ITBO20130460A1 - Dispositivo a bruciatore per combustibili solidi - Google Patents

Dispositivo a bruciatore per combustibili solidi

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ITBO20130460A1
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Guido Amantini
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Amantini Projects S N C
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
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    • F23B50/12—Combustion apparatus in which the fuel is fed into or through the combustion zone by gravity, e.g. from a fuel storage situated above the combustion zone the fuel being fed to the combustion zone by free fall or by sliding along inclined surfaces, e.g. from a conveyor terminating above the fuel bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/02—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air above the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B40/00—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber
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Description

DISPOSITIVO A BRUCIATORE PER COMBUSTIBILI SOLIDI
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione s'inquadra nel settore concernente i dispositivi per la combustione e per lo sfruttamento del calore di combustione e si riferisce ad un dispositivo a bruciatore per combustibili solidi quali pellet di legno, frammenti vegetali, mais, tutoli di mais ed in genere materiali organici frammentati ed adatti alla combustione.
Sono noti bruciatori per pellets provvisti di un focolare o braciere a scodella in cui viene fatto cadere il combustibile che, dopo l’innesco iniziale dato in genere dal surriscaldamento di una candeletta elettrica, brucia grazie all’aria addotta da una soffiante o ventola.
Uno svantaggio di tali bruciatori noti consiste nella scarsa efficienza della combustione che sovente presenta un rendimento inferiore al 90%.
Altro svantaggio consiste nell’imbrattamento del focolare e di altre parti del bruciatore, causato dalla combustione non ottimale che incrementa i depositi dei residui del materiale combustibile, particolarmente nel caso di combustibile ottenuto dal mais.
Ulteriore svantaggio consiste nelle difficoltà di accensione ovvero di innesco di tal tipo di bruciatore noto.
Altro svantaggio consiste nel fatto che prelevare il calore da tali bruciatori noti, ad esempio tramite scambiatori a serpentina od a tubi, può risultare complesso e/o poco efficiente perché la maggior parte del calore viene sviluppato in una piccola zona immediatamente sopra al focolare o braciere.
Ulteriore svantaggio di detti bruciatori noti consiste nella elevatissima temperatura raggiunta dal focolare o braciere che, conseguentemente, si degrada velocemente. Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un dispositivo a bruciatore per combustibili solidi avente una combustione altamente efficiente e quindi in grado di minimizzare i consumi.
Altro scopo consiste nel proporre un dispositivo poco o punto soggetto ad imbrattamento e comunque in grado di auto-disincrostare il focolare o braciere ed in grado di minimizzare i depositi carboniosi nella varie parti interne del bruciatore anche in caso di utilizzo di mais o di derivati della sua pianta come combustibile. Ulteriore scopo consiste nelle proporre un bruciatore pressoché esente da difficoltà di accensione od innesco.
Altro scopo consiste nel proporre un bruciatore che prelevi il calore della combustione in modo semplice ed efficiente.
Ulteriore scopo di detto dispositivo consiste nella temperatura relativamente bassa a cui viene mantenuto il focolare o braciere che, in tal modo, diviene affidabile e duraturo
Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali:
- la figura 1 illustra una vista schematica e dall’alto del dispositivo a bruciatore per combustibili solidi, oggetto della presente invenzione;
- le figure 2 e 3 illustrano viste in sezione secondo i piani rispettivamente II - II e III - III di figura 1.
Con riferimento alle figure da 1 a 2, con 1 viene indicato il dispositivo a bruciatore per combustibili solidi oggetto della presente invenzione che nel seguito sarà descritto facendo riferimento ad una sua condizione operativa in cui à ̈ fissato, collegato agli impianti necessari al suo funzionamento ed alimentato. I combustibili solidi di cui sopra, possono essere di tipo pellet, frammenti o frantumi di gusci o di altre parti vegetali, scarti vegetali e delle lavorazioni agroalimentari, o simili, chicchi, tutoli o fusti della pianta del mais o di altre piante ed in genere qualsiasi materia organica secca, in frammenti sufficientemente piccoli e dotata di un potere calorico tale da giustificarne l’utilizzo come combustibile anche se di scarsa qualità.
Il dispositivo 1 comprende un mezzo a focolare 3, ad esempio consistente in una camera di combustione e/o un braciere, alimentato di combustibile e di aria rispettivamente da mezzi di alimentazione e da mezzi soffianti 7.
