ITMI20100632A1 - Metodo e apparato per il controllo della combustione in una caldaia o stufa e caldaia o stufa comprendente detto apparato - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

"Metodo e apparato per il controllo della combustione in una caldaia o stufa e caldaia o stufa comprendente detto apparato."

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo ed un apparato per il controllo della combustione in una stufa o caldaia a combustibile, in particolare in una stufa a combustibile solido. È oggetto della presente invenzione anche una stufa o caldaia a combustibile comprendente detto apparato nonché il metodo di controllo da esso attuato. In particolare à ̈ oggetto della presente invenzione una stufa a combustibile solido comprendente detto apparato.

Come à ̈ noto, tutti i sistemi di riscaldamento, qualsiasi essi siano, per avere una buona combustione con rese efficienti e consumi contenuti presentano un controllo della combustione. Generalmente tale controllo assicura il controllo dei parametri di funzionamento del sistema di riscaldamento mediante il controllo della quantità di carburante immesso nella camera di combustione, e quindi che viene bruciato.

Inoltre, tutti gli impianti di riscaldamento a combustione necessitano di un canale di evacuazione dei fumi, che potrà differire nei vari casi per lunghezza del tratto di condotto di evacuazione, sezione, composizione dei materiali, posizione ed esposizione a determinate condizioni meteorologiche.

Poiché l’efficienza del sistema di scarico dei fumi di combustione influisce sul funzionamento del sistema di riscaldamento nel suo complesso, tutti i fattori inerenti al condotto di evacuazione obbligano i tecnici installatori ad effettuare sempre una prima regolazione del sistema di riscaldamento al fine di adeguarne correttamente il funzionamento alla specifica tipologia del condotto fumario impiegato.

Questo intervento di regolazione non à ̈ tuttavia sempre definitivo in quanto possono sopraggiungere variazioni esogene che rendono necessaria una successiva ulteriore regolazione. Questa eventualità può ad esempio concretizzarsi per il sopraggiungere di variazioni dell’ambiente esterno, come ad esempio una variazione delle temperature ambientali o strutturali o una variazione delle condizioni atmosferiche, che non possono in alcun modo essere controllate preventivamente.

Al variare dunque delle condizioni di temperatura ed umidità del condotto fumario à ̈ necessario adeguare il sistema di riscaldamento ai nuovi parametri, e per potere avere in ogni momento la migliore regolazione del sistema sarebbe necessario un sistema di controllo che potesse adeguare in ogni istante e continuamente i parametri di funzionamento del sistema in modo da garantire un corretto funzionamento dell’impianto in ogni istante. In questo modo si potrebbe ottimizzare il rendimento energetico diminuendo drasticamente le emissioni in atmosfera ed evitando quindi malfunzionamenti del sistema stesso.

Attualmente lo stato dell’arte deve essere differenziato tra sistemi che impiegano combustibile liquido o gassoso, quali ad esempio gasolio, benzina, gas, metano e via dicendo, ed i sistemi che utilizzano combustibili solidi, quali ad esempio carbone, legna, pellet di legna e cereali e simili.

Nel primo settore, quello dei combustibili liquidi e gassosi, le metodologie impiegate per il controllo del sistema riscaldante hanno mirato a porre dei misuratori di flusso in corrispondenza del sistema di erogazione del combustibile. Tuttavia, come à ̈ intuibile, queste soluzioni impiegate nei sistemi riscaldanti a combustibile liquido o gassoso non sono impiegabili con i sistemi a combustibile solido. Pertanto, in tali sistemi riscaldanti a combustibile solido si à ̈ cercato di studiare altri metodi di misurazione del combustibile introdotto, come ad esempio la pesatura.

Lo stato dell’arte attuale per i sistemi di riscaldamento a combustibile solido prevede dunque come metodo di controllo della combustione quello di pesare il combustibile introdotto nella camera di combustione, tuttavia questi sistemi di tipo noto non presentano un livello di precisione soddisfacente e, inoltre, necessitano di misuratori e meccanismi complessi e costosi che non ne rendono vantaggiosa l’applicazione a livello industriale, oltre a non essere facilmente impiegabili dall’utente finale.

Inoltre appare evidente come un metodo di controllo dei parametri di funzionamento di una stufa riscaldante basato sulla pesatura della quantità di combustibile solido in essa introdotto non risulta avere la necessaria velocità di risposta nel funzionamento del sistema riscaldante al modificarsi dei parametri esterni e/o del condotto fumario.

