IT201800005896A1 - Dispositivo modulare autonomo con possibile integrazione in sistemi di combustione preesistenti, consistente in un microprocessore ASIC appositamente progettato, con funzionalità plug and play per le varie sonde di misura esistenti in commercio per ottimizzare la combustione di biomassa. Attraverso la analisi qualitativa e quantitativa della quantità di ossigeno e altri elementi derivanti dalla combustione, gestisce in modo autonomo interfacciando diverse tipologie di attuatori alimentati sia in tensione continua che alternata - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

Avente per titolo: Dispositivo modulare autonomo con possibile integrazione in sistemi di combustione preesistenti, consistente in un microprocessore ASIC appositamente progettato, con funzionalità plug and play per le varie sonde di misura esistenti in commercio per ottimizzare la combustione di biomassa. Attraverso la analisi qualitativa e quantitativa della quantità di ossigeno e altri elementi derivanti dalla combustione, gestisce in modo autonomo interfacciando diverse tipologie di attuatori alimentati sia in tensione continua che alternata.

DESCRIZIONE

Il dispositivo oggetto del brevetto, diventa parte di verifica e controllo essenziale per garantire che la combustione di qualsiasi sistema alimentato con qualsiasi tipo di combustibile, permetta di garantire sempre la combustione ottimale al fine di garantire che il rendimento, le emissioni dei gas esausti, siano sempre compatibili con le normative vigenti, e con il buon senso nella combustione. Questo permette di usare combustibili e sistemi di combustione, utilizzanti sia ossigeno che altri comburenti, definiti non convenzionali, che permettono di mantenere sempre una ottimale economia di esercizio, rispettando sempre le normative vigenti, creando degli allarmi nel caso si verifichi una anomalia nell'esercizio, e nel caso il sistema utilizzante tale dispositivo, per qualsiasi motivo, non riesca a regolare la combustione in modo da garantire le emissioni nei limiti delle normative, a titolo di esempio e non limitativo. A tale scopo è presente il comando diretto in Vac, tensione di rete e/o Vdc dei vari attuatori dispositivi atti alla regolazione del combustibile e del comburente, a titolo di esempio e non limitativo. Questo comporta la eliminazione di interventi non necessari cosiddetti periodici, effettuare interventi quando la condizione lo richiede, la cosiddetta manutenzione viene chiamata dal sistema, verificando le condizioni di utilizzo, così da suddividere la manutenzione in programmata e in caso sia richiesta dalle ore di utilizzo, ovvero attraverso la verifica costante che le ore di uso, le regolazioni automatiche necessarie alla ottimale combustione, richiedano una verifica tecnica. Le misurazioni vengono eseguite in autonomia, eseguendo le operazioni di preparazione necessarie della Sonda Lambda o di altro sensore dispositivo, a titolo di esempio e non limitativo, affinché le misurazioni siano eseguite rispettando le indicazioni del costruttore. La misurazione viene effettuata con un sistema certificato con la affidabilità richiesta dall'istituto di verifica pesi e misure, così che le misurazione rispettano sempre e comunque quanto richiesto nella metrologia convenzionale, così che sia sempre affidabile, confrontabile, certificabile, la misurazione effettuata, cardine per una affidabilità necessaria per il rispetto delle normative vigenti, anche le più restrittive. L' invenzione consiste in una scheda elettronica non utilizzante componentistica fornita dal costruttore della sonda lambda o altro sensore o dispositivo, a titolo di esempio e non limitativo, in questo caso si è utilizzato il brand Cypress, tutta la famiglia disponibile ad oggi, da Psoc1 in avanti, a titolo di esempio e non limitativo, che in modo autonomo esegue le misurazioni mettendole a disposizione dei sistemi di controllo, gestione, verifica situazioni di emergenza nei parametri che non rispettano più le normative, effettuando le regolazioni necessarie. È presente anche la gestione con la alimentazione diretta del dispositivo dedicato al dosaggio della quantità di comburente e di combustibile utilizzato nella combustione. Il controllo della corretta combustione, essenziale anche per non creare situazioni sia di inquinamento ambientale, sia di situazioni pericolose per esseri viventi, è ottenuto sia attraverso la verifica certificata della quantità di ossigeno nei gas esausti, sia della quantità del comburente immesso nella combustione.

