IT201800002472A1

IT201800002472A1 - Bruciatore industriale recuperativo per forni industriali.

Info

Publication number: IT201800002472A1
Application number: IT201800002472A
Authority: IT
Inventors: Davide Astesiano; Rocca Alessandro Della
Original assignee: Tenova Spa
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-07
Also published as: EP3749896B1; RU2765796C1; EP3749896B2; EP3749896A1; WO2019155357A1; ES2906149T3

Description

Bruciatore industriale recuperativo per forni industriali.

La presente invenzione si riferisce a un bruciatore industriale recuperativo che è equipaggiato con un proprio recuperatore di calore e, per tale motivo, anche detto “auto-recuperativo”.

Il bruciatore recuperativo (“auto-recuperativo”) oggetto della presente invenzione può essere utilizzato in tutti i processi industriali e, in particolare, in tutti i processi siderurgici come, per esempio, in forni siderurgici per il riscaldo o il trattamento termico di materiale.

La presente invenzione si riferisce, in particolare, a un bruciatore recuperativo (“auto-recuperativo”) che permette di preriscaldare il fluido comburente e/o il fluido combustibile per il tramite del calore dei fumi di combustione generati dalla combustione del fluido comburente con il fluido combustibile stessi.

Con particolare riferimento ai bruciatori industriali utilizzati nei forni siderurgici (siano essi di riscaldo o di trattamento), è da tempo noto utilizzare il calore dei fumi di combustione al fine di ridurre i consumi di combustibile ed aumentare l’efficienza del sistema di riscaldo.

A tal fine sono noti diversi sistemi di recupero per il recupero del calore dei fumi di combustione al fine di riscaldare il fluido comburente e/o il fluido combustibile prima della loro combustione.

I sistemi di recupero noti si suddividono in:

- sistemi di recupero di tipo centralizzato e

- sistemi di recupero di tipo localizzato.

I sistemi di recupero centralizzato prevedono l’impiego di uno scambiatore di calore disposto nel condotto principale di estrazione per l’estrazione dei fumi di combustione dal forno, cioè il condotto che collega la camera del forno, all’interno della quale è presente il materiale da riscaldare e/o trattare, con l’uscita dei fumi di combustione (camino di scarico).

I sistemi di recupero localizzato prevedono l’impiego di uno scambiatore di calore a bordo di ciascun bruciatore installato nel forno.

L’impiego di un sistema, anziché dell’altro, è conseguente alla scelta di dimensionare il condotto principale di estrazione dei fumi e il camino di scarico degli stessi in funzione della portata massima di tutti i fumi che si generano nel forno (sistemi di recupero di tipo centralizzato) oppure di dotare i singoli bruciatori con propri condotti di uscita dei fumi di combustione e relativi sistemi di aspirazione degli stessi (sistemi di recupero di tipo localizzato).

Nei sistemi di recupero centralizzato, lo scambiatore di calore è costituito da uno scambiatore di calore a fascio tubiero o ad irraggiamento, in cui lo scambio termico fra i flussi dei due fluidi circolanti nello scambiatore avviene, per il tramite di una parete di separazione dei due flussi stessi, per convezione (fra fluidi e parete di separazione) e conduzione (della parete di separazione). Generalmente, lo scambiatore di calore è alimentato con la totalità o con una parte della portata di fumi generati nel forno, i quali sono utilizzati come “fluido riscaldante”, e con la totalità o una parte della portata di fluido comburente, che costituisce il “fluido da riscaldare” o riscaldato e che, una volta preriscaldato, alimenta i bruciatori che equipaggiano il forno.

I sistemi di recupero di tipo localizzato, invece, si possono distinguere in due tipologie:

- sistemi in cui il recupero del calore dei fumi avviene attraverso uno scambiatore di calore e

- sistemi in cui il recupero del calore dei fumi avviene attraverso un rigeneratore.

Entrambi tali sistemi di recupero di tipo localizzato sono abbinati e installati a bordo dei singoli bruciatori, i fumi essendo aspirati attraverso di essi con l’impiego di appositi sistemi di tiraggio forzato (ventilatori).

I sistemi di recupero di tipo localizzato hanno alcuni vantaggi rispetto a quelli di tipo centralizzato, ma hanno anche alcune limitazioni d’impiego.

I sistemi di recupero di tipo localizzato che equipaggiano i singoli bruciatori (“auto-recuperativi”) prevedono l’impiego di uno scambiatore di calore che è, generalmente, costituito da due camere anulari e concentriche che sono fra loro separate da una parete comune e nelle quali fluiscono, nella stessa direzione e in versi uguali od opposti, rispettivamente una corrente del fluido da riscaldare o riscaldato (fluido comburente) e una corrente del fluido riscaldante (fumi). Questi scambiatori di calore, quindi, si possono definire a “due canali”, ciascuno dei quali è costituito da una rispettiva camera anulare.

Sono anche noti sistemi di recupero di tipo localizzato in cui ciascun bruciatore è equipaggiato con uno scambiatore di calore del tipo a fascio tubiero, come per esempio descritto in US2017067634, US2014262174 e US8622736.

In tal caso, il fluido da riscaldare (fluido comburente) fluisce in una pluralità di tubi che sono contenuti in un’unica camera, quest’ultima definisce un unico canale in cui fluisce il fluido riscaldante (fumi).

I sistemi di recupero di tipo localizzato che prevedono l’installazione di uno scambiatore di calore a bordo di ciascun bruciatore hanno un rendimento simile a quello dei sistemi di recupero di tipo centralizzato e sono in grado di preriscaldare il fluido da riscaldare (fluido comburente) utilizzando (recuperando) il calore del fluido riscaldante (fumi) che è prelevato direttamente dalla camera di combustione e, quindi, ad alta temperatura.

Tuttavia, da un lato, per ottenere alte efficienze di scambio termico, è necessario avere un buon rapporto tra la superficie di scambio termico e la portata del fluido da riscaldare: tanto più alto è tale rapporto, tanto maggiore è l’efficienza di scambio termico e quindi il preriscaldo del fluido da riscaldare.

Dall’altro lato, le dimensioni dello scambiatore di calore sono dettate da limiti imposti dagli spazi disponibili per la loro installazione a bordo bruciatore. Tali considerazioni si ripercuotono su una limitazione in termini di portata del fluido da riscaldare (fluido comburente) e, conseguentemente, sulla potenza del bruciatore.

Minore è la potenza del bruciatore, più facile sarà raggiungere alte efficienze di scambio termico, il rapporto tra superficie di scambio termico e portata del fluido da riscaldare essendo elevato.

In altre parole, a parità di superficie di scambio termico, maggiore è la potenza e, quindi, la portata di fluido da riscaldare (fluido comburente), minore sarà l’efficienza di scambio termico.

Per questo motivo, al di sopra di una definita soglia di potenza del bruciatore è preferibile utilizzare sistemi di recupero di tipo localizzato rigenerativi.

Tali sistemi utilizzano, appunto, un cosiddetto rigeneratore che è costituito da una matrice, generalmente in materiale ceramico, che è alternativamente attraversata in tempi differiti dal fluido riscaldante (fumi) e dal fluido da riscaldare (fluido comburente): in una prima fase essa è attraversata dal fluido riscaldante al quale sottrae calore immagazzinandolo, in una seconda fase essa è attraversata dal fluido da riscaldare al quale cede il calore precedentemente immagazzinato.

L’impiego di matrici in materiale ceramico permette di utilizzare fluidi riscaldanti (fumi) ad elevate temperature; il che consegue in un’alta efficienza di riscaldo ed elevate temperature di preriscaldo del fluido da riscaldare.

Mentre nei sistemi di recupero che utilizzano scambiatori di calore, siano essi di tipo localizzato o di tipo centralizzato, lo scambio termico fra i due fluidi avviene “in continuo”, nei sistemi di recupero di tipo rigenerativo lo scambio termico avviene in modo alternato e differito nel tempo.

Per garantire una continuità al processo di preriscaldo è, quindi, necessario installare una coppia di rigeneratori operanti in parallelo e un sistema di regolazione dei flussi dei fluidi per invertire il verso dei fluidi circolanti nei due rigeneratori. A regime, in una prima fase il fluido riscaldante fluisce attraverso uno dei due rigeneratori della coppia cedendogli energia sotto forma di calore riscaldandolo, mentre il fluido da riscaldare fluisce attraverso l’altro dei due rigeneratori della coppia al quale sottrae il calore in esso precedentemente accumulato, raffreddandolo. In una seconda fase, i flussi dei fluidi attraversanti i due rigeneratori della coppia sono invertiti.

I sistemi di recupero di tipo localizzato a rigeneratore, quindi, hanno alcune limitazioni di impiego. In primo luogo, richiedono l’installazione di due rigeneratori, ciascuno dei quali deve essere dimensionato in funzione delle portate nominali massime dei due fluidi che li attraversano in modo alternato. In secondo luogo, essi richiedono l’installazione di sistemi di regolazione, i quali sono generalmente dotati di una pluralità di valvole di commutazione configurate e disposte per deviare e invertire i flussi dei due fluidi alternativamente attraversanti i due rigeneratori.

La scelta di un sistema di recupero anziché di un altro è dettata da numerosi fattori, fra cui la potenza dei bruciatori, gli spazi disponibili, l’efficienza di scambio termico del recuperatore e altri ancora. Nell’allegata figura 8 è riportata una tabella in cui sono indicati alcuni parametri che caratterizzato i diversi sistemi di recupero: a recuperatore centralizzato, a recuperatore localizzato a bordo bruciatore e a rigeneratore localizzato a bordo bruciatore. In particolare, l’efficienza del bruciatore auto-recuperativo con la seguente formula che correla l’energia apportata dal combustibile con l’energia che abbandona il bruciatore attraverso i fumi di combustione: µ = (1 – ((QWG* HWG) / (PCI * Qcomb))) *100

In cui:

PCI: Potere calorifico del combustibile [kcal/Nm<3>]

Qcomb: Portata di combustibile[Nm<3>/h]

HWG: Entalpia dei fumi dopo lo scambio termico[kcal/Nm<3>] QWG: Portata di fumi[Nm<3>/h]

L’efficienza dello scambiatore di calore, o recuperatore, può essere espressa come:

Ɛ = q/qmax

Cioè come rapporto fra il calore (q) effettivamente scambiato fra i due fluidi e il massimo calore (qmax) teoricamente scambiabile fra essi.

Una maggiore efficienza dello scambio termico che avviene nel recuperatore comporta una minore entalpia dei fumi di combustione dopo lo scambio termico (HWG) e, quindi, una maggiore efficienza (µ) del bruciatore.

In altri termini, più alta è l’efficienza di scambio termico del recuperatore, maggiore sarà il preriscaldo del fluido da riscaldare (fluido comburente) e minori saranno i consumi di combustibile, quest’ultimo essendo l’obiettivo principale del processo di recupero.

Come indicato nella citata tabella, i sistemi di recupero di tipo centralizzato permettono di raggiungere efficienze elevate e temperature di preriscaldo del fluido da riscaldare (fluido comburente) molto elevate. Da tali valori di temperature, tuttavia, derivano difficoltà impiantistiche e di processo da non sottovalutare. Al di sopra di 550°C, per esempio, è necessario utilizzare tubazioni in acciaio inossidabile oppure coibentate e/o internamente rivestite in refrattario. Al tempo stesso, minore è la temperatura dei fumi (fluido riscaldante) maggiore è la probabilità di dover prevedere un sistema di evacuazione dei fumi di tipo forzato, il tiraggio naturale a camino potendo essere insufficiente.

Proprio per questi motivi, i sistemi di recupero di tipo centralizzato sono generalmente dimensionati limitandone l’efficienza e limitando la temperatura di preriscaldo dell’aria a un massimo di 550°C.

I sistemi di recupero di tipo localizzato a rigeneratore sono migliori, in termini di efficienza, rispetto ai sistemi di recupero a scambiatore di calore, siano essi di tipo centralizzato o localizzato; essi, inoltre, non impongono particolari limiti alla potenza dei bruciatori, o meglio, un incremento della potenza dei bruciatori e, quindi, delle portate dei fluidi, non si ripercuote in una eccessiva riduzione di efficienza.

I sistemi di recupero di tipo localizzato a rigeneratore, tuttavia, richiedono l’installazione e la gestione di sistemi di regolazione che li penalizza dal punto di vista economico.

