ITBG20080037A1

ITBG20080037A1 - Dispositivo per lo scarico e il recupero fumi di una caldaia.

Info

Publication number: ITBG20080037A1
Application number: IT000037A
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: EP2133630A2

Description

“DISPOSITIVO PER LO SCARICO E IL RECUPERO FUMI DI UNA CALDAIA.”

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di scarico e recupero dei fumi di una caldaia domestica.

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.

La pratica ha dimostrato che la soluzione in questione è accompagnata da 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. 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.

In base alle considerazioni finora effettuate emerge la necessità di disporre di nuovi dispositivi di scarico e recupero fumi che siano economicamente vantaggiosi, facilmente assemblabili e volumetricamente contenuti. Pertanto compito precipuo di quanto forma oggetto della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo per il recupero del calore dei fumi in grado di ovviare agli inconvenienti appena sopra indicati.

Nell’ambito di questo compito uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di scarico e recupero fumi che presenti una efficienza superiore a quella dei dispositivi tradizionalmente impiegati per la stessa funzione.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di scarico e recupero fumi che consenta di riscaldare una portata di acqua superiore a quella solitamente riscaldabile attraverso i dispositivi tradizionali.

Ancora un altro scopo della presente è quello di fornire un dispositivo di scarico e recupero fumi che sia realizzato attraverso un numero limitato di componenti facilmente assemblabili fra loro.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di scarico e recupero fumi che possa essere operativamente collegato ad una caldaia in modo rapido e semplice.

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

Questo compito, nonché detti e altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti attraverso un dispositivo di scarico e recupero fumi secondo quanto indicato nella rivendicazione 1 e nelle rivendicazioni da essa dipendenti.

Si è visto che il dispositivo per il recupero dei fumi secondo l’invenzione presenta una efficienza superiore a quella dei dispositivi già impiegati per lo stesso scopo. Ciò è determinato dalla presenza di una elevata superficie di scambio termico, derivante dall’impiego di un circuito formato da una pluralità di elementi di scambio esternamente alettati. L’elevata efficienza è inoltre raggiunta anche per la modalità con cui si attua lo scambio termico che prevede un primo scambio in condizioni di equi-corrente e un secondo scambio in condizioni di contro-corrente. L’impiego di una pluralità di elementi di scambio termico permette al contempo di aumentare la portata complessiva di acqua riscaldabile attraverso i mezzi scambiatori.

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

− la figura 1 è una vista relativa ad un dispositivo per il recupero del calore dei fumi compreso nella tecnica nota applicato ad una caldaia;

− la figura 2 è una vista relativa ad una prima forma di realizzazione di un dispositivo di scarico e recupero fumi installato su una caldaia;

− la figura 3 è una vista prospettica del dispositivo per il recupero del calore dei fumi illustrato in figura 2;

− la figura 4 è una vista in sezione secondo un piano di sezione longitudinale del dispositivo di figura 3;

− la figura 5 è una vista in dettaglio di un adattatore del dispositivo di figura 4;

− la figura 6 è una vista in pianta del dispositivo di figura 3;

− la figura 7 è una vista in sezione secondo la linea VII-VII di figura 6;

− la figura 8 è una vista in sezione secondo la linea VIII-VIII di figura 7;

− la figura 9 è una vista in sezione secondo la linea IX-IX di figura 7;

− la figura 10 è una vista relativa ad una seconda forma di realizzazione di un dispositivo di scarico e recupero fumi secondo la presente invenzione installato su una caldaia;

− la figura 11 è una vista prospettica relativa al dispositivo illustrato in figura 10;

− la figura 12 è una vista in sezione secondo un piano longitudinale del dispositivo di scarico e recupero fumi di figura 11;

− la figura 13 è una vista in pianta del dispositivo di figura 11;

− la figura 14 è una vista in sezione secondo la linea XIV-XIV di figura 13;

