IT202100025706A1

IT202100025706A1 - Pellet fueled boiler comprising a combustion chamber coupled with a stirling generator for the production of electricity and a heat exchanger

Info

Publication number: IT202100025706A1
Application number: IT102021000025706A
Authority: IT
Inventors: Antonio Ungaro
Original assignee: Ungaro Srl
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-07

Description

Caldaia con alimentazione a pellet comprendente una camera di combustione accoppiata con un generatore stirling per la produzione di energia elettrica e uno scambiatore di calore Pellet fueled boiler comprising a combustion chamber coupled with a stirling generator for the production of electricity and a heat exchanger

Campo della Tecnica Field of Technology

La presente invenzione riguarda una caldaia con alimentazione a pellet comprendente una camera di combustione accoppiata con un generatore stirling per la produzione di energia elettrica e uno scambiatore di calore. In particolare la presente invenzione consente di realizzare caldaie alimentate a pellet con motori di diversa potenza ed avente elevato rendimento. The present invention concerns a pellet-fueled boiler comprising a combustion chamber coupled with a stirling generator for the production of electricity and a heat exchanger. In particular, the present invention allows the creation of pellet-fueled boilers with motors of different power and with high efficiency.

Stato dell?arte State of art

La cogenerazione viene utilizzata soprattutto su grossi impianti di generazione di energia elettrica. Cogeneration is used mainly on large electricity generation plants.

Sono stati prodotti piccoli generatori di energia elettrica con recupero di calore che utilizzano combustibili fossili. Small heat recovery electricity generators have been produced using fossil fuels.

Sono stati, anche, fatti alcuni tentativi di applicare la cogenerazione alle stufe a pellet. Uno di questi tentativi ? illustrato in EP2791582A1. Tali stufe per poter alimentare il motore Stirling hanno bisogno di due o pi? bruciatori. Some attempts have also been made to apply cogeneration to pellet stoves. One of these attempts? illustrated in EP2791582A1. In order to power the Stirling engine, these stoves need two or more? burners.

Altra stufa ? descritta in EP1887266A2, tale stufa presenta una scarsa capacit? di concentrare il calore sulla testa calda del motore stirling riducendo il rendimento di detto motore, per la presenza dello scambiatore di calore nella camera di combustione Another stove? described in EP1887266A2, this stove has a poor capacity? to concentrate the heat on the hot head of the stirling engine, reducing the efficiency of said engine, due to the presence of the heat exchanger in the combustion chamber

Sommario dell?invenzione Summary of the invention

L?obbiettivo principale della presente invenzione ? di realizzare una caldaia con alimentazione a pellet comprendente una camera di combustione accoppiata con un generatore stirling per la produzione di energia elettrica e uno scambiatore di calore caratterizzata dal fatto che lo scambiatore di calore ? in una zona separata dalla camera di combustione, che detta camera di combustione ? composta esternamente da una struttura in acciaio di forma parallelepipeda e internamente da una struttura in materiale isolante ignifugo che aderisce esternamente alla struttura in acciaio (3a) e che presenta una forma cilindrica. The main objective of the present invention is to create a pellet-fueled boiler comprising a combustion chamber coupled with a stirling generator for the production of electricity and a heat exchanger characterized by the fact that the heat exchanger? in an area separate from the combustion chamber, which is called the combustion chamber? composed externally of a steel structure with a parallelepiped shape and internally of a structure in fireproof insulating material which adheres externally to the steel structure (3a) and which has a cylindrical shape.

Tale configurazione risolve i seguenti problemi, migliora il rendimento per la generazione di energia elettrica, in quanto la fiamma nella camera di combustione ha la massima temperatura possibile che non viene abbassata dalla presnza di scambiatori di calore, consente di utilizzare generatori stirling con diverse potenze senza modificare la geometria della camera di combustione. This configuration solves the following problems, improves the efficiency for the generation of electrical energy, as the flame in the combustion chamber has the maximum possible temperature which is not lowered by the presence of heat exchangers, allows the use of stirling generators with different powers without modify the geometry of the combustion chamber.

Altra caratteristica ? data dal fatto che la struttura in acciaio ha forma parallelepipeda a base quadrata. Another feature? given by the fact that the steel structure has a parallelepiped shape with a square base.

Altra caratteristica ? data dal fatto che il materiale isolante ignifugo della struttura interna ? costituito da vermiculite. Another feature? given by the fact that the fireproof insulating material of the internal structure is made of vermiculite.

Altre caratteristiche appariranno evidenti dalle figure allegate 1-3. Other characteristics will appear evident from the attached figures 1-3.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

La figura 1 rappresenta uno schema della caldaia con alimentazione a pellet oggetto della presente invenzione; Figure 1 represents a diagram of the pellet-fueled boiler which is the subject of the present invention;

La figura 2 rappresenta struttura esterna e la struttura interna della camera di combustione della caldaia con alimentazione a pellet oggetto della presente invenzione; Figure 2 represents the external structure and the internal structure of the combustion chamber of the pellet-fuelled boiler which is the subject of the present invention;

La figura 3 rappresenta diverse geometrie del motore stirling accoppiato alla caldaia alimetata a pellet oggetto della presente invenzione; Figure 3 represents different geometries of the stirling engine coupled to the pellet-fueled boiler which is the object of the present invention;

Descrizione dettagliata di un modo preferito di realizzare la presente invenzione Detailed description of a preferred way of carrying out the present invention

La presente invenzione ? costituito dall?unione di una caldaia a pellet, cio? da un sistema capace di ospitare e governare in un apposito braciere la combustione del pellet nonch? a veicolare l?energia ivi prodotta fino al fluido termovettore acqua destinato all?utenza termica, con un generatore Stirling (1) di tipo a pistone libero (FPSE free piston Stirling engine). La caldaia e la sua camera di combustione (3) sono opportunamente dimensionate per accogliere generatori Stirling di differente potenza e massimizzare il rendimento in ciascuna configurazione. This invention? consisting of the union of a pellet boiler, that is? by a system capable of hosting and managing the combustion of the pellets as well as the combustion of the pellets in a special brazier. to convey the energy produced there to the heat transfer fluid water intended for the thermal user, with a free piston Stirling engine (FPSE) generator (1). The boiler and its combustion chamber (3) are appropriately sized to accommodate Stirling generators of different power and maximize efficiency in each configuration.