Al fine di ridurre ulteriormente le emissioni in particolato e parti incombuste, è previsto un circuito meccanico elettrico dedicato a tale scopo con funzione di bypass (Tavola3). Nel funzionamento viene attivato il circuito (4) a seconda della corretta funzionalità, al fine che il circuito di misura verifica se nella parte esausta che viene immessa nell’ambiente (3) si ancora presente parti incombuste, di conseguenza questa parte esausta viene reimmessa nella camera di combustione (2). È possibile il suo utilizzo anche in sistemi di combustione già installati, attraverso la tipologia di retrofit, utilizzando la componentistica meccanica preesistente, e lo stesso controllo di gestione elettronico, proprio per la sua particolarità di struttura modulare, da autonoma nella completa gestione delle funzionalità meccaniche elettriche elettroniche per la combustione, fino al solo controllo della stessa, ottimizzando il parco sistemi di combustione biomassa già installato.

Parte integrante è una procedura iniziale in fase di accensione, che verifica, con combustibile costante e comburente costante, in un tempo prefissato, l’incremento della temperatura in camera di combustione, al fine di verificare il valore energetico del combustibile utilizzato.

Il controllo che la fase di accensione, lavoro, spegnimento, avvengono in modo certo e sicuro. Oggi queste fasi sono regolate solamente con sonde di temperatura e dei timer. Questo non permette di avere la certezza che non esistono situazioni di pericolo, dove vari motivi permettono accensioni in modalità di pericolo, con possibili scoppi della camera di combustione, oltre a produzione di CO, fumo nell’ambiente che viene riscaldato, sempre perché con i sistemi attualmente usati, viene solamente misurato la quantità di comburente ma non viene mai rilevata nel concreto la qualità della combustione.

STATO DELLA TECNICA PREESISTENTE

L'uso della sonda Lambda è di uso comune nel controllo della combustione di varie tipologie di combustibili, è elemento essenziale per ottenere una combustione che rispetta le normative per ottenere una combustione perfetta.

Invece, soprattutto per la combustione di biomassa, per motivi oscuri, si usano sistemi empirici che nulla hanno a che fare con la perfetta progettazione di una camera di combustione. Si consideri che ad oggi la combustione di biomassa rappresenta una fonte di inquinamento importante, poiché il metodo di omologazione non viene mai rispettato poi nel dispositivo installato. In fase di omologazione i parametri vengono tenuti e regolati per ottenere il miglior risultato, che si verifica in una media di misurazioni in tempi molto lunghi, proprio per la mancanza di una regolazione puntuale automatica che si adegua al tipo di combustibile (che deve essere inserito in modo manuale dall’utente), alla naturale incostanza nel valore energetico (la tolleranza arriva a percentuali importanti, proprio in virtù del fatto che la fonte ha molte variabili).

Oppure vengono usati sistemi molto costosi non utilizzabili per ragioni economiche, anche se a discapito della sicurezza, e dell'impatto ambientale di una combustione fuori controllo, senza una retroazione del corretto funzionamento.

Per risolvere queste problematiche, e per soddisfare il possibile uso anche in sistemi di combustione economici di uso comune, dato il costo elevato della componentistica attualmente reperibile sul mercato, si è agito nella verifica delle problematiche, la analisi, lo studio, la creazione di dispositivi che promettono la affidabilità sempre richiesta ma ad oggi mai ottenuta, utilizzando sistemi di combustione convenzionale di combustibili anche mai utilizzati perché mancavano la analisi, verifica, gestione della combustione, correzione , integrandosi con le tecnologie convenzionali e di uso comune , senza utilizzare componentistica dedicata. In effetti a titolo di esempio, si fa una verifica teorica della combustione solamente attraverso il dosaggio del combustibile e del comburente, ipotizzando vari tipi di calcoli.

In effetti sempre in via teorica ma mai effettivamente misurata. Oggi si nota un uso sempre più pressante di controlli della misurazione di comburente senza in effetti misurare dopo la combustione i tenori dei vari elementi derivanti da essa. E solo perché molte aziende non hanno pratica nell’uso di sensori di vario tipo, data anche dalla difficoltà nell’uso degli strumenti ad oggi reperibili sul mercato ma questa mancanza tecnica non può giustificare mezzi di combustione sommaria che contribuiscono pesantemente all’inquinamento nei vari elementi. La soluzione che ho inventato, permette di essere utilizzata a vari livelli anche senza avere una preparazione tecnica relativa all’uso di strumentazione sofisticata.

