ITBO20100248A1 - Forno per ceramiche ad efficienza migliorata - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:

"FORNO PER CERAMICHE AD EFFICIENZA MIGLIORATA".

CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un forno per ceramiche ad efficienza migliorata.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda un forno per la cottura di prodotti ceramici, quali piastrelle e simili, ad efficienza termica migliorata e con ridotta emissione di prodotti di combustione.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Nel settore della produzione di prodotti ceramici, quali piastrelle e simili, sono tradizionalmente impiegati dei forni di cottura dei prodotti del tipo cosiddetto a rulli. Tali forni comprendono una lunga struttura o intelaiatura di supporto, che si estende orizzontalmente per decine di metri, la quale definisce al proprio interno un canale di avanzamento dei prodotti in cottura su un trasportatore a rulli.

Il calore di preriscaldamento e/o di cottura dei prodotti ceramici viene fornito attraverso un certo numero di bruciatori, distribuiti lungo il canale di avanzamento dei prodotti ceramici, ad una determinata distanza l'uno dall'altro e sui due lati.

Il canale di avanzamento dei prodotti è solitamente delimitato,, superiormente ed inferiormente, da pareti orizzontali realizzate con materiali refrattari e termicamente isolanti che, oltre a trattenere il calore all'interno del forno impedendo che vada disperso, contribuiscono in una certa misura anche a fornire calore ai prodotti in cottura per irraggiamento.

I forni a rulli di tipo tradizionale, aventi le caratteristiche sopra descritte, sono contraddistinti da un valore di efficienza termica, che può essere calcolata teoricamente come il rapporto tra la quantità di l'energia fornita al forno tramite i bruciatori e quella effettivamente trasferita ai prodotti in cottura, che non è oggigiorno adeguata alle moderne esigenze di economicità e riduzione dell'inquinamento. Più in particolare si osserva, all'interno del canale dì avanzamento dei prodotti, una certa stratificazione del calore fornito dai bruciatori, che tende ad accumularsi specialmente nella zona superiore del canale stesso, e non viene così sfruttato appieno: l'efficienza termica del forno, quindi, ne viene penalizzata, e conseguentemente sono penalizzati i consumi energetici necessari per ottenere una soddisfacente cottura dei prodotti.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Il compito tecnico della presente invenzione è quindi quello di mettere a punto un forno per ceramiche contraddistinto da un'efficienza termica superiore a quella dei forni di tipo noto.

Nell'ambito di tale compito tecnico, costituisce uno scopo della presente invenzione realizzare un forno per ceramiche che consenta di sfruttare in modo più efficace il calore fornito dai bruciatori previsti nel canale di avanzamento dei prodotti ceramici.

Questo scopo viene raggiunto dal forno per ceramiche ad efficienza migliorata secondo la allegata rivendicazione 1.

La sezione trasversale variabile del canale di avanzamento dei prodotti ceramici consente di realizzare zone del canale stesso nei quali la distanza tra le pareti che delimitano il canale ed i prodotti che avanzano viene notevolmente ridotta: in questo modo si possono ridurre sensibilmente i fenomeni di stratificazione del calore, ed è possibile sfruttare in modo più efficiente il calore fornito dai bruciatori. Ulteriori vantaggiose caratteristiche sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

In particolare, le zone del canale a ridotta distanza rispetto al piano di avanzamento dei prodotti consentono di incrementare la porzione di calore ceduta ai prodotti in cottura per irraggiamento.

Inoltre, la riduzione del volume complessivo del canale di avanzamento dei prodotti consente di ridurre anche la quantità di prodotti di combustione da espellere dal forno .

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI.

Le caratteristiche dell'invenzione saranno meglio comprese da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dalle annesse tavole di disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

- la figura 1 è una sezione longitudinale del forno secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una sezione longitudinale di un'altra forma di attuazione del forno secondo la presente invenzione ;

- la figura 3 è una sezione longitudinale di ancora un'altra forma di attuazione del forno secondo la presente invenzione;

- la figura 4 è una sezione longitudinale di ancora un'altra forma di attuazione del forno secondo la presente invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE.

