ITBO950168A1 - Metodo per il controllo ed il ripristino del livello del liquido in un generatore di vapore, e dispositivo che attua tale metodo - Google Patents

Abstract

Il metodo per il ripristino del livello del liquido evaporizzabile all'interno di una caldaia 1 di un generatore di vapore comprende la rilevazione della temperatura del liquido contenuto in una vaschetta 3, comunicante con la caldaia 1, da parte di mezzi rilevatori di temperatura 10, immersi in detta vaschetta 3, fino a quando il livello di liquida nella stessa non raggiunge un livello minimo LM.In tale situazione, i mezzi rilevatori di temperatura 10 sono e contatto col vapore, che si trova a temperatura più elevata rispetto al liquido, ed attivano organi di adduzione 30 di liquido dall'esterno verso la vaschetta 3, consentendo il ripristino di un livello operativo LO e, per conseguenza, il raffreddamento dei mezzi rilevatori di temperatura medesimi.Questi ultimi comandano a questo punto la disattivazione degli organi di adduzione 30, interrompendo l'immissione di liquido freddo nella vaschetta 3.

Description

METODO PER IL CONTROLLO ED IL RIPRISTINO DEL LIVELLO DEL LIQUIDO IN UN GENERATORE DI VAPORE, E DISPOSITIVO CHE ATTUA TALE METODO.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico concernente il controllo funzionale dei generatori di vapore in pressione.

In particolare la presente invenzione si riferisce ad un metodo per il controllo ed il ripristino in tempo reale del livello del liquido vaporizzabile all'interno di un generatore di vapore del tipo a caldaia.

E' noto che nei generatori di vapore in pressione, durante il normale funzionamento, è richiesta la fornitura, solitamente in modo intermittente, di un certo quantitativo di liquido vaporizzabile, per compensare quella prelevata sotto forma di vapore. Tale liquido può ad esempio essere acqua, oppure un solvente per lavaggio a secco, quale la trielina.

Nei generatori di tipo noto il liquido destinato ad essere trasformato in vapore è contenuto all'interno di una caldaia, che viene riempita fino ad un livello prefissato attraverso un bocchettone di immissione o, nei modelli più grandi, tramite un condotto di immissione collegato ad un serbatoio od alla rete idrica. All'interno della caldaia sono inoltre contenuti mezzi generatori di calore, solitamente costituiti da una resistenza elettrica posta a diretto contatto col liquido, che provvede a riscaldare lo stesso fino alla temperatura necessaria alla produzione del vapore.

Il livello del liquido nella caldaia viene controllato tramite un organo di ripristino. Questo è costituito da un galleggiante, atto ad azionare la chiusura di un microinterruttore a seguito di una sufficiente variazione del livello medesimo. Il microinterruttore, a sua volta, comanda l'apertura di un'elettrovalvola associata ad un condotto di adduzione di nuovo liquido, proveniente dall'esterno della caldaia, che consente il ripristino del livello ottimale . Il raggiungimento di tale livello causa l'apertura del microinterruttore e, per conseguenza, la chiusura dell’elettrovalvola e l’interruzione del flusso di liquido.

In alternativa, esistono dispositivi di controllo del livello costituiti da una coppia di sonde elettroniche, destinate a rilevare la presenza di liquido ad un livello minimo e ad uno massimo.

I generatori di vapore realizzati nel modo sopra descritto presentano alcuni inconvenienti, dovuti innanzitutto alla struttura ed al posizionamento dell'organo di ripristino. Infatti il galleggiante è posizionato all'interno della caldaia, e risulta difficilmente accessibile per la manutenzione e l'eventuale sostituzione. Esso è inoltre soggetto alla formazione di incrostazioni calcaree ed all'azione dell'acqua e del vapore surriscaldato. Il medesimo problema si riscontra anche nel caso in cui il dispositivo di controllo del livello sia costituito da sonde elettroniche. Ciò riduce la loro durata ed aumenta notevolmente il numero degli interventi di manutenzione periodica.