I mezzi di alimentazione, di tipo noto e non illustrato, possono comprendere coclee, trasportatori a tappeto od a spirale intubata o di altra natura, azionati da un motore per trasportare il combustibile solido frammentato, da un contenitore ad uno scivolo o condotto a caduta, preferibilmente dotato di mezzi contro i ritorno e la propagazione di fiamma, e sfociante sopra o direttamente dentro il mezzi a bruciatore, alimentandolo dall’alto.
Il mezzo a focolare 3 comprende una parete di fondo 9, posta nella porzione inferiore del mezzo a focolare 3, e quattro pareti laterali 10, 11 orientate, a partire alla parete di fondo, verso l’alto. La parete di fondo 9 à ̈ a forma di porzione di parete cilindrica con due lati rettilinei 19 e due lati a settore circolare 29 adiacenti a due pareti laterali affacciate 10. Due pareti laterali affacciate 10 sono piane e verticali, le rimanenti pareti laterali affacciate 11 sono sagomate e, in prima a approssimazione, divergenti verso l’alto.
Tali pareti di fondo e laterali 9, 10,11 definiscono il volume interno del mezzo a focolare aperto in direzione opposta alla parete di fondo 9 ovvero aperto verso l’alto. Tale volume, ad esempio in caso di un dispositivo per applicazioni di piccola o media potenza, può essere dell’ordine delle unità o delle decine di decimetri cubi. Ciascuna delle pareti laterali 10, 11, à ̈ provvista di un primo insieme di fori d’areazione 13 passanti ricavati ad una prima predeterminata distanza dalla zona di intersezione geometrica delle pareti laterali 10, 11 con la parete di fondo 9.
Per intersezione, s’intende qui la linea geometrica d’intersezione delle superfici geometriche piane di prosecuzione delle parti inferiori delle pareti laterali 10, 11 con la superficie geometrica cilindrica della faccia convessa della parete di fondo 9.
Preferibilmente i fori d’areazione del primo insieme 13 ricavati sulle pareti laterali, sono disposti su almeno un linea geometrica quadrangolare con due lati rettilinei e paralleli e due lati a settore circolare o semicerchio disposti su rispettivi piani geometrici perpendicolari od inclinati rispetto al piano geometrico definito dai due lati rettilinei paralleli, conseguentemente i fori d’areazione del primo insieme 13 sono disposti attorno alla superficie della parete di fondo che delimita il mezzo a bruciatore. La prima predeterminata distanza dei fori d’areazione del primo insieme 13 dalla intersezione à ̈ relativamente piccola e preferibilmente à ̈ compresa tra 0,3 cm a qualche centimetro; più in generale à ̈ previsto che la prima predeterminata distanza sia compresa tra un quarantesimo ed un terzo della la minima dimensione trasversale del volume interno del mezzo a focolare 3.
Ciascuna delle pareti laterali 10, 11, à ̈ inoltre provvista di un secondo insieme di fori d’areazione 14 ricavati ad una seconda predeterminata distanza della parete di fondo 9 e, ad esempio, distribuiti su due piani geometrici orizzontali leggermente distanziati l’uno dall’altro.
La seconda predeterminata distanze à ̈ compresa tra un mezzo e dieci volte la minima dimensione trasversale del volume interno del mezzo a focolare 3.
In genere la distanza tra gli insiemi di fori à ̈ compresa tra qualche centimetro e qualche decimetro, e più in generale à ̈ compresa tra circa la metà e circa 10 volte la minima dimensione trasversale del volume interno del mezzo a focolare 3.
Le dimensioni lineari sopra riportate si riferiscono principalmente a possibili applicazioni domestiche o di piccola o media potenza mentre i rapporti dimensionali possono riferirsi anche ad applicazioni di maggior potenza.
I fori di tali insiemi primo 13 e secondo 14, pongono il volume interno del mezzo a focolare in comunicazione di flusso con una intercapedine di flusso 16 delimitata almeno dalle pareti laterali 10, 11 del mezzo a focolare e dalle pareti di un mezzo ad involucro 17.
Tale mezzo ad involucro 17 presenta una apertura 18 per l’imboccatura d’immissione dell’aria dei mezzi soffianti 7.
Il dispositivo 1 à ̈ dotato di mezzi di accensione 45 comprendenti una resistenza elettrica 46, di tipo lineare, fissata all’interno di un primo mezzo tubolare 47 separato dalla resistenza elettrica 46 stessa per mezzo di una prima intercapedine 48.
