ITBO20100577A1 - Caldaia a biomassa forestale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“CALDAIA A BIOMASSA FORESTALEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una caldaia alimentata con almeno un prodotto di biomassa forestale (come per esempio legna, pellet, cippato, scarti cerealicoli secchi, ecc) per la produzione di calore.

Le caldaie di questo tipo sono impiegate per produrre acqua calda sia per il riscaldamento di ambienti, sia per uso domestico.

La caldaia comprende un bruciatore, dei mezzi di alimentazione della biomassa al bruciatore e dei mezzi di alimentazione di un comburente al bruciatore. La combustione genera una fiamma di combustione all’interno di una camera di combustione sostanzialmente verticale.

Il calore generato dalla combustione della biomassa forestale à ̈ poi reso disponibile ad un circuito contenente acqua o aria e che ha la funzione di distribuire il calore agli ambienti da riscaldare ed eventualmente all’acqua dell'impianto sanitario.

Le caldaie a biomassa forestale del tipo noto presentano però rendimenti non molto elevati, specie se confrontati con i rendimenti di altre caldaie utilizzate per produrre acqua calda sia per il riscaldamento di ambienti, sia per uso domestico.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire una caldaia a biomassa forestale che consenta di superare gli svantaggi dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione viene inoltre fornito una caldaia a biomassa forestale secondo quanto rivendicato nella rivendicazione 1 e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 1.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista in elevazione prospettica di una preferita forma di attuazione di una caldaia a biomassa forestale della presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista esplosa della caldaia della figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una seconda vista prospettica della caldaia della figura 1;

- la figura 4 Ã ̈ una vista in sezione lungo la linea IV-IV della caldaia della figura 1;

- le figure 5 e 6 illustrano rispettivi particolari della caldaia della figura 1.

Nelle figure da 1 a 6, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso una caldaia a biomassa, che viene vantaggiosamente alimentata con un prodotto di biomassa forestale, come per esempio pellet e/o cippato (nella trattazione che segue indicato come combustibile).

La caldaia 1 comprende un dispositivo 2 per l’alimentazione del combustibile.

Il dispositivo 2 per l’alimentazione comprende una valvola 3 stellare presentante un asse sostanzialmente orizzontale 4. Il combustibile cade in una bocca 5 di carico della valvola 3 stellare. La valvola 3 stellare comprende una albero 6 di rotazione ed à ̈ suddiviso in una pluralità di settori 7 periferici, uniformemente distribuiti attorno all’asse 4 che ricevono per gravità il combustibile. Ciascun settore 7 compie una rotazione di 180° per scaricare il combustibile raccolto al suo interno.

Il moto di rotazione dell’albero 6 à ̈ fornito da un motoriduttore (di tipo noto e non illustrato).

Il dispositivo 2 per l’alimentazione comprende inoltre una coclea 8 che à ̈ accoppiata alla valvola 3 stellare in corrispondenza della sua estremità inferiore.

Ciascun settore 7 della valvola 3 stellare scarica il combustibile attraverso una bocca di scarico.

La coclea 8 presenta un asse 9 sostanzialmente orizzontale e parallelo all’asse 4. La coclea 8 comprende una struttura 10 esterna in metallo che racchiude al suo interno un albero 11; la coclea 8 comprende inoltre una elica 12 saldata sull’albero 11, ed un motoriduttore (di tipo noto e non illustrato) che porta in rotazione l’albero 11. La struttura 10 esterna della coclea 8 comprende due semi porzioni, indicate rispettivamente con 13 e 14 collegate una all’altra mediante un raccordo a flangia.

La semi porzione 13 comprende una parete 13* cilindrica coassiale all’asse 9.

