semplice e di elevato rendimento. The object of the present invention is to provide an apparatus for recovering heat, in particular the heat dispersed by the fumes and the draft air in a chimney, which is simple and highly efficient.

L'apparecchiatura è caratterizzata dal preambolo della rivendicazione 1 ed inoltre da ciò che essa comprende una pompa di calore il cui evaporatore è disposto sul percorso di detti fumi o di detta aria di tiraggio al camino. The apparatus is characterized by the preamble of claim 1 and furthermore by what it comprises a heat pump whose evaporator is disposed on the path of said fumes or of said air drawn to the chimney.

A maggior chiarimento, il disegno allegato rappresenta alcune preferite forme di apparecchiature secondo l'invenzione. Precisamente: For further clarification, the attached drawing represents some preferred forms of equipment according to the invention. Precisely:

fig. 1 mostra schematicamente il suo impiego per il ricupero di calore trasportato dai fumi di scarico all'uscita di una caldaia per impianto di riscaldamento; Fig. 1 schematically shows its use for the recovery of heat carried by the exhaust fumes at the outlet of a boiler for a heating system;

fig. 2 mostra schematicamente l'unità di evaporazione per il ricupero del calore dell'aria di tiraggio in un camino, con bruciatore disinserito. Fig. 2 schematically shows the evaporation unit for recovering the heat from the draft air in a chimney, with the burner off.

Con riferimento alle figure, l'unità di evaporazione A è costituita da un corpo formato da un mantello 1, con sezione trasversale rispettivamente circolare quadrata, esagonale o sagomata con lati disuguali, e che è munito di due fondi 2, 3. With reference to the figures, the evaporation unit A consists of a body formed by a mantle 1, with a circular cross section respectively square, hexagonal or shaped with unequal sides, and which is equipped with two bottoms 2, 3.

In ciascun fondo è ricavata un'imboccatura 4 per l'entrata dei fumi caldi provenienti dalla caldaia 6, rispettivamente un'imboccatura 5 di uscita al camino 7. Entro detto corpo previsto per essere montato con asse orizzontale verticale o inclinato è disposto almeno un primo serpentino 8 o evaporatore propriamente detto, per ottenere una notevole superficie di scambio fra il fluido circolante all'interno ed il fluido gassoso che lo lambisce esternamente. L'evaporatore 8 è disposto coassialmente rispetto alle imboccature 4, 5 e costituisce parte dell'impianto a pompa di calore secondo l'invenzione. Infatti, in fig. 1 è rappresentato un contenitore 9 per acqua da riscaldare, nel quale è disposto un secondo serpentino IO con funzione di scambiatore di calore. Le rispettive estremità dell'evaporatore 8 o rispettivamente dello scambiatore 9 sono rese comunicanti fra loro per mezzo dei condotti 11, 12, per la circolazione di un fluido costituito preferibilmente da diclorodifluorometano C CI2F2, fluido che è ben noto sotto il nome americano di Freon 12. Entro detto circuito sono inoltre inseriti un compressore 13 ed una valvola di espansione 14. In each bottom there is a mouth 4 for the entry of the hot fumes from the boiler 6, respectively an mouth 5 for the exit to the chimney 7. Within said body provided for being mounted with a vertical or inclined horizontal axis, at least a first coil 8 or evaporator proper, to obtain a considerable exchange surface between the circulating fluid inside and the gaseous fluid that laps it externally. The evaporator 8 is arranged coaxially with respect to the mouths 4, 5 and forms part of the heat pump system according to the invention. In fact, in fig. 1 shows a container 9 for water to be heated, in which a second coil IO is arranged as a heat exchanger. The respective ends of the evaporator 8 or respectively of the exchanger 9 are made communicating with each other by means of the ducts 11, 12, for the circulation of a fluid preferably consisting of dichlorodifluoromethane C CI2F2, a fluid which is well known under the American name of Freon 12 A compressor 13 and an expansion valve 14 are also inserted inside said circuit.