L’estremità esterna del primo mezzo tubolare 47 à ̈ chiusa da un mezzo terminale 49 che funge anche da supporto della resistenza elettrica 46.
Un’estremità interna del primo mezzo tubolare 47 sfocia all’interno del mezzo a focolare 3 attraverso una rispettiva apertura 50 praticata in una delle pareti laterali 10 in stretta vicinanza alla parete di fondo 9
Detti mezzi di accensione 45 comprendono inoltre un secondo mezzo tubolare 52 contenete una porzione del primo mezzo tubolare 47 dal quale à ̈ separato tramite una seconda intercapedine 54.
Una estremità esterna del secondo mezzo tubolare 52 à ̈ chiusa dal mezzo terminale 49.
L’estremità interna del secondo mezzo tubolare 52 sfocia nella intercapedine di flusso 16 attraverso una rispettiva apertura 55 praticata nel mezzo ad involucro 17, la porzione del primo mezzo tubolare 47 adiacente al mezzo terminale 49 reca almeno una finestra passante 56, ad esempio circolare, destinata a permettere il flusso d’aria dalla intercapedine di flusso 16, posta a maggior pressione dai mezzi soffianti 7, attraverso la seconda intercapedine 54, la finestra passante 56 stessa e la prima intercapedine 48 fino alla area del mezzo a focolare 3 adiacente alla parete di fondo che à ̈ a pressione atmosferica o quasi per effetto del camino di scarico porto a coronamento del dispositivo.
La resistenza elettrica ed il motore di azionamento dei mezzi soffianti 7 sono azionati da mezzi di controllo di tipo temporizzato o a microprocessore programmabile.
Ciascuno dei due lati a settore circolare 29 della parete di fondo, adiacenti a due pareti laterali affacciate 10 verticali, reca un rispettivo braccio di rotazione 30, ad esempio a forma di trapezio isoscele o rettangolare, avente ad una estremità un proprio perno di rotazione 31 coassiale all’asse geometrico della faccia convessa a porzione cilindrica della parete di fondo 9. Tali perni di rotazione 31, separati o realizzati in corpo unico, sono montati liberamente girevoli su rispettive sedi 32 fissate o ricavate in porzioni inferiori delle pareti laterali affacciate 10 verticali.
Almeno uno dei perni di rotazione 31 Ã ̈ motorizzato od altrimenti azionabile in rotazione, anche a mano tramite una manovella, per lo svuotamento del mezzo a focolare 3. Il dispositivo comprende una lamina di pulizia 33 flessibile, ad esempio in acciaio armonico, e fissata, sporgente dalla superficie geometrica cilindrica avente medesimo asse geometrico e diametro della parete di fondo 9, alla porzione concava di detta parete di fondo 9 od ai rispettivi bracci di rotazione 30.
Il dispositivo 1 comprende anche un mezzo a cassetto rimovibile posto al disotto della parete di fondo 9 per la raccolta dei residui di combustione.
La rotazione dei perni di rotazione 31 e quindi della parete di fondo 9 e della lamina di pulizia 33, provoca l’apertura della parte inferiore del mezzo a focolare 3 e l’ingresso della lamina nel suo 3 volume interno provocando il distacco e la caduta, oltre che delle ceneri, anche dei residui carboniosi e/o resinosi che si sviluppano dalla combustione di alcuni combustibili, ad esempio il mais. Tali ceneri e residui cadono e si raccolgono nel mezzo a cassetto.
La faccia concava della parete di fondo 9 reca un mezzo isolante termico 35 che ne riempie almeno parzialmente la concavità. Dalle prove effettuate, à ̈ risultato che detto mezzo isolante termico 35 ha un effetto sulla combustione aumentandone l’efficienza.
Le due pareti affacciate 11 e divergenti sono sagomate e, a partire dalla parete di fondo, presentano una prima zona di divergenza, una zona di parallelismo tra dette pareti 11, una seconda zona di divergenza ed opzionalmente una seconda zona di parallelismo. Almeno una parte dei fori degli insiemi di fori d’areazione primo 13 e secondo 14 sono realizzati nelle zone di divergenza rispettivamente prima e seconda. I fori d’areazione praticati nelle zone di divergenza sono inclinati verso l’alto contribuendo all’efficienza della combustione.