In generale, nel caso in cui i singoli bruciatori installati abbiano potenze relativamente basse (<500 kW) è largamente diffuso l’utilizzo sistemi di recupero di tipo localizzato con scambiatore di calore installato a bordo di ciascun bruciatore che, per tale motivo, è detto di tipo “auto-recuperativo”.

I bruciatori “auto-recuperativi” sono largamente utilizzati nei forni industriali a riscaldo indiretto, in cui cioè si utilizzano bruciatori a tubi radianti.

In questo caso, infatti, la potenza dei bruciatori è ulteriormente limitata (<200 kW) ed è, pertanto, possibile raggiungere elevate efficienze di preriscaldo del fluido comburente con ingombri contenuti.

Con particolare riferimento ai bruciatori “autorecuperativi” è, tuttavia, sentita l’esigenza di:

- incrementare l’efficienza di scambio termico del recuperatore a parità di ingombri del recuperatore (scambiatore di calore) e, quindi, a parità di ingombri del bruciatore “auto-recuperativo” e a parità di potenza dello stesso, o, in altri termini, di

- incrementare la potenza massima del bruciatore “auto-recuperativo” a parità di ingombri del recuperatore (scambiatore di calore) e, quindi, a parità di ingombri del bruciatore “auto-recuperativo” e a parità di efficienza di scambio termico del recuperatore.

I documenti WO2017052798A1, US20160131441A1, WO2017008108A1, US20170082371A1, US5725051, US2013264031, US2005217837 e WO2014152239 descrivono scambiatori di calore.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di fornire un bruciatore industriale recuperativo, cioè “autorecuperativo”, per forni industriali che permetta di ottenere un’elevata efficienza di scambio termico e un maggiore rendimento, a parità di ingombri rispetto a bruciatori recuperativi (“auto-recuperativi”) di tipo noto.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un bruciatore industriale recuperativo, cioè “autorecuperativo”, per forni industriali che permetta di massimizzare il coefficiente di scambio termico a parità di ingombri rispetto a bruciatori recuperativi (“autorecuperativi”) di tipo noto.

Per coefficiente di scambio termico (NTU, Number of Transfer Unit) si intende indicare il seguente valore:

NTU = A * Ū / Cmin

Capacità termica di flusso: C = ṁ * cp

A: superficie di scambio termico

Ū = ṁ * cp / A = Capacità termica di flusso / Area = C/A AU = resistenza termica

Ԑ = Ԑ (NTU , Cmin/Cmax)

Ԑ = q / qmax

ṁ = portata massica

cp = calore specifico del fluido

A = Area

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un bruciatore industriale recuperativo, cioè “autorecuperativo”, per forni industriali che permetta di minimizzare le perdite di carico del recuperatore (scambiatore di calore) che lo equipaggia rispetto a bruciatori recuperativi (“auto-recuperativi”) di tipo noto. Le perdite di carico sono generalmente indicate dalla seguente formula:

f = C1 * Re<p>con f = ρ Ƭ/G<2>/2g

ṁ * ∆p / ρ = 1/2g

Delta P = C1 * densità * (velocità)<2>/ (diametro idraulico)<2>Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un bruciatore industriale recuperativo (“autorecuperativo”) per forni industriali che possa essere utilizzato sia con funzionamento a fiamma libera sia con funzionamento in tubo radiante.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un bruciatore industriale recuperativo (“autorecuperativo”) per forni industriali particolarmente semplice e funzionale, con costi contenuti.

Questi scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un bruciatore industriale recuperativo (“auto-recuperativo”) per forni industriali come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi di un bruciatore industriale recuperativo per forni industriali secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 è una vista schematica in assonometria di un bruciatore auto-recuperativo secondo una possibile forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2 è una vista schematica in sezione longitudinale di un bruciatore auto-recuperativo secondo una possibile forma di realizzazione della presente invenzione;

le figure 3a e 3b sono sezioni schematiche secondo il piano III-III di figura 2 di due possibili diverse configurazioni dei primi canali e dei secondi canali del recuperatore del bruciatore secondo la presente invenzione;

la figura 4 è una vista schematica in assonometria di una porzione del corpo-scambiatore formante il recuperatore del bruciatore secondo la presente invenzione, privo dei primi condotti di distribuzione e dei secondi condotti di distribuzione;

la figura 5 è una vista schematica in assonometria del corpo-scambiatore formante il recuperatore del bruciatore secondo la presente invenzione completo dei primi condotti di distribuzione e dei secondi condotti di distribuzione; la figura 6 è una sezione longitudinale schematica del corpo-scambiatore formante il recuperatore del bruciatore secondo la presente invenzione completo del collettore di distribuzione del fluido riscaldato e del tubo di fiamma che equipaggiano il bruciatore;

la figura 7 è una rappresentazione schematica di una possibile configurazione della matrice di primi canali e di secondi canali a sezione trasversale quadra;

la figura 8 mostra una tabella in cui sono riportati dati di raffronto di bruciatori di tipo noto con recupero di calore centralizzato o a bordo bruciatore o con rigenerazione:

la figura 9 mostra schematicamente e in sezione trasversale una porzione di una matrice di primi canali e secondi canali fra loro alternati lungo una corona cilindrica.

Con riferimento alle figure allegate, viene mostrato un bruciatore industriale recuperativo, cioè autorecuperativo, per forni industriali complessivamente indicato con il numero di riferimento 10.

Si precisa che nella presente descrizione aggettivi quali “primo” e “secondo” sono utilizzati unicamente ai fini di una maggior chiarezza espositiva e non devono essere intesi in senso limitativo, aggettivi quali “anteriore” e “posteriore” sono riferiti alla usuale disposizione del bruciatore 10 in condizioni di esercizio, mentre aggettivi quali “caldo” e “freddo” sono da intendersi in senso relativo.

Per “fluido da riscaldare” o “riscaldato” si intende indicare il fluido che a seguito dello scambio termico subisce un incremento della temperatura.

Inoltre, elementi corrispondenti saranno indicati con lo stesso numero di riferimento.

Il bruciatore 10 è di tipo cosiddetto recuperativo o auto-recuperativo, recuperando il calore dei fumi di combustione per riscaldare (preriscaldare) il fluido comburente e/o il fluido combustibile. I fumi di combustione sono quelli propri dello stesso bruciatore o sono costituiti dai fumi di combustione prelevati dalla camera di combustione nella quale sono installati il bruciatore stesso assieme ad altri bruciatori.

Generalmente, il fluido comburente è costituito da aria e il fluido combustibile da gas.

Nel seguito della descrizione si farà riferimento al caso in cui il fluido da riscaldare o riscaldato è costituito dal fluido comburente (i.e. aria) e il fluido riscaldante è costituito da fumi di combustione.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione del bruciatore 10 in cui il recuperatore sia utilizzato per riscaldare il fluido combustibile (gas) o entrambi il fluido comburente e il fluido combustibile.

In particolare, nel caso di combustibili a basso e medio potere calorifico, come per esempio i gas di altoforno (BFG con potere calorifico < 900 kcal/Nm<3>) o i gas di acciaieria (BOF con potere calorifico <2000 kcal/Nm<3>), è possibile utilizzare il bruciatore 10 per preriscaldare il combustibile, anziché il comburente. Trattandosi, infatti, di combustibili “poveri” le loro portate sono maggiori di quelle del relativo comburente, pertanto è più efficiente preriscaldare il combustibile invece che il comburente.

Il bruciatore 10 può essere configurato sia per un funzionamento a fiamma-libera, sia per un funzionamento a tubo radiante.

Il bruciatore 10 è configurato per essere montato su una parete 100 di un forno industriale in modo tale che esso si estenda almeno in parte attraverso un’apertura 101 ricavata nella parete 100. La parete 100 delimita una camera 102 del forno.

Il forno, in particolare, è un forno siderurgico e può essere un forno per il riscaldo o per il trattamento di materiale.

Il forno in sé non è ulteriormente descritto e rappresentato, essendo di tipo noto al tecnico del ramo.

Il bruciatore 10 comprende un recuperatore (cioè un recuperatore di calore o scambiatore di calore) configurato per riscaldare (cioè preriscaldare prima della reazione di combustione) almeno un fluido scelto fra il fluido combustibile e il fluido comburente per il tramite del calore dei fumi di combustione generati dalla combustione del fluido combustibile e del fluido comburente.

Il recuperatore comprende un corpo-scambiatore 11 in cui avviene lo scambio termico fra il fluido da riscaldare o riscaldato e il fluido riscaldante, il quale è costituito dai fumi di combustione; il corpo-scambiatore 11 si sviluppa longitudinalmente lungo un asse longitudinale A-A fra una prima estremità 11a e una seconda estremità 11b, le quali sono fra loro assialmente opposte.

Con riferimento alle forme di realizzazione mostrate nelle allegate figure, la seconda estremità 11b del corposcambiatore 11 è rivolta verso la camera 102 del forno e, vantaggiosamente, alloggiata in essa; essa, quindi, è all’estremità anteriore del bruciatore 10. La prima estremità 11a del corpo-scambiatore 11, invece, è rivolta da parte opposta rispetto alla camera 102 del forno e, vantaggiosamente, alloggiata esternamente a essa oltre la parete 100; essa quindi è definita all’estremità posteriore del bruciatore 10.

La prima estremità 11a del corpo-scambiatore 11 definisce, quindi, il “lato freddo” del recuperatore ovvero del bruciatore 10, mentre la seconda estremità 11b del corpo-scambiatore 11 definisce il “lato caldo” del recuperatore ovvero del bruciatore 10.

Nel corpo-scambiatore 11 è ricavata una matrice costituita da una pluralità di primi canali 12, i quali sono percorsi dal fluido da riscaldare o riscaldato, e da una pluralità di secondi canali 13, i quali sono percorsi dai fumi di combustione o fluido riscaldante.

I primi canali 12 e i secondi canali 13 si estendono lungo lo sviluppo longitudinale del corpo-scambiatore 11 fra la prima estremità 11a e la seconda estremità 11b di esso.

Secondo una caratteristica della presente invenzione, i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono disposti fra loro alternati e sono separati l’uno dall’altro da pareti di separazione 14.

Ciascuna parete di separazione 14 che separa primi canali 12 e secondi canali 13 fra loro adiacenti confina, da un lato, con almeno uno dei primi canali 12 e, dall’altro lato, con almeno uno dei secondi canali 13.

In questo modo, la superficie di scambio termico fra il fluido da riscaldare e i fumi di combustione è massimizzata. I primi canali 12, nei quali fluisce il fluido da riscaldare, infatti, sono sempre adiacenti ai secondi canali 13, nei quali fluiscono i fumi di combustione e viceversa. Primi canali 12 non sono mai fra loro direttamente adiacenti; parimenti, secondi canali 13 non sono mai fra loro direttamente adiacenti.

I primi canali 12 e i secondi canali 13, cioè, sono distribuiti fra loro alternati a formare una matrice “a scacchiera” e sono fra loro separati dalle sole pareti di separazione 14.

Il bruciatore 10 comprende, inoltre, almeno un condotto di alimentazione 15 per l’alimentazione dell’altro fluido scelto fra il fluido comburente e il fluido combustibile, nelle forme di realizzazione raffigurate il fluido combustibile. Il condotto di alimentazione 15 ha un’estremità di ingresso 15a associabile a una sorgente di detto altro fluido e un’estremità di uscita 15b che termina in una testa di combustione, la quale è in comunicazione di fluido con una camera di combustione CC.

Nel caso in cui il bruciatore 10 sia del tipo a fiamma-libera, la camera di combustione CC è costituita dalla stessa camera 102 del forno.

Nel caso in cui il bruciatore 10 sia del tipo a tuboradiante, la camera di combustione CC è costituita dal volume racchiuso appunto dal tubo-radiante che equipaggia il bruciatore 10 e che non è raffigurato essendo di tipo noto al tecnico del ramo.

Il bruciatore 10 comprende, inoltre, dispositivi di accensione o innesco della combustione e dispositivi di rilevazione di fiamma, anch’essi non raffigurati e descritti nel dettaglio, essendo di tipo noto al tecnico del ramo.

In maggior dettaglio, ciascuno dei primi canali 12 ha: - un’estremità di ingresso 12a per l’ingresso in essi del fluido da riscaldare e che è in comunicazione di fluido con un collettore di alimentazione 16 del fluido da riscaldare e

- un’estremità di uscita 12b per l’uscita da essi del fluido così riscaldato e che è, direttamente o indirettamente, in comunicazione di fluido con la camera di combustione CC.