La semi porzione 14 à ̈ a sua volta suddivisa in un ramo 15 di testa ed un ramo 16 terminale; il ramo 15 di testa comprende una parete 17 cilindrica esterna coassiale all’asse 9 ed una parete 18 cilindrica interna anch’essa coassiale all’asse 9. Le due pareti cilindriche indicate con 17 e 18 definiscono al loro interno una camera 19 di passaggio per il comburente a sezione tubolare (anulare) e coassiale all’asse 9. Il ramo 16 terminale à ̈ definito invece da un corpo 20 scatolare a sezione rettangolare. Il ramo 16 terminale comprende quattro pareti esterne e quattro pareti interne, che definiscono, anch’esse, una camera 21 di passaggio per il comburente che à ̈ in comunicazione con la camera 19 di passaggio.

La coclea 8 convoglia il materiale fino al bruciatore 22 della caldaia 1. Il bruciatore 22 Ã ̈ ricavato in corrispondenza del corpo 20 scatolare e comprende un circuito 23 di alimentazione del comburente. Il circuito 23 di alimentazione comprende dei mezzi pneumatici (non illustrati) di alimentazione del comburente, il quale viene convogliato attraverso la camera 19 di passaggio e la camera 21 di passaggio.

Infine, il circuito 23 di alimentazione del comburente comprende una pluralità di aperture 24 (fori) ricavate nelle quattro pareti interne che delimitano la camera 23 di raccolta. In particolare, le aperture 24 sono uniformemente distribuite in una porzione superiore di ciascuna delle pareti interne. Il bruciatore 22 comunica con una camera 25 di combustione centrale.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 5, in prossimità delle aperture 24, in particolare subito al disotto delle aperture 24, à ̈ disposta una candela 26 per innescare l’accensione del combustibile.

La fiamma di combustione à ̈ tende a protendersi verso l’alto (all’interno della camera 25 di combustione centrale) in una direzione sostanzialmente verticale.

La caldaia 1 comprende un telaio 26 esterno che comprende, a sua volta, una parete 27 posteriore sostanzialmente piana e a sviluppo verticale ed una parete 28 di raccordo leggermente inclinata rispetto alla parete 27 posteriore. Le pareti indicate con 27 e 28 delimitano un condotto 29 di scorrimento di un liquido refrigerante, che comprende anche due pareti indicate rispettivamente con 27* e 28* direttamente affacciate alle pareti 27 e 28. La parete 28* à ̈ affacciata al bruciatore 22 e porta collegato un dispositivo 30 deviatore. Il dispositivo 30 deviatore si protende verso il basso, ed à ̈ affacciato e posto in prossimità del bruciatore 22.

Secondo una preferita variante illustrata nella figura 4, il dispositivo 30 deviatore, presenta, in vista frontale, una forma triangolare comprendente due pareti 31, 32 laterali di deviazione sostanzialmente piane. In questo modo, la fiamma di combustione generata dal bruciatore 22 incontra il dispositivo 30 deviatore posto in prossimità del bruciatore 22 che ne devia il flusso secondo quanto illustrato nelle figure 3 e 5. La forma di attuazione illustrata nella figura 4, consente di suddividere la fiamma di combustione in due flussi, ciascuno dei quali lambisce una rispettiva parete 31, 32 laterale del dispositivo 30 deviatore.

Poiché la fiamma di combustione à ̈ bloccata verso l’alto dalla presenza del dispositivo 30 deviatore, la fiamma di combustione viene orientata in direzione prevalentemente orizzontale all’interno della camera 25 di combustione centrale.

La fiamma di combustione generata dal bruciatore 22 raggiunge la camera 25 di combustione centrale in direzione sostanzialmente orizzontale attraverso una bocca di passaggio che à ̈ delimitata superiormente dal dispositivo 30 deviatore. Si à ̈ osservato che in questo modo à ̈ possibile ottenere un elevato rendimento ed una combustione uniforme.