In esso sono inoltre previsti un vaso di espansione 15 e, fra questo e la valvola di espansione 14 una elettrovalvola 16. Quest'ultima elettrovalvola 16 ha lo scopo di far condensare il fluido circolante nelle tubazioni solo nella parte P-P del circuito, per ottenere un avviamento del compressore 13 in maniera ottimale anche nel caso di surriscaldamento del circuito di evaporazione 8. It also has an expansion vessel 15 and, between it and the expansion valve 14, a solenoid valve 16. The latter solenoid valve 16 has the purpose of condensing the circulating fluid in the pipes only in the PP part of the circuit, to obtain a compressor 13 starts optimally even in the event of overheating of the evaporation circuit 8.

Oltre alla proprietà di possedere una bassa tensione di vapore saturo, questo tipo di fluido non è infiammabile, è inodoro e non corrosivo, e presenta una temperatura di ebollizione, a pressione normale, di 29,8°C. Non è però escluso l'impiego di altri fluidi, in particolare di derivati del metano. In addition to the property of having a low saturated vapor pressure, this type of fluid is non-flammable, is odorless and non-corrosive, and has a boiling temperature, at normal pressure, of 29.8 ° C. However, the use of other fluids, in particular methane derivatives, is not excluded.

Seguendo ora il percorso del fluido a partire dalla valvola di espansione 14, il fluido nel percorso 12' si trova allo stato di vapore freddo e giunge entro il primo serpentino 8 o evaporatore per sottrarre una notevole quantità di calore ai fumi che lo lambiscono. Il fluido esce poi dallo stesso evaporatore allo stato di vapore caldo. By now following the path of the fluid starting from the expansion valve 14, the fluid in the path 12 'is in the state of cold vapor and reaches the first coil 8 or evaporator to remove a considerable amount of heat from the fumes that lick it. The fluid then exits the same evaporator in the hot vapor state.

Il fluido F12 che si trova ad una temperatura di poco superiore all'ambiente, richiede una pressione limitata per liquefarsi. Giunge poi, percorrendo la parte di condotte 11', al compressore 13 che ne aumenta la temperatura, per effetto del lavoro di compressione. Il fluido passa allo scambiatore 10, raffreddandosi. The F12 fluid which is at a temperature slightly above the environment requires limited pressure to liquefy. Then, along the part of pipes 11 ', it reaches compressor 13 which increases its temperature, due to the compression work. The fluid passes to the exchanger 10, cooling down.

Il rendimento termico si è dimostrato in pratica veramente Thermal efficiency has actually proven itself in practice

■ 5 ■ 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

4» 4 »

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

655 780 655 780

notevole e sensibilmente maggiore di quello degli impianti di ricupero di tipo noto. considerable and significantly greater than that of known recovery plants.

Comprovano ciò i risultati ottenuti con un'impianto sperimentale: This is demonstrated by the results obtained with an experimental implant:

temperatura dei gas all'uscita dalla caldaia 350°C gas temperature at the boiler outlet 350 ° C

temperatura dei gas all'uscita dell'evaporatore 90°C gas temperature at the evaporator outlet 90 ° C

temperatura del fluido all'entrata dello scambiatore 78°C sua temperatura all'uscita dello scambiatore 35°C fluid temperature at the inlet of the exchanger 78 ° C its temperature at the outlet of the exchanger 35 ° C

potenze del compressore 1,5HP compressor power 1,5 HP

massa di acqua riscaldata in 5 ore, da 10°C a 60°C 6001. mass of water heated in 5 hours, from 10 ° C to 60 ° C 6001.

È stata misurata una temperatura media dei gas uscenti di 40°C. An average temperature of the outgoing gases of 40 ° C was measured.

Contemporaneamente con la sottrazione di calore dai fumi si consegue una loro depurazione ed essiccazione impedendo una qualsiasi condensazione al camino. Infatti, all'uscita dal camino i gas di combustione oltre che presentarsi a temeratura bassa, sospinti dall'energia del bruciatore, risultano pressoché privi di impurità, il che, ai fini ecologici costituisce un ulteriore notevole vantaggio dell'invenzione. Simultaneously with the subtraction of heat from the fumes, they are purified and dried, preventing any condensation to the chimney. In fact, at the exit from the chimney the combustion gases as well as appearing at low temperatures, driven by the energy of the burner, are practically free of impurities, which, for ecological purposes, constitutes a further significant advantage of the invention.