L’apertura superiore del mezzo a focolare 3, opposta alla parete di fondo 9, reca un bordo di connessione ad un collare di un mezzo a tramoggia 40 avente, a partire dal rispettivo collare, un primo settore a tronco di piramide ovvero convergente in allontanamento dal collare, un secondo settore di forma anulare ed un terzo settore a forma di tronco di piramide rovesciato ovvero divergente in allontanamento dal secondo settore anulare ed il cui bordo libero à ̈ destinato a connessioni con cappe, involucri di boiler e/o di condotti di scarico.
Tale configurazione del mezzo a tramoggia 40 provoca una restrizione del lume di flusso all’altezza del settore anulare accelerando la velocità dei gas e fumi.
Il volume racchiuso tra il mezzo a tramoggia 40 ed i sovrastanti involucri o pareti, può essere occupato da scambiatori di calore od altri strumenti di sfruttamento del calore di combustione. La parte più energetica della combustione può avvenire al disopra del settore anulare lontano dalle pareti del secondo settore divergente e del mezzo a focolare preservando tali elementi da riscaldamenti eccessivi e da usura. Il funzionamento del dispositivo nella condizione operativa in cui i mezzi di alimentazione trasportano e fanno cadere nel mezzo a focolare il combustibile solido frammentato ed in cui i mezzi soffianti 7 alimentano il dispositivo, l’attivazione della resistenza elettrica 46 porta la temperatura dell’aria addotta sul combustibile giacente sulla parete di fondo a circa 600° C innescando la combustione.
Il combustibile giacente sulla parte di fondo subisce una parziale combustione ed una gassificazione. Il gas prodotto dal combustibile contiene gas combustibili in proporzioni e specie variabili, quali monossido di carbonio, idrogeno, idrocarburi, ed altri. Tali gas vengono miscelati con altra aria a livello del secondo insieme di fori d’areazione 14 e danno origine ad una seconda combustione che, come visto, interessa la parte superiore del dispositivo. Il tipo di combustione ed il calore prodotto possono, entro certi limiti, essere regolati variando la portata dei mezzi soffianti 7 e dei mezzi di alimentazione ma la configurazione generale del dispositivo tende a stabilizzare la combustione secondo modalità molto efficienti e rende poco critiche le regolazioni che possono essere impostate in fabbrica od in fase di installazione senza richiedere ulteriori aggiustamenti grazie alla stabilità intrinseca del dispositivo.
Un vantaggio della presente invenzione à ̈ di fornire un dispositivo a bruciatore per combustibili solidi avente una combustione altamente efficiente e quindi in grado di minimizzare i consumi.
Altro vantaggio consiste nel fornire un dispositivo poco o punto soggetto ad imbrattamento e comunque in grado di auto-disincrostare il focolare ed in gradi di minimizzare i depositi carboniosi nella varie parti interne del bruciatore anche in caso di utilizzo di mais o di derivati della sua pianta come combustibile.
Ulteriore vantaggio consiste nelle fornire un bruciatore pressoché esente da difficoltà di accensione od innesco.
Altro vantaggio consiste nel fornire un bruciatore che prelevi il calore della combustione in modo semplice ed efficiente.
Ulteriore vantaggio di detto dispositivo consiste fornire un focolare mantenuto ad una temperatura relativamente bassa che, in tal modo, diviene affidabilissimo e duraturo

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo a bruciatore per combustibili solidi, ad esempio di tipo pellet, frammenti, frantumi e simili, e comprendente un mezzo a focolare (3) alimentato di combustibile e di aria rispettivamente da mezzi di alimentazione e da mezzi soffianti (7); detto dispositivo (1) essendo caratterizzato dal fatto che, in una condizione operativa del dispositivo, il mezzo a focolare (3) comprende una parete di fondo (9) e quattro pareti laterali (10, 11) ove tali pareti di fondo e laterali (9, 10, 11) definiscono il volume interno del mezzo a focolare aperto in direzione opposta alla parete di fondo (9), ciascuna delle pareti laterali (10, 11) à ̈ provvista, di un primo insieme di fori d’areazione (13) ricavati ad una prima predeterminata distanza dalla zona di intersezione geometrica delle pareti laterali (10, 11) con la parete di fondo (9) ed à ̈ provvista di un secondo insieme di fori d’areazione (14) ricavati ad una seconda predeterminata distanza della parete di fondo (9); i fori di tali insiemi primo (13) e secondo (14), pongono il volume interno del mezzo a focolare in comunicazione di flusso con una intercapedine di flusso (16) delimitata almeno dalle pareti laterali (10, 11) del mezzo a focolare e dalle pareti di un mezzo ad involucro (17) recante una apertura (18) per l’imboccatura d’immissione dell’aria dei mezzi soffianti (7); le predeterminate distanze prima e seconda essendo comprese rispettivamente tra un quarantesimo ed un terzo e tra un mezzo e dieci volte la minima dimensione trasversale del volume interno del mezzo a focolare (3).