La presenza di un galleggiante per rilevare le differenze di livello del liquido comporta altresì la necessità di prevedere un quantitativo dello stesso, all’interno della caldaia, sufficiente a consentire in ogni caso il galleggiamento di tale galleggiante. E' pertanto necessario portare e mantenere alla temperatura di vaporizzazione una quantità di liquido maggiore di quella strettamente necessaria alla produzione del vapore. Si hanno in tal modo tempi di avviamento del generatore piuttosto lunghi, nonché un notevole consumo di energia.

L'operatività del galleggiante richiede inoltre, per l'azionamento del microinterruttore, una certa escursione del livello del liquido che, da un lato ne aumenta la quantità media da mantenere in temperatura e quindi il consumo energetico, e dall'altro può rendere discontinua la produzione di vapore.

Scopo della presente invenzione e' quello di proporre un metodo per il controllo ed il ripristino del livello del liquido in un generatore di vapore che consenta di mantenere un quantitativo minimo di liquido vaporizzabile all'interno della caldaia, riducendo così il consumo energetico, e che consenta inoltre di effettuare il ripristino medesimo in modo da non influenzare sostanzialmente continuità nella produzione di vapore.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo per il controllo ed il ripristino del livello del liquido in un generatore di vapore, che attua il metodo di cui sopra, che sia di semplice costruzione, di facile installazione e manutenzione e di notevole affidabilità e durata.

Gli scopi suindicati vengono ottenuti in accordo con il contenuto delle rivendicazioni.

Le caratteristiche della presente invenzione sono evidenziate nel seguito con riferimento alle allegate tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra schematicamente una vista prospettica di un generatore di vapore dotato del dispositivo oggetto della presente invenzione ,-- le figure 2a, 2b e 2c illustrano schematicamente in vista laterale il dispositivo per il ripristino del livello, in fasi operative successive ;

- la figura 3 illustra una vista prospettica di una seconda forma di realizzazione del dispositivo per il ripristino del livello; - le figure 4a e 4b illustrano una terza forma di realizzazione del medesimo dispositivo.

Con riferimento alle figure 1 e 2a si indica con 1 una caldaia, appartenente ad un generatore di vapore, destinata alla produzione di vapore mediante riscaldamento di liquido vaporizzar -le contenuto al proprio interno. Il riscaldamento viene effettuato per mezzo di idonei organi riscaldatori, non illustrati in quanto noti.

Tale caldaia 1 è illustrata in figura 1 in forma di parallelepipedo. E' comunque evidente che essa, ai fini della presente invenzione, può assumere qualsiasi forma altrettanto conveniente. Il metodo ed il dispositivo oggetto della presente invenzione possono altresì essere estesi ad altre apparecchiature atte alla produzione di vapore, come ad esempio i dispositivi distillatori di solvente utilizzati per il lavaggio a secco.

Nella parte superiore della caldaia 1 sono previsti un bocchettone di alimentazione 5 ed una presa di vapore 6. Il primo è atto a ricevere, all'atto dell'avviamento del generatore di vapore, una opportuna quantità di liquido sufficiente al raggiungimento, all'interno della caldaia 1, di un livello operativo LO. Nei generatori di vapore di maggiori dimensioni esso può essere sostituito da un condotto di alimentazione, collegato in maniera nota ad un serbatoio, o direttamente alla rete idrica. Il livello operativo LO è tendenzialmente decrescente, per conseguenza della produzione di vapore e del suo successivo prelievo. Esso può essere, in partenza, molto ridotto, appena sufficiente ad interessare gli organi riscaldatori sopra citati.

La presa di vapore 6 è destinata a consentire il prelievo di vapore dalla caldaia 1, man mano che lo stesso viene prodotto e prelevato per l'utilizzo.

