ITBG20080036A1

ITBG20080036A1 - Dispositivo per lo scarico e il recupero fumi di una caldaia e gruppo di riscaldamento comprendente tale dispositivo

Info

Publication number: ITBG20080036A1
Application number: IT000036A
Authority: IT
Inventors: Luciano Groppalli
Original assignee: Groppalli S R L
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-12-13
Also published as: EP2133627A2

Description

“DISPOSITIVO PER LO SCARICO E IL RECUPERO FUMI DI UNA CALDAIA E GRUPPO DI RISCALDAMENTO COMPRENDENTE TALE DISPOSITIVO”

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo per lo scarico e il recupero del calore dei fumi di combustione di una caldaia normalmente impiegata in ambiente domestico o industriale. L’invenzione è altresì relativa ad un gruppo di riscaldamento comprendente una caldaia e un dispositivo per lo scarico e recupero fumi secondo l’invenzione collegato a tale caldaia.

Le caldaie, come noto, sono apparecchiature termiche tradizionalmente impiegate per il riscaldamento di acqua destinata ad un circuito di riscaldamento oppure destinata ad un uso sanitario per il fabbisogno personale degli utenti.

Le caldaie comprendono tradizionalmente una camera di combustione in prossimità della quale viene alloggiato uno scambiatore di calore, detto primario, allo scopo di realizzare il riscaldamento dell’acqua. I fumi prodotti in seguito al fenomeno della combustione possiedono, come noto, un’elevata energia termica che vantaggiosamente può essere recuperata allo scopo di pre-riscaldare l’acqua in ingresso nello scambiatore primario. Ciò consente di limitare la quantità di combustibile consumato in quanto il salto termico richiesto diventa minore a parità di temperatura di servizio richiesta all’acqua.

Allo scopo di recuperare detta energia termica vengono tradizionalmente impiegati dei dispositivi detti “per il recupero del calore dei fumi” o talvolta anche economizzatori. Essi comprendono solitamente scambiatori di calore, detti anche secondari, collocati nella maggior parte dei casi all’interno della caldaia fra la camera di combustione e una bocca di scarico in corrispondenza della quale sono inserite tubazioni che portano i fumi fino all’atmosfera.

Un esempio di caldaia dotata di uno scambiatore di calore secondario è riportato nella domanda di brevetto EP 0945688. In particolare in questa soluzione tecnica, simile a molte altre del settore, lo scambiatore secondario è costituto da una batteria di tubi alloggiata in un contenitore interno all’involucro della caldaia. I tubi sono internamente attraversati da acqua e vengono esternamente lambiti dai fumi di combustione convogliati all’interno del contenitore mediante un ventilatore. Attraverso uno scambio termico convettivo-conduttivo l’energia termica dei fumi viene trasferita dai fumi all’acqua. Allo scopo di favorire questo scambio termico la soluzione illustrata prevede l’impiego di una parete divisoria che separando l’ingresso dei fumi dall’uscita permette agli stessi di seguire un percorso predefinito.

La soluzione appena indicata come molte altre simili (vedi ad esempio domanda di brevetto EP 1243866) presentano alcuni limiti legati in modo particolare alle modalità costruttive e di assemblaggio degli scambiatori. Gli scambiatori secondari attuali sono piuttosto ingombranti e necessitano per il loro posizionamento di opportuni alloggiamenti interni alla caldaia. La progettazione e la definizione della disposizione dei componenti della caldaia sono dunque sensibilmente influenzati dalla tipologia di scambiatore impiegato e richiedono sovente studi preliminari lunghi e laboriosi.

Nelle soluzioni tecniche più recenti l’energia termica dei fumi viene recuperata attraverso scambiatori di calore che sono posizionati nel condotto di scarico fumi della caldaia. Con riferimento a figura 1, la domanda di brevetto WO 2006/059215, ad esempio, descrive un dispositivo (100) per lo scarico dei fumi di una caldaia provvisto di un elemento tubolare nel quale alloggiano mezzi scambiatori di calore (105) per trasferire l’energia termica dei fumi al circuito dell’acqua destinata allo scambiatore primario della caldaia. Dal punto di vista costruttivo il dispositivo in questione viene connesso ad una caldaia (150) attraverso un adattatore a flangia (130) il quale configura anche un sistema di scarico della condensa che si forma all’interno degli elementi tubolari. I mezzi scambiatori di calore (105) sono essenzialmente formati da un tubo di scambio termico all’interno del quale sono definite due cavità atte ad essere attraversate in versi opposte da acqua da riscaldare.

Pur essendo relativamente efficace dal punto di vista pratico, la soluzione in questione ha comunque evidenziato diversi inconvenienti. Si è visto infatti che l’efficienza dello scambio termico consentito dai mezzi scambiatori risulta piuttosto limitata in parte a causa della configurazione degli elementi di scambio termico e in parte a causa delle condizioni di deflusso dei fumi all’interno dell’elemento tubolare di scarico. La configurazione attuale dei mezzi scambiatori limita l’efficienza dello scambio conduttivo fra la superficie metallica degli elementi di scambio termico e l’acqua circolante all’interno degli stessi. Più precisamente si è osservato che la configurazione attuale degli elementi scambiatori di calore consente di scaldare in modo efficace solo portate di acqua piuttosto modeste.

