IT201800004454A1 - Impianto di riscaldamento a combustibili solidi - Google Patents

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Description

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“IMPIANTO DI RISCALDAMENTO A COMBUSTIBILI SOLIDI”
La presente invenzione è relativa ad un impianto di riscaldamento a combustibili solidi.
Dove con il termine “combustibile solido” in questo contesto viene designato un combustibile come pellet, legna o similari.
La presente invenzione si riferisce, inoltre, ad una particolare valvola anti-condensazione da utilizzare negli impianti di riscaldamento del tipo sopra indicato.
E’ noto che il processo di combustione nel focolare di una caldaia (termostufa) a pellet/legna produce ingenti quantità di condensa acida sullo scambiatore di calore (lato fumi) quando le temperature di ritorno dell’acqua dell’impianto di riscaldamento sono basse, vale a dire, inferiori a 50°C.
Difatti, i particolari fumi prodotti dalla combustione di combustibili solidi scambiano calore con acqua fredda e questo facilita la formazione di condensa nella massa dei fumi a causa del rapido raffreddamento dei fumi stessi.
La condensa acida (formata dalla condensazione di una parte dei fumi) è molto corrosiva e può in breve tempo arrecare danni considerevoli allo scambiatore di calore della caldaia, convenzionalmente costruito in acciaio al carbonio, provocandone la perforazione e quindi la perdita del fluido primario (in generale acqua in pressione).
Come è noto, per ovviare a questo inconveniente si installano delle valvole, le cosiddette “valvole anticondensazione”, dotate di un sensore termostatico tarato a 50°/55°C.
Tali “valvole anti-condensazione” hanno la funzione di escludere l’impianto di riscaldamento (ed i relativi termosifoni) nella fase di avviamento a freddo della caldaia, forzando il flusso di mandata caldaia attraverso un circuito idraulico ridotto che evita l’attraversamento dei termosifoni da parte dell’acqua dell’impianto.
Difatti, quanto più grande è la massa di acqua da riscaldare, tanto più lungo sarà il tempo impiegato a portare l’acqua ai richiesti 50°/55°C.
In altre parole, la probabilità di creare condensa acida è tanto più alta quanto maggiore sarà il tempo di ritorno dell’acqua fredda (cioè con temperature inferiori ai 50°/55°C) in caldaia.
Si è sentita l’esigenza, pertanto, di inserire nell’impianto di riscaldamento una “valvola anticondensazione”, per mezzo della quale è possibile selezionare, per un periodo iniziale prestabilito, un circuito idraulico ridotto costituito da una porzione del circuito idraulico completo che collega idraulicamente la caldaia ai termosifoni.
In questo modo si riesce a garantire una rapida messa in temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia, riducendo, mediante questo espediente, in maniera drastica la produzione di condensa acida ad opera dei prodotti della combustione.
Una volta che la temperatura dell’acqua di ritorno alla caldaia oltrepassa il valore della temperatura di taratura di 50°/55°C del sensore termostatico, lo stesso sensore termostatico inizia a commutare gradualmente il circuito idraulico ridotto nel circuito idraulico completo attraverso l’attivazione di un primo otturatore.
Più in dettaglio si può dire che, dopo una prima fase di miscelazione dell’acqua calda di mandata alla caldaia con l’acqua fredda di ritorno dall’impianto di riscaldamento, il circuito idraulico ridotto anticondensa viene intercettato completamente dal suddetto primo otturatore azionato dal sensore termostatico, che, a questo punto, lascia aperto solo il suddetto secondo otturatore della sua valvola assiale per garantire tutta la portata d’acqua circolante attraverso il circuito idraulico completo dell’impianto di riscaldamento con ritorno in caldaia.
E’ utile anche notare che, poiché la percentuale in circolo nel circuito idraulico ridotto rappresenta una frazione modesta dell’acqua presente nel circuito idraulico completo, la richiesta temperatura di 50°/55°C viene raggiunta dall’acqua in poco tempo evitando che la caldaia possa lavorare per molto tempo in condizioni sfavorevoli, condizioni nelle quali, come abbiamo detto, avviene la condensazione di una parte dei fumi con una conseguente probabile corrosione dello scambiatore di calore fumi/acqua.
In questo tipo di impianti di riscaldamento si è però anche posto un ulteriore problema tecnico legato al fatto che all’inizio dell’utilizzazione dell’impianto esso deve essere riempito completamente con acqua fredda.
Negli impianti tradizionali il riempimento completo dell’impianto idraulico viene realizzato per mezzo di un ramo di by-pass, provvisto di un rubinetto, alimentato dalla rete idrica (oppure da un serbatoio di acqua).