Secondo una ulteriore variante, non illustrata, il bruciatore 22 à ̈ disposto in modo tale che la propria fiamma di combustione sia orientata orizzontalmente e sostanzialmente parallela all’asse 9.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 6, la camera 25 di combustione centrale à ̈ delimitata sul lato inferiore da una griglia 33 che consente alle ceneri prodotte dalla combustione e introdotte nella camera 25 di combustione centrale di passare attraverso la griglia 33 e depositarsi in un cassetto 34 di raccolta disposto in una porzione inferiore della caldaia 1. In particolare, il cassetto 34 di raccolta à ̈ accessibile dall’esterno ed à ̈ disposto in una sede apposita dalla quale un operatore può periodicamente estrarlo per provvedere allo svuotamento delle ceneri raccolte.

La camera 25 di combustione centrale à ̈ delimitata superiormente da un pannello 35 realizzato con un materiale refrattario capace di resistere alle alte temperature raggiunte nella camera di combustione senza reagire chimicamente con gli altri materiali con i quali si trova in contatto.

La camera 25 di combustione centrale à ̈ accessibile e ispezionabile dall’esterno mediante uno sportello 36, realizzato anch’esso in un materiale refrattario.

La caldaia 1 comprende inoltre un circuito 37 per un liquido refrigerante, preferibilmente acqua. Il circuito 37 comprende il condotto 29 di scorrimento ed una pompa di alimentazione (di tipo noto e non illustrato) del liquido refrigerante che scorre nel condotto 29 di scorrimento. Il liquido refrigerante scorre anche all’interno del dispositivo 30 deviatore per evitare che la fiamma di combustione porti le pareti 31, 32 laterali del dispositivo 30 deviatore stesso a surriscaldarsi eccessivamente.

Il circuito 37 comprende, al disopra del pannello 35 in materiale refrattario, uno scambiatore 39 di calore. Lo scambiatore 39 di calore comprende un dispositivo di raffreddamento attivo che circonda il flusso di fumi che viene scaricato attraverso una bocca 40 di scarico.

Lo scambiatore 39 di calore comprende un corpo parallelepipedo, il quale si estende lungo un asse sostanzialmente orizzontale, à ̈ disposto in corrispondenza di una estremità superiore della caldaia 1 e ed à ̈ suddiviso internamnete in una pluralità di condotti 39* di passaggio del flusso di fumi, che definiscono dei corridoi di flusso per i fumi e sono provvisti di rispettivi assi sostanzialmente orizzontali e fra loro paralleli uno all’altro.

I condotti 39* di passaggio definiscono delle camere tubolari aperte alle proprie estremità assiali per il passaggio dei fumi di scarico. Ciascun condotto 39* di passaggio à ̈ provvisto di una rispettiva bocca di ingresso dei fumi e di una bocca di uscita dei fumi stessi. Le bocche di uscita sono in comunicazione con la bocca 40 di scarico mediante la quale i fumi prodotti all’interno della camera 25 di combustione centrale vengono scaricati all’esterno della caldaia 1.

Lo scambiatore 39 di calore à ̈ in comunicazione con il condotto 29 di scorrimento. Lo scambiatore 39 di calore à ̈ percorso internamente dal liquido refrigerante che incontra (preferibilmente in controcorrente) i fumi di scarico a cui sottrae calore.

Il circuito 37 di raffreddamento comprende anche una serpentina 41 di raffreddamento alloggiata in una sede ricavata al di sopra dello scambiatore 39 di calore.

Anche il circuito 37 di raffreddamento à ̈ ispezionabile dall’esterno mediante uno sportello 42 realizzato in un materiale refrattario.

Infine, la caldaia 1 comprende un pacchetto 38 di tubi e/o condotti che sono disposti nella porzione superiore della caldaia 1 all’interno e fungono da organo di raffreddamento dei fumi prodotti all’interno della camera 25 di combustione centrale. In particolare, il circuito 37 comprende un pacchetto 38 di tubi, disposti in modo da collegare due rispettive pareti laterali parallele ed opposte del telaio 26. Il pacchetto 38 di tubi comprende due file di tubi sovrapposti; ciascuno dei tubi del pacchetto 38 presenta un proprio asse trasversale all’asse 9. I fumi generati nella camera di combustione 25 centrale lambiscono le superficie cilindrica esterna del pacchetto 38 di tubi.