  2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la parete di fondo (9) à ̈ a forma di porzione di parete cilindrica con due lati rettilinei (19) e due lati a settore circolare (29) adiacenti a due pareti laterali affacciate (10) e recanti ciascuno (29) un rispettivo braccio di rotazione (30) avente un proprio perno di rotazione (31) coassiale all’asse geometrico della faccia convessa a porzione cilindrica della parete di fondo (9) ove tali perni di rotazione (31) sono montati liberamente girevoli su rispettive sedi (32) fissate o ricavate in porzioni inferiori di pareti laterali affacciate (10).
  3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che almeno uno dei perni di rotazione (31) Ã ̈ motorizzato od altrimenti azionabile in rotazione per lo svuotamento del mezzo a focolare (3).
  4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 oppure 3 caratterizzato dal fatto di comprendere una lamina di pulizia (33) flessibile e fissata, sporgente dalla superficie geometrica cilindrica avente medesimo asse geometrico e diametro della parete di fondo (9), alla porzione concava di detta parete di fondo (9) od ai rispettivi bracci di rotazione (30).
  5. 5) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni ad 2 a 4 caratterizzato dal fatto che la faccia concava della parete di fondo (9) reca un mezzo isolante termico (35) che ne riempie almeno parzialmente la concavità.
  6. 6) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che almeno due pareti affacciate (11) sono sagomate e, a partire dalla parete di fondo, presentano una prima zona di divergenza, una zona di parallelismo tra dette pareti (11), una seconda zona di divergenza ed opzionalmente una seconda zona di parallelismo; ove almeno una parte dei fori degli insiemi di fori d’areazione primo (13) e secondo (14) sono realizzati nelle zone di divergenza rispettivamente prima e seconda; le restanti pareti (10) sono preferibilmente piane e parallele.
  7. 7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l’apertura del mezzo a focolare (3), opposta alla parete di fondo (9), reca un bordo di connessione ad un collare di un mezzo a tramoggia (40) avente, a partire dal rispettivo collare, un primo settore sagomato convergente in allontanamento dal collare, un secondo settore di forma anulare ed un terzo settore divergente il cui bordo libero à ̈ destinato a connessioni con cappe, involucri di boiler e/o di condotti di scarico.
  8. 8) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di accensione (45) comprendenti una resistenza elettrica (46) fissata all’interno di un primo mezzo tubolare (47) separato dalla resistenza elettrica (46) tramite una prima intercapedine (48) ed avente una estremità esterna chiusa da un mezzo terminale (49) ed una estremità interna sfociante all’interno del mezzo a focolare (3) attraverso una rispettiva apertura (50) praticata in una delle pareti laterali (10, 11) ed adiacente alla parete di fondo (9); detti mezzi di accensione (45) comprendono inoltre un secondo mezzo tubolare (52) contenete una porzione del primo mezzo tubolare (47) dal quale à ̈ separato tramite una seconda intercapedine (54), ed avente una estremità esterna chiusa dal mezzo terminale ed una estremità interna sfociante nella intercapedine di flusso (16) attraverso una rispettiva apertura (55) praticata nel mezzo ad involucro (17), la porzione del primo mezzo tubolare (47) adiacente al mezzo terminale (49) reca almeno una finestra passante (56) destinata a permettere il flusso d’aria dalla intercapedine di flusso (16), attraverso la seconda intercapedine (54), la finestra passante (56) stessa e la prima intercapedine (48) fino alla area del mezzo a focolare (3) adiacente alla parete di fondo.
  9. 9) Dispositivo secondo e rivendicazioni 3 ed 8 caratterizzato dal fatto che la resistenza elettrica ed il motore di azionamento dei mezzi soffianti (7) sono azionati da mezzi di controllo di tipo temporizzato o a microprocessore programmabile.
  10. 10) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9 caratterizzato dal fatto di comprendere un mezzo a cassetto rimovibile posto al disotto della parete di fondo (9) per la raccolta dei residui di combustione.
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