Per mezzo del suddetto ramo di by-pass si evita di attraversare la valvola anti-condensazione in modo che si possa riempire completamente il circuito idraulico completo.
In mancanza di un tale ramo di by-pass si potrebbe riempire solo la parte a valle della valvola anticondensazione, oppure soltanto la parte a monte della stessa valvola, perché la temperatura troppo bassa dell’acqua impedirebbe il deflusso dell’acqua stessa nell’intero impianto, a causa della presenza della valvola anticondensazione in posizione chiusa.
In tal modo si garantisce all’inizio il riempimento completo dell’intero circuito idraulico, per poi selezionarne soltanto una parte (circuito idraulico ridotto), in modo da fare avvenire dapprima il riscaldamento dell’acqua contenuta nel circuito idraulico ridotto, per poi attivare la restante parte del circuito, con la finalità, ovviamente, di utilizzare a regime tutto il circuito idraulico completo.
Tuttavia, il ramo di by-pass per il riempimento dell’intero impianto con acqua fredda adottato nell’arte anteriore è ingombrante e complica notevolmente l’impianto idraulico complessivo.
Pertanto, scopo principale della presente invenzione è quello di realizzare un impianto di riscaldamento a combustibile solido, che comprende una valvola anticondensazione nella quale è integrato un dispositivo di bypass azionabile selettivamente per effettuare, quando necessario, il riempimento dell’impianto in maniera facile, con una conseguente semplificazione del circuito idraulico complessivo dell’impianto di riscaldamento.
Un secondo oggetto della presente invenzione è quello di realizzare una valvola anti-condensazione nella quale è incorporato un rubinetto di by-pass atto a consentire il riempimento del circuito idraulico completo con acqua fredda.
Infine, un ulteriore oggetto dell’invenzione è quello di realizzare una valvola anti-condensazione di tipo migliorato che sia di facile inserimento in un impianto di riscaldamento a biomassa.
Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 illustra schematicamente un impianto di riscaldamento a biomassa, il quale comprende una valvola anti-condensazione di tipo innovativo;
- la figura 2 mostra una vista assonometrica della valvola anti-condensazione inserita nel circuito di cui alla figura 1;
- la figura 3 illustra una vista frontale della valvola anti-condensazione di figura 2;
- la figura 4 mostra una sezione trasversale A-A eseguita sulla vista frontale di figura 3;
- la figura 5 illustra una vista laterale della valvola anti-condensazione di figura 2;
- la figura 6 mostra una prima configurazione di un particolare ingrandito della valvola anti-condensazione di cui alle figure 2-5;
- la figura 7 illustra lo stesso particolare ingrandito di figura 6 in una seconda configurazione;
- la figura 8 mostra una sezione longitudinale B-B (eseguita sulla vista laterale di figura 5) della valvola anti-condensazione in una prima configurazione;
- la figura 9 illustra la sezione longitudinale B-B (di cui alla figura 8) della valvola anti-condensazione in una seconda configurazione;
- la figura 10 mostra la sezione longitudinale B-B (di cui alle figure 8 e 9) della valvola anti-condensazione in una terza configurazione; e
- la figura 11 illustra la sezione longitudinale B-B (di cui alle figure 8-10) della valvola anti-condensazione in una quarta configurazione.
In figura 1, con 100 è stato indicato, nel suo complesso, un impianto di riscaldamento a combustibili solidi, oggetto primario della presente invenzione.
L’impianto di riscaldamento 100 comprende, in maniera nota, i seguenti componenti:
- una caldaia 10 a combustibili solidi, i cui fumi sono evacuati attraverso una canna fumaria 11;
- un circuito idraulico completo (CIC) che unisce idraulicamente la caldaia 10 ad una serie di termosifoni 20 (solo uno è visibile in figura 1); il circuito idraulico completo (CIC) comprendendo un ramo di mandata 30 ed un ramo di ritorno 40;
- una pompa 50 posta di preferenza sul ramo di ritorno 40; ed
- una valvola anti-condensazione 60 posta a cavallo dei due rami 30, 40 del circuito idraulico completo (CIC).
In maggior dettaglio, il ramo di mandata 30 comprende un primo condotto 31 di collegamento idraulico tra la caldaia 10 e la valvola anti-condensazione 60, ed un secondo condotto 32 per il collegamento idraulico della valvola anticondensazione 60 con almeno un termosifone 20.
Analogamente, il ramo di ritorno 40 comprende un terzo condotto 41 di collegamento idraulico tra l’almeno un termosifone 20 e la valvola anti-condensazione 60, ed un quarto condotto 42 per il collegamento idraulico della valvola anti-condensazione 60 con la caldaia 10.