Le condizioni di deflusso dei fumi all’interno del tubo di scarico interessano invece lo scambio convettivo fra i fumi e gli stessi elementi di scambio termico. Tali fumi sono attualmente forzati all’interno del tubo di scarico da un ventilatore collocato all’interno della caldaia. Si è osservato che in molti casi l’azione del ventilatore combinata con l’alta temperatura dei fumi di combustione determina una velocità di uscita dei fumi troppo elevata che rende insufficiente il tempo utile allo scambio convettivo limitando conseguentemente l’efficienza di tale scambio.

Un altro inconveniente della soluzione precedente si riscontra nel sistema di collegamento del dispositivo alla caldaia che prevede una adattatore a flangia il quale, come già indicato, configura un sistema di scarico della condensa che si forma all’interno del dispositivo in seguito allo scambio termico. Un siffatto collegamento si è dimostrato alquanto riduttivo relativamente alle operazioni di installazione in quanto aumenta fortemente gli ingombri dell’insieme caldaia-dispositivo di scarico. In altre parole l’adattatore limita la versatilità funzionale del dispositivo creando un vincolo, in termini di altezza, al numero di possibili installazioni.

In base alle considerazioni finora effettuate emerge la necessità di disporre di nuovi dispositivi per lo scarico e il recupero dei fumi che sostituiscano validamente i dispositivi tradizionali impiegati per la stessa funzione. Pertanto scopo precipuo di quanto forma oggetto della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di scarico e recupero fumi che consenta di superare i limiti sopra indicati.

Nell’ambito di questo compito uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo per lo scarico e il recupero fumi che consenta di semplificare la progettazione nonché di ridurre gli ingombri delle caldaie che potranno essere asservite dal dispositivo stesso.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo che consenta un recupero del calore dei fumi più efficace rispetto a quello consentito dai dispositivi tradizionali.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo che sia realizzato attraverso un numero relativamente contenuto di componenti facilmente assemblabili fra loro.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo per lo scarico e il recupero dei fumi la cui configurazione conferisca allo stesso una elevata versatilità funzionale soprattutto in relazione alle modalità di collegamento ad una caldaia.

Non ultimo scopo di quanto forma oggetto della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo per lo scarico e il recupero dei fumi di una caldaia che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione e a costi competitivi.

Questo compito, nonché detti ed altri scopi che meglio appariranno nel corso in seguito nella descrizione sono raggiunti attraverso un dispositivo per lo scarico e il recupero dei fumi collegabile ad una caldaia e comprendente un primo elemento tubolare suscettibile di essere attraversato da fumi di combustione di una caldaia. Tale primo elemento tubolare comprende una sezione di ingresso fumi e una sezione di scarico fumi opposta alla precedente. Il dispositivo comprende inoltre mezzi scambiatori di calore alloggiati all’interno del primo elemento tubolare per trasferire energia almeno una parte dell’energia termica dei fumi ad acqua a temperatura inferiore circolante all’interno di tali mezzi scambiatori. Il dispositivo secondo l’invenzione è caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di aspirazione dei fumi operativamente collocati in prossimità della sezione di scarico fumi per aspirare detti fumi all’interno del primo elemento tubolare attraverso la sezione di ingresso fumi.

L’impiego di mezzi di aspirazione disposti operativamente all’esterno di una caldaia consente vantaggiosamente di semplificare la progettazione interna della caldaia stessa alla quale il dispositivo di scarico e recupero fumi può essere collegato. Si è notato infatti che la possibilità di eliminare il ventilatore interno, derivante appunto dall’aspirazione esterna, porta ad una riduzione degli ingombri in altezza di alcune decine di centimetri a parità di layout degli altri componenti significativi della caldaia. Questo ovviamente contribuisce a rendere la caldaia estremamente versatile in quanto ne aumenta il numero di possibili installazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme realizzative preferite, ma non esclusive, del dispositivo per il recupero del calore dei fumi secondo l’invenzione illustrate a titolo esemplificativo negli uniti disegni in cui:

− la figura 1 è una vista schematica relativa ad una caldaia provvista di un dispositivo di scarico e recupero fumi di tipo tradizionale;

− la figura 2 è una vista schematica relativa ad una caldaia comprendente un dispositivo di scarico e recupero fumi secondo la presente invenzione;

− la figura 3 è una vista prospettica relativa ad una prima forma di realizzazione del dispositivo di recupero e scarico fumi secondo l’invenzione;

− la figura 4 è una vista in pianta del dispositivo di figura 3 privato di alcuni componenti; − la figura 5 è una vista in sezione secondo la linea V-V di figura 4;

− la figura 6 è uno spaccato, secondo un piano di sezione longitudinale, del dispositivo di figura 3 privato di alcuni componenti;

− la figura 7 è una vista in sezione secondo la linea VII-VII di figura 4.