Con riferimento alla figura 1 allegata, è indicato complessivamente con 1 un forno per ceramiche ad efficienza migliorata secondo la presente invenzione. Il forno illustrato è particolarmente del tipo a rulli - con riferimento ai mezzi di trasporto dei prodotti ceramici al proprio interno - ed è atto a realizzare la fase di preriscaldamento e/o cottura di prodotti ceramici quali piastrelle e simili, anche se può essere impiegato anche per prodotti di diversa forma e/o di diversa natura, senza limitazioni agli scopi della presente invenzione.

Inoltre, possono essere impiegati altri mezzi di trasporto, equivalenti ai rulli, per far avanzare i prodotti ceramici lungo il forno.

Come visibile nella sezione longitudinale della figura 1, il forno comprende una struttura od intelaiatura di supporto, indicata complessivamente con 2. L'intelaiatura 2, realizzata ad esempio in acciaio o in altro materiale di adeguate caratteristiche meccaniche e di resistenza al calore, si estende orizzontalmente per una lunghezza variabile in relazione alle specifiche esigenze applicative, ma che può anche raggiungere svariate decine di metri.

L'intelaiatura 2 è costituita da una pluralità di moduli, indicati ciascuno complessivamente con 3, collegati l'uno all'altro in serie nella direzione A di avanzamento dei prodotti ceramici. Nella figura 1 sono, in particolare, rappresentati tre moduli 3 collegati in serie l'uno all'altro. Il numero dei moduli 3 che compongono il forno 1 può evidentemente essere qualsiasi, senza limitazioni.

I moduli 3 sono montati su rispettivi supporti 4, di tipo essenzialmente noto.

Nel forno 1 possono essere tipicamente previste zone, più o meno estese, di preriscaldamento, di cottura e di raffreddamento. Ciascuna di tali zone, quindi, comprende un certo numero di moduli 3 collegati in serie lungo la direzione A di avanzamento dei prodotti. Ciascun modulo 3 è costituito da montanti 5 verticali, traversi e longheroni 6 orizzontali, reciprocamente collegati in modo da realizzare strutture sostanzialmente parallelepipede, in modo di per sé noto nel settore.

Ciascun modulo 3 del forno 1 comprende, sostanzialmente in corrispondenza della base ed in corrispondenza della sommità, porzioni di materiale isolante 7: tale materiale isolante è costituito da refrattari, materiali ceramici, e simili, variamente combinati e distribuiti in relazione alle specifiche esigenze. Le porzioni di materiale isolante 7 definiscono tra di esse un canale 8 di avanzamento dei prodotti ceramici in cottura, che attraversa il forno 1 essenzialmente per tutta la sua lunghezza, da una bocca di ingresso ad una bocca di uscita.

Il canale 8 di avanzamento dei prodotti costituisce un volume di preriscaldamento e cottura dei medesimi: a tale volume è evidentemente associata la produzione, durante il funzionamento del forno 1, di un certo volume di prodotti di combustione nell'unità di tempo, tipicamente C02ed N0X. Ciò si traduce nella necessità di espellere dal forno 1, con continuità, una certa portata di fumi di combustione.

In particolare, i prodotti si muovono su un piano di avanzamento P, situato al centro del canale 8. Il piano di avanzamento P dei prodotti è definito da rulli ad asse trasversale rispetto alla direzione A di avanzamento dei prodotti. I rulli, associati a rispettivi mezzi di azionamento, non sono rappresentati nelle figure per semplicità di comprensione e poiché di tipo essenzialmente noto e tradizionale: essi, nelle loro specifiche caratteristiche, non costituiscono comunque oggetto della presente invenzione.