Del resto le varie modalità di dosaggio combustibile e comburente non riescono ad essere affidabili nella misura perché non adatti alla verifica della combustione di varie tipologie di biomasse, sono sempre delegati a interpretazioni personali spesso di dubbia realtà tecnica. Esiste una sola modalità sicura, quella che sta illustrando, con il fine di sfatare il mito che ottenere una combustione pulita e controllata è costosa e non alla portata di tutti i progettisti.

La questione economica viene soddisfatta, come pure la parte tecnica, per la semplicità d’uso, che viene fornita nell’hardware ed il software. Da considerare anche la economicità dell'invenzione, che consiste nella progettazione di un microprocessore che esegue tutte le funzioni in modo automatico, poiché permette di rendere disponibile tale tecnologia di misura anche per sistemi di combustione economici, utilizzando microprocessori di uso comune e non sistemi economicamente di difficile utilizzo per i costi elevati, prodotti dalle case costruttrici delle sonde lambda e/o altri sensori dispositivi, a titolo di esempio e non limitativo.

Evidenzio la criticità della fase di accensione e spegnimento, ad oggi verificata senza la reale verifica della presenza di combustione ma attraverso ipotesi di tempistiche, variazioni di temperatura, calcoli vari. Ma sempre senza sapere se la combustione è presente oppure no, con la evidente pericolosità nell’uso.

Usando il dispositivo oggetto della invenzione, la combustione viene sempre costantemente verificata ed analizzata.

ESPOSIZIONE DELL'INVENZIONE

Questa invenzione, permette di risolvere gli inconvenienti, svantaggi, costi, della tecnica nota, mettendo a disposizione anche per sistemi di combustione economici il livello di qualità della sonda lambda e/o altri sensori dispositivi, a titolo di esempio e non limitativo, oltre alla misurazione della quantità di comburente utilizzato.

Si puntualizza che si fa riferimento a comburenti come ossigeno che altri comburenti, e il combustibile di varia tipologia, con tecnologie di qualsiasi tipologia, a titolo di esempio e non limitativo.

L’interesse per questo dispositivo è che in modo autonomo si gestisce tutta la combustione, permettendo quindi affidabilità, rispetto nelle normative, anche per sistemi che, attualmente, non riescono a utilizzare tale tecnica, riconosciuta e rinomata, per una questione di costi e progettazione.

Ciò è ottenuto grazie alla messa in opera delle caratteristiche descritte alla rivendicazione principale.

Le rivendicazioni dipendenti delineano forme di realizzazione particolarmente vantaggiose del dispositivo secondo lo stato attuale dell'arte.

Tutte le fasi sono controllate attraverso sensori opportuni che rivelano la qualità della combustione e che venga soddisfatta la massima potenza con il massimo rendimento.

Alla accensione del dispositivo, si verifica la sicurezza affinché si possa provvedere alla accensione. Sono presenti sensori a norma di legge attraverso i quali si verifica la aspirazione corretta nelle tubazioni di carico e scarico combustibile e comburente, e che non siano presenti temperature pericolose nella canna di estrazione dei fumi esausti.

Soddisfatta la fase iniziale di verifica, si immette nelle giuste dosi, verificate con varie metodologie, la corretta quantità di combustibile e comburente, al fine di soddisfare al corretta verifica della accensione, normalizzazione, stabilizzazione, fase a regime, a titolo di esempio e non limitativo. La sonda lambda e/o altra sensoristica di misura, determina il dosaggio del combustibile e del comburente, attraverso attraverso attuatori dedicati, di varia tipologia. In modo corretto e sicuro.

Evidenzio la criticità della fase di accensione e spegnimento, ad oggi verificata senza la reale verifica della presenza di combustione ma attraverso ipotesi di tempistiche, variazioni di temperatura, calcoli vari. Ma sempre senza sapere se la combustione è presente oppure no, con la evidente pericolosità nell’uso.

Usando il dispositivo oggetto della invenzione, la combustione viene sempre costantemente verificata ed analizzata.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Esclusivamente a titolo semplice di esempio, non limitativo, si presenta un semplice schema a blocchi (Tavola n.1), non entrando nello specifico dell'uso poi fatto nel sistema di combustione.

