ITBO20100721A1 - COMBUSTION HEAD FOR A LOW-NOX LIQUID FUEL BURNER - Google Patents

COMBUSTION HEAD FOR A LOW-NOX LIQUID FUEL BURNER Download PDF

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ITBO20100721A1
ITBO20100721A1 IT000721A ITBO20100721A ITBO20100721A1 IT BO20100721 A1 ITBO20100721 A1 IT BO20100721A1 IT 000721 A IT000721 A IT 000721A IT BO20100721 A ITBO20100721 A IT BO20100721A IT BO20100721 A1 ITBO20100721 A1 IT BO20100721A1
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IT
Italy
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combustion
flow
comburent
combustion head
axis
Prior art date
Application number
IT000721A
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Italian (it)
Inventor
Nicola Bianchini
Emil Calzolari
Davide Martini
Alessio Visentin
Original Assignee
Riello Spa
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

“TESTA DI COMBUSTIONE PER UN BRUCIATORE LOW-NOx A COMBUSTIBILE LIQUIDO†⠀ œCOMBUSTION HEAD FOR A LOW-NOx LIQUID FUEL BURNERâ €

La presente invenzione à ̈ relativa ad una testa di combustione per un bruciatore a combustibile liquido, e particolarmente indicata per bassa emissione di NOx. The present invention relates to a combustion head for a liquid fuel burner, and particularly suitable for low NOx emissions.

E’ noto che nei bruciatori a combustibile liquido la reazione di combustione tra il combustibile liquido ed il comburente si realizza per il tramite di una testa di combustione. Attraverso la testa di combustione, il comburente viene convogliato all’interno di una camera di combustione, in cui si miscela con il combustibile liquido atomizzato per mezzo di un ugello. All’interno della camera di combustione, in prossimità e a valle della testa di combustione à ̈ disposto un dispositivo di accensione che à ̈ atto ad innescare la miscela di combustibile liquido e comburente in modo da avviare i processo di combustione. It is known that in liquid fuel burners the combustion reaction between the liquid fuel and the comburent takes place through a combustion head. Through the combustion head, the comburent is conveyed inside a combustion chamber, where it is mixed with the atomized liquid fuel by means of a nozzle. Inside the combustion chamber, near and downstream of the combustion head, there is an ignition device which is able to ignite the mixture of liquid and comburent fuel in order to start the combustion process.

E’ sempre più sentita l’esigenza di ridurre gli ossidi di azoto NOx che vengono prodotti durante il processo di combustione e che causano inquinamento. The need to reduce nitrogen oxides NOx which are produced during the combustion process and which cause pollution is increasingly felt.

Un prima soluzione prevede di tenere conto, nella progettazione delle teste di combustione, del fatto che gli studi compiuti in materia hanno evidenziato che gli ossidi di azoto NOx si generano soprattutto quando la temperatura della fiamma à ̈ elevata. A first solution involves taking into account, in the design of the combustion heads, the fact that the studies carried out on the subject have shown that nitrogen oxides NOx are generated above all when the flame temperature is high.

Per questo motivo sono stati messi a punto bruciatori provvisti di teste di combustione nelle quali l’abbattimento della temperatura della fiamma avviene ricircolando all’interno della testa di combustione ed in corrispondenza della fiamma stessa una parte dei fumi prodotti dalla combustione. Per ricircolare i fumi all’interno della fiamma si sfrutta l’alta velocità di uscita dell’aria dalla testa del bruciatore, la quale origina un fenomeno notoriamente conosciuto in linguaggio tecnico come “recirculation†. A causa di questo fenomeno i fumi presenti nella camera di combustione sono richiamati nella fiamma e poiché non partecipano alla reazione di combustione assorbono calore raffreddando la fiamma stessa, riducendo, così, le emissioni di ossido di azoto NOx. For this reason, burners have been developed with combustion heads in which the flame temperature is lowered by recirculating part of the fumes produced by combustion inside the combustion head and in correspondence with the flame itself. To recirculate the fumes inside the flame, the high speed at which the air comes out from the burner head is used, which gives rise to a phenomenon known in technical language as â € œrecirculationâ €. Due to this phenomenon, the fumes present in the combustion chamber are drawn back into the flame and since they do not participate in the combustion reaction they absorb heat, cooling the flame itself, thus reducing the emissions of nitrogen oxide NOx.

Ad esempio, la domanda di brevetto EP-A1-1705424 descrive una testa di combustione per bruciatori a combustibile liquido comprendente, tra l’altro, un cappuccio fissato ad un corpo cilindrico per ripartire un flusso di aria primaria in almeno tre porzioni. Per ottenere ciò, su una superficie cilindrica del cappuccio à ̈ prevista una pluralità di fori calibrati radiali equidistanti tra di loro, mentre su una superficie frontale del cappuccio à ̈ realizzata una pluralità di feritoie equidistanti tra di loro ed inclinate. Inoltre, sulla superficie frontale del cappuccio à ̈ previsto un foro assiale in corrispondenza della fuoriuscita del combustibile liquido nebulizzato da un ugello. Il processo di combustione realizzato attraverso la testa di combustione descritta in EP-A1-1705424 produce l’effetto complessivo di contenere la formazione di NOx termici grazie a delle ridotte temperature di fiamma. For example, patent application EP-A1-1705424 describes a combustion head for liquid fuel burners comprising, among other things, a cap fixed to a cylindrical body to divide a primary air flow into at least three portions. To achieve this, a plurality of equidistant radial calibrated holes are provided on a cylindrical surface of the cap, while a plurality of equally spaced and inclined slits are made on a front surface of the cap. In addition, on the front surface of the cap there is an axial hole in correspondence with the liquid fuel atomized from a nozzle. The combustion process carried out through the combustion head described in EP-A1-1705424 produces the overall effect of limiting the formation of thermal NOx thanks to reduced flame temperatures.