− la figura 8 è una vista in sezione secondo la linea VIII-VIII di figura 4.

Con riferimento alle citate figure, il dispositivo di scarico e recupero dei fumi 1 secondo l’invenzione comprende almeno un primo elemento tubolare 10 suscettibile di essere attraversato da fumi generati nella camera di combustione di una caldaia 2. Tale primo elemento tubolare 10 presenta una sezione di ingresso fumi 11 e una sezione di scarico fumi 12 sostanzialmente opposta alla sezione di ingresso fumi 11. Il dispositivo 1 comprende altresì mezzi scambiatori di calore alloggiati all’interno del primo elemento tubolare 10. Tali mezzi scambiatori sono predisposti per trasferire energia termica dai fumi, una volta che questi attraversano il primo elemento tubolare 10, ad acqua da riscaldare circolante all’interno degli stessi mezzi scambiatori. L’acqua circolante nei mezzi scambiatori, a temperatura inferiore a quella dei fumi di combustione, può essere vantaggiosamente inviata allo scambiatore primario della caldaia 2 allo scopo di migliorare il rendimento della caldaia stessa. In alternativa l’acqua in uscita dai mezzi scambiatori può essere direttamente impiegata per riscaldamento o per uso sanitario.

Il dispositivo 1 secondo l’invenzione (vedi figure 2 e 3) si caratterizza per il fatto di comprendere mezzi di aspirazione 5 operativamente collocati in corrispondenza della sezione di scarico fumi 12 per aspirare i fumi della caldaia 2 all’interno del primo elemento tubolare 10 attraverso la sezione di ingresso fumi 11. I mezzi di aspirazione 5 hanno dunque lo scopo di aspirare i fumi della caldaia 2, preferibilmente dalla camera stagna della stessa, all’interno del primo elemento tubolare 10 per permettere da una parte lo scarico controllato dei fumi in atmosfera e dall’altra il contemporaneo recupero dei fumi per effetto dei mezzi scambiatori.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione i mezzi di aspirazione 5 comprendono un aspiratore a velocità regolabile allo scopo di aumentare l’efficienza dello scambio termico. L’impiego di un aspiratore a velocità regolabile consente infatti di regolare il flusso dei fumi all’interno del primo elemento tubolare 10 modulando in pratica la velocità degli stessi. Questo significa di fatto controllare la variabile temporale che notoriamente influenza lo scambio termico e in particolare la parte convettiva dello stesso che si esplica fra i fumi e le pareti dei mezzi scambiatori. Ciò risulta particolarmente vantaggioso soprattutto nel caso di temperature relativamente contenute dei fumi di combustione. In questo caso infatti la possibilità di prolungare il tempo di scambio termico si riflette favorevolmente sul riscaldamento dell’acqua circolante nei mezzi scambiatori.

La figura 2 è una vista del dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo l’invenzione collegato ad una caldaia 2. Come illustrato i mezzi di aspirazione 5 comprendono un aspiratore dotato di una sezione di aspirazione 5B, in comunicazione con la sezione di scarico fumi 12 del primo elemento tubolare 10, e di una sezione di mandata 5C in comunicazione con l’atmosfera. Il dispositivo di scarico e recupero fumi 1 può vantaggiosamente svilupparsi in modo tale che l’aspiratore 5 si collochi in un ambiente 200 esterno al locale di servizio 201 all’interno del quale è collocata la caldaia 2 alla quale il dispositivo stesso è collegato. In figura 2 la divisione dei due ambienti è schematizzata da una parete T in muratura per scopi illustrativi.

Il dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo l’invenzione comprende preferibilmente un secondo elemento tubolare 20 all’interno del quale è operativamente collocato il primo elemento tubolare 10 in modo tale da generare un volume anulare 25 per il passaggio di aria destinata alla caldaia 2 e utilizzabile come comburente nella camera di combustione della caldaia stessa. I due elementi tubolari 10 e 20 sono realizzati preferibilmente in materiale metallico, ad esempio alluminio. Ciascuno dei due elementi tubolari 10 e 20 comprende una porzione longitudinale 14,24 e una porzione a curva 13,23 collegata ad una estremità della corrispondente porzione longitudinale 14,24. L’impiego di una porzione curva 13,23 per ciascun elemento tubolare 10,20 consente vantaggiosamente di collegare il dispositivo ad una caldaia 2 e di orientare contestualmente lo stesso nello spazio in funzione delle esigenze di servizio, per assecondare in tal modo la dislocazione della caldaia 2 all’interno del locale di servizio 201.

La porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 è configurata per alloggiare i mezzi scambiatori di calore ed è collocata internamente alla porzione longitudinale 24 del secondo elemento tubolare 20. Più in dettaglio tale porzione longitudinale 14 è alloggiata in modo tale che il suo asse longitudinale 101 risulti inclinato rispetto all’asse longitudinale 102 della porzione longitudinale 24 del secondo elemento tubolare 20. Questa disposizione ha lo scopo di consentire lo scorrimento della condensa (la quale si forma per effetto dello scambio termico) verso la porzione curva 13 del primo elemento tubolare 10 in prossimità della quale sono collocati mezzi di scarico per la condensa più avanti descritti.