Ciascuno dei secondi canali 13 ha:

- un’estremità di ingresso 13a per l’ingresso in essi dei fumi di combustione e che è, direttamente o indirettamente, in comunicazione di fluido con la camera di combustione CC e

- un’estremità di uscita 13b per l’uscita da essi dei fumi di combustione e che è in comunicazione di fluido con un collettore di scarico 17 dei fumi di combustione.

Nella forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure, il bruciatore 10 comprende anche un collettore di distribuzione 18 del fluido riscaldato che è in comunicazione di fluido con le estremità di uscita 12b dei primi canali 12 e, direttamente o indirettamente, con la camera di combustione CC.

E’ evidente che i fumi di combustione che escono dall’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 hanno una temperatura inferiore a quella che essi hanno in ingresso ai secondi canali 13; i fumi di combustione che escono dall’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 sono quindi detti “fumi di combustione freddi” e quelli che entrano nei secondi canali 13 attraverso le rispettive estremità di ingresso 13a sono detti “fumi di combustione caldi”.

Analogamente, il fluido da riscaldare che entra nei primi canali 12 attraverso le rispettive estremità di ingresso 12a ha una temperatura inferiore a quella che esso ha in uscita dall’estremità di uscita 12b dei primi canali 12; il fluido da riscaldare che entra nei primi canali 12 è quindi detto “fluido da riscaldare” o “fluido freddo” (nello specifico comburente o aria fredda) e quello che esce dai primi canali 12 è quindi detto “fluido riscaldato” o “fluido caldo” (nello specifico comburente o aria calda).

Pertanto, la prima estremità 11a del corpo-scambiatore è disposta in corrispondenza del “lato freddo” del bruciatore 10, mentre la seconda estremità 11b di esso è disposta in corrispondenza del “lato caldo” del bruciatore 10.

Per permettere la ripartizione dei due fluidi di scambio termico (i.e. il fluido da riscaldare e i fumi di combustione) fra i primi canali 12 e i secondi canali 13 in ingresso e/o uscita da essi in modo tale che tali due fluidi non si mescolino fra loro, si prevede che:

- i primi canali 12 si prolunghino oltre l’estremità di ingresso 13a e/o l’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 in rispettivi primi condotti di distribuzione 19 che terminano nell’estremità di ingresso 12a o nell’estremità di uscita 12b dei primi canali 12, e/o che - i secondi canali 13 si prolunghino oltre l’estremità di ingresso 12a e/o l’estremità di uscita 12b dei primi canali 12 in rispettivi secondi condotti di distribuzione 20 che terminano nell’estremità di ingresso 13a o nell’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13.

La diversa configurazione dei primi canali 12, con gli eventuali rispettivi primi condotti di distribuzione 19, e dei secondi canali 13, con gli eventuali secondi condotti di distribuzione 20, dipende dalla configurazione del bruciatore 10 (per esempio, dalla configurazione e dalla disposizione relativa del collettore di alimentazione 16, del collettore di scarico 17 e dell’eventuale collettore di distribuzione 18) e del recuperatore che lo equipaggia (che per esempio potrebbe essere del tipo funzionante in equicorrente o in contro-corrente).

In maggior dettaglio, il corpo-scambiatore 11 ha:

- in corrispondenza della sua prima estremità 11a, una prima base 21 che è sostanzialmente trasversale all’asse longitudinale A-A e in corrispondenza della quale sboccano le estremità di ingresso 12a o le estremità di uscita 12b dei primi canali 12 e oltre la quale si estendono i secondi canali 13 che si prolungano oltre essa in rispettivi secondi condotti di distribuzione 20, i quali terminano nell’estremità di ingresso 13a o nell’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 stessi, o viceversa (i.e. in corrispondenza della prima base 21 sboccano l’estremità di ingresso 13a o l’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 e oltre la prima base 21 stessa si estendono i primi canali 12 che si prolungano oltre essa in rispettivi primi condotti di distribuzione 19, i quali terminano nell’estremità di ingresso 12a o nell’estremità di uscita 12b dei primi canali 12 stessi), e

- in corrispondenza della sua seconda estremità 11b, una seconda base 22 che è sostanzialmente trasversale all’asse longitudinale A-A e in corrispondenza della quale sboccano le estremità di ingresso 13a o le estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 e oltre la quale si estendono i primi canali 12 che si prolungano oltre essa in rispettivi primi condotti di distribuzione 19 terminanti nell’estremità di ingresso 12a o nell’estremità di uscita 12b dei primi canali 12 stessi, o viceversa (i.e. in corrispondenza della seconda base 22 sboccano le estremità di ingresso 12a o le estremità di uscita 12b dei primi canali 12 e oltre la seconda base 22 stessa si estendono i secondi canali 13 che si prolungano oltre essa in rispettivi secondi condotti di distribuzione 20, i quali terminano nell’estremità di ingresso 13a o nell’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 stessi).

Con riferimento alla forma di realizzazione mostrata nelle allegate figure, il recuperatore è del tipo funzionante in controcorrente, il flusso del fluido da riscaldare che percorre i primi canali 12 e il flusso dei fumi di combustione che percorre i secondi canali 13 hanno cioè la stessa direzione, ma versi opposti. Tale configurazione di impiego (controcorrente) è vantaggiosa in termini di efficienza di scambio termico.

In tal caso, l’estremità di ingresso 12a dei primi canali 12 e l’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 sono ricavate in corrispondenza della prima estremità 11a del corpo-scambiatore 11, mentre l’estremità di ingresso 13a dei secondi canali 13 e l’estremità di uscita 12b dei primi canali 12 sono ricavate in corrispondenza della seconda estremità 11b del corpo-scambiatore 11.

Sul “lato freddo” o posteriore del bruciatore 10, il collettore di alimentazione 16 del fluido da riscaldare è disposto a monte (nel verso del flusso dei fumi di combustione) del collettore di scarico 17 dei fumi di combustione freddi. Al fine di mantenere separato il flusso del fluido da riscaldare in ingresso ai primi canali 12 dal flusso dei fumi di combustione freddi in uscita dai secondi canali 13, i secondi canali 13 si prolungano per almeno un tratto della loro lunghezza in rispettivi secondi condotti di distribuzione 20 che si estendono oltre l’estremità di ingresso 12a dei primi canali 12 e che terminano nell’estremità di uscita 13b dei secondi canali 13.

Le estremità di ingresso 12a dei primi canali 12 sono alloggiate nel volume interno al collettore di alimentazione 16; i secondi condotti di distribuzione 20 si estendono attraverso il collettore di alimentazione 16 e sboccano con le rispettive estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 nel collettore di scarico 17.

Vantaggiosamente, i secondi condotti di distribuzione 20 sboccano con le rispettive estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 in corrispondenza di un primo setto 23 che separa il collettore di alimentazione 16 dal collettore di scarico 17.

Sul “lato caldo” o anteriore del bruciatore 10, il collettore di distribuzione 18 del fluido riscaldato è disposto a valle (nel verso del flusso del fluido riscaldato) delle estremità di ingresso 13a dei secondi condotti 13. Al fine di mantenere separato il flusso del fluido riscaldato in uscita di primi canali 12 dal flusso del fumi di combustione caldi in ingresso ai secondi canali 13, i primi canali 12 si prolungano per almeno un tratto della loro lunghezza in rispettivi primi condotti di distribuzione 19 che si estendono oltre l’estremità di ingresso 13a dei secondi canali 13 e che terminano nell’estremità di uscita 12b dei primi canali 12. Le estremità di ingresso 13a dei secondi canali 13 sono alloggiate in un volume di alimentazione VF dei fumi di combustione caldi il quale è costituito dalla stessa camera di combustione CC o è comunque in comunicazione di fluido con essa.

I primi condotti di distribuzione 19 si estendono attraverso il volume di alimentazione VF e sboccano con le rispettive estremità di uscita 12b dei secondi canali 12 nel volume interno al collettore di distribuzione 18.

Vantaggiosamente, i primi condotti di distribuzione 12 sboccano con le rispettive estremità di uscita 12b dei primi canali 12 in corrispondenza di un secondo setto 24 che separa il collettore di distribuzione 18 dal volume di alimentazione VF. Come apparirà più chiaro nel seguito, tale secondo setto 24 costituisce una parete di base del corpo tubolare che forma il collettore di distribuzione 18.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione, in cui, per esempio, in funzione del funzionamento in equi-corrente o in controcorrente del recuperatore e/o della diversa disposizione del collettore di alimentazione 16, del collettore di scarico 17 e del collettore di distribuzione 18, solo i primi canali 12 si prolungano a una o entrambe le estremità opposte in rispettivi primi condotti di distribuzione 19 o solo i secondi canali 13 si prolungano a una o entrambe le estremità opposte in rispettivi secondi condotti di distribuzione 20.

Il corpo-scambiatore 11 comprende poi una parete laterale esterna 25, che lo delimita lateralmente ed esternamente, e una cavità tubolare centrale, che è coassiale all’asse longitudinale A-A e che definisce una parete laterale interna 26 del corpo-scambiatore 11.

La matrice formata dai primi canali 12 e dai secondi canali 13 è ricavata fra la parete laterale esterna 25 e la parete laterale interna 26 del corpo-scambiatore 11.

Nella forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure, la parete laterale esterna 25 e la parete laterale interna 26 sono fra loro coassiali e cilindriche; la matrice è, quindi, ricavata nella corona cilindrica delimitata da esse.

In tal caso, come appare evidente dalle figure allegate, considerando sezioni trasversali del corposcambiatore 11 comprese fra la sua prima base 21 e la sua seconda base 22, ovvero intermedie alle sue prima e seconda estremità, i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono distribuiti, fra loro alternati, lungo una pluralità di corone circolari concentriche all’asse longitudinale A-A. Lungo ciascuna di tali corone circolari i primi canali 12 sono alternati ai secondi canali 13. I primi canali 12 di una corona circolare sono invece sfalsati rispetto ai primi canali 12 delle corone circolari adiacenti e sono allineati con i secondi canali 13 di esse; lungo direzioni radiali R quindi si hanno file di primi canali 12 e secondi canali 13 fra loro alternati. In questo modo, ciascun primo canale 12 è unicamente circondato da e confinante con secondi canali 13 e viceversa.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione, in cui, per esempio la forma della parete laterale esterna 25 e della parete laterale interna 26 del corpo-scambiatore 11 sono diverse da quella rappresentata. Esse, per esempio, potrebbero essere cilindriche di sezione ellittica o prismatiche a sezione quadra o triangolare; esse, inoltre, potrebbero avere l’una una forma diversa dall’altra. La configurazione scelta dipende, per esempio, dallo spazio disponibile per l’installazione del bruciatore 10.

Nella forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure, inoltre, i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono rettilinei e paralleli all’asse longitudinale A-A.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione in cui i primi canali 12 e i secondi canali 13, pur potendosi sviluppare parallelamente gli uni agli altri, abbiano un andamento non rettilineo, per esempio curvo o a spirale.

In ogni caso, i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono distribuiti fra loro alternati in una matrice, in modo tale che primi canali 12 siano unicamente circondati da e confinanti con secondi canali 13 e viceversa. Lo scambio termico fra il fluido da riscaldare che fluisce nei primi canali 12 e i fumi di combustione che fluiscono nei secondi canali 13 avviene per convezione e conduzione: i fumi di combustione che attraversano i secondi canali 13 cedono calore per convezione al lato delle pareti di separazione 14 con essi direttamente confinante, le pareti di separazione 14 si riscaldano per conduzione e, in corrispondenza del lato di esse che confina con i primi canali 12, cedono calore per convezione al fluido da riscaldare che attraversa i primi canali 12 stessi.

Nella forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure, inoltre, i primi canali 12 e i secondi canali 13 hanno sezione trasversale sostanzialmente costante lungo tutto il loro sviluppo in lunghezza a esclusione che lungo i rispettivi primi condotti di distribuzione 19 e secondi condotti di distribuzione 20. Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione in cui i primi canali 12 e/o i secondi canali 13 possono avere sezione trasversale che varia, in forma e/o dimensioni, lungo il loro sviluppo longitudinale in funzione, per esempio, dei diversi volumi occupati dal fluido da riscaldare e/o dai fumi di combustione al variare della loro temperatura.