Si à ̈ osservato però che la pluralità di fori calibrati radiali ricavati sulla superficie cilindrica del cappuccio e lo stabilirsi di zone di combustione primaria in prossimità dell’ugello, non sono efficaci per impedire il deposito di residui di combustione sul cappuccio e mantenere pulita la testa di combustione in prossimità dell’ugello, oltre a comportare una fase di lavorazione aggiuntiva del componente. However, it has been observed that the plurality of radial calibrated holes obtained on the cylindrical surface of the cap and the establishment of primary combustion areas near the nozzle are not effective in preventing the deposition of combustion residues on the cap and keeping the combustion head near the nozzle, as well as entailing an additional component processing step.

Inoltre la testa di combustione per bruciatori a combustibili liquidi sopra descritta non trova applicazione in caldaie di piccole dimensioni, in particolare per uso domestico e residenziale, in quanto si generano delle fiamme di combustione con una elevata estensione assiale che devono essere sviluppate all’interno di caldaie con un ingombro considerevole. Furthermore, the combustion head for liquid fuel burners described above does not find application in small boilers, in particular for domestic and residential use, as combustion flames are generated with a high axial extension that must be developed inside. of boilers with a considerable footprint.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di realizzare una testa di combustione che consenta di contenere la formazione di ossidi di azoto NOx durante il processo di combustione, che possa trovare applicazione anche in caldaie di piccole dimensioni, in particolare per uso domestico e residenziale, e che al contempo sia di facile ed economica realizzazione. The purpose of the present invention is therefore to provide a combustion head that allows to contain the formation of nitrogen oxides NOx during the combustion process, which can also be applied in small boilers, in particular for domestic and residential use, and that at the same time it is easy and inexpensive to make.

Secondo la presente invenzione viene fornita una testa di combustione per un bruciatore per combustibili liquidi secondo quanto rivendicato nella rivendicazione 1 e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 1. According to the present invention, a combustion head is provided for a burner for liquid fuels according to what is claimed in claim 1 and, preferably, in any of the subsequent claims directly or indirectly dependent on claim 1.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 illustra una vista prospettica anteriore di un primo componente di una testa di combustione realizzata in accordo con la presente invenzione; Figure 1 illustrates a front perspective view of a first component of a combustion head made in accordance with the present invention;

- la figura 2 illustra una vista prospettica anteriore di un secondo componente della testa di combustione realizzata in accordo con la presente invenzione che viene calzato sul primo componente della figura 1; Figure 2 illustrates a front perspective view of a second component of the combustion head made in accordance with the present invention which is fitted onto the first component of Figure 1;

- la figura 3 illustra una vista prospettica anteriore di un terzo componente della testa di combustione realizzata in accordo con la presente invenzione disposto esternamente al secondo componente della figura 2; Figure 3 illustrates a front perspective view of a third component of the combustion head made in accordance with the present invention arranged externally to the second component of Figure 2;

- la figura 4 illustra una vista prospettica anteriore di un quarto componente della testa di combustione realizzata in accordo con la presente invenzione disposto esternamente al terzo componente della figura 3; Figure 4 illustrates a front perspective view of a fourth component of the combustion head made in accordance with the present invention arranged externally to the third component of Figure 3;

- le figure 5 e 6 mostrano rispettivamente una vista prospettica posteriore e anteriore di un complessivo di una testa di combustione realizzata in accordo con la presente invenzione dall’assemblaggio dei componenti delle figure da 1 a 4; e Figures 5 and 6 show respectively a rear and front perspective view of an assembly of a combustion head made in accordance with the present invention from the assembly of the components of Figures 1 to 4; And

- la figura 7 Ã ̈ una vista in sezione del complessivo della testa di combustione delle figure 5 e 6. - figure 7 is a sectional view of the combustion head assembly of figures 5 and 6.

Nelle figure da 1 a 6, con il numero 1 à ̈ indicata nel complesso una testa di combustione in cui un combustibile liquido, per esempio gasolio, viene alimentato ad un ugello 2 (di tipo noto) tramite un condotto 3 centrale presentante un asse X di simmetria longitudinale. L’ugello 2 à ̈ atto a nebulizzare il combustibile liquido in una camera CC di combustione (anch’essa di tipo noto e non illustrata in dettaglio). In figures 1 to 6, the number 1 generally indicates a combustion head in which a liquid fuel, for example diesel oil, is fed to a nozzle 2 (of a known type) through a central duct 3 having an X axis of longitudinal symmetry. The nozzle 2 is designed to nebulize the liquid fuel in a combustion chamber CC (also of a known type and not shown in detail).

La testa 1 di combustione viene calzata sul condotto 3 centrale e comprende una pluralità di componenti assemblati uno all’altro, fra loro coassiali e coassiali all’asse X di simmetria longitudinale. The combustion head 1 is fitted onto the central duct 3 and comprises a plurality of components assembled one to the other, coaxial and coaxial to the longitudinal symmetry axis X.