Secondo una preferita variante, lo sportello 36 consente ad un operatore di caricare un secondo combustibile (vale a dire un secondo prodotto di biomassa forestale, come per esempio legna) all’interno della camera 25 di combustione centrale.

Preferibilmente, attraverso il dispositivo 2 per l’alimentazione del combustibile viene alimentato un primo tipo di combustibile; in particolare un primo prodotto di biomassa forestale in formato sciolto (ad esempio pellet).

Preferibilmente, attraverso lo sportello 36 viene alimentato all’interno della camera 25 di combustione centrale un secondo tipo di combustibile; in particolare un secondo prodotto di biomassa forestale di grosso formato (ad esempio legna).

Secondo forme di attuazione fra loro alternative, la caldaia 1 può essere alimentata solo mediante il primo tipo di combustibile (introdotto attraverso il dispositivo 2 per l’alimentazione), solo mediante il secondo tipo di combustibile (introdotto attraverso lo sportello 36 all’interno della camera 25 di combustione centrale) oppure da entrambi i due combustibili in combinazione. Secondo una ulteriore variante il primo tipo di combustibile (introdotto attraverso il dispositivo 2 per l’alimentazione) viene utilizzato per innescare la combustione del secondo tipo di combustibile (introdotto attraverso lo sportello 36 all’interno della camera 25 di combustione centrale).

La caldaia 1 comprende inoltre una centralina elettronica di controllo (di tipo noto e non illustrata in dettaglio) del processo di combustione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Caldaia (1) alimentata con almeno un prodotto di biomassa forestale, preferibilmente pellet e/o cippato, per la produzione di acqua calda impiegata sia per il riscaldamento di ambienti, sia per uso domestico comprendente un bruciatore (22) atto a generare, in uso, una fiamma di combustione; una camera (25) di combustione; mezzi (3; 8) di alimentazione di almeno un prodotto di biomassa forestale al bruciatore (22); mezzi di alimentazione di un comburente attraverso detto bruciatore (22); la caldaia (1) à ̈ caratterizzata dal fatto che la fiamma di combustione generata dal bruciatore (22) à ̈ orientata in direzione prevalentemente orizzontale all’interno della camera (25) di combustione. 2.- Caldaia secondo la rivendicazione 1, in cui il bruciatore (22) à ̈ disposto in modo da generare una fiamma di combustione orientata in direzione prevalentemente orizzontale. 3.- Caldaia secondo la rivendicazione 1 o 2 e comprendente un dispositivo (30) deviatore il quale à ̈ disposto in prossimità del bruciatore (22) per deviare la fiamma di combustione lungo una direzione prevalentemente orizzontale. 4.- Caldaia secondo la rivendicazione 3 e comprendente un telaio (26); il dispositivo (30) deviatore à ̈ collegato al telaio (26) in una posizione affacciata ed in prossimità del bruciatore (22) per sagomare la fiamma di combustione prodotta dal bruciatore (22). 5.- Caldaia secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il dispositivo (30) deviatore presenta almeno due pareti (31, 32) laterali sostanzialmente piane; il dispositivo (30) deviatore suddividendo la fiamma di combustione in almeno due flussi, che lambiscono le pareti (31, 32) laterali del dispositivo (30) deviatore. 6.- Caldaia secondo una delle rivendicazioni da 3 a 5 e comprendente un circuito (37) di condizionamento all’interno del quale scorre un liquido refrigerante; il circuito (37) di condizionamento comprendendo il dispositivo (30) deviatore. 7.- Caldaia secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, e comprendente un cassetto (34) di raccolta delle ceneri prodotte dalla combustione, il quale cassetto (34) di raccolta à ̈ alloggiato in una sede ricavata in una porzione inferiore del telaio (26); la camera (25) di combustione presentando una parete di fondo comprendente una griglia (33) che consente alle ceneri prodotte dalla combustione e introdotte nella camera (25) di combustione di passare attraverso la griglia (33) e depositarsi nel cassetto (34) di raccolta.