− la figura 15 è una vista in sezione secondo la linea XV-XV di figura 13;

− la figura 16 è una vista in sezione secondo la linea XVI-XVI di figura 13;

Con riferimento alle figure da 2 a 16, 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 ad acqua da riscaldare circolante all’interno degli stessi mezzi scambiatori durante il funzionamento del dispositivo 1. In questo modo l’acqua circolante nei mezzi scambiatori, a temperatura inferiore a quella dei fumi di combustione, potrà essere vantaggiosamente inviata allo scambiatore primario della caldaia 2 per migliorare il rendimento della caldaia stessa. In alternativa l’acqua riscaldata potrà essere direttamente impiegata per riscaldamento o per uso sanitario.

Il dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo l’invenzione si caratterizza per il fatto che i mezzi scambiatori di calore comprendono una pluralità di elementi di scambio termico 33 reciprocamente collegati in modo da configurare un circuito idraulico all’interno del primo elemento tubolare 10 tale per cui lo scambio termico fra i fumi e l’acqua avvenga parzialmente in condizioni di equi-corrente e parzialmente in condizioni di contro-corrente. Si è visto che la combinazione di soluzioni tecniche appena descritta ottimizza lo scambio termico e consente di raggiungere efficienze superiori a quelle attualmente raggiunte da altri dispositivi impiegati per lo stesso scopo. Allo stesso tempo si è visto che anche le portate d’acqua riscaldabili sono marcatamente superiori a quelle tradizionalmente trattate.

Il dispositivo di scarico e recupero fumi 1 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 (indicata con riferimento C) della caldaia stessa. Durante il normale funzionamento della caldaia 2, l’aria che attraversa il volume anulare 25 si riscalda, lambendo la superficie esterna del primo elemento tubolare 10. In tal modo la combustione è vantaggiosamente favorita a vantaggio dell’efficienza complessiva della caldaia 2.

Le figure da 2 a 9 sono relative ad una prima forma di realizzazione di un dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo l’invenzione installabile su una superficie di attacco 2B di una caldaia domestica 2. Più precisamente tale superficie di attacco 2B si individua preferibilmente con la superficie superiore della caldaia 2 valutata rispetto ad un piano di riferimento sostanzialmente orizzontale O. A tal proposito è da intendersi che il dispositivo 1 è predisposto per essere vantaggiosamente collegato a qualsiasi tipologia di caldaia normalmente impiegata in ambito domestico sia essa di tipo tradizionale oppure della tipologia comunemente detta “a condensazione”.

Il dispositivo 1 secondo l’invenzione illustrato nelle figure da 2 a 9 è installato sulla superficie di attacco 2B secondo una modalità sostanzialmente “verticale” tale per cui l’asse longitudinale 101 di almeno uno dei due elementi tubolari 10,20 risulti sostanzialmente perpendicolare alla superficie di attacco 2B della caldaia ovvero al piano di riferimento orizzontale O. Più precisamente il collegamento dei due elementi tubolari 10 e 20 alla superficie di attacco 2B viene realizzato attraverso un primo adattatore 5 configurato in modo da orientare l’asse longitudinale di entrambi gli elementi tubolari 10 e 20 perpendicolarmente alla superficie di attacco 2B. I due elementi tubolari 10 e 20 sono disposti in posizione sostanzialmente coassiale volendo indicare con questa espressione una reciproca posizione tale per cui gli assi longitudinali risultano essere sostanzialmente sovrapposti.