In una prima forma di realizzazione del dispositivo per il ripristino del livello è prevista una vaschetta 3, collocata all’esterno della caldaia 1 in posizione laterale. La sua parte inferiore è raccordata, tramite un condotto inferiore 4a, alla caldaia 1 medesima, in una posizione della stessa situata al disotto di un livello minimo di liquido LM. La sua parte superiore è altresì raccordata alla caldaia 1 tramite un condotto superiore 4b, in una posizione di quest'ultima situata al disopra del livello operativo LO. La vaschetta 3 pertanto, per il principio dei vasi comunicanti, può contenere al proprio interno solo vapore, oppure liquido e vapore, ad un livello in ogni istante coincidente con quello della caldaia l.

Alla vaschetta 3 è associato un rilevatore di temperatura 10. Esso è preferibilmente un termostato del tipo a bulbo, ed è inserito lateralmente nella vaschetta 3 in posizione approssimativamente intermedia fra il livello operativo LO ed il livello minimo LM. Il rilevatore può comunque essere di qualsiasi tipo comunemente noto, ad esempio un termostato a contatto o a pastiglia.

Alla vaschetta 3 sono altresì associati organi adduttori 30 di nuovo liquido per il ripristino del livello, proveniente dall'esterno del generatore, solitamente da un idoneo serbatoio oppure dalla rete idrica. Essi conprendono un'elettrovalvola 31, comandata dal rilevatore di temperatura 10 per consentire od impedire l'immissione, all'interno della vaschetta 3, di liquido tramite un condotto 33 di adduzione, attraverso un'apertura 34 realizzata nella vaschetta 3 medesima.

E' inoltre prevista, in corrispondenza dell'apertura 34, una valvola unidirezionale di non ritorno 32, destinata ad impedire il riflusso di liquido o vapore dall'interno della vaschetta 3 verso il condotto 33. Essa è di tipo noto ed è stata schematizzata nelle figure 1 e 3, a titolo di esempio, con la propria estremità posteriore protendentesi dall'esterno della vaschetta 3 in direzione opposta a quella dell'elettrovalvola 31.

L'elettrovalvola 31 illustrata nella presente descrizione può altresì essere sostituita, senza peraltro inficiare l'essenza dell'invenzione, da una pompa di tipo noto, ugualmente azionabile dal rilevatore di temperatura 10, collegata ad un serbatoio di liquido, o direttamente alla rete idrica.

Una seconda forma di realizzazione del dispositivo per il ripristino del livello {vedasi figura 3) prevede, oltre a quanto finora descritto, la presenza di mezzi di temporizzazione 7. Essi sono costituiti da un pulsante dotato di temporizzatore, azionabile manualmente, destinato ad attivare,per un periodo di tempo prefissato, l'elettrovalvola 31, oppure la corrispondente pompa, per consentire l'immissione nella caldaia 1 di un quantitativo di liquido sufficiente al raggiungimento del livello operativo LO.

I mezzi di temporizzazione 7 sono solitamente presenti, in alternativa al bocchettone 5, per l'introduzione di liquido nella caldaia l al momento dell'avviamento del generatore di vapore. La loro disposizione è schematizzata in figura 3, a titolo di esempio, in corrispondenza dell'elettrovalvola 31, ma è evidente che essi possono essere disposti in qualunque altra conveniente posizione.

Una terza forma di realizzazione del dispositivo, illustrata nelle figure 4a e 4b, prevede che il termostato 10 venga direttamente inserito in una nicchia 8 ricavata lateralmente nella caldaia 1, in posizione approssimativamente intermedia fra il livello operativo LO ed il livello minimo LM. E' inoltre previsto un condotto di adduzione 33, atto a fornire liquido di ripristino in prossimità della nicchia 8, in modo che quest'ultima sia direttamente interessata dal flusso di liquido.

E1 da rilevare che, nelle illustrazioni finora menzionate, sia il livello minimo LM che la differenza fra i livelli operativo LO e minimo LM sono stati volutamente enfatizzati per motivi di chiarezza. In realtà, è conveniente che il livello minimo LM sia molto più basso, mentre la differenza fra i due livelli sopra citati è inferiore a quella illustrata.