Lungo il canale 8 di avanzamento dei prodotti, ed particolare nelle zone di preriscaldamento e di riscaldamento, sono disposti dei bruciatori 9, di tipo essenzialmente noto, che nelle loro specifiche caratteristiche non costituiscono oggetto della presente invenzione.

I bruciatori 9 sono disposti trasversalmente rispetto alla direzione A di avanzamento dei prodotti in cottura, e sono associati a rispettivi mezzi di alimentazione di aria e combustibile non rappresentati nelle figure, di tipo noto. I bruciatori 9 sono disposti in corrispondenza di entrambi i lati del canale 8, ad esempio alternati a destra e sinistra, ed anche superiormente ed inferiormente rispetto al piano P di avanzamento dei prodotti.

La distribuzione dei bruciatori 9 all'interno del canale 8 può comunque essere qualsiasi, ad esempio essi possono essere concentrati in alcune specifiche zone, ecc..

Secondo un aspetto della presente invenzione, il canale 8 di avanzamento dei prodotti ha sezione trasversale variabile lungo la direzione A di avanzamento, in modo tale da conseguire gli importanti vantaggi tecnici che verranno meglio descritti nel prosieguo.

Più in particolare, il canale 8 di avanzamento dei prodotti comprende prime zone 10, in cui sono disposti i bruciatori 9, e seconde zone 11, prive di bruciatori 9.

Sia le prime zone 10 che le seconde zone 11 sono delimitate da rispettive superfici 12, 13 superiori ed inferiori - in gergo la "volta" e la "suola", o "pavimento" del canale 8 - sostanzialmente orizzontali. Le suddette seconde zone 11 hanno sezione trasversale inferiore rispetto a quella delle prime zone 10. A solo titolo di esempio, non limitativo, la sezione trasversale delle seconde zone 11 è ridotta, in altezza, della metà rispetto alla sezione delle prime zone 10.

Lungo il canale 8, le prime zone 10 sono disposte alternate rispetto alle seconde zone 11.

Più in particolare, come visibile nella figura 1, ciascuno dei moduli 3 comprende una prima zona 10, ed una seconda zona 11, l'una di seguito all'altra. All'interno di ciascun modulo 3, la prima zona 10 e la seconda zona 11 hanno la stessa lunghezza rispetto alla direzione A di avanzamento dei prodotti.

In altre forme di attuazione del forno 1 secondo la presente invenzione, la prima zona 10 e la seconda zona 11 di ciascun modulo 3 possono avere lunghezza diversa, in relazione all'ottenimento di determinati risultati dal punto di vista dell'efficienza termica, del volume di fumi prodotto, ecc..

In ancora altre forme di attuazione del forno 1, possono essere previsti moduli 3 presentanti prime zone 10 e seconde zone 11 di lunghezza diversa da un modulo 3 all'altro, oppure ancora possono essere previste serie di moduli 3 con diverse lunghezze delle rispettive prime zone 10 e seconde zone 11. Ad esempio, le lunghezze delle prime zone 10 e delle seconde zone 11 possono essere diversificate passando dalla zona di preriscaldamento a quella di cottura.

Questa disposizione alternata di prime zone 10 e seconde zone 11 di uguale lunghezza si traduce in una riduzione del volume complessivo del canale 8 del 35%, con vantaggi che verranno chiariti nel prosieguo.

All'interno di ciascun modulo 3, inoltre, tra la prima zona 10 e la seconda zona 11 è prevista una rispettiva zona di raccordo 14.

Ciascuna zona di raccordo 14 è definita da superfici inclinate 15 contrapposte convergenti e divergenti, come illustrato nella figura 1.

La convergenza e la divergenza delle superfici inclinate 15 delle zone, di raccordo 14 è realizzata secondo certi angoli prefissati, che sono gli stessi per tutte le zone 14, ma possono essere anche diversi: tali angoli sono dimensionati in modo da consentire l'efficace rimescolamento dei fumi all'interno del canale 8, con effetti e vantaggi che risulteranno più chiari in seguito.