Ancora, nello specifico campo di applicazione della presente invenzione, ovvero quello delle stufe a combustibile solido, in particolare a pellet, il controllo della combustione à ̈ soggetto ad una moltitudine di variabili, per cui alcuni sistemi di controllo sono stati specificamente studiati per le stufe a pellet prevedendo di controllare la quantità di aria comburente in ingresso alla camera di combustione. Tra i sistemi noti di controllo dell’aria comburente si possono citare l’impiego di un anemometro a ventolina, che permette di misurare il quantitativo di un flusso per mezzo di una ventolina passiva che viene fatta girare al passaggio del flusso stesso in un condotto di sezione data. L’aumentare della velocità del flusso comporterà un aumento della velocità di rotazione della ventolina, che trasmetterà i suoi dati ad un sistema di gestione esterno. Questo tipo di controllo risulta tuttavia particolarmente influenzato nel suo funzionamento e nella sua efficacia dalla presenza di polveri o altri corpi estranei presenti nel flusso da controllare in quanto gli stessi ne pregiudicano la velocità di rotazione e quindi la corretta trasmissione dei dati raccolti.

Un altro sistema noto dallo stato deN’arte per il controllo dell’aria comburente nelle stufe a combustibile solido à ̈ costituito dal controllo per mezzo di filo caldo. Tale metodo si basa sostanzialmente sulla capacità del flusso di aria di raffreddare una resistenza elettrica, la quale si riscalda per effetto del passaggio della corrente elettrica e viene raffreddata quando investita dal flusso di aria, a temperatura inferiore, in ingresso. AH’aumentare del flusso di aria consegue un aumento del raffreddamento del filo il quale à ̈ connesso ad un sistema elettronico di controllo che calcola il quantitativo di flusso che sta investendo il condotto di alimentazione della stufa e può intervenire modificandone la portata. Anche questo sistema di controllo noto dallo stato dell’arte presenta tuttavia alcuni inconvenienti.

Un principale inconveniente à ̈ anche in questo caso costituito dalle polveri e/o dai corpi estranei in genere che potrebbero ammassarsi sul sensore a filo caldo compromettendone il funzionamento. Anche questa soluzione, inoltre, inoltre, risulta complessa e costosa dal punto di vista realizzativo, e la scarsa affidabilità ne rende in pratica non vantaggiosa l'industrializzazione in su prodotti di larga diffusione.

Compito precipuo della presente invenzione à ̈ quindi quello di fornire un apparato nonché un metodo per il controllo della combustione di una stufa o caldaia che consenta di superare gli inconvenienti che affliggono le soluzioni di tipo noto.

Nell’ambito di questo compito, scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un apparato per il controllo della combustione di una stufa o caldaia che sia affidabile, dai costi contenuti e di semplice realizzazione.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un apparato per il controllo della combustione di una stufa o caldaia che sia applicabile con qualsiasi combustibile, solido, liquido o gassoso.

Non ultimo scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un apparato per il controllo della combustione di una stufa o caldaia che sia particolarmente adatto ad essere impiegato nelle caldaie a combustibile solido.

Questo compito e questi e altri scopi che risulteranno maggiormente chiari in seguito sono raggiunti da un apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per la misurazione ed il controllo della quantità di aria comburente in ingresso.

L’apparato secondo la presente invenzione si caratterizza inoltre per il fatto che detti mezzi per la misurazione ed il controllo dell’aria comprendono un sistema venturi.

Ancora, l’apparato secondo la presente invenzione si caratterizza per il fatto che detto sistema venturi può indifferentemente essere applicato all’entrata dell’aria comburente così come in corrispondenza dello scarico dei fumi di combustione. Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione diverranno maggiormente chiari dalla seguente descrizione dettagliata, data in forma esemplificativa e non limitativa e illustrata nelle allegate figure in cui:

la figura 1 mostra una prima forma di realizzazione dell'apparato di controllo secondo la presente invenzione;

la figura 2 mostra una seconda forma di realizzazione dell’apparato di controllo secondo la presente invenzione.

Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione illustrata nelle citate figure a titolo esemplificativo e non limitativo, su di una stufa o caldaia 1 sono comunemente presenti una camera di combustione 3, uno scambiatore di calore 4, una zona di evacuazione dei fumi 2, mezzi per l’alimentazione del combustibile 5, un condotto di ingresso 7 per l’ingresso dell’aria comburente ed un condotto di uscita 8 per lo scarico dei fumi di combustione.