La figura illustra un dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo l’invenzione in una configurazione di installazione sostanzialmente orizzontale tale per cui la porzione longitudinale 24 del secondo elemento tubolare 20 risulta sostanzialmente parallela ad un piano di riferimento orizzontale O. La porzione curva 23 del secondo elemento tubolare 20 è collegata ad una superficie superiore S della caldaia 2 sostanzialmente parallela al piano di riferimento O. Tale collegamento è attuato attraverso un bordo a flangia 29 definito ad una estremità libera della porzione curva 23 sostanzialmente opposta all’estremità collegata alla corrispondente porzione longitudinale 24 del secondo elemento 20.

Dal punto di vista pratico, tale modalità di collegamento consente il fissaggio meccanico dell’intero dispositivo 1 alla caldaia 2, ma devono considerarsi comunque come una possibile e pertanto non esclusiva soluzione tecnica. Infatti in una soluzione alternativa (non illustrata) il dispositivo 1 potrebbe anche essere collegato alla caldaia 2 attraverso un bordo a flangia ricavato su una porzione del primo elemento tubolare 10 in posizione vicinale alla sezione di ingresso fumi 11.

La porzione curva 13 del primo elemento tubolare 10 comprende una prima parte 16 che si collega ad una estremità della porzione longitudinale 14 e una seconda parte 17 che definisce la sezione di ingresso fumi 11. In particolare tale seconda parte 17 può estendersi oltre il bordo di collegamento a flangia 29 dalla porzione curva 22 del secondo elemento tubolare 20. In tal modo, una volta che il dispositivo 1 è collegato alla caldaia 2, la sezione di ingresso fumi 11 si colloca in una posizione marcatamente interna all’involucro della caldaia 2 e possibilmente interna alla camera di combustione (indicata con il riferimento C in figura 2) della stessa.

Rientra ovviamente nell’ambito della presente invenzione la possibilità di installare il dispositivo 1 secondo altre modalità differenti da quella illustrata. Il dispositivo 1 di figura 2, ad esempio, potrebbe essere anche installato secondo una configurazione “verticale” tale per cui il bordo a flangia 29 si trova ad essere operativamente collegato ad una superficie laterale L della caldaia 2. In questa configurazione l’asse 102 della porzione longitudinale 24 del secondo elemento 20 risulterà sostanzialmente ortogonale al piano di riferimento orizzontale O. In questa ipotesi gli assi 101,102 delle porzioni longitudinali 14,24 dei due elementi tubolari 10,20 potrebbero anche coincidere in quanto lo scorrimento della condensa si realizzerebbe per gravità fino ai mezzi di scarico condensa.

Secondo una possibile forma di realizzazione (non illustrata) del dispositivo di scarico e recupero fumi, i due elementi tubolari 10 e 20 risultano privi delle porzioni a curva 13,23 illustrate in figura 2 ossia realizzati alla stregua di due tubazioni sostanzialmente inserite l’una nell’altra. Tale configurazione consente di collegare il dispositivo 1 ad una delle superfici della caldaia 2 in modo, ad esempio, che l’asse longitudinale 102 del secondo elemento 20 risulti ortogonale alla superficie stessa sia essa superiore S o laterale L.

Le figura 3 e 4 sono rispettivamente una vista prospettica e una vista in pianta del dispositivo di recupero e scarico fumi 1 illustrato in figura 2. Più in dettaglio in figura 4 il dispositivo 1 è privato, per scopi puramente descrittivi, dei mezzi di aspirazione 5 e il secondo elemento tubolare 20 è privato della corrispondente porzione longitudinale 24 illustrata in figura 2. La figura 5 è una vista in sezione secondo la linea V-V di figura 4 e consente di osservare la disposizione dei mezzi di scambio termico predisposti all’interno del primo elemento tubolare 10.