Il funzionamento del generatore di vapore richiede una prima fase di avviamento, nella quale viene immessa nella caldaia 1 una quantità di liquido freddo sufficiente a raggiungere il livello operativo LO (figura 2a). Nella prima forma di realizzazione del dispositivo di ripristino del livello l'immissione di liquido avviene, manualmente, attraverso il bocchettone 5; nella seconda forma di realizzazione essa avviene a seguito dell'azionamento dei mezzi di temporizzazione 7 (figura 3), e può essere temporizzata automaticamente oppure manualmente da un operatore addetto.

In questa condizione i mezzi riscaldatori presenti nella caldaia 1 non sono ancora attivati, per cui la temperatura T all'interno della caldaia medesima e della vaschetta 3, in corrispondenza del termostato 10, è sicuramente inferiore ad una temperatura di soglia TS di attivazione dello stesso, e quindi dell'elettrovalvola 31.

A questo punto il liquido ha interessato anche la vaschetta 3, attraverso il condotto inferiore 4a, fino a sommergere il termostato 10.

Vengono quindi attivati in maniera nota i sopra citati mezzi riscaldatori, che portano il liquido all'interno della caldaia 1 ad una idonea temperatura, per dare inizio alla produzione di vapore che viene prelevato, secondo necessità, dalla presa di vapore 6. La temperatura del liquido resta sostanzialmente costante durante la fase di produzione di vapore, e comunque inferiore rispetto alla temperatura raggiunta dal vapore medesimo, che può invece superare la temperatura di soglia TS. Nella vaschetta 3, a causa della sua conformazione e disposizione, nonché del limitato scambio termico con la caldaia 1, la temperatura del liquido risulta sempre inferiore rispetto a quella presente nella caldaia 1 stessa. Essa è comunque inferiore alla temperatura di soglia TS, che causa l'attivazione del termostato 10, per cui l'elettrovalvola 31 risulta chiusa.

Come già accennato, il livello operativo del liquido LO è tendenzialmente decrescente per conseguenza della produzione e del prelievo del vapore.

Il raggiungimento del livello minimo LM causa l'emersione del termostato 10, che viene a contatto col vapore. Quest'ultimo, come già detto, si trova a temperatura maggiore rispetto a quella del liquido, e produce un riscaldamento del termostato 10 medesimo, causandone l'attivazione.

Il termostato comanda a questo punto l'apertura dell'elettrovalvola 31, che consente l'immissione di liquido freddo nella vaschetta 3, causando l'innalzamento del livello nella stessa, e quindi nella caldaia 1, fino al raggiungimento del livello operativo LO.

In tale situazione il termostato 10 si trova nuovamente immerso nel liquido, e la temperatura T in prossimità dello stesso scende al disotto di quella di soglia TS. Ciò consente la chiusura dell'elettrovalvola 31 ed interrompe l'immissione di liquido dall 'esterno.

Siccome l'immissione di liquido nella vaschetta 3 avviene in prossimità del termostato 10, che ne risulta direttamente interessato, la sua temperatura si abbassa molto velocemente, e la quantità di liquido effettivamente immessa nella caldaia 1 risulta essere modesta, così come la differenza fra il livello operativo LO e quello minimo LM. Da ciò consegue che il calo di temperatura all'interno della caldaia 1 è molto contenuto, e la produzione di vapore procede in modo sostanzialmente costante.

Una variante del metodo proposto prevede, all'avviamento del generatore, l'introduzione di una quantità minima di liquido all'interno della caldaia 1, appena sufficiente ad interessare i mezzi riscaldatori, e non necessariamente la vaschetta 3 ed il termostato 10. Ciò consente di iniziare la produzione di vapore in tempi molto brevi.

In questo caso il termostato 10 è inizialmente interessato dal vapore, e la temperatura T all'interno della vaschetta 3 supera velocemente il valore di soglia TS, causando l'immissione di nuovo liquido in corrispondenza del termostato 10 medesimo , ed il suo immediato raffreddamento, con conseguente interruzione del flusso di liquido. Ciò provoca d'altra parte un nuovo, veloce riscaldamento della vaschetta 3.