Come immediatamente comprensibile per il tecnico del ramo, lo sviluppo in lunghezza dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 è dimensionato in funzione dell’efficienza di scambio termico che si vuole ottenere, delle perdite di carico dei due fluidi che li attraversano e dello spazio disponibile per l’installazione del bruciatore 10. In termini del tutto generali, maggiore è la lunghezza dei primi canali 12 e dei secondi canali 13, maggiore sarà la superficie di scambio fra i fluidi in essi fluenti e maggiore sarà l’efficienza dello scambio termico fra essi, tuttavia, all’aumentare della lunghezza di primi canali 12 e dei secondi canali 13 aumentano anche le perdite di carico dei fluidi che li attraversano. La scelta della lunghezza dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 è, quindi, influenzata da diversi parametri in funzione del risultato che si vuole ottenere.

La forma e le dimensioni delle sezioni trasversali dei primi canali 12 e dei secondi canali 13, nonché delle rispettive pareti di separazione 14, inoltre, possono essere determinate in funzione dell’ottimizzazione dello scambio termico fra il fluido da riscaldare e i fumi di combustione. In particolare, la forma delle sezioni trasversali dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 è tale da massimizzare la sezione di passaggio dei fluidi che li attraversano e ridurre al minimo lo spessore delle pareti di separazione 14. Lo spessore delle pareti di separazione 14 è particolarmente importante nelle fasi transitorie di funzionamento del bruciatore 10, durante le quali l’inerzia di riscaldo delle pareti di separazione 14 deve essere vantaggiosamente minima. Tali fasi transitorie si verificano solitamente quando il bruciatore 10 è comandato con un funzionamento on/off e i due fluidi (il fluido da riscaldare e i fumi di combustione) fluiscono rispettivamente nei primi canali 12 e nei secondi canali 13 del corpo-scambiatore 11 contemporaneamente e ad intermittenza.

Con riferimento alle figure 3a e 3b si osserva quanto segue.

Come noto, la formula per il calcolo del coefficiente di scambio termico convettivo (coefficiente è proporzionale al numero di Nusselt) è la seguente:

h α Nu = C2 * Re<n>* Pr<m>

Dove:

h: coefficiente di scambio convettivo [W/m2K]

Nu: numero di Nusselt

C2: costante “empirica”

Re: Numero di Reynolds (= V*Dh/ν)

Pr: Numero di Prandtl

V: Velocità media del fluido [m/s]

Dh: diametro idraulico (= 4 * Area / perimetro)

ν: viscosità cinematica

da cui si evince che per ottenere pari coefficiente di scambio termico tra i diversi canali, anche se di sezione diversa, è necessario avere stesso numero di Reynolds. Per fare ciò, considerando che la viscosità e il numero di Prandtl dipendono unicamente dal fluido, è necessario modificare la geometria dei primi canali 12 e dei secondi canali 13, e quindi il diametro idraulico Dh, e la velocità di flusso dei fluidi nei primi canali 12 e nei secondi canali 13 in modo appropriato.

Considerando la figura 3a è possibile, a titolo esemplificativo, identificare in essa la matrice costituita dai primi canali 12 e dai secondi canali 13 fra loro alternati. In questa configurazione, i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono dimensionati in modo tale che le loro sezioni trasversali abbiamo tutte la stessa area lungo tutta la matrice. Ne consegue che, se le perdite di carico internamente a ciascun primo canale 12 e a ciascun secondo canale 13 sono uguali, all’interno di essi si avrà non solo lo stesso numero di Reynolds, ma anche la stessa velocità di flusso del rispettivo fluido e stesso diametro idraulico.

Tale configurazione è ottimale, ma limitativa in termini di spessore delle pareti di separazione 14.

Nella configurazione rappresentata in figura 3b, i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono configurati in modo tale che le loro sezioni trasversali non siano costanti lungo tutto la matrice. In questo modo, è possibile minimizzare lo spessore delle pareti di separazione 14 che separano i primi canali 12 dai secondi canali 13 con conseguente diminuzione dell’inerzia termica di riscaldo delle pareti di separazione 14 stesse e, al tempo stesso, una riduzione della conduzione termica longitudinale delle pareti laterali esterna 25 e interna 26 del corposcambiatore 11.

In questo caso, se la ripartizione della portata tra i primi canali 12 e i secondi canali 13 non fosse ottimizzata, si otterrebbe un numero di Reynolds differente tra i diversi primi canali 12 e i secondi canali 13 con un conseguente disuniformità del coefficiente di scambio termico h.

Per ovviare a tale inconveniente è possibile conformare e dimensionare opportunamente i primi condotti di distribuzione 19 e i secondi condotti di distribuzione 20 in modo da introdurre un controllo delle perdite concentrate che vengono da essi generate.

La forma e le dimensioni esterne dei primi condotti di distribuzione 19 e dei secondi condotti di distribuzione 20 sono importanti per la distribuzione del fluido che li investe esternamente: la forma e le dimensioni esterne dei primi condotti di distribuzione 19 sono importanti per la distribuzione dei fumi di combustione che li investe esternamente prima di entrare nei secondi canali 13, la forma e le dimensioni esterne dei secondi condotti di distribuzione 20 sono importanti per la distribuzione del fluido da riscaldare (aria) che li investe esternamente prima di entrare nei primi canali 12.

La forma e le dimensioni interne dei primi condotti di distribuzione 19 e dei secondi condotti di distribuzione 20 sono importanti per la distribuzione del fluido che li percorre internamente: la forma e le dimensioni interne dei primi condotti di distribuzione 19 sono importanti per la distribuzione del fluido riscaldato che esce dai primi canali 12, la forma e le dimensioni interne dei secondi condotti di distribuzione 20 sono importanti per la distribuzione dei fumi di combustione freddi che escono dai secondi canali 13.

Considerando la forma di realizzazione mostrata nelle allegate figure, in cui la matrice dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 si sviluppa nella corona cilindrica delimitata dalla parete laterale esterna 25 e dalla parete laterale interna 26 con una configurazione “a scacchiera” come sopra descritta, i primi condotti di distribuzione 19 e i secondi condotti di distribuzione 20 sono configurati e dimensionati esternamente in modo tale che le perdite di carico del rispettivo fluido che li investe esternamente (i.e. rispettivamente i fumi di combustione caldi e il fluido da riscaldare freddo) siano calcolate al fine di ottimizzare la ripartizione della loro portata in ingresso rispettivamente nei secondi canali 13 e nei primi canali 12 che si alternano lungo le file che si sviluppano lungo le direzioni radiali R. Tale dimensionamento tiene anche in considerazione le perdite di carico distribuite che si generano lungo i primi canali 12 e i secondi canali 13.

Sempre con riferimento alla matrice di primi canali 12 e secondi canali 13 come sopra descritta e come rappresentata nelle allegate figure, i primi canali 12 e i secondi canali 13 che si alternano lungo le corone circolari di diametro maggiore (più esterne) sono favoriti al passaggio del fluido che li attraversa a dispetto dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 che si alternano lungo le corone circolari di diametro minore (più interne). I primi canali 12 e i secondi canali 13 che si alternano lungo corone circolari di diametro minore sono cioè penalizzati da maggiori perdite di carico che il rispettivo fluido subisce nell’attraversare gli spazi liberi rispettivamente fra i secondi condotti di distribuzione 20 e i primi condotti di distribuzione 19 prima di raggiungerli.

Per questa ragione, al fine di ottimizzare lo scambio termico fra i due fluidi, è necessario introdurre accorgimenti e/o dispositivi per il tramite dei quali si generino volute perdite di carico calcolate al fine di uniformare le portate dei due fluidi lungo i rispettivi primi canali 12 e secondi canali 13 di tutta la matrice. Tali accorgimenti e/o dispositivi possono consistere in un voluta configurazione e/o in un voluto dimensionamento esterno dei primi condotti di distribuzione 19 e dei secondi condotti di distribuzione 20 i quali ostacolano e ostruiscono, in particolare in direzione radiale, il passaggio attraverso di essi rispettivamente dei fumi di combustione caldi in ingresso ai secondi canali 13 e del fluido da riscaldare freddo in ingresso ai primi canali 12.

Parimenti, la conformazione e il dimensionamento della sezione trasversale interna dei primi condotti di distribuzione 19 e dei secondi condotti di distribuzione 20 sono studiate in modo tale che le perdite di carico generate internamente a essi compensino, se necessario, le perdite di carico indotte dal dimensionamento finora descritto.

In sostanza, la forma e le dimensioni, interne ed esterne, dei primi condotti di distribuzione 19 e dei secondi condotti di distribuzione 20 sono determinate in funzione della distribuzione, in termini di portata, dei due fluidi (fluido da riscaldare e fumi di combustione) rispettivamente lungo i primi canali 12 e i secondi canali 13.

Viene ora illustrato un possibile metodo per il dimensionamento dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 al fine di equalizzare i flussi termici qiattraverso le pareti di separazione 14 dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 in corrispondenza di una sezione trasversale della rispettiva matrice. Ovviamente, sezioni trasversali diverse, cioè prese a una diversa quota lungo l’asse longitudinale A, avranno flussi termici differenti, essendo diverso il salto termico tra i fumi di combustione e il fluido da riscaldare.

L’equalizzazione dei flussi termici fra i primi canali 12 e i secondi canali 13 in corrispondenza di ogni sezione trasversale della matrice permette di ottenere una buona efficienza di scambio termico, evitando che si generino cosiddetti “flussi termici passivi” fra primi canali 12 e secondi canali 13, assicurando che buona parte dell’energia termica dei fumi di combustione sia trasferita al fluido da riscaldare. Qualora, al contrario, i flussi termici fra i primi canali 12 e i secondi canali 13 fossero disomogenei, con primi canali 12 e secondi canali 13 che scambiano più calore rispetto ad altri, il salto termico fra i fumi di combustione e il fluido da riscaldare sarebbe disomogeneo: tale disomogeneità di temperatura si tradurrebbe di fatto in una perdita di efficienza dello scambiatore, in particolare nelle zone dove il salto termico fra i due fluidi è maggiore.

Massimizzando l’area di scambio termico si ottiene pertanto una sezione di scambiatore ad elevata efficienza.

Nel seguito per semplicità, ci si riferirà a una matrice in cui i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono distribuiti fra loro alternati in una corona cilindrica di cui la figura 9 mostra una sezione trasversale parziale.

Si assume che le pareti di separazione fra i vari canali abbiano uno spessore trascurabile che, come apparirà più chiaro nel seguito, è assunto pari a zero. Si nota che i primi canali 12 e i secondi canali 13 hanno una conformazione e una distribuzione come quella sopra descritta con riferimento alla figura 3a o alla figura 3b.

Lungo ciascuna direzione radiale R i primi canali 12 e i secondi canali 13 sono allineati fra loro alternati entro la corona circolare (in sezione) delimitata internamente dalla circonferenza di diametro minore pari al diametro interno dello scambiatore (parete laterale interna 26), ed esternamente dalla circonferenza di diametro maggiore pari al diametro esterno dello scambiatore (parete laterale esterna 25). Sempre con riferimento a una sezione trasversale del corpo-scambiatore 11, i primi canali 12 e i secondi canali 13 che si alternano lungo una stessa direzione radiale R sono delimitati lateralmente (cioè lungo i loro lati radiali) da rispettive rette che delimitano un settore circolare il cui angolo al centro è indicato come α, dove α è uguale a 2π/N, N essendo un numero pari.

Per semplicità i primi canali 12 e i secondi canali 13 verranno indicati come “canali” della matrice indicizzati con gli indici ij, dove i varia da 1 a M (i=1…M), M essendo il numero di canali che si alternano lungo ciascuna direzione radiale R della matrice, e j varia da 1 a N (j=1…N), N essendo il numero di canali che si alternano lungo ciascuna corona circolare della matrice. Il canale ij-esimo è quindi delimitato in direzione radiale dai diametri Die Di+1, dove i varia da 1 a M e dove D1è il diametro minore pari al diametro interno dello scambiatore (valore noto) e DM+1è il diametro maggiore pari al diametro esterno dello scambiatore (valore noto).

Parimenti le pareti di separazione 14 verranno indicate come “pareti”.

Si considera, inoltre, una porzione della matrice che parallelamente all’asse longitudinale A ha una lunghezza LA, si considera cioè un tronco dello scambiatore di calore di lunghezza LA.

Le formule fondamentali per il metodo di dimensionamento considerano il coefficiente di scambio termico hijattraverso la parete del canale ij-esimo

Dove:

è il flusso termico totale attraverso le pareti del canale ij-esimo, espresso per esempio in [W],

è l’area effettiva di scambio della parete considerata (superficie lambita dal fluido che scambia calore) e

rappresenta il salto termico relativo ai fumi di combustione a temperatura Tℎe al fluido da riscaldare a temperatura separati dalla parete considerata.