I mezzi di scambio termico, secondo l’invenzione, comprendono una pluralità di elementi di scambio termico 33 i quali sono reciprocamente collegati in modo tale da configurare un circuito idraulico all’interno del primo elemento tubolare 10. In dettaglio in tale circuito viene fatta circolare acqua destinata preferibilmente, ma non esclusivamente, ad essere ulteriormente riscaldata dalla caldaia 2 al quale il dispositivo 1 è collegato. Il circuito idraulico secondo l’invenzione è configurato in modo tale che lo scambio termico fra i fumi e l’acqua avvenga parzialmente in condizioni di equi-corrente, quando la direzione dell’acqua è concorde a quella dei fumi, e parzialmente in condizione di contro-corrente quando cioè la direzione di flusso dell’acqua è opposta a quella dei fumi di combustione. Questa soluzione tecnica permette di incrementare l’efficienza dello scambio termico portando, ad esempio, ad un risparmio energetico della caldaia 2 nel caso in cui questa sia alimentata con l’acqua riscaldata dai mezzi scambiatori.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il circuito idraulico comprende almeno una coppia di elementi di scambio termico lungi-formi 33 internamente cavi e almeno parzialmente in direzione longitudinale sulla superficie esterna. Tali elementi 33 sono collocati disposti all’interno della porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 in modo tale che l’asse longitudinale 101 di tale porzione sia parallelo a quella degli assi dei singoli elementi 33. Con riferimento a figura 5, ad esempio, si osserva che ciascun elemento di scambio termico 33 è operativamente disposto in modo tale che una sua prima parte terminale 38 sia collocata all’interno del primo elemento tubolare 10 mentre una seconda parte terminale 39 opposta alla prima 38 fuoriesca dal primo 10 e dal secondo elemento tubolare 20, attraversando le corrispondenti porzione a curva 13,23. In corrispondenza seconda parte terminale 39 ciascun elemento di scambio termico 33 è provvisto di una connessione idraulica 46 che consente agli elementi 33 di inserirsi in un circuito idraulico, come può essere ad esempio quello di alimentazione della caldaia 2, come appare evidente dalla raffigurazione di figura 2.

Il circuito idraulico comprende un raccordo di inversione 47 che collega le corrispondenti prime porzioni terminali 38 degli elementi di scambio termico 33 che come indicato risultano interna al primo elemento tubolare 10. Tale raccordo 47 ha la funzione di consentire una inversione della direzione del flusso dell’acqua durante il passaggio della medesima da un elemento all’altro. In questo modo viene variata la modalità di scambio termico che da equi-corrente diventa contro-corrente. A tal proposito il raccordo di inversione 47 presenta una configurazione sostanzialmente ad U come intuibile dallo spaccato in figura 6, la quale mostra comunque solo una metà di tale raccordo 47.

Le figure 7 e 8 sono viste in sezione rispettivamente secondo la linea VII-VII e la linea VIII-VIII di figura 4 e consentono di osservare in dettaglio la sezione trasversale della porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 e la sezione trasversale dei due elementi di scambio termico 33 in esso alloggiati. Come evidente il primo elemento tubolare 10 presenta una sezione trasversale a forma di ellissoide. Con questa espressione si vuole indicare una generica forma geometrica che “richiama” la forma di una ellisse (non necessariamente coincidendo con la definizione di ellisse stessa) e che risulta essere simmetrica rispetto a due assi di simmetria X,Y mutuamente ortogonali. In dettaglio la sezione trasversale della porzione longitudinale 14 del primo elemento 10 si compone di due porzioni semicircolari 58, simmetriche rispetto ad un primo asse X e reciprocamente collegate attraverso due porzioni rettilinee 59 contrapposte rispetto ad un secondo asse Y ortogonale al primo X.

Ciascun elemento di scambio termico 33 è formato da un corpo tubolare 35 che definisce una cavità longitudinale 71 per il passaggio di acqua. Ciascuna cavità 71 è delimitata da una superficie interna di forma cilindrica la quale presenta una pluralità di sporgenze radiali 77 che si sviluppano preferibilmente per tutto lo sviluppo longitudinale della cavità 71. I due elementi di scambio termico 33 sono collocati all’interno del primo elemento tubolare 10 in modo tale che gli assi longitudinali 300 delle cavità 71 siano allineati lungo il secondo asse di simmetria Y della sezione trasversale, risultando al contempo in posizione simmetrica rispetto a primo asse di simmetria X della sezione stessa.

Il corpo tubolare 35 comprende una pluralità di alette longitudinali 44,45 che si sviluppano dalla sua superficie esterna 36 secondo diverse direzioni. Più in dettaglio nella soluzione illustrata, ciascun corpo tubolare 35 comprende una serie di prime alette longitudinali 44 che si estendono simmetricamente rispetto al definito secondo asse di simmetria Y da una prima porzione 36A (indicata in figura 8 con linea tratteggiata concentrica alla porzione in questione) della superficie esterna 36. Più in dettaglio tali prime alette 44 si estendono in modo da occupare una posizione adiacente alla superficie interna 14B della porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 e in modo da essere speculari, rispetto al primo asse X, a corrispondenti alette dell’altro elemento.

Con riferimento sempre alle figure 7 e 8, ciascun corpo tubolare 35 comprende inoltre una serie di seconde alette longitudinali 45 che si estendono simmetricamente da una seconda porzione 36B (indicata in figura 8 con linea tratteggiata concentrica alla porzione in questione) della superficie esterna 36 rispetto al definito secondo asse di simmetria Y. In dettaglio tali seconde alette 45, di uno dei due corpi tubolari 35, si estendono in modo da occupare una posizione speculare rispetto a corrispondenti seconde alette 45, dell’altro corpo tubolare 35 rispetto al sopra definito primo asse di simmetria X.