In ciascun modulo 3, la prima zona 10, la seconda zona 11 e la zona di raccordo 14 sono simmetriche rispetto al piano P di avanzamento dei prodotti, cioè il volume del canale 8 al di sopra del detto piano P è' sostanzialmente pari al volume del canale 8 al di sotto del piano P stesso.

I bruciatori 9 del forno 1 sono quindi concentrati in ciascuna prima zona 10, sopra e sotto il piano P di avanzamento dei prodotti. A solo titolo di esempio non limitativo, in ciascuna prima zona 10 del forno 1 sono previsti quattro bruciatori 9, due sopra e due sotto il piano P di avanzamento dei prodotti. Inoltre, dei due bruciatori 9 posti sopra al piano P, cosi come quelli posti sotto il piano P stesso, uno è associato al lato destro del canale 8, mentre l'altro al lato sinistro, così da realizzare una distribuzione di calore quanto più uniforme possibile.

È evidente che la successione di prime zone 10, di zone di raccordo 14 e di seconde .zone 11 prevista in ciascun modulo 3 del forno 1 si ripete, tale e quale, per tutti moduli 3 collegati in serie per realizzare il forno completo .

L'invenzione, così concepita, consente di ottenere importanti vantaggi tecnici.

In primo luogo, la presenza delle seconde zone 11 a sezione trasversale ridotta rispetto a quella delle prime zone 10, e completamente prive di bruciatori 9, consente di limitare notevolmente il fenomeno della stratificazione del calore nell'aria contenuta nel canale 8, incrementando l'efficienza termica del forno. Infatti, il limitato volume di aria che, in corrispondenza delle seconde zone 11, si trova a contatto con i prodotti in cottura, consente di concentrare maggiormente il calore in prossimità dei prodotti medesimi, ed in modo più uniforme. Inoltre, l'alternanza di prime zone 10 e di seconde zone 11 di sezione diversa favorisce il rimescolamento dei fumi di combustione, così da impedire il detto fenomeno della stratificazione.

Inoltre, la presenza delle seconde zone 11 a sezione ridotta e prive di bruciatori 9 permette di incrementare sensibilmente la parte di energia che viene ceduta per irraggiamento ai prodotti che si muovono sul piano P di avanzamento. Infatti, tali seconde zone 11 comprendono superfici 13 orizzontali che si trovano a distanza ridotta dai prodotti in cottura: la cessione di calore, per irraggiamento, da tali superfici 13 ai prodotti è quindi decisamente incrementata. In altre parole, nei forni tradizionali la cessione di calore per irraggiamento viene effettuata quasi esclusivamente dalla fiamma dei bruciatori 9: con questa soluzione, invece, anche le superfici 13 del canale 8 contribuiscono in modo sensibile allo scambio termico per irraggiamento.

Ancora, la riduzione complessiva del volume del canale 8 consente di ridurre, conseguentemente, il volume dei prodotti di combustione, inquinanti, che devono essere asportati dal forno: i prodotti di combustione possono essere meglio sfruttati, e può essere ridotta la quantità di energia necessaria ad espellerli, ad esempio con mezzi ventilatori.

A fronte di una riduzione del volume del canale 8, viene comunque mantenuto inalterato lo scambio termico che avviene per convezione, avendo ipotizzato di mantenere inalterata la velocità di passaggio dei fumi all'interno del canale 8.

Un ulteriore importante vantaggio consiste nel fatto che il numero dei bruciatori 9 installati può essere ridotto: in particolare, nella .forma di attuazione descritta, a solo titolo di esempio non limitativo, il numero dei bruciatori 9 è ridotto della metà rispetto ad un forno tradizionale, grazie all'aumento del rendimento termico all'interno del canale 8 per i motivi sopra descritti. Infatti, la potenza termica dei bruciatori 9, che in forni tradizionali viene sfruttata solo per una quota di circa il 40%, con questa soluzione può essere sfruttata in modo decisamente superiore, grazie alle minori dispersioni ed alla quota di calore ceduta per irraggiamento; si ha inoltre un miglior rendimento del bruciatore, essendo utilizzato ad un livello più alto della sua potenza termica.