Al condotto 3 centrale viene collegato un corpo 4, cosiddetto di swirl primario, a simmetria cilindrica, internamente cavo e coassiale all’asse X di simmetria longitudinale. In particolare, il corpo 4 comprende una parete 5 laterale cilindrica esterna coassiale all’asse X di simmetria longitudinale ed una parete 6 frontale, la quale à ̈ provvista di un foro 7 passante per consentire l’inserimento del condotto 3 centrale e dell’ugello 2. La parete 6 frontale del corpo 4 presenta un pluralità di intagli 8 uniformemente distribuiti attorno all’asse X di simmetria longitudinale; ciascuna coppia di intagli 8 fra loro adiacenti definisce un setto 9 in cui à ̈ suddivisa la parete 6 frontale. In particolare, secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 1, il corpo 4 à ̈ suddiviso in sei setti 9 definiti da altrettanti intagli 8 uniformemente distribuiti attorno all’asse X di simmetria longitudinale. Ciascun intaglio 8 à ̈ definito da una porzione 10 di parete di base e da una coppia di pareti 11 laterali, le quali sono fra loro affacciate ed inclinate di un angolo α rispetto al piano definito da una superficie 12 anteriore piana della parete 6 frontale. A body 4, so-called primary swirl, with cylindrical symmetry, internally hollow and coaxial to the X axis of longitudinal symmetry, is connected to the central duct 3. In particular, the body 4 comprises an external cylindrical lateral wall 5 coaxial to the X axis of longitudinal symmetry and a front wall 6, which is provided with a through hole 7 to allow the insertion of the central duct 3 and the Nozzle 2. The front wall 6 of the body 4 has a plurality of notches 8 uniformly distributed around the X axis of longitudinal symmetry; each pair of adjacent notches 8 defines a partition 9 into which the front wall 6 is divided. In particular, according to the embodiment illustrated in Figure 1, the body 4 is divided into six septa 9 defined by as many notches 8 uniformly distributed around the X axis of longitudinal symmetry. Each notch 8 is defined by a portion 10 of the base wall and by a pair of side walls 11, which face each other and are inclined by an angle Î ± with respect to the plane defined by a flat front surface 12 of the front wall 6 .

Secondo una preferita variante, l’angolo α à ̈ compreso fra 42°C e 48°C, preferibilmente l’angolo α à ̈ di 45°C. Gli intagli 8 sono in comunicazione diretta con il foro 7 passante. According to a preferred variant, the angle Î ± is between 42 ° C and 48 ° C, preferably the angle Î ± is 45 ° C. The notches 8 are in direct communication with the through hole 7.

Sul corpo 4 viene assemblato un corpo 13 (illustrato nella figura 2), cosiddetto di swirl secondario, a simmetria cilindrica, internamente cavo e coassiale all’asse X di simmetria longitudinale. In particolare, il corpo 13 comprende una superficie 14 interna cilindrica coassiale all’asse X di simmetria longitudinale che definisce una apertura passante all’interno del quale à ̈ alloggiato il corpo 4. Il diametro della superficie 14 interna cilindrica approssima sostanzialmente un diametro di ingombro esterno del corpo 2. Il corpo 13 à ̈ suddiviso in una porzione 15 posteriore cilindrica ed una porzione 16 anteriore cilindrica; la porzione 15 posteriore cilindrica presenta un diametro esterno di ingombro complessivo che à ̈ maggiore del diametro esterno di ingombro complessivo della porzione 16 anteriore. La porzione 15 posteriore presenta una pluralità di aperture 17. In particolare, secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 2, la porzione 15 posteriore presenta otto aperture 17 uniformemente distribuite attorno all’asse X di simmetria longitudinale. A body 13 is assembled on the body 4 (illustrated in Figure 2), so-called secondary swirl, with cylindrical symmetry, internally hollow and coaxial to the X axis of longitudinal symmetry. In particular, the body 13 comprises an internal cylindrical surface 14 coaxial to the X axis of longitudinal symmetry which defines a through opening inside which the body 4 is housed. The diameter of the cylindrical internal surface 14 substantially approximates a diameter of external overall dimensions of the body 2. The body 13 is divided into a cylindrical rear portion 15 and a cylindrical front portion 16; the cylindrical rear portion 15 has an overall external diameter which is greater than the overall external diameter of the front portion 16. The rear portion 15 has a plurality of openings 17. In particular, according to the embodiment illustrated in Figure 2, the rear portion 15 has eight openings 17 uniformly distributed around the longitudinal symmetry axis X.

Ciascuna apertura 17 à ̈ definita da una parete 18 di base e da una coppia di pareti 19 laterali, le quali sono fra loro affacciate ed inclinate di un angolo β rispetto al piano definito da una superficie posteriore piana della porzione 15 posteriore. Secondo una preferita variante, l’angolo β à ̈ compreso fra 42°C e 48°C, preferibilmente l’angolo β à ̈ di 45°C. Le aperture 17 non sono in comunicazione diretta con l’apertura passante del corpo 13. Each opening 17 is defined by a base wall 18 and by a pair of side walls 19, which face each other and are inclined by an angle β with respect to the plane defined by a flat rear surface of the rear portion 15. According to a preferred variant, the angle β is between 42 ° C and 48 ° C, preferably the angle β is 45 ° C. The openings 17 are not in direct communication with the through opening of the body 13.

Sul corpo 13 viene a sua volta fissato un corpo 20 intermedio, a simmetria cilindrica, internamente cavo e coassiale all’asse X di simmetria longitudinale. In particolare, il corpo 20 intermedio comprende una superficie 21 interna cilindrica coassiale all’asse X di simmetria longitudinale che definisce una apertura passante all’interno del quale à ̈ alloggiato il corpo 13. Il diametro della superficie 21 interna cilindrica approssima sostanzialmente un diametro di ingombro esterno della porzione 13 posteriore del corpo 13. In turn, an intermediate body 20 is fixed to the body 13, with cylindrical symmetry, internally hollow and coaxial to the X axis of longitudinal symmetry. In particular, the intermediate body 20 comprises an internal cylindrical surface 21 coaxial to the X axis of longitudinal symmetry which defines a through opening inside which the body 13 is housed. The diameter of the cylindrical internal surface 21 substantially approximates a outer overall diameter of the rear portion 13 of the body 13.