La figura 3 è una vista prospettica del dispositivo 1 illustrato in figura 2 privato del secondo elemento tubolare 20. In particolare la figura 3 consente di osservare una possibile forma di realizzazione del primo adattatore 5 il quale comprende delle porzioni di sostegno 17 predisposte per sostenere delle connessioni idrauliche 75,76 ciascuna delle quali collegata ad un elemento di scambio termico 33. In dettaglio, una prima connessione idraulica 75 consente l’alimentazione del circuito idraulico configurato dagli elementi di scambio termico 33, mentre una seconda connessione idraulica 76 consente l’evacuazione dell’acqua dal circuito stesso. Le connessioni idrauliche 75,76 sono disposte in posizione mutuamente adiacente in modo da emergere parallelamente rispetto al primo adattatore 5. In dettaglio tali connessioni 75,76 sono orientate secondo una direzione sostanzialmente inclinata, preferibilmente orizzontale, rispetto alla direzione verticale (posizione verticale valutata rispetto alla superficie di attacco 2B della caldaia 2).

La figura 4 è uno spaccato longitudinale del dispositivo 1 illustrato in figura 2. La figura 5 è invece una vista in dettaglio del primo adattatore 5 illustrato in figura 4. Come illustrato, tale primo adattatore 5 si compone di un corpo esterno di connessione 6 (di seguito indicato anche solo con l’espressione corpo esterno 6) e di un corpo interno di connessione 7 (di seguito indicato anche solo con l’espressione corpo interno 7) rispettivamente per la connessione del secondo elemento tubolare 20 e del primo elemento tubolare 10 alla superficie di attacco 2B della caldaia 2. Più precisamente il corpo esterno 6 configura un primo bordo esterno 6A che si accoppia ad una prima estremità 21 del secondo elemento tubolare 20. Il corpo esterno 6 configura inoltre un secondo bordo esterno 6B (in posizione sostanzialmente opposta al primo bordo 6A) per collegare meccanicamente il secondo elemento tubolare 20 alla caldaia 2.

Analogamente il corpo interno di connessione 7 configura un primo bordo interno 7A che si accoppia ad una seconda estremità 11B del primo elemento tubolare 10. Il corpo interno 7 comprende inoltre un secondo bordo interno 7B (in posizione opposta al secondo bordo 7A) il quale emerge assialmente rispetto al secondo bordo esterno 6B del corpo esterno 6. Tale secondo bordo interno 7B, ha la funzione di convogliare i fumi, provenienti dalla camera di combustione della caldaia 2, all’interno del primo elemento tubolare 10 configurando in sostanza la sezione di ingresso fumi 11 del dispositivo di scarico e recupero fumi.

Fra le parti del primo adattatore 5 accoppiate a quelle degli elementi tubolari 10,20 sono vantaggiosamente interposti elementi di tenuta 8 che, nel caso del primo bordo interno 7A, hanno lo scopo di evitare il mescolamento dell’aria che attraversa il volume anulare 25 e i fumi provenienti dalla caldaia 2, mentre nel caso del primo bordo esterno 6A hanno lo scopo di mantenere la tenuta interna dell’aria che attraversa il volume anulare 25.

Con riferimento ancora a figura 5, le connessioni idrauliche 75,76 sono operativamente collegate a corrispondenti elementi di scambio termico 33 attraverso curve di raccordo 83 prevalentemente alloggiate all’interno del corpo interno 7 del primo adattatore 5. Da figura 5 si intuisce come le porzioni di sostegno 17 del primo adattatore 5 vengano progettate in modo da sostenere operativamente il peso degli elementi di scambio termico 33 alloggiati nel primo elemento tubolare 10. A tale proposito nella soluzione illustrate tali porzioni di sostegno 17 sono formate da un opportuno ispessimento di corrispondenti porzioni del corpo esterno 6 e del corpo interno 7 del primo adattatore 5.