Il legame tra il coefficiente di scambio termico ℎed i parametri geometrici e termo-fluidodinamici dello scambiatore di calore sono esprimibili attraverso relazioni funzionali del tipo:

Dove:

C, n ed m rappresentano diverse costanti di regressione dei dati empirici nella forma espressa dalla relazione<(2),>

è il numero di Reynolds per la parete del

canale ij-esimo, ottenuto dalla velocità media del fluido nel canale ij-esimo,

è il diametro medio caratteristico del canale

ij-esimo, che è legato all’area trasversale (sezione di passaggio) di flusso libero

μ indica la viscosità dinamica del fluido stesso, è il numero di Prandtl medio, funzione delle sole proprietà termofisiche del fluido.

Introducendo la portata massica per il canale ijesimo con la rispettiva parete, la velocità media del fluido può anche esser espressa come

Un’altra relazione fondamentale è quella che esprime la perdita di carico all’interno del canale ij-esimo, che assume la forma

dove Kij(coefficiente di perdita di carico del canale ij-esimo) rappresenta ancora una costante empirica, risultante unicamente dai parametri geometrici del canale e non dalle proprietà termofisiche del fluido stesso.

Si possono seguire diversi metodi di dimensionamento, a seconda dei parametri di progetto d’interesse.

Nel seguito ci si riferisce a titolo esemplificativo a una matrice i cui canali sono distribuiti in una corona cilindrica che in sezione trasversale si mostra come rappresentato schematicamente e parzialmente nell’allegata figura 9, la procedura di dimensionamento è comunque estendibile a diverse distribuzioni dei canali.

La procedura di dimensionamento considera come dati di ingresso:

- l’angolo α di ampiezza dei canali come mostrato in figura 9,

- la portata totale dei fumi di combustione (fluido caldo)

- la portata totale del fluido da riscaldare (fluido freddo), ossia aria, e

- le temperature di ingresso dei fumi di combustione e del fluido da riscaldare (aria),

- i salti di pressione disponibili per i fumi di combustione e il fluido da riscaldare (aria) rispettivamente Δphe Δpc.

Il metodo di dimensionamento genera come dati di uscita i diametri delle pareti di separazione dei vari canali.

Considerando la forma geometrica dei canali mostrata in figura 9, le formule per il calcolo dell’area di scambio termico e dell’area trasversale (sezione di passaggio) per il canale ij-esimo sono rispettivamente

dove gli spessori delle pareti sono trascurati per semplicità e Aije At,ijdipendono solo dal diametro interno Die dal diametro esterno Di+1della corona circolare lungo la quale è collocato il canale ijesimo.

Al fine di massimizzare l’efficienza di scambio termico possono essere adottati due diversi metodi di dimensionamento.

Secondo un primo metodo di dimensionamento, si assume che non sia di interesse regolare le perdite di carico localizzate in ingresso e/o in uscita dal canale attraverso strozzature opportune dal diametro calibrato. Questa configurazione è la più semplice possibile, dove le perdite di carico sono uguali in tutti i canali.

Secondo un secondo metodo, grazie all’introduzione di restringimenti della sezione di passaggi calibrati di ciascun canale, è possibile differenziare le perdite di carico tra gli stessi. Aggiungendo questo ulteriore parametro di progetto, è infatti possibile realizzare canali con stesso flusso termico e portate differenziate che non seguono direttamente il rapporto delle aree di passaggio.

Viene ora illustrato il primo metodo di dimensionamento (a perdite di carico uniformi) con particolare riferimento alla geometria del tipo di quella illustrata in figura 9, il metodo essendo facilmente adattabile a casi con geometrie dei canali diverse. Essendo Dile incognite da determinare, considerando in particolare i canali ij e i+1,j’ posti su due diametri adiacenti attraversati dallo stesso fluido (fumi di combustione o fluido da riscaldare) e, quindi, disposti in settori circolari diversi e fra loro adiacenti, in questo tipo di dimensionamento si impone che

da cui, poiché ed inoltre da per il fatto che i canali hanno forme similari, risulta che

La formula (7) esprime il fatto che, avendo fissato la stessa perdita di carico sui vari canali, la portata si ripartisce proporzionalmente al rapporto delle aree di flusso libero.

La seconda relazione che viene imposta è quella di cosiddetto “buon progetto” come espressa in premessa (i.e. che il flusso termico netto sia uguale per tutti i canali), così che i flussi termici di canali adiacenti, cioè su corone circolari adiacenti, siano uguali, ovvero che la sezione dello scambiatore sia utilizzata al massimo della sua efficienza. Tale relazione di progetto si esprime quindi come

che, dopo aver sostituito la (1) e la (2), considerando l’uguaglianza dei numeri di Prandtl e delle proprietà termofisiche, implica che:

Dalla definizione di numero di Reynolds e ricordando che

che, per la definizione di velocità media del fluido implica che

da cui, utilizzando la formula (7) si giunge alla relazione geometrica che lega le sezioni di passaggio e di scambio termico

Nel caso della geometria in figura 9, la sostituzione delle relazioni (4) e (5) permette di giungere alla seguente relazione di progetto:

Dove Di non varia al variare dell’indice j dei canali ij-esimi.

Detto M il numero di canali che si susseguono lungo ciascuna direzione radiale R della matrice formante lo scambiatore di calore, è possibile scrivere tale equazione per ogni valore intero di i compreso fra 1 e M-1 (i= 1 … M-1), ottenendo in tal modo un sistema di M-1 equazioni in M-1 incognite (tenendo presente che D1corrisponde al diametro interno dello scambiatore, coincidente con il diametro della parete laterale interna 26, e che DM+1corrisponde al diametro esterno dello scambiatore coincidente con il diametro della parete laterale esterna 25, essendo quindi D1e DM+1parametri di ingresso del calcolo.

Viene ora descritto il secondo metodo di dimensionamento (i.e. con perdite di carico differenziate). Le perdite di carico possono essere differenziate per esempio introducendo strozzature all’ingresso e/o all’uscita di ciascun condotto, strozzature che possono inoltre essere differenziate per ciascun condotto in funzione della sua posizione rispetto al corrispondente collettore di alimentazione o raccolta. In aggiunta o in alternativa, le perdite di carico possono essere differenziate modificando la finitura superficiale dei singoli condotti.

Il caso con perdite di carico calibrate in ingresso e/o uscita ai singoli canali si analizza in maniera similare al caso con perdite di carico uniformi (i.e.

il primo metodo sopra descritto). L’unica variazione da considerare è che la formula (6) in questo caso diventa ( 11 ) Considerando coppie di canali ij-esimo e i’j’-esimo, dove sono parametri di progetto, che possono essere calibrati in modo da ottenere una voluta suddivisione delle portate. Tali parametri di progetto introducono un grado di libertà ulteriore, che affiancato alla relazione di “buon progetto” espressa dalla formula (8), consente di poter avere ulteriore libertà sulla definizione della forma geometrica delle sezioni dei canali. La relazione data dalla formula (11) assume una forma simile a quella della formula (7), che è appunto

( 12 )

dove e sono i coefficienti di perdita di carico per i canali ij-esimo e i’j’-esimo, che in tal caso assumono valori diversi, i canali ij-esimo e i’j’-esimo potendo avere diversa conformazione.

La formula (12), così come la formula (7), esprime ancora il legame tra le portate nei due canali, dove in tal caso hanno un effetto anche le perdite di carico calibrate in ingresso e/o uscita dal singolo canale. Combinando la formula (12) e la formula (9) è possibile giungere ad un sistema di equazioni dove figurano come ulteriori parametri di progetto anche le perdite di carico calibrate. Tali perdite di carico calibrate potranno esser selezionate in modo da garantire la condizione di “buon progetto” (i.e. uniformità dei flussi termici fra i canali della stessa sezione) anche per casi geometrici in cui le sezioni di passaggio dei canali indurrebbero una ripartizione dei flussi tra i vari canali non sufficiente a garantire le condizioni progettuali desiderate.

Tale sistema di equazioni è:

Dove

- sono le perdite di carico concentrate all’ingresso e all’uscita del canale ij-esimo;

- Kijè il coefficiente di perdita di carico distribuita lungo il canale ij-esimo;

- la portata massica di fluido che percorre il canale ij-esimo;

- ρijla densità del fluido che percorre il canale ij-esimo;

- At,ijla sezione libera trasversale di passaggio del fluido del canale ij-esimo;

- Aijla superficie totale di scambio termico convettivo del canale ij-esimo;

- H e Z valori costanti ed uguali per tutti i canali del corpo-scambiatore 11.

Con riferimento alle allegate figure, i primi condotti di distribuzione 19 e i secondi condotti di distribuzione 20 hanno forma di tronchi di piramidi a base retta o troncoconica la cui base maggiore è definita in corrispondenza rispettivamente della seconda base 22 e della prima base 21 del corpo-scambiatore 11.

Vantaggiosamente, con riferimento alla forma di realizzazione di cui alle allegate figure, ciascun primo canale 12 si prolunga in un rispettivo primo condotto di distribuzione 19 che ne definisce la rispettiva estremità di uscita 12b e ciascun secondo canale 13 si prolunga in un rispettivo secondo condotto di distribuzione 20 che ne definisce la rispettiva estremità di uscita 13b.

In ogni caso, i primi condotti di distribuzione 19 e i secondi condotti di distribuzione 20 sono disposti in modo tale che primi canali 12 e secondi canali 13 adiacenti non siano mai percorsi dallo stesso fluido.

Al riguardo, si nota che nella forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure, tutti i primi canali 12 e tutti i secondi canali 13 sono attraversati rispettivamente dal fluido da riscaldare e dai fumi di combustione. Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione in cui solo una parte dei primi canali 12 e dei secondi canali 13 formanti la matrice è utilizzata ai fini dello scambio termico e, quindi, attraversata rispettivamente dal fluido da riscaldare e dai fumi di combustione. In ogni caso, primi canali 12 e secondi canali 13 adiacenti sono percorsi rispettivamente dal fluido da riscaldare e dai fumi di combustione e mai dallo stesso fluido.

In una preferita forma di realizzazione, il condotto di alimentazione 15 dell’altro fluido (i.e. fluido comburente o gas) è alloggiato per almeno un tratto della sua lunghezza nella cavità tubolare centrale del corposcambiatore 11 ed è disposto in modo sostanzialmente coassiale all’asse longitudinale A-A.

L’estremità di uscita 15b (testa di combustione) del condotto di alimentazione 15 si prolunga oltre il secondo setto 24.

L’estremità di ingresso 15a del condotto di alimentazione 15 si prolunga oltre il collettore di scarico 17 dei fumi di combustione freddi.

La parete laterale interna 26 del corpo-scambiatore 11 si prolunga, vantaggiosamente, oltre il primo setto 23 estendendosi lungo tutto il collettore di scarico 17.

Fra il condotto di alimentazione 15 e la parete laterale interna 26 rimane definita una intercapedine 27 in cui non circolano fluidi e che è attraversata dal condotto di alimentazione 15 e da dispositivi di accensione o innesco della combustione e dispositivi di rilevazione di fiamma, non raffigurati e descritti nel dettaglio, essendo di tipo noto al tecnico del ramo.

Il collettore di alimentazione 16 del fluido da riscaldare (aria) è costituito da una camicia tubolare 28, che è coassiale all’asse longitudinale A-A e che è disposta esternamente alla prima estremità 11a del corpo-scambiatore 11. Le basi opposte della camicia tubolare 28 sono costituite da pareti 29 e 30 che si raccordano a tenuta rispettivamente con la parete laterale esterna 25 del corposcambiatore 11 a monte della sua prima base 21 e con il primo setto 23. La camicia tubolare 28 si raccorda poi con una tubazione di alimentazione 31 del fluido da riscaldare. Tale tubazione di alimentazione 31 può essere collegata alla mandata di ventilatori soffianti che alimentano il fluido da riscaldare (aria) nel collettore di alimentazione 16.

Il volume VA interno al collettore di alimentazione 16 – volume VA che, nella forma di realizzazione raffigurata, è delimitato dalla camicia tubolare 28, dalla parete 29 e dalla parete 30 unita al primo setto 23 - accoglie al proprio interno la prima base 21 del corpo-scambiatore 11, in corrispondenza della quale sboccano le estremità di ingresso 12a dei primi canali 12.

I secondi condotti di distribuzione 20 si estendono all’interno di detto volume VA prolungandosi oltre esso in modo da sboccare con le rispettive estremità di uscita 13b nel collettore di scarico 17.