Con riferimento a figura 8, secondo una forma di realizzazione preferita la superficie esterna 36 di ciascun corpo tubolare 35 comprende inoltre una pluralità di ulteriori sporgenze radiali 75 ciascuna delle quali emerge fra due alette longitudinali 44,45 mutuamente adiacenti. Tali ulteriori sporgenze radiali si sviluppano preferibilmente per tutta l’estensione longitudinale dei corpi tubolari 35.

La configurazione geometrica degli elementi di scambio termico, in particolare la struttura delle alette longitudinali 44,45 e la presenza delle sporgenze radiali 77,75 consentono, in virtù della notevole superficie a disposizione, di migliorare sensibilmente lo scambio termico fra i fumi di combustione e l’acqua.

Con riferimento allo spaccato di figura 6, una parte di estremità 63 della porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 è predisposto un adattatore 40 che definisce la sezione di scarico fumi 12 del primo elemento tubolare 10. In corrispondenza di tale sezione 12 sono installati i mezzi di aspirazione 5 del dispositivo 1 secondo l’invenzione. Pertanto la sezione di scarico fumi 12 dovrà essere strutturata nel modo più conforme a favorire l’installazione di tali mezzi di aspirazione. Conseguentemente ne deriva che l’adattatore 40 potrà essere vantaggiosamente impiegato come elemento di raccordo fra la sezione trasversale della porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 e la sezione di scarico fumi 12 essendo questa presumibilmente diversa in geometria e/o dimensioni. A tal proposito lo spaccato di figura 6 si osserva che l’adattatore 40 è configurato in modo da adattarsi a monte alla sezione di forma ellittica del tratto longitudinale 14 definendo, a valle, una sezione di scarico 12 sostanzialmente circolare.

Con riferimento ancora alle figure 2 e 3, il dispositivo 1 secondo l’invenzione comprende preferibilmente una struttura di supporto 91 la quale è collegata ad una estremità esterna 27 della porzione longitudinale 21 del secondo elemento tubolare 20 opposta all’estremità collegata alla corrispondente porzione a curva 23. Tale struttura 91 è configura sostanzialmente ad anello è sostiene il primo elemento tubolare 10 in corrispondenza dell’adattatore 40. Tale struttura 91 è vantaggiosamente configurata in modo tale da fornire un supporto anche per i mezzi di aspirazione 5 in modo cioè da installare gli stessi nella posizione operativa più consona.

Con riferimento alle figure 5 e 6, il dispositivo 1 secondo l’invenzione comprende vantaggiosamente mezzi per lo scarico della condensa che si forma all’interno del primo elemento tubolare 10 in seguito allo scambio termico fra i fumi e l’acqua circolante nei mezzi scambiatori. Tali mezzi di scarico condensa comprendono preferibilmente un labbro anulare 51 che definisce un percorso di raccolta della condensa verso una bocca di scarico 50 ricavata sulla porzione curva 13 del primo elemento tubolare 10. Questa soluzione tecnica, differentemente dalle soluzioni tradizionali, risolve molto efficacemente e senza ingombri addizionali il problema di eliminare la condensa. In particolare risulta molto vantaggioso realizzare il labbro anulare 51 integralmente alla porzione curva 13 del primo elemento tubolare 10, ad esempio tramite stampaggio o fusione, in funzione anche dei materiali utilizzati per la realizzazione del primo elemento tubolare 10.

In corrispondenza della bocca di scarico 50 è applicato un canale di scarico 55 che vantaggiosamente può portare la condensa all’esterno del dispositivo di scarico e recupero fumi 1. Tale canale di scarico 55 sarà vantaggiosamente provvisto di mezzi a sifone che impediscono l’uscita di fumi caldi dal dispositivo consentendo solo lo scarico della condensa quando questa supera una quantità prestabilita.

Similmente a quanto indicato per l’adattatore 40, anche la porzione curva 13 del primo elemento tubolare 10 dovrà essere strutturata in modo tale da poter essere collegata a valle alla porzione longitudinale 14 definendo al contempo, a monte, la sezione di ingresso fumi 11. Questa potrà essere definita nella maniera più conforme, ad esempio, al collegamento interno con la camera di combustione della caldaia. Nella soluzione illustrata la prima parte 16 della porzione a curva 13 è dunque configurata per collegarsi, a valle, alla porzione longitudinale 14 del primo elemento tubolare 10 mentre la seconda parte 17 definisce, a monte, una sezione di ingresso fumi 11 sostanzialmente circolare.

La presente invenzione è relativa anche ad un gruppo di riscaldamento comprendente una caldaia 2 e un dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo la presente invenzione. Si è visto che un gruppo di riscaldamento 3 così concepito presenta molteplici vantaggi soprattutto in termini di rendimento termico complessivo e in termini di riduzione dei volumi di ingombro associati alla caldaia 2.