Il primo adattatore 5 del dispositivo 1 configura vantaggiosamente anche un sistema di raccolta e di scarico della condensa che si forma all’interno del primo elemento tubolare 10 in seguito allo scambio termico fra i fumi provenienti dalla caldaia e gli elementi di scambio termico 33. Tale sistema di raccolta comprende un bacino anulare di raccolta 7C configurato dal corpo interno 7 del primo adattatore 5 e un elemento di scarico 7E in comunicazione con tale bacino di raccolta 7C. Come illustrato in figura 5, l’elemento di scarico 7E può comprendere un tubo internamente cavo che emerge all’esterno del primo adattatore 5. Attraverso questa soluzione la condensa che si forma all’interno del primo elemento tubolare scende per gravità lungo le pareti dello stesso fino a confluire nel bacino di raccolta 7C Attraverso l’elemento di scarico 7E la condensa viene quindi portata all’esterno del primo adattatore 5.

Le figure da 6 a 9 consentono di osservare ulteriori peculiarità del dispositivo di scarico e recupero fumi secondo l’invenzione. La vista in pianta di figura 6, ad esempio consente di apprezzare una possibile forma di realizzazione degli elementi tubolari 10 e 20 per la quale il secondo elemento tubolare 20 presenta una sezione trasversale sostanzialmente cilindrica, mentre il primo elemento tubolare 10 presenta una sezione trasversale di forma ellissoidale. Secondo questa soluzione, i mezzi scambiatori comprendono una coppia di elementi di scambio termico 33 lungi-formi internamente cavi ed esternamente alettati attraverso alettature esterne che si sviluppano lungo la direzione longitudinale sulla superficie esterna.

Tali elementi 33 sono collocati disposti all’interno del primo elemento tubolare 10 in modo tale che i rispettivi assi longitudinali risultino paralleli all’asse longitudinale 101 del primo elemento tubolare 10. Con riferimento a figura 7, ad esempio, si osserva che ciascun elemento di scambio termico 33 comprende una sua prima parte terminale 38 collocata in posizione vicinale alla sezione di scarico fumi 12, mentre una seconda parte terminale 39, sostanzialmente opposta alla prima 38, è operativamente collegata ad una di dette connessioni idrauliche 75,76 attraverso una curva di raccordo 83 che si colloca sostanzialmente all’interno del corpo interno 7 del primo adattatore 5.

Con riferimento ancora alla vista in pianta di figura 6, il circuito idraulico dei mezzi scambiatori di calore comprende un raccordo di inversione 47 che collega le corrispondenti prime porzioni terminali 38 degli elementi di scambio termico 33. Tale raccordo di inversione 47 realizza in pratica l’inversione della direzione del flusso dell’acqua durante il passaggio della medesima da un elemento di scambio termico 33 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 4, la quale mostra comunque solo una metà del raccordo di inversione 47.

La figura 7 è una vista in sezione secondo la linea VII-VII di figura 6 e consente di osservare un’altra peculiarità degli elementi di scambio termico 33. In particolare in prossimità della seconda parte terminale 39, le alette longitudinali 44,45 degli elementi di scambio termico 33 si presentano smussate in direzione longitudinale di un certo angolo ά in modo tale da favorire il deflusso dei fumi all’interno di settori di deflusso longitudinali delimitati fra le alette longitudinali 44,45 e la superficie interna del primo elemento tubolare 10.

Le figure 8 e 9 sono viste in sezione rispettivamente secondo la linea VIII-VIII e la linea IX-IX di figura 7 e consentono di osservare in dettaglio la sezione trasversale del primo elemento tubolare 10 e la sezione trasversale dei due elementi di scambio termico 33 in esso alloggiati. Come sopra indicato 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 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 (vedi figura 9) 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 al 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 9 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 8 e 9, 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 9 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 ancora a figura 9, secondo una forma di realizzazione preferita la superficie esterna 36 di ciascun corpo tubolare 35 comprende inoltre una pluralità di ulteriori sporgenze radiali 78 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 77,78 consentono, in virtù della notevole superficie a disposizione, di migliorare sensibilmente lo scambio termico fra i fumi di combustione e l’acqua.