Il collettore di scarico 17 dei fumi di combustione freddi è costituito da un corpo scatolare anulare che è delimitato internamente dalla parete laterale interna 26, ovvero da un prolungamento di essa, esternamente da una porzione tubolare 32 e alle basi opposte rispettivamente dal primo setto 23 e da una parete d’estremità 33 attraversata dal condotto di alimentazione 15. La parete di estremità 33 chiude a un’estremità l’intercapedine anulare 27.

Il collettore di scarico 17 è poi provvisto di una tubazione di scarico 34 dei fumi di combustione freddi che può sfociare in atmosfera o che può essere collegata all’aspirazione di ventilatori di aspirazione.

Il volume VS interno al collettore di scarico 17 – volume VS che, nella forma di realizzazione raffigurata, è delimitato dalla porzione tubolare 32, dal primo setto 23 e dalla parete d’estremità 33 - accoglie al proprio interno i secondi condotti di distribuzione 20 o meglio le rispettive estremità terminali che definiscono le estremità di uscita 13b dei secondi canali 13. In particolare, le estremità di uscita 13b dei secondi canali 13 sboccano nel volume VS in corrispondenza del primo setto 23.

Il collettore di distribuzione 18 del fluido riscaldato comprende un corpo tubolare 34 che è coassiale all’asse longitudinale A-A e che si prolunga dalla seconda estremità 11b del corpo-scambiatore 11, in corrispondenza della quale esso presenta una prima parete in corrispondenza della quale sboccano le estremità di uscita 12b dei primi canali 12. Nella forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure, tale prima parete è costituita dal secondo setto 24.

L’estremità del corpo tubolare 34 opposta a detta prima parete (secondo setto 24) presenta una base anulare che è attraversata da almeno un’apertura centrale 35 coassiale all’asse longitudinale A-A e in comunicazione di fluido con la camera di combustione C-C.

Il corpo tubolare 34 ha forma tronco-conica con conicità convergente verso la sua base anulare.

Il volume VD interno al collettore di distribuzione 18 – volume VD che, nella forma di realizzazione mostrata nelle allegate figure, è delimitato dal corpo tubolare 34, dal secondo setto 24 e dalla base anulare del corpo tubolare 34 – accoglie al proprio interno i primi condotti di distribuzione 19 o meglio le estremità terminali di essi che definiscono le estremità di uscita 12b dei primi canali 12. In particolare, le estremità di uscita 12b dei primi canali 12 sboccano nel volume VD in corrispondenza del secondo setto 24.

In una preferita forma di realizzazione, il bruciatore 10 comprende inoltre un tubo di fiamma 36 che è coassiale all’asse longitudinale A-A e che è in comunicazione di fluido con il collettore di distribuzione 18 del fluido riscaldato, con l’estremità di uscita 15b (testa di combustione) del condotto di alimentazione 15 dell’altro fluido e con la camera di combustione C-C.

Con riferimento alla forma di realizzazione mostrata nelle allegate figure, il tubo di fiamma 36 è alloggiato nel collettore di distribuzione 18 e ha le estremità assialmente opposte aperte: una prima estremità è raccordata all’apertura centrale 35, una seconda estremità accoglie al proprio interno l’estremità di uscita 15b (testa di combustione) del condotto di alimentazione 15. Fra il tubo di fiamma 36 e l’estremità di uscita 15b del condotto di alimentazione 15 rimane definita una luce di passaggio 37 per il passaggio attraverso di essa di almeno una parte di del fluido riscaldato che riempie il volume VD.

In una possibile forma di realizzazione, la base anulare del corpo tubolare 34 è attraversata da una pluralità di aperture secondarie 38 ricavate in posizioni radialmente esterne rispetto all’apertura centrale 35 e anch’esse in comunicazione di fluido con la camera di combustione CC.

Il bruciatore 10 può comprendere, inoltre, un alloggiamento tubolare 39 che è coassiale all’asse longitudinale A-A e nel quale è alloggiato almeno un tratto del corpo-scambiatore 11. In particolare, l’alloggiamento tubolare 39 alloggia al proprio interno almeno il tratto del corpo-scambiatore 11 terminante nella sua seconda estremità 11b.

L’alloggiamento tubolare 39 ha un’estremità aperta e in comunicazione di fluido con la camera di combustione CC e l’estremità opposta chiusa da una parete attraversata da detto corpo-scambiatore. Nella forma di realizzazione mostrata nelle allegate figure, tale parete coincide con la parete 29 che delimita il collettore di alimentazione 16 e che, vantaggiosamente, si prolunga in una flangia di attacco.

Fra l’alloggiamento tubolare 39 e il corpo-scambiatore 11 è definita un’intercapedine di guida dei fumi di combustione in ingresso ai secondi canali 13. Nel volume VF di questa intercapedine di guida sboccano le estremità di ingresso 13a dei secondi canali 13. I primi condotti di distribuzione 19, invece, sono alloggiati in tale volume VF senza tuttavia essere in comunicazione diretta con esso. I primi condotti di distribuzione 19, infatti, sboccano nel volume VD interno al collettore di distribuzione 18.

La forma di realizzazione mostrata nelle allegate figure si riferisce a un bruciatore a fiamma libera, nel caso in cui il bruciatore sia del tipo a tubo radiante, l’alloggiamento tubolare 39 è costituito dallo stesso tubo radiante.

Vantaggiosamente, il bruciatore 10 o almeno parti di esso sono ottenute di pezzo con tecniche di produzione additiva (stampa tridimensionale), pressofusione o ad asportazione di truciolo.

In particolare, il corpo-scambiatore 11 completo degli eventuali primi condotti di distribuzione 19 e/o degli eventuali secondi condotti di distribuzione 20 è ottenuto di pezzo in un corpo unico mediante tecniche di produzione additiva, pressofusione o ad asportazione di truciolo.

Qualora il bruciatore 10 comprenda inoltre il collettore di distribuzione 18 del fluido riscaldato e/o il tubo di fiamma, il corpo-scambiatore 11 (completo degli eventuali primi condotti di distribuzione 19 e/o degli eventuali secondi condotti di distribuzione 20) il collettore di distribuzione 18 e/o il tubo di fiamma sono realizzati di pezzo in un corpo unico mediante una delle tecniche sopra indicate.

Il bruciatore 10 può essere del tipo a funzionamento a fiamma libera, in tal caso la camera di combustione CC è costituita dalla camera 102 del forno.

Il bruciatore 10 può essere del tipo a funzionamento a tubo radiante, in tal caso un tubo radiante forma l’alloggiamento tubolare 39 e delimita al proprio interno un volume chiuso costituente la camera di combustione CC.

Il funzionamento del bruciatore 10 secondo la presente invenzione è immediatamente comprensibile per il tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra fatta e delle figure allegate. In breve, con particolare riferimento alla forma di realizzazione rappresentata nelle allegate figure e nel caso in cui il fluido da riscaldare e riscaldato sia il fluido comburente e questo sia costituito da aria, il fluido alimentato dal condotto di alimentazione 15 sia il fluido combustibile e questo sia costituito da gas e il fluido riscaldante sia costituito dai fumi di combustione, il funzionamento del bruciatore 10 è qui di seguito descritto.

Vantaggiosamente i due fluidi transitano attraverso il bruciatore nella stessa direzione ma con versi opposti:

- il fluido da riscaldare e riscaldato (fluido comburente, aria) entra nel bruciatore 10 nella parte posteriore di esso (ossia in corrispondenza della parte esterna alla camera 102 del forno), attraversa il recuperatore (scambiatore di calore) ed esce dalla parte anteriore del bruciatore 10 (ossia la parte del bruciatore rivolta verso la camera 102);

- il fluido riscaldante (fumi di combustione), viceversa, entra nel bruciatore 10 dalla parte anteriore del bruciatore 10, attraversa il recuperatore (scambiatore di calore) ed esce dalla parte posteriore del bruciatore 10.

Il fatto che il bruciatore 10 sia equipaggiato con un recuperatore (scambiatore di calore) in controcorrente è vantaggioso in termini di efficienza di preriscaldo.

In corrispondenza del “lato freddo” o lato posteriore del bruciatore 10, l’aria da riscaldare è alimentata, per il tramite di ventilatori soffianti, nella tubazione di alimentazione 31 e da questa nel volume VA interno al collettore di alimentazione 16.

L’aria fredda che riempie il volume VA lambisce esternamente i secondi condotti di distribuzione 20 (i quali sono attraversati dai fumi di combustione freddi in uscita) e si distribuisce in modo sostanzialmente uniforme nel volume VA per entrare nei primi canali 12 attraverso le rispettive estremità di ingresso 12a di essi.

I fumi di combustione freddi sono convogliati, per il tramite dei secondi condotti di distribuzione 20, nel volume VS interno al collettore di scarico 17. I fumi di combustione freddi che riempiono il volume VS sono estratti attraverso la tubazione di scarico 34 per il tramite di appositi sistemi di estrazione, come per esempio ventilatori di aspirazione o simili.

La pressione negativa generata da tali sistemi di estrazione, permette alla totalità o a una frazione dei fumi di combustione caldi presenti nella camera di combustione CC di essere aspirata dalla camera di combustione CC nel volume VF definito dall’intercapedine delimitata, da un lato, dall’alloggiamento tubolare 39, e dall’altro lato dal corposcambiatore 11 completo di collettore di distribuzione 18.

Il volume VF accoglie i primi condotti di distribuzione 19, all’interno dei quali fluisce l’aria calda in uscita dai primi canali 12, senza tuttavia essere direttamente in comunicazione di fluido con essi. I fumi di combustione caldi aspirati nel volume VF lambiscono esternamente i primi condotti di distribuzione 19 senza entrare in contatto con l’aria calda che fluisce in essi.

L’aria fredda che riempie il volume VA entra nei primi canali 12.

I fumi di combustione caldi che riempiono il volume VF entrano nei secondi canali 13.

Il volume VA interno al collettore di alimentazione 16 e il volume VF interno all’intercapedine definita fra l’alloggiamento tubolare 39 e almeno un tratto del corposcambiatore 11 sono fra loro separati dalla parete 29. In questo modo l’aria fredda e i fumi di combustione caldi sono separati senza entrare fra loro in contatto.

Il numero di primi canali 12 attraversati dall’aria, così come il numero di secondi canali 13 attraversati dai fumi, è determinato dalla forma del recuperatore e dalla quantità di fumi di combustione caldi aspirati. Ad esempio, nel caso di funzionamento in fiamma libera, la quantità di fumi di combustione caldi aspirata dalla camera di combustione CC potrebbe essere inferiore alla totalità.

La ripartizione dei canali del corpo-scambiatore 11 in primi canali 12 e in secondi canali 13 dedicati rispettivamente al flusso del fluido da riscaldare (aria) e al flusso del fluido riscaldante (fumi di combustione) è decisa in fase di progetto del bruciatore 10 in base al numero e alla distribuzione dei primi condotti di distribuzione 19 e dei secondi condotti di distribuzione 20.

Tale parametro può cambiare in funzione delle esigenze di processo per cui viene utilizzato il bruciatore 10 ed è fissato e determinato in fase progettuale dalla quantità di fumi di combustione che si vuole aspirare.

In ogni caso, la ripartizione è fatta in modo tale che primi canali 12 e secondi canali 13 siano distribuiti fra loro alternati secondo una matrice come sopra descritta.

L’aria fredda fluisce lungo i primi canali 12 dall’estremità di ingresso 12a all’estremità di uscita 12b di essi, scambiando calore con i fumi di combustione caldi che fluiscono, in verso opposto, nei secondi canali 13 dall’estremità di ingresso 13a all’estremità di uscita 13b di essi.

L’aria calda esce dai primi canali 12 attraverso i rispettivi primi condotti di distribuzione 19 che sboccano, con le rispettive estremità di uscita 12b, nel volume VD interno al collettore di distribuzione 18.

I fumi di combustione freddi escono dai secondi canali 13 attraverso i rispettivi secondi condotti di distribuzione 20 che sboccano, con le rispettive estremità di uscita 13b, nel volume VS interno al collettore di scarico 17.

I fumi di combustione freddi riempiono il volume VF interno al collettore di scarico 17, dal quale vengono evacuati attraverso opportuni sistemi di estrazione.

L’aria calda che riempie il volume VD interno al collettore di distribuzione 18 è ripartita in una o più zone o frazioni prima di essere posta in contatto con il combustibile per lo sviluppo della reazione di combustione.