L'apparecchiatura è inoltre prevista nel periodo estivo per sottrarre calore all'aria calda dall'ambiente naturale. The appliance is also provided in the summer to remove heat from the natural environment for warm air.

Precisamente, durante il periodo estrìvo, ossia quando il bruciatore è spento, l'apparecchiatura secondo l'invenzione è prevista per funzionare limitatamente, ad esempio al riscaldamento dell'acqua di uso domestico, con l'impiego del camino. 5 A tal fine, e con riferimento alla fig. 2, preferibilmente nello stesso condotto che collega la caldaia con l'unità di evaporazione A che è montata preferibilmente con asse verticale, è praticata un'apertura 17 alla quale è raccordabile un ulteriore condotto 18 provvisto di valvola a cerniera 19 e di ventilatore 20 io per l'apporto all'unità A di una quantità di aria, prelevata dal locale stesso o dall'esterno in cui si trova l'impianto. Specifically, during the extraction period, i.e. when the burner is off, the apparatus according to the invention is designed to operate limitedly, for example for heating domestic water, with the use of the chimney. 5 For this purpose, and with reference to fig. 2, preferably in the same duct that connects the boiler with the evaporation unit A which is preferably mounted with a vertical axis, there is an opening 17 to which a further duct 18 equipped with a flap valve 19 and a fan 20 io is connectable for the supply of a quantity of air to unit A, taken from the room itself or from outside where the system is located.

L'apparecchiatura ora descritta presenta infine il vantaggio di eliminare automaticamente quella parte della fuliggine in sospensione nei gas di combustione, che si deposita sulle pareti 15 del serpentino 8 dell'evaporatore. Questa operazione avviene durante il ciclo di riscaldamento. In queste condizioni, l'umidità esistente nell'aria si condensa sulla superficie del serpentino 8 con conseguente distacco e precipitazione, insieme alle goccioline di condensa, dell'impurità. Finally, the apparatus described above has the advantage of automatically eliminating that part of the soot suspended in the combustion gases, which is deposited on the walls 15 of the evaporator coil 8. This is done during the heating cycle. Under these conditions, the humidity existing in the air condenses on the surface of the coil 8 with consequent detachment and precipitation, together with the droplets of condensation, of the impurity.

20 Le unità di evaporazione sono pertanto provviste di un opportuno scarico 21 del liquido depositato. 20 The evaporation units are therefore provided with a suitable discharge 21 of the deposited liquid.

È chiaro che l'apparecchiatura ora descritta può funzionare, indipendentemente dal ricupero di calore e dal riscaldamento di acqua ed altri fluidi, quale purificatore di fumi. It is clear that the apparatus described above can function independently of heat recovery and heating of water and other fluids, as a smoke purifier.

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1 foglio disegni 1 sheet of drawings

Claims

655 780

1. Apparatus for the recovery of the heat dispersed by the fumes, and by the draft air, in a chimney, characterized by what it includes a heat pump whose evaporator is arranged along the path of said fumes or of said draft air to the chimney.

2. Apparatus according to claim 1, allowing to purify said fumes, characterized by what the heat pump uses as a heat transfer medium a substance having physical characteristics such as to favor condensation on the surface of the evaporator, placed in the path of the fumes , harmful products entrained by the fumes, purifying them and their automatic detachment from said exchanger at the beginning of each cycle.

2

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that said substance is constituted by Freon 12, that is by dichlordifluoromethane, respectively by chlordifluormethane.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the evaporator (8) is constituted by a body formed by a shell (1), provided with two bottoms (2, 3) provided with a mouth (4, 5), with inlet (4) of the hot fumes or respectively (5) of outlet of the fumes after transferring a quantity of heat to a first coil (8) of the evaporator enclosed within said body.

5. Apparatus according to claim 4, in which the fumes are produced by a burner of a boiler, characterized by the fact that an opening is made in the same duct that connects the boiler with the evaporator ( 17) for the supply of air to the evaporator for the removal of heat from the air itself.

Use of the apparatus according to claim 1, characterized in that the recovered heat is used for heating water.

7. Use of the appliance according to claim 1, to remove the heat from the air of the natural environment with the use of the chimney when the burner is off.

8. Use of the apparatus according to claim 1, to purify the fumes.