La scheda di interfaccia 1) viene interfacciata con la sonda lambda e/o altro sensore dispositivo di vario tipo 2), e un dispositivo per quantificare la quantità di comburente utilizzato 3), presenta uscite di tipo analogico, digitale, bus seriale, con varie tipologie di bus, ingressi analogici/digitali uscite analogiche / digitali. 4) È presente anche il controllo in tensione continua e/o alternata, della quantità di comburente e di combustibile utilizzato nella combustione, a titolo di esempio e non limitativo.

Questa soluzione consente di ridurre le problematiche relative all'installazione dei dispositivi all'interno, eliminando i vari sistemi di combustione di varie tipologie di biomassa e combustibili. Si risolve il problema del cablaggio e si riducono conseguentemente i costi di produzione. E' comunque possibile realizzare i dispositivi citati come singole schede elettroniche collegate tra loro da opportuni conduttori elettrici. In modalità WIFI, può essere un modulo autonomo interfacciato, a titolo di esempio e non limitativo, con dispositivi Smartphone, tablet, trasmissione dati in modalità NFC, dove è possibile la supervisione per esempio e non limitativo, del valore Lambda e/o altri valori misurati, come la quantità di comburente immesso nella combustione.

La Tavola n.2 presenta il grafico della regolazione e dosaggio di combustibile e comburente.

È la funzione tra volume comburente 1) volume combustibile 2) e valore ossigeno misurato nella post combustione 3)

ESEMPIO DI ATTUAZIONE

Un esempio di utilizzo della invenzione, è la combustione di biomassa di vario tipo, dove è necessario mantenere e contenere ed avvisare attraverso un allarme un malfunzionamento nella combustione, effettuando le regolazioni necessarie.

Il dispositivo oggetto della invenzione, verifica se e quanto comburente viene utilizzato, verificando già la prima fase della combustione. Se si verifica la prima fase corretta, si procede alla combustione della biomassa, come esempio e non come limitazione nel combustibile usato, di conseguenza attraverso la sonda lambda e/o altra sonda di misurazione a titolo di esempio e non limitativo, opportuna all'uso, verifica che la combustione proceda in modo adeguato. È configurato anche l'uso di altri sensori di misura dispositivi, per ottimizzare ulteriormente la combustione. È presente anche controllo diretto in tensione continua e/o alternata, della quantità di comburente e di combustibile utilizzato nella combustione.

La particolarità e unicità di questo dispositivo, è che l'interfacciamento viene sempre eseguito direttamente senza la necessità di altri dispositivi comunemente usati, al fine di contenere il costo finale e rendere quindi economica la gestione della combustione sia in sistemi semplici ed economici sia in sistemi costosi e complessi. Questo è sempre stato il limite per usare questa tecnologia, gli elevati costi che permettevano l'uso solo in sistemi di costo molto elevato, e sempre usando, cosa ora non più necessaria, componentistica specifica delle aziende costruttrici della sonda lambda e/o altri sensori dispositivi, oppure sistemi dedicati specifici ma di difficile utilizzo per i costi elevati, senza la libertà di usare microprocessori già usati normalmente, ma precedentemente si doveva usare solo la componentistica obbligata dal costruttore della sonda lambda e/o sensori dispositivi. Ora la circuiteria è ottimizzata e non più necessario usare componentistica imposta da nessuno. È possibile avere le prestazioni di misura e di sicurezza di questa tecnologia sofisticata in ogni sistema escluso ad oggi.

È normale l'uso di combustibili per riscaldare e condizionare l'ambiente, la cosa importante è rendere possibile il miglioramento della qualità dell'aria attraverso il migliore controllo possibile della combustione.

Oggi i produttori di sistemi di combustione, sia di piccola potenza, del tipo utilizzato nelle singole abitazioni, sia per sistemi termici e di condizionamento di tipo centralizzato, sia sistemi di biomassa, biogas, etc., a titolo di esempio e non limitativo, tendono a minimizzare l'uso di sistemi di controllo tendenti a regolare i valori delle emissioni derivanti dalla combustione in modo attivo con sonde e sensori opportuni, addicendo come scusa la complessità, il costo, la mancanza di praticità.

Questo dispositivo è stato creato anche per questo motivo, per rendere questa raffinata ed essenziale tecnologia disponibile a chiunque e per qualsiasi livello di impianto, così da non riservare solamente a sistemi di combustione di classe elevata, e quindi con tutti i controlli possibili, la tecnologia del controllo della combustione, così che la maggior parte dei sistemi di riscaldamento, condizionamento, produzione calore ed acqua calda diventa una produzione incontrollata di inquinamento solamente per una questione economica perché viene usata una gestione convenzionale senza alcun controllo, un modo come di riservare la combustione pulita solamente a chi se lo può permettere, cosi che nelle nostre case si hanno potenziali punti di inquinamento incontrollato, e la maggior parte di sistemi di combustione senza alcun controllo, le verifiche periodiche prescritte a termini di legge fotografano la situazione del momento, nessuno sa come sarà la combustione e l’inquinamento.