Una serie dei cicli di immissione di liquido sopra descritti può portare ad un graduale innalzamento del livello operativo LO, che defluisce all'interno della vaschetta 3, fino a definire una condizione di immersione del termostato 10 nel liquido medesimo. I cicli di ripristino del livello susseguenti si riportano quindi a quelli precedentemente descritti, nei quali il termostato 10 passa da una condizione di immersione nel liquido ad una di immersione nel vapore.

Nella terza forma di realizzazione del dispositivo per il ripristino del livello, precedentemente descritta, le fasi operative avvengono in maniera analoga. Le differenze consistono nel fatto che, non essendo presente la vaschetta 3, l'immissione di liquido di ripristino avviene nella caldaia 1, in modo da interessare direttamente la nicchia 8, e che il termostato 1 rileva la differenza di livello direttamente all'interno della caldaia medesima.

I vantaggi della presente invenzione consistono innanzitutto in una maggiore gradualità nell'immissione di liquido di ripristino all'interno della caldaia 1, che consente di ottenere una produzione di vapore più costante e maggiormente controllabile. Inoltre, la collocazione di tutti gli organi funzionali del dispositivo di ripristino del livello all'esterno della caldaia l rende lo stesso molto più accessibile e di semplice manutenzione. Il termostato a bulbo o a pastiglia 10, o qualunque altro sensore di temperatura utilizzabile, presentano inoltre un'affidabilità più elevata rispetto ai dispositivi galleggianti ed ai dispositivi a sonda utilizzati nell'arte nota.

Ulteriore vantaggio del presente metodo per il ripristino del livello, e del dispositivo che lo realizza, è quello di consentire la presenza, all'interno della caldaia 1, di un quantitativo limitato di liquido. Ciò consente di ottenere tempi di avviamento del generatore molto ridotti e di minimizzare altresì il consumo energetico del generatore.