Un'altra forma di attuazione del forno per ceramiche ad efficienza migliorata secondo la presente invenzione è rappresentata nella figura 2.

In questa forma di attuazione, ed in particolare nella sua descrizione di dettaglio e nella figura 2, le parti che corrispondono a quelle della precedente forma di attuazione, ma che comprendono diverse o ulteriori caratteristiche, sono indicate con il medesimo numero di riferimento, aumentato di 100 unità. Le restanti parti sono indicate con il medesimo numero di riferimento.

In questa forma di attuazione, ciascun modulo 3 del .forno 1 comprende una pluralità di prime zone 110, una pluralità di seconde zone 111 ed una pluralità di zone di raccordo 114.

Più in particolare, ciascun modulo 3 comprende due prime zone 110 e due seconde zone 111, alternate l'una all'altra e separate da rispettive zone di raccordo 114. Le prime zone 110 e le seconde zone 111 sono di uguale lunghezza: tale lunghezza è, in particolare, pari alla metà di quella delle prime zone e delle seconde zone della precedente forma di attuazione. In altre parole, l'unione di una prima zona 110, di una zona di raccordo 114 e di una seconda zona 111 presenta una lunghezza pari alla metà della lunghezza complessiva del rispettivo modulo 3 del forno 101.

In questa forma dì attuazione, quindi, in ciascuna delle prime zone 110 sono previsti due bruciatori 9, dei quali uno al di sopra del piano P di avanzamento dei prodotti e l'altro al di sotto.

Questa forma di attuazione del forno 1 consente di realizzare, nell'ambito di uno stesso modulo 3 del forno 1, un diverso posizionamento delle superfici 113 delle seconde zone 111, cioè quelle che contribuiscono maggiormente alla trasmissione del calore ai prodotti per irraggiamento. In particolare, questo posizionamento delle superfici 113 realizza una distribuzione più uniforme del calore trasmesso ai prodotti per irraggiamento, e quindi una ulteriore riduzione dei fenomeni di stratificazione del calore nelle prime zone 110, che hanno volume inferiore rispetto a quello della precedente forma di attuazione. Un'altra forma di attuazione del forno per ceramiche ad efficienza migliorata secondo la presente invenzione è rappresentata nella figura 3.

In questa forma di attuazione, ed in particolare nella sua descrizione di dettaglio e nella figura 3, le parti che corrispondono a quelle della precedente forma di attuazione, ma che comprendono diverse o ulteriori caratteristiche, sono indicate con il medesimo numero di riferimento, aumentato di 100 unità. Le restanti parti sono indicate con il medesimo numero di riferimento .

Questa forma di attuazione è identica a quella di figura 1 per la parte superiore del canale 208, cioè quella che si trova al di sopra del piano di avanzamento P, mentre la parte che si trova al di sotto è realizzata con configurazione a sezione costante, secondo un noto modello appartenente allo stato della tecnica.

In altre parole, le prime zone 210, le seconde zone 211 e le zone di raccordo 214 sono a sezione variabile nella parte che si trova al di sopra del piano P, mentre sono a sezione costante nella parte che si trova al di sotto; in ciascun modulo 3 sono comprese una prima zona 210 ed una seconda zona 211, che a solo titolo di esempio sono di uguale lunghezza.

Questa forma di attuazione consente di ottenere i medesimi vantaggi descritti nelle precedenti forme di attuazione, ma con una configurazione di realizzazione più semplice ed economica.

Ancora un'altra forma di attuazione del forno per ceramiche ad efficienza migliorata secondo la presente invenzione è rappresentata nella figura 4.