Il combustibile è alimentato attraverso il condotto di alimentazione 15 ed esce dalla testa di combustione definita all’estremità di uscita 15b di quest’ultimo.

Parte dell’aria calda che riempie il volume VD passa attraverso la luce di passaggio 37 ed entra nel volume interno al tubo di fiamma 36 ove si miscela con il combustibile dando origine alla reazione di combustione.

Il volume interno al tubo di fiamma 36 definisce, quindi, un volume di combustione.

A seconda che siano o meno previste le aperture secondarie 38, si possono avere le seguenti due modalità di funzionamento:

- Se sono presenti le aperture secondarie 38, l’aria calda presente nel volume VD si divide in due portate: una portata passa attraverso la luce di passaggio 37 che si crea tra la testa di combustione e il tubo fiamma 36. La quantità di aria che passa in questa luce di passaggio 37 si definisce primaria e riempie il volume interno al tubo di fiamma 36. Contemporaneamente, il combustibile alimentato dal condotto di alimentazione 15 e uscente dall’estremità di uscita 15b di esso riempie il volume interno al tubo di fiamma 36. Per innescare la combustione tra il combustibile e l’aria presenti in tale volume è necessario avere un innesco. Tale innesco è realizzato da un sistema di innesco (non rappresentato nelle figure) oppure semplicemente dalla temperatura all’interno al tubo di fiamma 36, qualora essa sia superiore a quella di autoaccensione del combustibile. La fiamma che si genera è realizzata con la portata primaria di aria e il combustibile, tale combustione (detta combustione primaria) avviene in condizioni sottostechiometriche, in eccesso di combustibile. Contemporaneamente a questa combustione primaria, la portata dell’aria che non è defluita attraverso la luce di passaggio 37 passa attraverso le aperture secondarie 38. Tale portata di aria si definisce come secondaria. La fiamma sottostechiometrica uscente dal tubo di fiamma 36 e da questo attraverso l’apertura centrale 35 del collettore di distribuzione 18 si espande nella camera di combustione CC dove incontra e si miscela con la portata secondaria di aria. Ne consegue che il bilancio complessivo della reazione è una combustione stechiometrica o con un rapporto tale per cui tutta l’aria brucia completamente il combustibile iniettato nel bruciatore.

- Se le aperture secondarie 38 non sono presenti, l’aria presente nel volume VD passa totalmente attraverso la luce di passaggio 37 riempiendo il volume interno al tubo di fiamma 36. Contemporaneamente, il combustibile alimentato dal condotto di alimentazione 15 e uscente dall’estremità di uscita 15b di esso riempie il volume interno al tubo di fiamma 36. Per innescare la combustione tra il combustibile e l’aria presenti in tale volume è necessario avere un innesco. Tale innesco è realizzato da un sistema di innesco (non rappresentato nelle figure) oppure semplicemente dalla temperatura all’interno al tubo di fiamma 36 qualora essa sia superiore a quella di autoaccensione del combustibile. Ne consegue che la reazione è una combustione stechiometrica o con un rapporto tale per cui tutta l’aria brucia completamente il combustibile iniettato nel bruciatore.

I fumi di combustione generati dalla reazione di combustione si trovano nella camera di combustione CC che, in funzione dell’applicazione del bruciatore 10 può essere delimitata da un tubo radiante o definita da una frazione del volume della camera 102 del forno.

Nel primo caso (riscaldamento indiretto della camera 102 per il tramite di radiatore 10 a tubo radiante), i fumi di combustione che sono aspirati nel recuperatore che equipaggia il bruciatore 10 sono la totalità di quelli generati dal bruciatore 10 stesso.

Nel secondo caso (riscaldamento diretto della camera 102 per il tramite di radiatore 10 a fiamma libera), i fumi di combustione che sono aspirati nel recuperatore che equipaggia il bruciatore 10 possono essere una frazione della totalità di quelli generati dal bruciatore 10 stesso oppure, in presenza di altri bruciatori, è possibile che i fumi aspirati siano generati da altri bruciatori.

Il forno su cui sono installati uno o più bruciatori 10 è equipaggiato con un sistema di termoregolazione che, al fine di raggiungere o mantenere una certa temperatura (output), comanda il sistema di regolazione (input) in modo tale che la potenza erogata dal bruciatore o dai diversi bruciatori venga modulata.

Vantaggiosamente, il bruciatore è in grado di essere controllato in due diverse modalità: la prima è la regolazione proporzionale o modulata mentre la seconda è on/off o a impulsi. Nel primo caso, la regolazione di potenza è effettuata modificando la portata di combustibile iniettato nel bruciatore; di conseguenza, per mantenere il corretto rapporto di combustione, viene modificata anche la portata di aria comburente e come effetto la portata di fumi di combustione generata (e quella aspirata).

Nel secondo caso, il bruciatore lavora unicamente ad una potenza fissata (solitamente la potenza massima) in una fase on, alla quale si alterna un periodo di spegnimento del bruciatore, fase off. La media pesata della portata di combustibile durante la fase on e la fase off rispetto al tempo in cui il bruciatore è on o off è corrisponde alla portata di combustibile richiesta dal termoregolatore.

La portata di fumi di combustione aspirata è sempre proporzionale alla portata di aria comburente alimentata.

Il bruciatore industriale recuperativo, cioè “autorecuperativo”, per forni industriali oggetto della presente invenzione ha il vantaggio di massimizzare la superficie di scambio termico e, quindi, di ottenere un’elevata efficienza di scambio termico e un maggiore rendimento, a parità di ingombri rispetto a bruciatori recuperativi (“autorecuperativi”) di tipo noto.

In particolare, il bruciatore oggetto della presente invenzione è integrato con uno scambiatore di calore a canali alternati comprendente una pluralità di primi canali percorsi dal fluido da riscaldare e una pluralità di secondi canali percorsi dal fluido riscaldante, in cui i primi canali e i secondi canali sono fra loro alternati a costituire una matrice in cui ciascun primo canale confina sempre con secondi canali e viceversa.

Rispetto ai bruciatori recuperativi di tipo noto – i quali sono equipaggiati con uno scambiatore di calore a due camere anulari o a fascio tubiero, in cui il fluido da riscaldare fluisce in un unico canale (camera anulare) o in una pluralità di canali (tubi), mentre il fluido riscaldante fluisce sempre e solo in un unico canale che circonda il o i canali in cui fluisce il fluido da riscaldare - il bruciatore oggetto della presente invenzione è equipaggiato con uno scambiatore di calore provvisto di una pluralità di primi canali percorsi dal fluido da riscaldare e di una pluralità di secondi canali percorsi dal fluido riscaldante, in cui i primi canali sono sempre confinanti e circondati dai secondi canali e viceversa.

A titolo esemplificativo e non limitativo, considerando la figura 7, e riferendosi ad uno scambiatore di calore ideale con sezione trasversale quadrata, lunghezza unitaria, suddiviso in una pluralità di primi canali e in una pluralità di secondi canali di pari sezione trasversale quadrata e fra loro separati da pareti di separazione di spessore nullo, è possibile calcolare i seguenti valori: A = l * m

Sez. = l<2>

l = L/n

m = 2n<2>-2n

V = Q / sez / n<2>

Dove:

A = superficie di scambio termico totale

m = numero di lati confinanti tra i primi e secondi canali L = lunghezza complessiva di un lato dello scambiatore ovvero della relativa matrice di primi e secondi canali l = lunghezza del lato di ciascun primo e secondo canale n = numero di primi e secondi canali per lato della matrice Sez. = sezione di passaggio di ciascun primo e secondo canale

V = velocità

Q = portata dei fluidi attraversanti i primi e secondi canali

Considerando la figura 7, a parità di ingombro e lato esterno si ha che:

- In caso di matrice a 4 canali: L=200 mm, n=2, l=L/n=100mm, m=4; Sez.=10000mm<2>, A=400 mm<2>.

- In caso di matrice a 64 canali: L=200 mm, n=8, l=L/n=25mm, m=112; Sez.=625mm<2>, A=2800 mm<2>.

E’ evidente che, a parità di ingombro, lo scambiatore di calore a sessantaquattro (64) canali ha una superficie di scambio sette volte superiore rispetto a quello a quattro (4) canali. Chiaro è che queste considerazioni sono fatte senza considerare lo spessore delle pareti. Per lo stesso motivo, la sommatoria delle sezioni dei due scambiatori è uguale; ne risulta che a parità di portata la velocità del fluido rimane la stessa.

Il bruciatore industriale recuperativo, cioè “auto recuperativo”, per forni industriali oggetto della presente invenzione ha il vantaggio di massimizzare il coefficiente di scambio termico (NTU) a parità di ingombri rispetto a bruciatori recuperativi (“auto-recuperativi”) di tipo noto.

Per esempio, si è riscontrato che è possibile raggiungere valori di coefficiente di scambio termico (NTU) pari e superiori a 3.5 rispetto a valori pari a 1÷1.3 tipici di bruciatori auto-recuperativi noti a due camere anulari (con alettature delle superfici di scambio termico) e a valori di 3÷3.5 tipici di bruciatori auto-recuperativi noti a fascio tubiero, consentendo, quindi, di raggiungere valori prossimi a quelli dei bruciatori noti di tipo rigenerativo che hanno valori di NTU maggiori o uguali a 4 e che a tutt’oggi rappresentano la tecnologia migliore in termini di scambio termico integrato a bordo bruciatore.

Il bruciatore industriale recuperativo, cioè “autorecuperativo”, per forni industriali oggetto della presente invenzione ha il vantaggio di minimizzare le perdite di carico del recuperatore (scambiatore di calore) che lo equipaggia rispetto a bruciatori recuperativi (“autorecuperativi”) di tipo noto.

Vantaggiosamente, lo scambiatore di calore che equipaggia il bruciatore industriale recuperativo oggetto della presente invenzione è parte integrante del bruciatore stesso.

Il bruciatore industriale recuperativo oggetto della presente invenzione o almeno parti di esso possono essere prodotti con tecniche di produzione additiva (stampa tridimensionale), pressofusione o ad asportazione di truciolo; in particolare, il recuperatore comprendente il corpo-scambiatore completo dei primi e secondi condotti di distribuzione e parti costitutive del bruciatore, quali, in particolare il collettore di distribuzione del fluido riscaldato e/o il tubo di fiamma possono essere ottenuti di pezzo in un corpo unico.

Qualora il bruciatore e/o il recuperatore che lo equipaggia o parti di essi siano prodotti con tecniche di produzione additiva (stampa tridimensionale) è possibile differenziare il materiale costitutivo dello scambiatore di calore, sia longitudinalmente sia trasversalmente con lo scopo di abbinare il miglior materiale in termini di scambio termico alla temperatura locale di esercizio per cui è impiegato.

L’ottenimento del bruciatore e/o del recuperatore che lo equipaggia o parti di essi con tecniche di produzione additiva (stampa tridimensionale) permette inoltre di:

- realizzare le superfici interne ai primi e secondi canali con rugosità avente forma e dimensioni controllate per massimizzare lo scambio termico e l’emissività della superficie stessa;

- differenziare la forma della sezione trasversale dei primi e secondi canali, che, ad esempio, può essere triangolare, quadrata, trapezoidale, tonda, o genericamente poliedrica, anche lungo il loro sviluppo longitudinale;

- differenziare la forma della sezione trasversale dei primi canali rispetto a quella dei secondi canali;

- differenziare lo sviluppo longitudinale dei primi canali e dei secondi canali che, per esempio, possono essere rettilinei, curvi, a spirale, ecc.

Il bruciatore industriale recuperativo oggetto della presente invenzione può essere utilizzato sia per funzionamento a fiamma libera sia per funzionamento in tubo radiante.

Il bruciatore industriale recuperativo oggetto della presente invenzione può essere utilizzato per preriscaldare l’aria comburente, utilizzando come fluido riscaldante i fumi di combustione generati dalla combustione della stessa aria comburente preriscaldata e del combustibile.

Il bruciatore industriale recuperativo oggetto della presente invenzione può essere anche utilizzato per preriscaldare il fluido combustibile, utilizzando come fluido riscaldante i fumi di combustione generati dalla combustione del fluido combustibile preriscaldato e dal fluido comburente.

La forma del bruciatore, del recuperatore e conseguentemente della matrice di primi e secondi canali può variare in funzione della forma e dello spazio disponibile per alloggiamento del bruciatore; solitamente tale forma può essere tonda, ellittica, rettangolare, quadrata, triangolare o una corona circolare.