Il corpo 20 intermedio à ̈ anch’esso suddiviso in una porzione 22 posteriore ed una porzione 23 anteriore. La porzione 22 posteriore presenta una superficie esterna cilindrica, la quale presenta un diametro esterno di ingombro complessivo che à ̈ maggiore del diametro esterno di ingombro complessivo della porzione 23 anteriore. La porzione 22 posteriore presenta inoltre una superficie 24 posteriore troncoconica ed una superficie 24** anteriore troncoconica, entrambe coassiali all’asse X di simmetria longitudinale. Come mostrato in maggior dettaglio nelle figure 3 e 7, sulla porzione 22 posteriore sono ricavati una pluralità di fori 24* calibrati passanti per il passaggio della sonda fiamma e degli elettrodi di accensione. La porzione 23 anteriore comprende invece una parete 23* laterale cilindrica coassiale all’asse X ed una porzione 23** di parete frontale di forma anulare e coassiale all’asse X. The intermediate body 20 is also divided into a posterior portion 22 and an anterior portion 23. The rear portion 22 has a cylindrical outer surface, which has an overall outer diameter which is greater than the overall outer diameter of the front portion 23. The posterior portion 22 also has a frusto-conical posterior surface 24 and a frusto-conical anterior surface 24 **, both coaxial to the X axis of longitudinal symmetry. As shown in greater detail in Figures 3 and 7, on the rear portion 22 a plurality of calibrated holes 24 * pass through for the passage of the flame probe and the ignition electrodes. The front portion 23, on the other hand, comprises a cylindrical lateral wall 23 * coaxial to the X axis and a portion 23 ** of an annular shaped front wall coaxial to the X axis.

E’ importante notare che il corpo 20 intermedio agisce da elemento di supporto del corpo 4 di swirl primario, del corpo 13 di swirl secondario e del condotto 3 centrale. It is important to note that the intermediate body 20 acts as a support element for the primary swirl body 4, the secondary swirl body 13 and the central duct 3.

E’ altresì importante evidenziare che una superficie frontale (definita in questo caso dalla porzione 23** di parete frontale anulare) del corpo 20 intermedio giace sostanzialmente sul piano definito dalla parete 6 frontale del corpo 4 di swirl primario. L’ugello 2 si trova direttamente affacciato alla camera CC di combustione e, in uso, il combustibile liquido viene atomizzato direttamente nella camera CC di combustione. It is also important to point out that a front surface (defined in this case by the portion 23 ** of the annular front wall) of the intermediate body 20 lies substantially on the plane defined by the front wall 6 of the primary swirl body 4. The nozzle 2 faces directly the combustion chamber CC and, in use, the liquid fuel is atomized directly in the combustion chamber CC.

A sua volta, sul corpo 20 intermedio viene fissato un condotto 25, a simmetria sostanzialmente cilindrica, internamente cavo e coassiale all’asse X di simmetria longitudinale. In turn, on the intermediate body 20 a conduit 25 is fixed, with substantially cylindrical symmetry, internally hollow and coaxial to the X axis of longitudinal symmetry.

Il condotto 25 à ̈ suddiviso in una porzione 26 posteriore cilindrica ed una porzione 27 anteriore. La porzione 26 posteriore cilindrica presenta una superficie esterna cilindrica ed una superficie 28 interna cilindrica, entrambe coassiali all’asse X di simmetria longitudinale. La porzione 27 anteriore ha invece uno sviluppo troncoconico, coassiale all’asse X di simmetria longitudinale e rastremata verso l’estremità libera rivolta verso la camera CC di combustione. Sulla porzione 27 anteriore sono inoltre ricavati una pluralità di intagli 27* per il passaggio della sonda fiamma e degli elettrodi di accensione. The duct 25 is divided into a cylindrical rear portion 26 and an anterior portion 27. The cylindrical rear portion 26 has an external cylindrical surface and an internal cylindrical surface 28, both coaxial to the X axis of longitudinal symmetry. The front portion 27, on the other hand, has a truncated cone development, coaxial to the X axis of longitudinal symmetry and tapered towards the free end facing the combustion chamber CC. On the front portion 27 there are also obtained a plurality of notches 27 * for the passage of the flame probe and the ignition electrodes.

Il condotto 25 comprende poi una pluralità di alette 29 che sono collegate alla superficie 28 interna cilindrica della porzione 26 posteriore in una posizione in prossimità della porzione 27 anteriore e si protendono verso l’interno del condotto 25. Le alette 29 sono uniformemente distribuite attorno all’asse X di simmetria longitudinale, si estendono in direzione longitudinale per un tratto della porzione 26 posteriore. Secondo una preferita variante, il condotto 25 comprende sei alette 29 distanziate di 60°C l’una rispetto all’altra. Il condotto 27 à ̈ atto a traslare in una delle due direzioni longitudinali indicati con la freccia P. Per consentire la traslazione del condotto 25, à ̈ previsto un azionamento (manuale o mediante un attuatore di tipo noto); le alette 29 poggiano con contatto ed, in uso, scivolano sulla superficie esterna del corpo 20 intermedio per consentire il movimento del condotto 25. The duct 25 then comprises a plurality of fins 29 which are connected to the cylindrical internal surface 28 of the rear portion 26 in a position near the front portion 27 and extend towards the interior of the duct 25. The fins 29 are uniformly distributed around along the X axis of longitudinal symmetry, they extend in the longitudinal direction for a portion of the posterior portion 26. According to a preferred variant, the duct 25 comprises six fins 29 spaced 60 ° C apart from each other. The duct 27 is able to translate in one of the two longitudinal directions indicated by the arrow P. To allow the translation of the duct 25, an actuation is provided (manual or by means of a known type of actuator); the fins 29 contact and, in use, slide on the external surface of the intermediate body 20 to allow the movement of the duct 25.