L'invenzione in questione è stata ovviamente descritta, con riferimento ai disegni allegati, a puro titolo esemplificativo, e non limitativo, ed è pertanto evidente che ad essa possono essere apportate tutte quelle modifiche o varianti suggerite dalla pratica nonché dalla sua attuazione ed utilizzazione, comunque comprese nell'ambito definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il controllo ed il ripristino del livello del liquido in un generatore di vapore, destinato a produrre vapore in una caldaia 1 mediante riscaldamento di liquido vaporizzatale, contenuto all'interno di detta caldaia 1 ad un livello non superiore ad un livello operativo LO, tendenzialmente decrescente per conseguenza della produzione di vapore e del suo successivo prelievo attraverso una presa di vapore 6, essendo detto metodo caratterizzato dal fatto di prevedere, a partire da una condizione di avviamento di detto generatore di vapore, l'esecuzione di una serie di cicli consecutivi di ripristino di liquido, ciascuno dei quali definito dalle seguenti fasi operative: rilevazione della temperatura T all'interno di una vaschetta 3, esterna a detta caldaia 1 e comunicante con essa, tramite mezzi rilevatori di temperatura 10, con interdizione dell'immissione in detta caldaia 1 di liquido proveniente dall'esterno se detta temperatura T è inferiore ad una temperatura di soglia TS; rilevazione del superamento, all'interno di detta vaschetta 3, di detta temperatura di soglia TS; attivazione di organi di adduzione 30, per consentire l'immissione di liquido nella citata caldaia 1 ed il conseguente raffreddamento della medesima e della citata vaschetta 3; rilevazione dell'abbassamento della temperatura T al disotto della citata temperatura di soglia TS; interruzione dell'immissione di liquido nella citata caldaia 1, tramite la disattivazione dei citati organi di adduzione 30.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, nel corso di almeno alcune di dette fasi operative, i citati mezzi rilevatori di temperatura 10 si trovano alternativamente in una condizione di contatto con liquido, proveniente dalla citata caldaia 1, con conseguente diminuzione della temperatura T al disotto della citata temperatura di soglia TS, ed in una condizione di contatto con vapore, ugualmente proveniente dalla citata caldaia 1, con conseguente aumento della temperatura T al disopra della suddetta temperatura di soglia TS.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'introduzione di liquido, da parte dei citati organi di adduzione 30, avviene all'interno della menzionata vaschetta 3, in prossimità dei citati mezzi rilevatori di temperatura 10, e dal fatto che tale liquido fluisce da detta vaschetta 3 verso la citata caldaia 1 per conseguenza della comunicazione esistente fra le medesime.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione l, caratterizzato dal fatto che la citata fase di avviamento del generatore di vapore viene effettuata tramite l'azionamento manuale di mezzi di temporizzazione 7, destinati ad attivare i citati organi di adduzione 30 per un periodo di tempo prefissato, sufficiente a consentire l'introduzione nella citata caldaia 1 di liquido fino al raggiungimento di un livello non superiore al menzionato livello operativo LO.
5. 5. Dispositivo per il controllo ed il ripristino del livello di liquido in un generatore di vapore del tipo comprendente almeno una caldaia 1, atta a produrre vapore, tramite riscaldamento di liquido vaporizzatile contenuto al proprio interno, destinato ad essere prelevato attraverso una presa di vapore 6, con detto dispositivo caratterizzato dal fatto di comprendere: almeno una vaschetta 3, situata esternamente a detta caldaia 1 e comunicante con essa per consentire l'interscambio di liquido e vapore; mezzi rilevatori di temperatura 10, collocati in corrispondenza di detta vaschetta 3 ed atti a rilevare la temperatura T del liquido o del vapore in essa presenti, ed a disattivare od attivare organi di adduzione 30 di liquido di ripristino verso l'interno della citata caldaia 1, rispettivamente se detta temperatura T risulta inferiore ad una temperatura di soglia TS oppure superiore alla stessa.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la comunicazione fra le citate caldaia 1 e vaschetta 3 avviene per mezzo di un condotto inferiore 4a, collegante la parte inferiore di detta vaschetta 3 alla menzionata caldaia 1 al disotto del citato livello operativo LO, e per mezzo di un condotte superiore 4b, collegante la parte superiore di detta vaschetta 3 alla menzionata caldaia 1 al disopra del citato livello operativo LO.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori di temperatura 10 sono costituiti da un termostato a bulbo.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori di temperatura 10 sono costituiti da un termostato a contatto o a pastiglia.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i citati organi di adduzione 30 sono costituiti da una elettrovalvola 31, azionabile dai citati mezzi rilevatori di temperatura 10, da un condotto 33 per l'immissione, nella menzionata caldaia 1, di liquido proveniente dall’esterno e da una valvola unidirezionale di non ritorno 32.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i citati organi di adduzione 30 sono costituiti da una pompa 31, azionabile dai citati mezzi rilevatori 10, da un condotto 33 e da una valvola di non ritorno 32.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i citati organi di adduzione 30 immettono liquido di ripristino, all'interno della menzionata vaschetta 3, in corrispondenza dei citati mezzi rilevatori 10.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di prevedere inoltre mezzi di temporizzazione 7, azionabili manualmente, destinati ad attivare i citati organi di adduzione 30 per un periodo di tempo prefissato.
13. 13. Dispositivo per il controllo ed il ripristino del livello di liquido vaporizzabile in una caldaia 1 appartenente ad un generatore di vapore, caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi rilevatori di temperatura 10, collocati all'interno di una nicchia 8 realizzata lateralmente in detta caldaia 1, in posizione intermedia fra un livello operativo LO ed un livello minimo LM di liquido all'interno della stessa, e dal fatto di prevedere inoltre organi di adduzione 30 di nuovo liquido dall'esterno, comandati dai citati mezzi rilevatori di temperatura 10 per immettere liquido di ripristino direttamente all'interno della citata caldaia 1, in prossimità di detti mezzi rilevatori di temperatura 10.