Dall’osservazione di figura 1 si può notare che la pompa 50 si trova più esattamente sul quarto condotto 42.
Inoltre, la valvola anti-condensazione 60 definisce insieme al primo condotto 31, al quarto condotto 42 ed alla componentistica idraulica contenuta nella caldaia 10, un circuito idraulico ridotto (CIR) per delle finalità che verranno viste meglio in seguito.
In altre parole, il circuito idraulico ridotto (CIR) rappresenta, in buona sostanza, una porzione del suddetto circuito idraulico completo (CIC).
Come mostrato in maggior dettaglio nelle figure 8-11, la valvola anti-condensazione 60 comprende un corpo valvolare monoblocco cavo 61 (realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, in ottone oppure in un materiale plastico) di forma sostanzialmente ad H.
La valvola anti-condensazione 60 oggetto dell’invenzione si caratterizza, rispetto a prodotti in commercio, per il fatto di disporre sul corpo valvolare monoblocco cavo 61 di quattro vie per il collegamento con il circuito idraulico completo (CIC).
In particolare il corpo valvolare monoblocco cavo 61 prevede due vie 62, 63 predisposte per il collegamento della Mandata/Ritorno di caldaia, e le rimanenti due vie 64, 65 per il collegamento della Mandata/Ritorno dell’impianto di riscaldamento verso il/dal termosifone 20 (figura 1).
Le coppie 62, 64 e 63, 65 delle vie sono comprese, ciascuna, in un rispettivo tratto verticale della H.
Questa disposizione agevola e semplifica l’inserimento della valvola anti-condensa 60 nel circuito idraulico completo (CIC) rispetto alla classica valvola anticondensazione a tre vie, che invece deve abbinarsi ad una ulteriore distribuzione idraulica a tre vie per creare il necessario circuito idraulico ridotto (CIR). Nella realtà dei fatti, utilizzando le tradizionali valvole anticondensazione a tre vie, il collegamento idraulico prevede la connessione di sei vie (due vie in più) anziché quattro vie come nel caso della presente invenzione.
Come illustrato sempre dettagliatamente nelle figure 8-11, all’interno del tratto orizzontale della H è alloggiato un sensore termostatico 66 tarato a 50°/55°C.
In maniera nota, il sensore termostatico 66 è provvisto di uno stelo 66C che si allunga e si accorcia in funzione della temperatura dell’acqua che lo lambisce (compara le figure 9, 10, 11).
Come è stato detto, tale valvola anti-condensa 60 ha la funzione di escludere la porzione del circuito idraulico completo (CIC) disposto a valle nella fase di avviamento a freddo della caldaia 10, forzando il flusso di mandata caldaia che fluisce nel primo condotto 31, attraverso il circuito idraulico ridotto (CIR), a ritornare in caldaia attraversando la via 63.
In questo modo, come abbiamo detto, viene garantita una rapida messa in temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia, riducendo ai minimi termini la produzione di condensa acida ad opera dei prodotti della combustione.
Come illustrato sempre nelle figure 8-11, sul sensore termostatico 66 sono montati un primo otturatore 66A ed un secondo otturatore 66B.
Il primo otturatore 66A è adibito alla chiusura/apertura di una rispettiva prima luce di passaggio 61A realizzata all’interno nel tratto orizzontale della H. Nello stesso modo, il secondo otturatore 66B serve a chiudere/aprire una rispettiva seconda luce di passaggio 61B, la quale mette in comunicazione idraulica il tratto orizzontale della H con il tratto verticale della H definito dalle vie 63, 65.
Ovviamente, in maniera nota, l’equipaggio mobile del sensore termostatico 66 è sollecitato elasticamente per mezzo di molle che, in funzione della temperatura del fluido, interagiscono con gli otturatori 66A e 66B del sensore termostatico 66 per garantire l’apertura o la chiusura delle luci valvolari 61A e 61B.
Quando la temperatura dell’acqua di mandata della caldaia 10 inizia ad oltrepassare il valore di taratura del sensore termostatico 66 (figure 10 e 11), lo stesso inizia a chiudere gradualmente il circuito idraulico ridotto (CIR) attraverso il primo otturatore 66A che chiude la corrispondente prima luce di passaggio 61A (figura 11).
Contemporaneamente il sensore termostatico 66 sposta il secondo otturatore 66B in posizione di apertura della seconda luce di passaggio 61B, consentendo in tal modo che l’intero idraulico completo (CIC) venga interessato al deflusso di acqua (figura 11).