E’ importante evidenziare che una geometria così compatta della testa 1 di combustione consente di contenere le dimensioni della fiamma di combustione come meglio descritto in seguito. It is important to point out that such a compact geometry of the combustion head 1 allows to contain the dimensions of the combustion flame as better described below.

In uso, una soffiante (di tipo noto e non illustrato) fornisce un flusso F di comburente, per esempio aria, che viene convogliato all’interno del condotto 25 che di fatto racchiude tutta la testa di combustione 1 e da qui viene successivamente suddiviso in un numero di flussi di comburente. In use, a blower (of a known type and not illustrated) supplies a flow F of comburent, for example air, which is conveyed inside the duct 25 which actually encloses the entire combustion head 1 and is subsequently divided from here in a number of oxidizing streams.

In particolare, secondo quanto illustrato in dettaglio nella figura 7, il flusso di comburente in ingresso alla testa di combustione 1 viene suddiviso grazie alla particolare geometria della testa 1 di combustione stessa, in 3 flussi parziali indicati rispettivamente con flusso primario F1 di comburente, flusso secondario F2 di comburente e flusso terziario F3 di comburente. In particular, according to what is illustrated in detail in Figure 7, the comburent flow entering the combustion head 1 is divided thanks to the particular geometry of the combustion head 1 itself, into 3 partial flows indicated respectively with primary flow F1 of combustion agent, flow F2 secondary combustion agent and tertiary F3 combustion agent flow.

Il flusso primario F1 di comburente fluisce all’interno del corpo 4 di swirl primario in direzione longitudinale. Quando il flusso primario F1 di comburente incontra gli intagli 8, le linee di flusso F1 assumono un andamento elicoidale e non più longitudinale e la velocità con cui il flusso F1 fuoriesce dal corpo 4 di swirl primario presenta una elevata componente di moto tangenziale (swirl). Gli intagli 8 sono quindi predisposti per imprimere un moto vorticoso al flusso primario F1 di comburente. Successivamente il flusso primario F1 di comburente à ̈ ulteriormente ripartito esclusivamente in un flusso di comburente primario swirlato che fuoriesce dagli intagli 8 e in flusso di comburente primario assiale che fuoriesce dalla sezione lasciata libera dall’ugello nel foro 7 passante. The primary flow F1 of comburent flows inside the primary swirl body 4 in a longitudinal direction. When the primary comburent flow F1 meets the notches 8, the flow lines F1 assume a helical and no longer longitudinal trend and the speed with which the flow F1 exits from the primary swirl body 4 presents a high component of tangential motion (swirl) . The notches 8 are therefore arranged to impart a swirling motion to the primary comburent flow F1. Subsequently, the primary comburent flow F1 is further divided exclusively into a primary swirled comburent flow that comes out from the notches 8 and into a primary axial comburent flow that comes out from the section left free by the nozzle in the through hole 7.

Il flusso secondario F2 di comburente fluisce all’interno del corpo 13 di swirl secondario in direzione longitudinale. La portata del flusso secondario F2 di comburente à ̈ determinata dal numero e dalla sezione delle aperture 17 realizzate nella porzione 15 posteriore ed à ̈ solitamente maggiore del flusso primario F1 di comburente. Anche in questo caso per effetto del passaggio del flusso secondario F2 di comburente attraverso le aperture 17, le linee di flusso F2 assumono un andamento elicoidale e non più longitudinale, e la velocità con cui il flusso F2 fuoriesce dal corpo 13 di swirl secondario presenta una elevata componente di moto tangenziale (swirl). Le aperture 17 sono quindi predisposte per imprimere un moto vorticoso al flusso secondario F2 di comburente. The secondary flow F2 of comburent flows inside the secondary swirl body 13 in the longitudinal direction. The flow rate of the secondary comburent flow F2 is determined by the number and section of the openings 17 made in the rear portion 15 and is usually greater than the primary comburent flow F1. Also in this case, due to the passage of the secondary flow F2 of comburent through the openings 17, the flow lines F2 assume a helical and no longer longitudinal course, and the speed with which the flow F2 exits from the secondary swirl body 13 presents a high component of tangential motion (swirl). The openings 17 are therefore arranged to impart a swirling motion to the secondary flow F2 of comburent.

Il profilo troncoconico della superficie 24 posteriore del corpo 20 intermedio consente di aumentare sia la velocità media del flusso F1 in ingresso al corpo 4 di swirl primario, sia la velocità media del flusso F2 in ingresso al corpo 13 di swirl secondario. L’aumento delle suddette velocità medie comporta un incremento delle componenti di moto tangenziale (swirl) sia della velocità con cui il flusso F2 fuoriesce dal corpo 13 di swirl secondario sia della velocità con cui il flusso F1 fuoriesce dal corpo 4 di swirl primario. The frusto-conical profile of the rear surface 24 of the intermediate body 20 allows to increase both the average speed of the flow F1 entering the primary swirl body 4 and the average speed of the flow F2 entering the secondary swirl body 13. The increase of the aforesaid average speeds involves an increase in the tangential motion components (swirl) both of the speed with which the flow F2 exits from the secondary swirl body 13 and of the speed with which the flow F1 exits from the primary swirl body 4.

Il flusso terziario F3 di comburente viene trasportato invece attraverso un canale C1 definito fra il condotto 25 ed il corpo 20 intermedio. Appare chiaro che la portata finale del flusso terziario F3 di comburente à ̈ determinato dalla distanza fra la porzione 27 anteriore troncoconica del condotto 25 ed il corpo 20 intermedio che à ̈ variabile per effetto del movimento di traslazione del condotto 25 stesso. The tertiary flow F3 of comburent is instead transported through a channel C1 defined between the duct 25 and the intermediate body 20. It is clear that the final flow rate of the tertiary flow F3 of comburent is determined by the distance between the frusto-conical front portion 27 of the duct 25 and the intermediate body 20 which is variable due to the translation movement of the duct 25 itself.