Un sistema libero da controlli, evidenzia misurazioni incostanti anche nella stessa giornata di funzionamento, applicando invece questo dispositivo oggetto della invenzione, la emissione si rivela costante nel tempo.

La qualità dell'aria ne risente quindi positivamente, ottimizzando i componenti che indicano la qualità della combustione, O2, CO2, CO, NOX, SO2, VOC, Polveri, Particolato, etc. a titolo di esempio e non limitativo.

Per potere essere installato a vari livelli di competenza, questo modulo di controllo regolazione, a titolo di esempio e non limitativo, può essere completamente autonomo in tutte le sue funzioni, sia utilizzato in tutte le sue funzionalità, autonomamente con le interfacce che sono necessarie, con il controllo diretto dei dispositivi di input e output necessari al corretto funzionamento, sia utilizzando le interfacce, a titolo di esempio e non limitativo, necessarie per il collegamento di altri dispositivi di controllo, attraverso le connessioni 13, 14, 15, 16, a titolo di esempio e non limitativo, così da lasciare al dispositivo in oggetto solo la verifica e misurazione dei valori destinati alla misura. Questo lo rende utilizzabile a vari livelli tecnici di uso e competenza.

Faccio presente che la normativa vigente indica i limiti dei valori dei vari elementi risultanti dalla combustione facendo riferimento a un valore di O2 in 11%, quindi è implicito l’obbligo dell’uso di questo dispositivo e quindi non usarlo diventa illegale.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), del tipo comprendente una camera di combustione (Tavola n.3 particolare n.2), mezzi per l’alimentazione di combustibile a detta camera di combustione (Tavola n.3 particolare n.2), almeno un condotto d’ ingresso dell’aria comburente (Tavola n.3 particolare n.1), almeno un condotto di uscita dei fumi di combustione, e l’opzione di una valvola di parzializzazione per il ricircolo dei fumi di scarico, comprendente un microprocessore Embedded, progettato per la misura di vari parametri attraverso varie tipologie di elettrodi e/o sensori, a titolo di esempio e non limitativo.
2. 2. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre la misurazione, attraverso varie tipologie di elettrodi e/o sensori di misura, degli elementi che indicano la corretta combustione, secondo la normativa vigente.
3. 3. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, interfacciabile con elettrodi di misura di qualsiasi tipologia e produttore, in modalità plug and play.
4. 4. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, aggiornabile ad elettrodi e sensori di misura di nuova tipologia, attraverso un upgrade del firmware del micro embedded.
5. 5. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, ha implementato gli algoritmi di misura necessari alla misurazione sia diretta che calcolata di elementi e composti necessari alla ottimizzazione della combustione.
6. 6. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, implementa un microprocessore di tipo embedded, che integra al suo interno le interfacce per qualsiasi tipologia di elettrodo e/o sensore di misura, a titolo di esempio e non limitativo.
7. 7. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, implementa un microprocessore di tipo embedded, che integra al suo interno la connessione e la gestione per qualsiasi tipologia di interfaccia di tipo analogico, digitale, bus di comunicazione (Tavola n.1), a titolo di esempio e non limitativo.
8. 8. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, presenta un firmware con algoritmi di misura che ottimizza le caratteristiche di sicurezza e di controllo nella gestione di anomalie nella combustione, attraverso la interfaccia di sensori e/o elettrodi dedicati, a titolo di esempio e non limitativo.
9. 9. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, implementa un microprocessore di tipo embedded, che in modalità plug and play, interfaccia sonde ed elettrodi denominati di tipo lambda, indipendentemente dal tipo, dal modello e dal costruttore.
10. 10. Apparato per il controllo e la gestione della combustione di biomassa, in una caldaia o stufa di qualsiasi tipologia (Tavola n.3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, implementa un microprocessore di tipo embedded che attraverso algoritmi implementati, ottimizza la combustione attraverso la gestione di una valvola di tipo elettromeccanico (Tavola n.3 particolare n.4)