IT201700018877A1

IT201700018877A1 - Forno pirolitico a camere separate e apparecchio per la produzione combinata di energia elettrica e acqua calda domestica comprendente detto forno pirolitico

Info

Publication number: IT201700018877A1
Application number: IT102017000018877A
Authority: IT
Inventors: Flaminio Giacomo Luraghi
Original assignee: Pyro&Tech Srls
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-20
Also published as: EP3583193B1; EP3583193A1; US20200048559A1; RU2019125586A; WO2018149736A1; CA3053606A1; RU2019125586A3

Description

Forno pirolitico a camere separate e apparecchio per la produzione combinata di energia elettrica e acqua calda domestica comprendente detto forno pirolitico

[0001]. La presente invenzione è diretta ad un forno pirolitico a camere separate forno pirolitico a camere separate e al suo utilizzo nella produzione combinata di acqua calda domestica ed energia elettrica. In particolare, la presente invenzione si rivolge ad un forno pirolitico a camera separate alimentato da un combustibile organico naturale (per esempio pellet, cippato, gusci di nocciole, segatura, biomasse).

[0002]. Le stufe a pellet stanno diventando sempre più diffuse a causa del basso costo del combustibile in confronto al metano o al gasolio. È anche noto l’utilizzo di un combustibile organico naturale come sopra definito per la produzione di gas di sintesi. Tuttavia questi processi non trovano una applicazione pratica a livello domestico a causa dell’ingombro elevato rappresentato dalla sezione di filtrazione del gas di sintesi, poiché nei processi convenzionali, il gas contiene generalmente residui della combustione (ceneri). L’abbattimento di queste ceneri non solo rende l’impianto ingombrante, ma richiede anche una notevole manutenzione rendendo questo tipo di impianti non idonei ad un uso domestico.

[0003]. È stato sorprendentemente scoperto che è possibile rendere la produzione di gas di sintesi particolarmente vantaggiosa grazie all’utilizzo di un forno di pirolisi a due camere. In una prima camera il combustibile organico viene scaldato in assenza di quantità significative di ossigeno ad una temperatura che produca la pirolisi del combustibile stesso. Una volta pirolizzato il combustibile passa in una seconda camera di combustione dove, in presenza di aria, avviene la combustione completa del combustibile. Il calore generato nella seconda camera serve quindi in parte per pirolizzare il combustibile ed in parte per scaldare l’acqua sanitaria.

[0004]. La figura 1 mostra uno schema del reattore a due camera secondo l’invenzione. Il combustibile (per esempio cippato) viene alimentato tramite una coclea (10) che si trova all’interno della seconda camera di combustione (20), in cui il cippato viene mosso in avanti dalla coclea (10) e durante il movimento in avanti si scalda grazie alla combustione che avviene nella seconda camera (20). Il riscaldamento del cippato ad una temperatura adeguata produce la pirolisi del cippato stesso.

[0005]. Al termine della coclea (10), si trova una valvola a stella (11) che consente il passaggio del cippato pirolizzato dalla prima camera (10) alla seconda camera (20). Qui il cippato viene bruciato in presenza di un flusso d’aria (12) sufficiente a produrre una combustione completa del cippato, senza però lasciare una quantità di ossigeno nei fumi di scarico che possa innescare la combustione del cippato nella prima camera. Infatti, per evitare che si generi una depressione eccessiva in prossimità della valvola a stella (11), si introducono nella coclea in prossimità della valvola a stella una parte dei fumi di combustione attraverso il tubo (60). Quindi, è importante che i fumi di scarico contengano una quantità di ossigeno al di sotto della soglia di combustione del combustibile.

[0006]. Quindi, in un modo di realizzazione preferito, nella seconda camera di combustione (20) viene posizionata una sonda lambda per la determinazione della quantità di ossigeno presente nei fumi di combustione.

[0007]. Nel tubo (60) che porta una parte dei fumi di combustione alla parte terminale della coclea (10), può essere opzionalmente presente un filtro per abbattere eventuali ceneri presenti nei fumi di combustione.

[0008]. In un modo preferito di realizzazione, in cui il forno pirolitico è utilizzato in una casa o appartamento per la produzione di energia elettrica e per la produzione di acqua calda sanitaria, il gas di sintesi ottenuto dalla pirolisi viene aspirato tramite il tubo (50) da una pompa che alimenta col gas di sintesi un motore accoppiato ad un generatore, non mostrati in figura. Il generatore provvede alla carica di un pacco di batterie che forniscono l’alimentazione di energia elettrica della casa.

[0009]. I fumi di combustione entrano nel tubo (40) che porta ad uno scambiatore di calore in cui il calore viene ceduto all’acqua dell’impianto di riscaldamento domestico. Preferibilmente, la temperatura dei fumi all’uscita dello scambiatore è uguale o superiore a 70 °C, per evitare problemi di condensa.