In questa forma di attuazione, ed in particolare nella sua descrizione di dettaglio e nella figura 4, le parti che corrispondono a quelle della precedente forma di attuazione, ma che comprendono diverse o ulteriori caratteristiche, sono indicate con il medesimo numero di riferimento, aumentato di 100 unità. Le restanti parti sono indicate con il medesimo numero di riferimento .

Questa forma di attuazione è identica a quella di figura 2 per la parte superiore del canale 308, cioè quella che si trova al di sopra del piano di avanzamento P, mentre la parte che si trova al di sotto è realizzata con configurazione a sezione costante, secondo un noto modello appartenente allo stato della tecnica. In altre parole, le prime zone 310, le seconde zone 311 e le zone di raccordo 314 sono a sezione variabile nella parte che si trova al di sopra del piano P, mentre sono a sezione costante nella parte che si trova al di sotto; in ciascun modulo 3 sono comprese due prime zone 310 e due seconde zone 311, alternate l'una all'altra, che a solo titolo di esempio sono di uguale lunghezza.

Questa forma di attuazione consente di ottenere, in un'unica soluzione, sia i vantaggi descritti per quanto riguarda la forma di attuazione di figura 2, che quelli indicati nella precedente descrizione della forma di attuazione di figura 3.

Si è così visto come l'invenzione raggiunge gli scopi proposti .

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione, ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione offerto dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Forno per ceramiche ad efficienza migliorata, comprendente un canale (8; 108; 208; 308) di avanzamento dei prodotti ceramici in corrispondenza del quale sono disposti dei bruciatori (9), caratterizzato dal fatto che detto canale (8; 108; 208; 308) ha sezione trasversale variabile lungo la direzione di avanzamento (A) dei prodotti.
2. 2. Forno secondo la rivendicazione 1, in cui detto canale (8; 108; 208; 308) comprende prime zone (10; 110; 210; 310) in cui sono disposti detti bruciatori (9), e seconde zone (11; 111; 211; 311) prive di bruciatori (9).
3. 3. Forno secondo la rivendicazione 2, in cui dette seconde zone (11; 111; 211; 311) hanno sezione trasversale inferiore rispetto a quella di dette prime zone (10; 110; 210; 310).
4. 4. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prime zone (10; 110; 210; 310) sono alternate a dette seconde zone (11; 111; 211; 311).
5. 5. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente zone di raccordo (14; 114; 214; 314) tra dette prime zone (10; 110; 210; 310) e dette seconde zone (11; 111; 211; 311).
6. 6. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette zone di raccordo (14; 114 214; 314) sono definite da superfici inclinate (15) contrapposte convergenti e divergenti.
7. 7. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prime zone (10; 110; 210; 310) e/o dette seconde zone (11; 111; 211; 311) e/o dette zone di raccordo (14; 114; 214; 314) sono simmetriche rispetto al piano di avanzamento (P), oppure possono essere realizzate solo nella parte superiore rispetto a detto piano (P) di avanzamento dei prodotti all'interno di detto canale (8; 108; 208; 308).
8. 8. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una pluralità di moduli (3) collegati in serie lungo detta direzione di avanzamento (A) dei prodotti, ciascuno di detti moduli (3) comprendendo almeno una di dette prime zone (10; 110; 210; 310), almeno una di dette seconde zone (11; 111; 211; 311) ed almeno una di dette zone di raccordo (14; 114;. 214; 314).
9. 9. Forno secondo la rivendicazione precedente, in cui ciascuno di detti moduli (3; 103; 203; 303) comprende una pluralità di dette prime zone (10; 110; 210; 310), una pluralità di dette seconde zone (11; 111; 211; 311) ed una pluralità di dette zone di raccordo (14; 114; 214; 314), alternate le une alle altre.
10. 10. Forno secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prime zone {10; 110; 210; 310) e dette seconde zone (11; 111; 211; 311) hanno la stessa lunghezza, o lunghezze tra loro differenti, rispetto a detta direzione di avanzamento (A) dei prodotti.