I mezzi di aspirazione 5 del dispositivo di scarico e recupero fumi 1 consentono un’aspirazione controllata dei fumi di scarico prodotti dalla caldaia 2 rendendo di fatto inutile l’impiego dei ventilatori normalmente collocati all’interno della caldaia. Ciò porta conseguentemente alla possibilità di progettare e realizzare una caldaia strutturalmente più semplice e compatta di quelle tradizionalmente impiegate. La pratica ha infatti dimostrato come l’eliminazione degli ingombri volumetrici legati alla presenza del ventilatore possa tradursi vantaggiosamente in una possibile riduzione complessiva dell’altezza della caldaia nell’ordine delle decine di centimetri. Conseguentemente aumenta il numero di possibili installazioni della caldaia stessa.

Come sopra ribadito, la configurazione del dispositivo di scarico e recupero fumi 1 consente di aumentare il rendimento termico della caldaia principalmente per la possibilità di riscaldare l’acqua destinata allo scambiatore primario della caldaia attraverso il recupero del calore dei fumi. Allo stesso tempo è però da sottolineare come la configurazione del dispositivo di scarico e recupero fumi 1 consenta anche di aumentare vantaggiosamente la temperatura dell’aria comburente destinata a raggiungere la camera di combustione della caldaia. Con riferimento ad esempio a figura 2, durante il normale funzionalmente della caldaia 2 l’aria che attraversa il volume anulare 25 (fra gli elementi tubolari 10 e 20 del dispositivo 1) lambisce la superficie esterna del primo elemento tubolare 10 venendo in questo modo riscaldata. Questo aspetto ovviamente contribuisce ad incrementare ulteriormente il rendimento della caldaia 2.

Un altro aspetto vantaggioso si riscontra nel fatto che il dispositivo di scarico e recupero fumi può essere vantaggiosamente installato su qualsiasi tipologia di caldaia anche in quella tipologia di caldaia comunemente detta a condensazione.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il gruppo di riscaldamento 3 comprende vantaggiosamente mezzi di controllo che regolano il funzionamento dei mezzi di aspirazione 5 del dispositivo 1 in funzione della variazione di una o più variabili di stato caratteristiche dei fumi di scarico generati all’interno della caldaia 2. Per consentire questa regolazione i mezzi di controllo potrebbero essere in comunicazione con uno o più mezzi sensori ciascuno per rilevare una variabile fisica dei fumi di combustione (ad esempio la temperatura). Tali mezzi sensori potrebbero essere collocati, ad esempio, in posizione vicinale alla sezione di ingresso fumi 11 nel primo elemento tubolare 10 del dispositivo 1 e potrebbero essere disposti sul dispositivo stesso o in alternativa su parti della caldaia 2 prossime a detta sezione di ingresso fumi 11. I mezzi di controllo potrebbero essere vantaggiosamente integrati nell’unità di controllo preposta al funzionamento della caldaia 2. In generale la presenza di mezzi di controllo dei mezzi di aspirazione consente vantaggiosamente di modulare lo scambio termico in funzione, ad esempio, della temperatura in uscita dei gas. Se questa ad esempio è relativamente bassa allora la velocità di aspirazione può essere ridotta in modo da prolungare lo scambio convettivo agendo in sostanza sulla variabile tempo. Viceversa per temperature più elevate dei fumi la velocità di aspirazione potrebbe aumentare in quanto lo scambio convettivo si attua a partire da un livello energetico dei fumi superiore.

Le soluzioni tecniche adottate per il dispositivo di scarico dei fumi permettono di assolvere pienamente i compiti e gli scopi prefissati. In particolare il dispositivo di recupero e scarico dei fumi è realizzato attraverso un numero ridotto di componenti facilmente assemblabili fra loro. La dislocazione del dispositivo e il contemporaneo impiego di mezzi di aspirazione esterni alla caldaia consentono una più facile progettazione e una riduzione degli ingombri connessi alla medesima. L’impiego di mezzi di aspirazione a velocità regolabile consente inoltre di modulare lo scambio termico dei relativi mezzi migliorandone l’efficienza.