[0010]. È anche possibile modificare la ripartizione dell’energia tra i due utilizzi. Per esempio, nel caso in cui l’acqua dell’impianto di riscaldamento non raggiunga la temperatura desiderata solamente grazie allo scambio termico con i fumi di combustione, è possibile utilizzare una parte o tutto il gas di sintesi per scaldare l’acqua sanitaria grazie ad un bruciatore.

[0011]. Al contrario, se l’acqua sanitaria è alla temperatura prefissata, i fumi di combustione possono essere deviati e non passare dallo scambiatore di calore, per evitare il superamento della temperatura fissata.

[0012]. Il forno di pirolisi secondo l’invenzione comprende anche un serbatoio (30) per lo stoccaggio del combustibile organico, e.g. cippato. La dimensione del serbatoio può essere varia e dipende da tanti fattori, quali il tipo di combustibile, la facilità di approvvigionamento e il taglio di potenza dell’impianto. Quando il forno di pirolisi secondo la presente invenzione è inserito in un impianto di taglia media (e.g. 25 kW termici e 4,5 kW elettrici) il serbatoio (30) è preferibilmente di una dimensione compresa tra 100 e 300 litri, ancor più preferibilmente tra 150 e 250 litri.

[0013]. Il serbatoio (30) alimenta la coclea (10) preferibilmente tramite una valvola a stella, che garantisca l’isolamento del serbatoio dalla camera di combustione, per ragioni di sicurezza. Preferibilmente, il serbatoio è provvisto di un sensore di livello e di celle di carico.

[0014]. Il funzionamento del forno è preferibilmente gestito da un software che ottimizza le condizioni di funzionamento. Preferibilmente, il software calcola la densità del combustibile e regola le condizioni di funzionamento in funzione della densità, e quindi dell’apporto energetico del combustibile. Inoltre, in un modo di realizzazione preferito, il sistema di gestione riceve le informazioni dalla sonda lambda sul contenuto di ossigeno dei fumi e regola il flusso d’aria (12) alla camera di combustione (20) in modo tale da mantenere il contenuto di ossigeno nei fumi di combustione all’interno dell’intervallo ottimale.

[0015]. Il contenuto di ossigeno nei fumi ottimale è quello che rappresenta il miglior compromesso tra una buona combustione nella camera (20) ed una quantità di ossigeno nei fumi sufficientemente bassa da evitare rischi di combustione nella camera di pirolisi. In pratica, col termine sostanzialmente in assenza di ossigeno, si intende un contenuto di ossigeno preferibilmente inferiore al 3% in peso, più preferibilmente inferiore al 2%, ancor più preferibilmente inferiore all’1%, rappresenta un valore di concentrazione di ossigeno sufficientemente basso.

[0016]. Per quel che riguarda l’accumulo di energia, in un modo di realizzazione preferito, l’alternatore sarà collegato ad un pacco di batterie al litio che garantisca una potenza compresa tra 3 e 6,3 kW, preferibilmente tra 4,5 e 6,3 kW.

Claims

Rivendicazioni 1. Apparecchiatura per la produzione di gas di sintesi a partire da un combustibile organico naturale, la quale apparecchiatura comprende: a. Una zona di pirolisi (10) del combustibile dove il combustibile viene scaldato, sostanzialmente in assenza di ossigeno ad una temperatura tale da provocare la pirolisi del combustibile. b. Una zona di combustione (20) del combustibile pirolizzato, in cui il combustibile viene bruciato in presenza di un flusso d’aria (12), in cui la zona di pirolisi (10) si trova all’interno della zona di combustione (20) e viene scaldata dai gas di combustione.
2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui nella zona di combustione (20) è presente una sonda per la misurazione della concentrazione di ossigeno, preferibilmente una sonda lambda.
3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui il flusso d’aria all’interno della zona di combustione (20) viene regolato in funzione della concentrazione di ossigeno.
4. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 1‐3, in cui il combustibile organico naturale è scelto tra pellet, cippato, gusci di nocciole, segatura, biomasse.
5. Apparecchio secondo le rivendicazioni 1‐4, in cui la zona di pirolisi (10) è costituita da una coclea, ed il gas di sintesi prodotto dalla pirolisi viene aspirato in un tubo (50) collegato ad una pompa di aspirazione.
6. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 1‐5, in cui la zona di combustione (20) è alimentata tramite una valvola a stella (11), e il condotto dei fumi di scarico (40) è in comunicazione con la zona di pirolisi (10) a monte della valvola a stella (11).
7. Apparecchiatura per la produzione di acqua calda domestica e di energia elettrica, la quale apparecchiatura utilizza per il riscaldamento dell’acqua i fumi di combustione, e per la produzione di energia elettrica il gas di sintesi, entrambi prodotti dall’apparecchiatura secondo le rivendicazioni 1‐6.
8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, in cui l’acqua viene scaldata in uno scambiatore a fascio.
9. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 7‐8 in cui l’energia elettrica viene prodotta con un motore alimentato dal gas di sintesi e accoppiato ad un generatore.
10. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 7‐9 comprendente inoltre un pacco di batterie che provvedono all’alimentazione elettrica.