Il flusso terziario F3 di comburente fluisce all’interno del canale C1 lungo una direzione parallela all’asse X longitudinale. The tertiary flow F3 of comburent flows inside the channel C1 along a direction parallel to the longitudinal X axis.

Il canale C1 presenta, in un suo tratto terminale in prossimità della camera CC di combustione, un profilo rastremato e convergente verso il corpo 4 di swirl primario e verso il corpo 13 di swirl secondario. In particolare, il tratto terminale presenta un profilo troncoconico definito dalla porzione 27 anteriore del condotto 25 e identico a quello della porzione 22 posteriore del corpo 20 intermedio. The channel C1 has, in one of its terminal sections near the combustion chamber CC, a tapered profile converging towards the primary swirl body 4 and towards the secondary swirl body 13. In particular, the terminal portion has a frusto-conical profile defined by the front portion 27 of the duct 25 and identical to that of the rear portion 22 of the intermediate body 20.

Il profilo del canale C1 à ̈ realizzato in modo da accelerare il flusso terziario F3 di comburente prima dell’immissione nella camera di combustione ed in modo da indirizzare il flusso terziario F3 di comburente direttamente verso il flusso primario F1 di comburente e verso il flusso secondario F2 di comburente per limitare la regione spaziale a valle della testa 1 di combustione in cui si sviluppa la fiamma di combustione. The profile of the channel C1 is made in such a way as to accelerate the tertiary flow F3 of comburent before the introduction into the combustion chamber and in such a way as to direct the tertiary flow F3 of comburent directly towards the primary flow F1 of comburent and towards the flow combustion agent F2 to limit the spatial region downstream of the combustion head 1 in which the combustion flame develops.

Il condotto 25 Ã ̈ mobile fra una posizione di massima otturazione a cui corrisponde un flusso terziario F3 di comburente di portata minima, preferibilmente nulla, ed una posizione di minima otturazione a cui corrisponde un flusso terziario F3 di comburente di portata massima. The duct 25 is mobile between a position of maximum obturation which corresponds to a tertiary flow F3 of comburent with a minimum flow rate, preferably zero, and a position of minimum obstruction which corresponds to a tertiary flow F3 of comburent with a maximum flow rate.

Nella posizione di minima otturazione, la componente assiale del flusso terziario F3 di comburente indirizzato direttamente verso il flusso primario F1 di comburente e verso il flusso secondario F2 di comburente contrasta l’effetto di moto vorticoso (swirl) prodotto dal corpo 4 di swirl primario e dal corpo 13 di swirl secondario; inoltre, il profilo del corpo 20 intermedio su cui scorre aderente, per “effetto Coanda†, il flusso terziario F3 di comburente, permette che in questo caso la fiamma di combustione presenti un andamento prevalentemente assiale. In the position of minimum clogging, the axial component of the tertiary flow F3 of comburent directed directly towards the primary flow F1 of comburent and towards the secondary flow F2 of comburent counteracts the effect of swirling motion produced by the primary swirl body 4 and from the secondary swirl body 13; moreover, the profile of the intermediate body 20 on which the tertiary flow F3 of comburent flows adherent due to the â € œCoanda effectâ €, allows in this case that the combustion flame presents a mainly axial trend.

Nella posizione di massima otturazione, il flusso terziario F3 di comburente non interviene sull’effetto di moto vorticoso (swirl) prodotto dal corpo 4 di swirl primario e dal corpo 13 di swirl secondario; la fiamma di combustione in questo caso presenta uno sviluppo assiale notevolmente ridotto. In the position of maximum obturation, the tertiary flow F3 of comburent does not intervene on the swirl effect produced by the primary swirl body 4 and by the secondary swirl body 13; in this case the combustion flame has a considerably reduced axial development.

Il processo di combustione prevede in sequenza le fasi di: The combustion process involves the following phases in sequence:

- polverizzazione del combustibile liquido attraverso l’ugello 2; - atomization of the liquid fuel through the nozzle 2;

- miscelazione del combustibile liquido polverizzato con il flusso primario F1 di comburente; il combustibile liquido polverizzato presenta una elevata energia cinetica e solo una porzione ridotta viene coinvolto dal flusso primario F1 di comburente; - mixing of the pulverized liquid fuel with the primary comburent flow F1; the pulverized liquid fuel has a high kinetic energy and only a small portion is involved in the primary comburent flow F1;

- miscelazione del flusso secondario F2 di comburente con la porzione di combustibile liquido rimasta non miscelata con il flusso primario F1 di comburente; - mixing of the comburent secondary flow F2 with the portion of liquid fuel remaining unmixed with the comburent primary flow F1;

- confinamento spaziale della fiamma di combustione tramite il flusso terziario F3 di comburente atto a regolare l’effetto degli swirl. - spatial confinement of the combustion flame through the tertiary flow F3 of comburent to regulate the effect of the swirls.

E’ noto dalla letteratura che l’intensità del moto vorticoso (o di swirl) ottenibile con una testa 1 di combustione manifesta importanti effetti sulle emissioni inquinanti di un processo di combustione. Si à ̈ inoltre verificato che l’intensità del moto vorticoso à ̈ quantificabile attraverso il numero di swirl e per un numero di swirl maggiore di 1 à ̈ possibile ottenere un processo di combustione con bassi livelli di emissioni di NOx. It is known from the literature that the intensity of the vortex motion (or swirl) obtainable with a combustion head 1 has important effects on the polluting emissions of a combustion process. It has also been verified that the intensity of the vortex motion can be quantified through the number of swirls and for a number of swirls greater than 1 it is possible to obtain a combustion process with low levels of NOx emissions.