In altre parole, quando la seconda luce di passaggio 61B è in posizione aperta l’acqua può fluire dalla via 65 alla via 63 attraversando la seconda luce di passaggio 61B stessa.
Pertanto, dopo una iniziale fase di miscelazione dell’acqua calda di mandata che fluisce attraverso il primo condotto 31 con l’acqua fredda di ritorno dal terzo condotto 41 (figura 10), il circuito idraulico ridotto (CIR) viene commutato completamente dalla chiusura della prima luce di passaggio 61A da parte dell’otturatore 66A azionato dal sensore termostatico 66 (figura 11), il quale, a questo punto, lascia aperto soltanto la seconda luce di passaggio 61B (chiudendo invece completamente la prima luce di passaggio 61A – figura 11) per garantire tutta la portata d’acqua circolante attraverso il circuito idraulico completo (CIC) dell’impianto di riscaldamento con ritorno in caldaia attraverso le vie 65, 63 della valvola anti-condensazione 60.
La valvola anti-condensazione 60 oggetto dell’invenzione rispetto ai prodotti attualmente commercializzati ha inoltre integrato nel corpo valvolare monoblocco un rubinetto di by-pass 67 del sensore termostatico 66.
Tale rubinetto di by-pass 67 in posizione “aperto” (intaglio in posizione verticale “open” – figure 6 e 8) mette in comunicazione diretta la via 65 di ritorno impianto con la via 63 di ritorno in caldaia con la seconda luce di passaggio 61B chiusa dal secondo otturatore 66B.
In maggior dettaglio, e con riferimento alle figure 8-11, in una sua possibile versione, il rubinetto di by-pass 67 comprende un cilindretto 68 provvisto, a sua volta, di un foro passante trasversale 68A verticale che si interseca con un foro cieco longitudinale 68B orizzontale.
I due fori 68A e 68B sono in comunicazione fluidica tra di loro.
Inoltre, il cilindretto 68 prevede un intaglio 69 osservabile dall’esterno da parte di un operatore.
Il rubinetto di by-pass 67, viene mantenuto aperto (intaglio 69 in posizione verticale (figure 6 e 8 - in posizione “open”) solo nella fase di riempimento (caricamento) dell’impianto di riscaldamento (quando, ad impianto freddo, il secondo otturatore 66B chiude completamente la seconda luce di passaggio 61B (figura 8); al termine delle operazioni di riempimento dell’impianto il rubinetto di by-pass 67 viene chiuso (intaglio 69 in posizione orizzontale (figure 7, 9-11 - in posizione “closed”)).
A questo punto si hanno le tre situazioni illustrate nelle figure 9, 10 e 11, configurazioni con il rubinetto di by-pass 67 in posizione di chiusura.
Più in particolare, quando la temperatura dell’acqua di ritorno alla caldaia è ≤ 50°-55°C la prima luce 61A è aperta, mentre la seconda luce 61B è chiusa (figura 9).
Quando la temperatura dell’acqua di ritorno alla caldaia è > 50°-55°C ma < 60°C si verifica una fase transitoria di miscelazione, con entrambe le luci 61A e 61B semi-aperte (figura 10).
Viceversa, quando la temperatura dell’acqua di ritorno alla caldaia è > 60°C la prima luce 61A è completamente chiusa, mentre la seconda luce 61B è completamente aperta (figura 11).
Con la presenza del rubinetto di by-pass 67 a bordo della valvola anti-condensazione 60 si evita la costruzione sul campo di una ulteriore derivazione idraulica per l’inserimento di un rubinetto esterno, semplificando e facilitando ancora una volta il lavoro all’installatore.
Il corpo valvolare monoblocco cavo 61 è dotato, inoltre, di una doppia connessione (fronte/retro) idraulica 70 per realizzare il collegamento dell’intero impianto di riscaldamento 100 con la rete idraulica generale 71 (figura 1).
Inoltre, nel corpo valvolare monoblocco cavo 61 è stato integrato un rubinetto di scarico impianto 80 utilizzabile per le operazioni di manutenzione ordinaria che va anch’esso ad agevolare il lavoro dell’installatore, il quale non deve più prevederlo all’esterno realizzando una ulteriore derivazione sul circuito idraulico.
Riassumendo possiamo dire che la valvola anticondensazione 100 costruita secondo i dettami della presente invenzione prevede:
- l’integrazione di quattro vie 63, 64, 65, 66 per il collegamento idraulico;
- l’integrazione del rubinetto di by-pass 67 del sensore termostatico 66;
- l’ integrazione di due connessioni idrauliche 70 per la linea di carico impianto;
- l’integrazione del rubinetto di scarico impianto 80; e consente all’installatore di evitare la costruzione sul campo di quattro derivazioni idrauliche con una notevole riduzione dei tempi e dei costi da sostenere.