Con riferimento nuovamente alle figure 3 e 4, una parte di estremità 63 del primo elemento tubolare 10 è predisposto un adattatore di scarico 40 che definisce la sezione di scarico fumi 12 del primo elemento tubolare 10. In pratica l’adattatore di scarico 40 svolge la funzione di elemento di raccordo fra la sezione trasversale del primo elemento tubolare 10 e la sezione di scarico fumi 12. A tal proposito dallo spaccato di figura 4 si osserva che l’adattatore di scarico 40 è configurato in modo da adattarsi a monte alla sezione di forma ellittica del primo elemento tubolare 10 definendo, a valle, una sezione di scarico 12 sostanzialmente circolare.

In base a quanto finora illustrato il principio di funzionamento del dispositivo 1 secondo l’invenzione è di immediata comprensione. I fumi caldi provenienti dalla camera di combustione C della caldaia 2, attraversando il primo elemento tubolare 10, lambiscono esternamente le alettature longitudinali 44,45 del corpo tubolare 35 trasferendo l’energia termica all’acqua circolante all’interno degli elementi di scambio termico 33. L’acqua viene inserita attraverso la prima connessione 75 in un primo elemento di scambio termico 33 in cui viene riscaldata attraverso uno scambio termico in equi-corrente. Per mezzo del raccordo di inversione 47 l’acqua viene poi convogliata in un secondo elemento di scambio termico e qui ulteriormente riscaldata attraverso uno scambio termico in contro-corrente. Dopo aver percorso questo secondo elemento l’acqua fuoriesce dalla seconda connessione 76 per poter essere trasportata all’ingresso dello scambiatore di calore primario della caldaia o in alternativa per essere impiegata nelle utenze domestiche.

Le figure da 10 a 16 sono relative ad una seconda forma di realizzazione del dispositivo di scarico e recupero fumi secondo l’invenzione installabile su una superficie di attacco 2B di una caldaia 2 secondo una modalità sostanzialmente “orizzontale” tale per cui almeno l’asse longitudinale 101 o 102 di almeno uno dei due elementi tubolari 10,20 risulti sostanzialmente parallelo alla superficie di attacco 2B ovvero ad un piano di riferimento orizzontale O.

Con riferimento a figura 11, in questa seconda forma di realizzazione 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.

Con riferimento alla vista prospettica di figura 11, il dispositivo 1 è installabile sulla superficie di attacco 2B della caldaia 2 in modo 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 alla superficie di attacco 2B della caldaia 2. 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.

Con riferimento alla vista in sezione di figura 12, 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 16B che definisce la sezione di ingresso fumi 11. In particolare tale seconda parte 16B 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.

Con riferimento alle figure 13 e 14, anche in questa seconda forma di realizzazione 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 14, 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 porzioni a curva 13,23. In corrispondenza seconda parte terminale 39 ciascun elemento di scambio termico 33 è provvisto di una connessione idraulica 75,76 secondo finalità già sopra indicate a commento della prima forma di realizzazione del dispositivo 1. Ciascuna connessione idraulica 75,76 consente ai rispettivi 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 11.

Le figure 15 e 16 sono viste in sezioni delle porzioni longitudinali 14,24 degli elementi tubolari 10 e 20 del dispositivo 1 che consentono di osservare la struttura degli stessi elementi tubolari 10,20 nonché quella degli elementi di scambio termico 33. Come evidente, anche in questa seconda forma di realizzazione il primo elemento tubolare 10 presenta una sezione trasversale di forma ellissoidale, mentre il secondo elemento tubolare 20 presenta una sezione di forma sostanzialmente cilindrica. Sempre dalle figure 15 e 16 risulta altrettanto evidente che la struttura degli elementi di scambio termico coincide con quella precedentemente descritta a commento delle figure 8 e 9. Pertanto si rimanda in proposito a tale parte della descrizione.