Si à ̈ verificato sperimentalmente che il numero di swirl ottenibile mediante la testa 1 di combustione fin qui descritta (con uno swirl 4 primario ed uno swirl 13 secondario) à ̈ sostanzialmente elevato, dell’ordine di 5.45 e tale da garantire un livello di emissioni di NOx ridotto. It has been experimentally verified that the number of swirls obtainable by means of the combustion head 1 described up to now (with a primary swirl 4 and a secondary swirl 13) is substantially high, of the order of 5.45 and such as to guarantee a level of reduced NOx emissions.

Inoltre, la possibilità di regolazione del livello di swirl desiderato permette di mantenere per la fiamma una colorazione giallo-azzurra che viene facilmente rilevata da un sensore ottico a foto-resistenza, più affidabile e meno costoso di quelli a radiazione ultravioletta di solito usati in applicazioni di tali genere. Furthermore, the possibility of adjusting the desired swirl level allows to maintain a yellow-blue color for the flame that is easily detected by an optical photo-resistance sensor, more reliable and less expensive than the ultraviolet radiation ones usually used in applications. of such kind.

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1.- Testa (1) di combustione per un bruciatore, il quale comprende un condotto (3) centrale che viene alimentato con un combustibile liquido, presenta un asse (X) di simmetria longitudinale ed à ̈ provvisto ad una estremità di un ugello (2) per la atomizzazione di detto combustibile liquido in una camera (CC) di combustione; la testa (1) di combustione comprende: un primo corpo (4) a sviluppo cilindrico e coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale; il primo corpo (4) à ̈ calzato sul condotto (3) centrale, à ̈ atto a ricevere in ingresso un flusso primario (F1) di comburente e a convogliarlo verso l’ugello (2) e presenta una parete (6) frontale provvista di pluralità di intagli (8) periferici che sono atti ad imprimere un moto vorticoso a detto flusso primario (F1) di comburente; e un secondo corpo (13) a sviluppo cilindrico e coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale; il secondo corpo (13) à ̈ calzato sul primo corpo (4), à ̈ atto a ricevere in ingresso un flusso secondario (F2) di comburente e a convogliarlo verso la camera (CC) di combustione e presenta una pluralità di aperture (17) che sono atte ad imprimere un moto vorticoso a detto flusso secondario (F2) di comburente; dei mezzi (20, 25) di regolazione del moto vorticoso impresso a detto flusso primario (F1) di comburente e a detto flusso secondario (F2) di comburente; i mezzi (20, 25) di regolazione comprendono un condotto (25) coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale ed esterno al secondo corpo (13) con l’interposizione di un corpo (20) intermedio, anch’esso coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale; fra il condotto (25) ed il corpo (20) intermedio à ̈ definito un canale (C1) che à ̈ atto ad alimentare all’interno della camera (CC) di combustione un flusso terziario (F3) di comburente; la testa (1) di combustione à ̈ caratterizzata dal fatto che una superficie frontale del corpo (20) intermedio giace sostanzialmente sul piano definito dalla parete (6) frontale del primo corpo (4) in modo che l’ugello (2) si trovi in una posizione direttamente affacciata alla camera (CC) di combustione; e il canale (C1) presenta, in suo tratto terminale in prossimità della camera (CC) di combustione, un profilo rastremato e convergente verso il primo (4) corpo ed il secondo (13) corpo. 2.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 1, in cui il tratto terminale del canale (C1) à ̈ definito da una porzione (27) anteriore del condotto (25), di forma troncoconica e coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale che si affaccia ad una superficie (24*) troncoconica dell’elemento (20) intermedio anch’essa coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale. 3.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il condotto (25) à ̈ mobile rispetto al corpo (20) intermedio fra una posizione di massima otturazione a cui corrisponde un flusso terziario (F3) di comburente di portata minima, preferibilmente nulla, ed una posizione di minima otturazione a cui corrisponde un flusso terziario (F3) di comburente di portata massima, e viceversa. 4.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 3, in cui il condotto (25) comprende un numero di alette (29) interne distribuite attorno all’asse (X) di simmetria longitudinale; le alette (29) poggiano con contatto ed, in uso, scivolano su una superficie esterna del corpo (20) intermedio per consentire un movimento di traslazione del condotto (25) rispetto al corpo (20) intermedio fra la posizione di massima otturazione e la posizione di minima otturazione e viceversa. 5.- Testa di combustione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo (20) intermedio presenta una superficie (24) posteriore troncoconica, coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale e rastremata verso il primo corpo (4); la superficie (24) posteriore essendo atta ad aumentare la velocità media assiale del flusso primario (F1) di comburente e del flusso secondario (F2) di comburente in ingresso, rispettivamente, al primo corpo (4) e al secondo corpo (13). 6.- Testa di combustione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la parete (6) frontale à ̈ provvista di un foro (7) passante coassiale all’asse (X) di simmetria longitudinale. 7.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 6, in cui su una parete laterale cilindrica del detto primo corpo (4) non sono previsti dei fori passanti radiali; il flusso primario (F1) di comburente in uscita dal primo corpo (4) à ̈ ripartito esclusivamente in un flusso di comburente primario vorticoso e in un flusso di comburente primario assiale. 8.- Testa di combustione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun intaglio (8) presenta una coppia di pareti (11) laterali, le quali sono fra loro affacciate ed inclinate di un primo angolo (α) rispetto al piano definito da una superficie (12) anteriore piana della parete (6) frontale. 9.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 8, in cui il primo angolo (α) à ̈ compreso fra 42° e 48°, preferibilmente à ̈ uguale a 45°. 10.