In pratica, i materiali impiegati nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) per lo scarico e il recupero fumi collegabile ad una caldaia (2) e comprendente almeno un primo elemento tubolare (10) suscettibile di essere attraversato da detti fumi prodotti in detta caldaia (2), detto primo elemento tubolare (10) comprendendo una sezione di ingresso fumi (11) e una sezione di scarico fumi (12) opposta a detta sezione di ingresso fumi (11), detto dispositivo (1) comprendendo mezzi scambiatori di calore (3) alloggiati all’interno di detto primo elemento tubolare (10) per trasferire almeno una parte dell’energia termica di detti fumi ad acqua a temperatura inferiore circolante all’interno di detti mezzi scambiatori di calore, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di aspirazione (5) operativamente collocati in prossimità di detta sezione di scarico fumi (12) per aspirare detti fumi in detto primo elemento tubolare (10) attraverso detta sezione di ingresso fumi (11).
2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di aspirazione (5) comprendono un aspiratore la cui velocità è regolabile in funzione di una o più variabili di stato caratteristiche di detti fumi.
3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo elemento tubolare (20) all’interno del quale è alloggiato detto primo elemento tubolare (10) in modo tale da generare un volume anulare (25) per il passaggio di aria, detto primo elemento tubolare (10) comprendendo almeno una porzione longitudinale (14) alloggiata in una corrispondente porzione longitudinale (24) di detto secondo elemento tubolare (20).
4. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detti mezzi scambiatori comprendono una pluralità di elementi di scambio termico (33) reciprocamente collegati in modo da configurare un circuito idraulico all’interno di detto primo elemento tubolare (10) tale per cui il trasferimento di detta almeno una parte dell’energia termica avvenga parzialmente in condizioni di equi-corrente e parzialmente in contro-corrente.
5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detto primo elemento tubolare (10) comprende una porzione curva (13) alloggiata all’interno di una porzione curva (23) di detto secondo elemento tubolare (20), ciascuna di dette porzioni curve (13,23) essendo collegate da un lato ad una porzione longitudinale (14, 24) del corrispondente elemento tubolare (10,20).
6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto circuito idraulico comprende una coppia di elementi di scambio termico lungi-formi (33) internamente cavi per essere attraversati da detta acqua, detti elementi lungi-formi (33) essendo disposti parzialmente all’interno di una porzione longitudinale (14) del primo elemento tubolare (10) in modo tale che una loro prima parte terminale (38) si collochi operativamente all’interno di detto primo elemento tubolare (10) e una seconda parte terminale (39), opposta alla prima (38), fuoriesca all’esterno di detto primo (10) e detto secondo elemento tubolare (20), detti mezzi scambiatori comprendendo un raccordo di inversione (47) il quale collega fra loro detti elementi lungi-formi (33) ciascuno in corrispondenza della rispettiva prima parte terminale (38).
7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6, in cui detta porzione longitudinale (14) di detto primo elemento tubolare (10) presenta una sezione trasversale a forma di ellissoide composta di una coppia di porzioni semicircolare (58) simmetriche rispetto ad un primo asse di simmetria (X) e reciprocamente collegate attraverso una coppia di porzioni rettilinee (59) contrapposte rispetto ad un secondo asse di simmetria (Y) di detta sezione trasversale, detti elementi lungi-formi (33) essendo disposti internamente a detta prima porzione longitudinale (14) in modo tale che i rispettivi assi longitudinali (300) risultino disposti su detto secondo asse di simmetria (Y) e risultino in posizione simmetrica rispetto a detto primo asse di simmetria (X).
8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 7, in cui ciascun elemento di scambio termico lungi-forme (33) comprende un corpo tubolare (35) provvisto di una cavità longitudinale (71) la cui superficie interna comprende una pluralità di sporgenze radiali (77) che si sviluppano longitudinalmente, detto corpo tubolare (35) comprendendo una superficie esterna (36) provvista di una pluralità di alette longitudinali (44,45).
9. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 8, in cui detto corpo tubolare (35) comprende una serie di prime alette longitudinali (44) che si estendono da una prima porzione (36A) di detta superficie esterna (36) simmetricamente rispetto a detto secondo asse di simmetria (Y) e fino ad una posizione adiacente alla superficie interna (14B) di detta porzione longitudinale (14) di detto primo elemento tubolare (10), detti elementi lungi-formi (33) essendo operativamente collocati in modo tale che dette prime alette (44) di uno dei due elementi risultino speculari a corrispondenti prime alette (44) dell’altro elemento rispetto a detto primo asse di simmetria (X).
10. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detto corpo tubolare (35) comprende una serie di seconde alette (45) che si estendono da una seconda porzione (36B) di detta superficie esterna (36), diversa da detta prima porzione (36A), simmetricamente rispetto a detto secondo asse di simmetria (Y), dette seconde alette (45) di uno di detti elementi (33) estendendosi in modo tale da risultare speculari a corrispondenti alette dell’altro elemento rispetto a detto primo asse di simmetria (X).
11. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 9, in cui detto primo elemento tubolare (10) comprende un adattatore (40) collegato ad una parte di estremità (63) di detta porzione longitudinale (14), detto adattatore (40) definendo detta sezione di scarico fumi (12).
12. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 11, in cui una struttura di supporto (91) è collegata ad una parte terminale (27) di detta porzione longitudinale (24) di detto secondo elemento tubolare (20), detta struttura (91) essendo configurata in modo da sostenere detto primo elemento tubolare (10) in corrispondenza di detto adattatore (40).
13. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui all’interno di detta porzione curva (17) di detto primo elemento tubolare (10) è predisposto un labbro anulare interno (51) per convogliare prodotti di condensa verso una bocca di scarico (50) ricavata sulla stessa porzione curva (17).
14. Gruppo di riscaldamento (3) comprendente una caldaia (2) e caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di scarico e recupero fumi (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 13.
15. Gruppo di riscaldamento (3) secondo la rivendicazione 14, in cui detta caldaia (2) è una caldaia a condensazione.
16. Gruppo di riscaldamento (3) caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di controllo per regolare il funzionamento di detti mezzi di aspirazione (5) di detto dispositivo di scarico e recupero fumi (1).