La forma dei primi e secondi canali del recuperatore (scambiatore di calore) è tale da massimizzare la sezione di passaggio dei due fluidi e ridurre al minimo lo spessore delle pareti di separazione. Lo spessore delle pareti è di importanza rilevante nelle fasi transitorie di funzionamento del bruciatore durante le quali l’inerzia di riscaldo delle pareti deve essere minima; tale fase è solitamente quella in cui il bruciatore lavora in on/off e i due fluidi scorrono attraverso lo scambiatore contemporaneamente e ad intermittenza.

Il bruciatore industriale recuperativo per forni industriali così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Bruciatore (10) industriale recuperativo per forni industriali, in cui detto bruciatore (10) è configurato per essere montato su una parete (100) di un forno industriale in modo tale che detto bruciatore (10) si estenda almeno in parte attraverso un’apertura (101) ricavata in detta parete di detto forno, detta parete (100) delimitando una camera (102) del forno, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un recuperatore configurato per riscaldare almeno un fluido scelto fra un fluido combustibile e un fluido comburente per il tramite del calore dei fumi di combustione generati dalla combustione di detto fluido combustibile e di detto fluido comburente, in cui detto recuperatore comprende: - un corpo-scambiatore (11) per lo scambio termico fra detto almeno un fluido da riscaldare e detti fumi di combustione, il quale corpo-scambiatore (11) si sviluppa longitudinalmente lungo un asse longitudinale (A-A) fra una prima estremità (11a) e una seconda estremità (11b), le quali sono fra loro assialmente opposte, - una matrice che è ricavata in detto corposcambiatore (11) e che è costituita da una pluralità di primi canali (12), i quali sono percorsi da detto fluido da riscaldare, e da una pluralità di secondi canali (13), i quali sono percorsi da detti fumi di combustione, in cui - detti primi canali (12) e detti secondi canali (13) si estendono lungo lo sviluppo longitudinale di detto corpo-scambiatore fra detta prima estremità (11a) e detta seconda estremità (11b) di esso, sono disposti fra loro alternati e sono separati l’uno dall’altro da pareti di separazione (14), e in cui - ciascuna parete di separazione (14) che separa primi canali (12) e secondi canali (13) fra loro adiacenti confina, da un lato, con almeno uno di detti primi canali (12) e, dall’altro lato, con almeno uno di detti secondi canali (13), e - almeno un condotto di alimentazione (15) per l’alimentazione dell’altro fluido scelto fra detto fluido comburente e detto fluido combustibile, in cui detto condotto di alimentazione (15) ha un’estremità di ingresso (15a) associabile a una sorgente di detto altro fluido e un’estremità di uscita (15b) in comunicazione di fluido con una camera di combustione (CC).
2) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che: - ciascuno di detti primi canali (12) ha un’estremità di ingresso (12a) per l’ingresso di detto fluido da riscaldare e che è in comunicazione di fluido con un collettore di alimentazione (16) di detto fluido da riscaldare e un’estremità di uscita (12b) per l’uscita del fluido riscaldato e che è in comunicazione di fluido con detta camera di combustione (CC), - ciascuno di detti secondi canali (13) ha un’estremità di ingresso (13a) per l’ingresso di detti fumi di combustione e che è in comunicazione di fluido con detta camera di combustione (CC) e un’estremità di uscita (13b) per l’uscita di detti fumi di combustione e che è in comunicazione di fluido con un collettore di scarico (17) di detti fumi di combustione.
3) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti primi canali (12) si prolungano oltre l’estremità di ingresso (13a) e/o l’estremità di uscita (13b) di detti secondi canali (13) in rispettivi primi condotti di distribuzione (19) che terminano nell’estremità di ingresso (12a) o nell’estremità di uscita (12b) di detti primi canali.
4) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti secondi canali (13) si prolungano oltre l’estremità di ingresso (12a) e/o l’estremità di uscita (12b) di detti primi canali (12) in rispettivi secondi condotti di distribuzione (20) che terminano nell’estremità di ingresso (13a) o nell’estremità di uscita (13b) di detti secondi canali.
5) Bruciatore (10) secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che detto corpo-scambiatore (11) ha: - in corrispondenza di detta sua prima estremità (11a), una prima base (21) che è sostanzialmente trasversale a detto asse longitudinale (A-A) e in corrispondenza della quale sboccano le estremità di ingresso (12a) o le estremità di uscita (12b) di detti primi canali (12) e oltre la quale si estendono detti secondi canali (13) che si prolungano in detti rispettivi secondi condotti di distribuzione (19) terminanti nell’estremità di ingresso (12a) o nell’estremità di uscita (12b) di detti secondi canali, o viceversa e - in corrispondenza di detta sua seconda estremità (11b), una seconda base (22) che è sostanzialmente trasversale a detto asse longitudinale (A-A) e in corrispondenza della quale sboccano le estremità di ingresso (13a) o le estremità di uscita (13b) di detti secondi canali (13) e oltre la quale si estendono detti primi canali (12) che si prolungano in detti rispettivi primi condotti di distribuzione (19) terminanti nell’estremità di ingresso (12a) o nell’estremità di uscita (12b) di detti primi canali (12), o viceversa.
6) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti primi canali (12) e detti secondi canali (13) sono attraversati rispettivamente da detto fluido da riscaldare e da detti fumi di combustione in controcorrente, in cui - detta estremità di ingresso (12a) di detti primi canali (12) e detta estremità di uscita (13b) di detti secondi canali (13) sono ricavate in corrispondenza di detta prima estremità (11a) di detto corpo-scambiatore (11), detti secondi canali (13) prolungandosi per almeno un tratto della loro lunghezza in rispettivi detti secondi condotti di distribuzione (20) che si estendono oltre l’estremità di ingresso (12a) di detti primi canali (12) e che terminano in dette estremità di uscita (13b) di detti secondi canali (13), - detta estremità di ingresso (13a) di detti secondi canali (13) e detta estremità di uscita (12b) di detti primi canali (12) sono ricavate in corrispondenza di detta seconda estremità (11b) di detto corpo-scambiatore (11), detti primi canali (12) prolungandosi per almeno un tratto della loro lunghezza in detti rispettivi primi condotti di distribuzione (19) che si estendono oltre l’estremità di ingresso (13a) di detti secondi canali (13) e che terminano in dette estremità di uscita (12b) di detti primi canali.
7) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo-scambiatore (11) comprende una parete laterale esterna (25), che lo delimita lateralmente ed esternamente, e una cavità tubolare centrale, che è coassiale a detto asse longitudinale (A-A) e che definisce una parete laterale interna (26) di detto corpo-scambiatore, in cui detta matrice è ricavata fra detta parete laterale esterna (25) e detta parete laterale interna (26).
8) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto almeno un condotto di alimentazione (25) di detto altro fluido è alloggiato per almeno un tratto della sua lunghezza in detta cavità tubolare centrale di detto corpo-scambiatore (11) ed è disposto in modo sostanzialmente coassiale a detto asse longitudinale (A-A).
9) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, almeno in posizioni intermedie fra detta prima estremità (11a) e detta seconda estremità (11b) di detto corposcambiatore, le sezioni di detti primi canali (12) e/o di detti secondi canali (13) secondo piani trasversali a detto asse longitudinale (A-A) hanno area uguale lungo tutta detta matrice.
10) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, almeno in posizioni intermedie fra detta prima estremità (11a) e detta seconda estremità (11b) di detto corposcambiatore (11), dette pareti di separazione (14) hanno, su piani trasversali a detto asse longitudinale (A-A), lo stesso spessore lungo tutta detta matrice.
11) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primi canali (12) e detti secondi canali (13) sono fra loro sostanzialmente paralleli.
12) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primi canali (12) e detti secondi canali (13) sono sostanzialmente rettilinei.
13) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo-scambiatore (11) è realizzato di pezzo in un corpo unico.
14) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 13, caratterizzato dal fatto che comprende un collettore di distribuzione (18) di detto fluido riscaldato che è in comunicazione di fluido con le estremità di uscita (12b) di detti primi canali (12) e con detta camera di combustione (CC).
15) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto collettore di distribuzione (18) di detto fluido riscaldato comprende un corpo tubolare (34) coassiale a detto asse longitudinale (A-A) e che si prolunga da detta prima estremità (11a) o da detta seconda estremità (11b) di detto corpo-scambiatore, in corrispondenza della quale esso presenta una prima parete in corrispondenza della quale sboccano le estremità di uscita (12b) di detti primi canali (12), l’estremità di detto corpo tubolare (34) opposta a detta prima parete avendo almeno un’apertura centrale (35) coassiale a detto asse longitudinale (A-A) e in comunicazione di fluido con detta camera di combustione (CC).
16) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 14 o 15, caratterizzato dal fatto che comprende un tubo di fiamma (36) che è coassiale a detto asse longitudinale (A-A) e che è in comunicazione di fluido con detto collettore di distribuzione (18) di detto fluido riscaldato, con detta estremità di uscita (15b) di detto condotto di alimentazione (15) di detto altro fluido e con detta camera di combustione (CC).
17) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto tubo di fiamma (36) è alloggiato in detto collettore di distribuzione (18) di detto fluido riscaldato e ha le estremità assialmente opposte aperte, in cui detto condotto di alimentazione (15) di detto altro fluido ha detta sua estremità di uscita (15b) disposta all’interno di detto tubo di fiamma (36), fra detto tubo di fiamma (36) e detto condotto di alimentazione (15) essendo definita una luce di passaggio (37) per il passaggio attraverso di essa di almeno una parte di detto fluido riscaldato.
18) Bruciatore (10) secondo la rivendicazione 15 e la rivendicazione 16 o 17, caratterizzato dal fatto che detto corpo tubolare (34) ha, in corrispondenza di detta sua estremità opposta a detta prima parete, una pluralità di aperture secondarie (38) ricavate in posizioni radialmente esterne rispetto a detta apertura centrale (35).
19) Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 14 a 18, caratterizzato dal fatto che detto corpo-scambiatore (11) e detto collettore di distribuzione (18) di detto fluido riscaldato sono realizzati di pezzo in un corpo unico mediante tecniche di produzione additiva.
20) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni da 16 a 18, caratterizzato dal fatto che detto corpo-scambiatore (11), detto collettore di distribuzione (18) di detto fluido riscaldato e detto tubo di fiamma (36) sono realizzati di pezzo in un corpo unico mediante tecniche di produzione additiva.
21) Bruciatore (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un alloggiamento tubolare (39) che è coassiale a detto asse longitudinale (A-A) e nel quale è alloggiato per almeno un tratto detto corpo-scambiatore (11), in cui detto alloggiamento tubolare (39) ha un’estremità in comunicazione di fluido con detta camera di combustione (CC) e l’estremità opposta chiusa da una parete attraversata da detto corposcambiatore, fra detto alloggiamento tubolare (39) e detto corpo-scambiatore essendo definita un’intercapedine di guida dei fumi di combustione in ingresso a detti secondi canali (13).
22) Bruciatore (10) secondo uno o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, in un qualunque tronco assiale del corposcambiatore (11), la potenza termica netta scambiata fra ciascun primo canale (12) e ciascun secondo canale (13) è, in valore assoluto, la stessa.
23) Bruciatore (10) secondo uno o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi canali (12) e i secondi canali (13) del corposcambiatore presentano perdite di carico localizzate, all’ingresso e all’uscita che soddisfano le seguenti relazioni:

Dove - sono le perdite di carico concentrate all’ingresso e all’uscita del canale ij-esimo; - è il coefficiente di perdita di carico distribuita lungo il canale ij-esimo; - la portata massica di fluido che percorre il canale ij-esimo; - la densità del fluido che percorre il canale ij-esimo; - la sezione libera trasversale di passaggio del fluido del canale ij-esimo; - la superficie totale di scambio termico convettivo del canale ij-esimo; - H e Z valori costanti ed uguali per tutti i canali del corpo-scambiatore.
24) Bruciatore (10) secondo uno o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi canali (12) e i secondi canali (13) del corpo-scambiatore (11) presentano perdite di carico uguali fra loro, in cui i diametri $%delle pareti di separazione (14) sono tali da soddisfare il sistema di M-1 equazioni in M-1 incognite:

con i = 1,…, M-1, dove: - è il diametro interno del corpo-scambiatore (11); - è il diametro esterno del corpo-scambiatore (11); - α è l’angolo corrispondente al singolo canale, essendo α = 2π/N, con N numero intero e pari.