Il flusso di calore prodotto dalla combustione del pellet viene inizialmente destinato alla sorgente calda del generatore Stirling in ragione delle alte temperature richieste da quest?ultimo per la pi? efficiente produzione di energia elettrica; successivamente i prodotti di combustione vengono indirizzati esternamente al fascio tubiero, sistema di scambio costituito da condotti sviluppati nel senso della profondit? del generatore e perpendicolarmente al percorso dei prodotti di combustione, attraverso il quale la potenza termica viene trasferita dai fumi al fluido termovettore (acqua) destinato all?utenza domestica per il riscaldamento degli ambienti, realizzato con l?ausilio di opportuni impianti e organi di diffusione, e per la produzione eventuale di acqua calda sanitaria. La produzione dei due diversi vettori energetici in cascata a partire dalla stessa energia primaria permette di definire come ?combinata? la produzione di energia elettrica e calore realizzata. The heat flow produced by the combustion of the pellets is initially sent to the hot source of the Stirling generator due to the high temperatures required by the latter for the most efficient electricity production; subsequently the combustion products are directed externally to the tube bundle, an exchange system made up of ducts developed in the direction of the depth. of the generator and perpendicularly to the path of the combustion products, through which the thermal power is transferred from the fumes to the heat transfer fluid (water) intended for domestic users for space heating, achieved with the aid of appropriate systems and diffusion devices , and for the possible production of domestic hot water. The production of the two different energy carriers in cascade starting from the same primary energy allows us to define it as "combined" the production of electricity and heat achieved.

La camera di combustione (1) ? stata sviluppata in modo tale da poter ospitare la testa del motore (3) ed esporla a pi? diretto contatto con la fiamma: tale sviluppo si ? reso necessario per offrire al generatore elettrico le elevate temperature necessarie al suo funzionamento e quindi alla produzione di energia. The combustion chamber (1) ? was developed in such a way that it can accommodate the engine head (3) and expose it to more? direct contact with the flame: this development is made necessary to offer the electric generator the high temperatures necessary for its operation and therefore for energy production.

La struttura esterna della camera di combustione in acciaio (3a) ? a forma di parallelepipedo preferibilmente ma non esclusivamente a base quadrata (a sinistra in Figura 2) e a tale geometria ne ? stata aggiunta una seconda, interna, di materiale isolante ed ignifugo (3b), preferibilmente ma non esclusivamente realizzato in vermiculite, che definisce lo spazio di forma cilindrica all?interno della quale hanno luogo la combustione e la prima circolazione dei suoi prodotti (a destra in Figura 2). The external structure of the steel combustion chamber (3a) is ? in the shape of a parallelepiped, preferably but not exclusively with a square base (on the left in Figure 2) and this geometry is suitable? a second, internal one, of insulating and fireproof material (3b), preferably but not exclusively made of vermiculite, has been added, which defines the cylindrical space within which combustion and the first circulation of its products take place (on the right in Figure 2).

La geometria a base circolare offre un migliore adattamento ad ospitare la testa del motore oltre ad eliminare gli angoli di una camera a base poligonale che solitamente destinate ad essere caratterizzate da turbolenze che influenzano la qualit? della fiamma e la qualit? della combustione in termini di efficienza e di emissioni. The circular-based geometry offers a better adaptation to accommodate the engine head as well as eliminating the corners of a polygonal-based chamber which are usually characterized by turbulence that affects the quality of the engine. of the flame and the quality? of combustion in terms of efficiency and emissions.

Le geometrie della testa del motore stirling disponibili al progetto sono schematizzate nella figura 3 The geometries of the stirling engine head available for the project are schematized in figure 3

Sulla sinistra la testa di forma troncoconica (1a), sulla destra la geometria a cuspide (1b). On the left the truncated cone-shaped head (1a), on the right the cusp geometry (1b).

Il trovato, bene inteso, non si limita alla rappresentazione data dalle tavole ma pu? ricevere perfezionamenti e modifiche dall'uomo del mestiere senza uscire per altro dal quadro del brevetto. The invention, of course, is not limited to the representation given by the tables but can receive improvements and modifications from the man of the trade without leaving the patent framework.

La presente invenzione consente numerosi vantaggi e di superare difficolt? che non potevano essere vinte con i sistemi attualmente in commercio. The present invention allows numerous advantages and to overcome difficulties? which could not be overcome with the systems currently on the market.

Claims

1. Pellet fueled boiler comprising a combustion chamber (3) coupled with a stirling generator (1) for the production of electricity and a heat exchanger (2) characterized by the fact that the heat exchanger (2) is ? in an area separate from the combustion chamber, which is called the combustion chamber? composed externally of a steel structure (3a) of parallelepiped shape and internally of a structure of fireproof insulating material (3b) which adheres externally to the steel structure (3a) and which has a cylindrical shape.

<2. >Boiler with pellet fueling according to claim 1 characterized by the fact that the steel structure (3a) has a parallelepiped shape with a square base.

3. Boiler with pellet fueling according to claim 1 or 2 characterized by the fact that the fireproof insulating material (3b) of the internal structure is? made of vermiculite.