Oltre a questi vantaggi la valvola anticondensa a quattro vie oggetto dell’invenzione, a causa dell’integrazione delle funzioni idrauliche direttamente a bordo del corpo valvolare monoblocco cavo, consente di ottenere una considerevole riduzione degli ingombri dei circuiti idraulici afferenti all’impianto di riscaldamento.

Claims (9)

1. Impianto di riscaldamento (100) a combustibili solidi; impianto di riscaldamento (100) comprendente: - una caldaia (10); - almeno un elemento riscaldante in remoto (20); - un circuito idraulico completo (CIC), il quale unisce idraulicamente detta caldaia (10) con detto almeno un elemento riscaldante in remoto (20); ed - un circuito idraulico ridotto (CIR), il quale unisce idraulicamente detta caldaia (10) con una valvola anticondensazione (60); detto circuito idraulico ridotto (CIR) costituendo una porzione di detto circuito idraulico completo (CIC); impianto di riscaldamento (100) caratterizzato dal fatto che detta valvola anti-condensazione (60) comprende un corpo valvolare monoblocco cavo (61) comprendente, al suo interno, mezzi di deviazione (66) del flusso di acqua, tarati su una soglia di temperatura dell’acqua di ritorno, permettendo il passaggio da detto circuito idraulico ridotto (CIR) a detto circuito idraulico completo (CIC), e viceversa; in detta valvola anti-condensazione (60) essendo integrato, inoltre, un dispositivo di by-pass (67) di detti mezzi di deviazione (66) del flusso di acqua; detto dispositivo di by-pass (67) essendo atto a permettere il riempimento totale di detto circuito idraulico completo (CIC) con una temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia inferiore a quella di taratura di detti mezzi di deviazione (66).
2. Impianto di riscaldamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di by-pass (67) comprende un cilindro (68) provvisto, a sua volta, di un foro passante trasversale (68A) che si interseca con un foro cieco longitudinale (68B); i due fori (68A, 68B) essendo in comunicazione fluidica tra di loro.
3. Impianto di riscaldamento (100), come rivendicato alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto cilindro (68) prevede un intaglio (69) osservabile dall’esterno da parte di un operatore.
4. Valvola anti-condensazione (60) per un impianto di riscaldamento (100) a combustibili solidi; valvola anticondensazione (60) comprendente un corpo valvolare monoblocco cavo (61) comprendente al suo interno mezzi di deviazione (66) del flusso di acqua, detti mezzi di deviazione (66) essendo tarati su una soglia di temperatura dell’acqua di ritorno, permettendo il passaggio da un circuito idraulico ridotto (CIR) ad circuito idraulico completo (CIC), e viceversa; valvola anti-condensazione (60) caratterizzata dal fatto di comprendere, in maniera integrata, un dispositivo di by-pass (67) di detti mezzi di deviazione (66) del flusso di acqua; detto dispositivo di by-pass (67) essendo atto a permettere il riempimento totale di detto circuito idraulico completo (CIC) con una temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia inferiore a quella di taratura di detti mezzi di deviazione (66).
5. Valvola anti-condensazione (60), come rivendicato alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di by-pass (67) comprende un cilindro (68) provvisto, a sua volta, di un foro passante trasversale (68A) che si interseca con un foro cieco longitudinale (68B); i due fori (68A, 68B) essendo in comunicazione fluidica tra di loro.
6. Valvola anti-condensazione (60), come rivendicato alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto cilindro (68) prevede un intaglio (69) osservabile dall’esterno da parte di un operatore.
7. Valvola anti-condensazione (60), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 4-6, caratterizzata dal fatto che detto corpo valvolare monoblocco cavo (61) comprende quattro vie (62, 63, 64, 65) accoppiabili a coppie (62, 63; 64, 65), rispettivamente, ad una caldaia (10), e ad almeno un elemento riscaldante in remoto (20).
8. Valvola anti-condensazione (60), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 4-7, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una connessione idraulica (70) atta a realizzare un collegamento idraulico con una rete idraulica generale (71); detta connessione idraulica (70) essendo integrata, almeno parzialmente, in detto corpo valvolare monoblocco cavo (61).
9. Valvola anti-condensazione (60), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 4-8, caratterizzata dal fatto di comprendere un rubinetto di scarico impianto (80) integrato, almeno parzialmente, in detto corpo valvolare monoblocco cavo (61).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5327935A (en) * 1993-03-08 1994-07-12 Hicks Prentiss C Three-way valve with pressure balanced plug member
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