- Testa di combustione secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui ciascuna apertura (17) à ̈ definita da una coppia di pareti (19) laterali, le quali sono fra loro affacciate ed inclinate di un secondo angolo (β) rispetto al piano definito da una superficie posteriore piana del secondo corpo (13). 11.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 8, in cui il secondo angolo (β) à ̈ compreso fra 42° e 48°, preferibilmente à ̈ uguale a 45°. 12.- Testa di combustione secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui il secondo corpo (13) comprende una porzione (16) anteriore ed una porzione (15) posteriore; le due porzioni (15, 16) sono entrambe cilindriche, coassiali all’asse (X) di simmetria longitudinale e presentano diametri differenti; le aperture (17) essendo ricavate nella porzione (15) posteriore. 13. Bruciatore a combustibile liquido provvisto di una testa (1) di combustione realizzata secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 12.*CLAIMS 1.- Combustion head (1) for a burner, which includes a central duct (3) which is fed with a liquid fuel, has an axis (X) of longitudinal symmetry and is provided with a nozzle at one end ( 2) for the atomization of said liquid fuel in a combustion chamber (CC); the combustion head (1) comprises: a first body (4) with cylindrical development and coaxial to the axis (X) of longitudinal symmetry; the first body (4) is fitted on the central duct (3), it is able to receive a primary flow (F1) of combustion agent at the inlet and to convey it towards the nozzle (2) and has a front wall (6) provided of a plurality of peripheral notches (8) which are capable of imparting a vortex motion to said primary flow (F1) of comburent; And a second body (13) with cylindrical development and coaxial to the axis (X) of longitudinal symmetry; the second body (13) is fitted on the first body (4), it is able to receive a secondary flow (F2) of combustion agent at the inlet and to convey it towards the combustion chamber (CC) and has a plurality of openings (17) which are capable of imparting a vortex motion to said secondary flow (F2) of comburent; means (20, 25) for regulating the vortex motion imparted to said primary flow (F1) of comburent and to said secondary flow (F2) of comburent; the adjustment means (20, 25) comprise a conduit (25) coaxial to the longitudinal axis (X) of symmetry and external to the second body (13) with the interposition of an intermediate body (20), also it is coaxial to the (X) axis of longitudinal symmetry; a channel (C1) is defined between the duct (25) and the intermediate body (20) which is able to feed a tertiary flow (F3) of comburent into the combustion chamber (CC); the combustion head (1) is characterized by the fact that a front surface of the intermediate body (20) lies substantially on the plane defined by the front wall (6) of the first body (4) so that the nozzle (2) is located in a position directly facing the combustion chamber (CC); and the channel (C1) has a tapered profile converging towards the first (4) body and the second (13) body in its terminal section near the combustion chamber (CC). 2.- Combustion head according to claim 1, in which the terminal portion of the channel (C1) is defined by a front portion (27) of the pipe (25), of truncated cone shape and coaxial to the axis (X) of longitudinal symmetry that faces a truncated cone surface (24 *) of the intermediate element (20) which is also coaxial to the longitudinal symmetry axis (X). 3.- Combustion head according to Claim 1 or 2, in which the duct (25) is mobile with respect to the body (20) intermediate between a position of maximum obturation which corresponds to a tertiary flow (F3) of comburent with a minimum flow rate , preferably zero, and a position of minimum clogging corresponding to a tertiary flow (F3) of comburent with maximum capacity, and vice versa. 4.- Combustion head according to Claim 3, wherein the duct (25) comprises a number of internal fins (29) distributed around the longitudinal axis (X) of symmetry; the fins (29) rest with contact and, in use, slide on an external surface of the intermediate body (20) to allow a translation movement of the duct (25) with respect to the intermediate body (20) between the position of maximum obturation and the position of minimum obturation and vice versa. 5.- Combustion head according to one of the preceding claims, in which the intermediate body (20) has a frusto-conical rear surface (24), coaxial to the longitudinal symmetry axis (X) and tapered towards the first body (4); the rear surface (24) being able to increase the average axial speed of the primary flow (F1) of combustion agent and of the secondary flow (F2) of combustion agent entering, respectively, the first body (4) and the second body (13). 6.- Combustion head according to one of the preceding claims, in which the front wall (6) is provided with a through hole (7) coaxial to the longitudinal symmetry axis (X). 7.- Combustion head according to claim 6, wherein no radial through holes are provided on a cylindrical side wall of said first body (4); the primary comburent flow (F1) leaving the first body (4) is divided exclusively into a swirling primary comburent flow and an axial primary comburent flow. 8.- Combustion head according to one of the preceding claims, in which each notch (8) has a pair of side walls (11), which face each other and are inclined by a first angle (Î ±) with respect to the plane defined by a flat front surface (12) of the front wall (6). 9. Combustion head according to claim 8, wherein the first angle (Î ±) is comprised between 42 ° and 48 °, preferably it is equal to 45 °. 10.- Combustion head according to one of the preceding claims in which each opening (17) is defined by a pair of side walls (19), which face each other and are inclined by a second angle (β) with respect to the defined plane from a flat rear surface of the second body (13). 11.- Combustion head according to claim 8, wherein the second angle (β) is comprised between 42 ° and 48 °, preferably it is equal to 45 °. 12.- Combustion head according to claim 10 or 11, wherein the second body (13) comprises a front portion (16) and a rear portion (15); the two portions (15, 16) are both cylindrical, coaxial to the longitudinal symmetry axis (X) and have different diameters; the openings (17) being formed in the rear portion (15). 13. Liquid fuel burner provided with a combustion head (1) made according to one or more of claims 1 to 12. *
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