Con riferimento nuovamente alle figure 13 e 14, anche in questa seconda forma di realizzazione il dispositivo 1 comprende un adattatore di scarico 40 collegato all’estremità 63 del primo elemento tubolare 10 per configurare una sezione di scarico fumi 12 sostanzialmente circolare. Con riferimento invece alla vista prospettica di figura 11, in questa seconda soluzione il dispositivo 1 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 configurata sostanzialmente ad anello e sostiene il primo elemento tubolare 10 in corrispondenza dell’adattatore di scarico 40.

Con riferimento alle figure 12 e 14, 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, 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 per impedire l’uscita di fumi caldi dal primo elemento tubolare 10 consentendo solo lo scarico della condensa quando questa supera un livello prestabilito.

Similmente a quanto indicato per l’adattatore di scarico 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 16B definisce, a monte, una sezione di ingresso fumi 11 sostanzialmente circolare.

La presente invenzione è anche relativa ad un gruppo di riscaldamento 3 comprendente una caldaia 2 e un dispositivo di scarico e recupero fumi 1 secondo quanto sopra indicato. Possibili forme di realizzazione di un gruppo di riscaldamento 3 sono illustrate nelle figure 2 e 10.

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 configurazione dei mezzi scambiatori di calore consente di raggiungere una elevata efficienza nello scambio termico la quale porta, tra gli altri vantaggi, ad un aumento della portata di acqua riscaldabile che si traduce in un aumento del rendimento della caldaia alla quale il dispositivo viene collegato.

Il dispositivo di scarico e recupero fumi così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri tecnicamente equivalenti.

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 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 (3), caratterizzato dal fatto che detti mezzi scambiatori di calore (3) 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 condizioni di controcorrente.
2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo comprende 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.
3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detto secondo elemento tubolare (20) è disposto in posizione sostanzialmente coassiale a detto primo elemento tubolare (10).
4. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto dispositivo (1) comprende un adattatore (5) per collegare detti elementi tubolari (10,20) ad una superficie di attacco (2B) di una caldaia (2) in modo tale che l’asse longitudinale di detti elementi tubolari (10,20) risulti in posizione sostanzialmente ortogonale a detta superficie di attacco (2B).
5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 4, in cui detto adattatore (5) comprende delle porzioni di sostegno (17) predisposte per sostenere almeno una prima connessione idraulica (75) per l’ingresso di acqua in detto circuito idraulico e almeno una seconda connessione idraulica (76) per l’evacuazione di acqua da detto circuito idraulico.
6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto adattatore (5) comprende un corpo di connessione esterno (6) ed un corpo di connessione interno (7) rispettivamente per collegare detto secondo elemento tubolare (20) e detto primo elemento tubolare (10) a detta superficie di attacco (2B) di detta caldaia (2).
7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto primo elemento tubolare (10) comprende una porzione longitudinale (14) alloggiata all’interno di una porzione longitudinale (24) di detto secondo elemento tubolare (20), detto primo elemento (10) comprendendo 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).
8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 7, in cui all’interno di detta porzione curva (13) 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 (13).
9. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8, 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) comprendendo ciascuno almeno una prima parte terminale (38) si colloca operativamente all’interno di detto primo elemento tubolare (10), detti mezzi scambiatori (3) 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).
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui ciascun elemento lungi-forme (33) comprende una seconda parte terminale (39), opposta alla prima (38), che fuoriesce all’esterno di detto primo (10) e di detto secondo elemento tubolare (20).
11. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detta porzione longitudinale (14) di detto primo elemento tubolare (10) presenta una sezione trasversale a forma di ellissoide composta da 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).
12. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 11, 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).
13. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 12, 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).
14. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 13, 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).
15. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui detto primo elemento tubolare (10) comprende un adattatore di scarico (40) collegato ad una sua parte di estremità (63), detto adattatore di scarico (40) definendo detta sezione di scarico fumi (12).
16. Gruppo di riscaldamento (3) comprendente una caldaia (2) e caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo (1) per lo scarico e il recupero fumi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 15.