Nelle allegate figure à ̈ mostrato mediante frecce il percorso compiuto dal flusso di aria nel sistema. Il flusso di aria comburente in INGRESSO attraverso il condotto di ingresso 7 va ad alimentare la combustione nella zona di combustione 3, i fumi caldi investono lo scambiatore di calore 4 e si avviano verso il condotto di uscita o di evacuazione 8 secondo la direzione indicata dalla freccia USCITA.

Secondo la presente invenzione, l’apparato di controllo della combustione comprende mezzi di misurazione 6 del flusso di aria comburente in ingresso o, in alternativa, del flusso dei fumi di combustione in uscita.

Secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione illustrata nelle allegate figure, detti mezzi di misurazione comprendono un tubo di venturi 6. Secondo quanto noto, un tubo di venturi consente, attraverso la lettura dei valori di pressione in ingresso e in uscita dal tubo stesso, di determinare i valori di velocità, e quindi la portata, del fluido che lo percorre. Il tubo di venturi sostanzialmente rileva la differenza di pressione su due punti di campionatura posizionati in due diverse sezioni di passaggio di un flusso. Al diminuire della sezione, essendo costante la portata, aumenta la velocità del fluido e quindi diminuisce la pressione. Un dedicato sistema di controllo, per mezzo di una centralina elettronica ed opportuni sensori, rileva correttamente ed in modo continuo sul venturimetro la portata del fluido di passaggio.

Sulla base delle informazioni fornite dal sistema di controllo in merito alla portata, opportuni mezzi, preferibilmente meccanici, di controllo della portata dell’aria comburente non illustrati nelle allegate figure possono essere azionati per modificare la quantità di aria comburente che alimenta la combustione, ottenendo così il controllo della combustione in funzione sia dei parametri esterni che una centralina di controllo provvede ad analizzare sia della portata di aria comburente. Secondo la forma di realizzazione mostrata in figura 1 , il tubo di venturi à ̈ installato in corrispondenza dell’ingresso dell’aria comburente 7, consentendo così di misurare direttamente la portata di aria fresca comburente in ingresso alla camera di combustione.

Invece, nella forma di realizzazione di figura 2, il controllo del funzionamento del sistema à ̈ ottenuto prevedendo l’installazione del tubo di venturi 6 in corrispondenza del condotto di scarico 8, misurando così la portata dei fumi di combustione. La misura della portata dei fumi di combustione consente in ogni caso il controllo del funzionamento del sistema in quanto mediante un opportuno calcolo à ̈ possibile collegare la portata dei fumi alla condizione di funzionamento della stufa o caldaia.

In entrambi i casi tramite l’impiego di un tubo di venturi 6 à ̈ possibile avere una misura diretta ed affidabile, oltre che precisa, della portata di aria in ingresso o, rispettivamente, di fumi di scarico che sta interessando il sistema istante per istante. L’apparato secondo la presente invenzione risulta pertanto, oltre che estremamente semplice nella realizzazione ed economico, anche affidabile in quanto non à ̈ soggetto ai malfunzionamenti legati alla presenza di polveri o sporcizia in genere nell’aria fresca o nei fumi che percorrono il venturi, e pertanto non à ̈ soggetto ai problemi che abbiamo detto affliggono invece i sistemi di tipo noto.

Inoltre, l’apparato di controllo secondo la presente invenzione non risente di eventuali variazioni dei parametri ambientali come presenza di umidità o simili. Non ultimo, l’apparato secondo la presente invenzione, controllando in ultimo la portata di aria fresca comburente per realizzare il voluto controllo sulla combustione, può essere impiegato su stufe e/o caldaie alimentate a gas, a liquido o con combustibile solido, indifferentemente.

Durante il funzionamento la portata di aria comburente può essere mantenuta dal sistema di controllo più o meno costante in funzione di diversi fattori.

Alcuni esempi di fattori che possono richiedere un immediato intervento sulla combustione del sistema mediante il controllo deH’aria comburente possono essere: una variazione della quantità di combustibile immesso nella camera di combustione che può ostruire o rallentare il passaggio deH’aria comburente; analogamente i residui della combustione possono causare l’ostruzione del condotto dell’ana in ingresso, modificandone la luce di passaggio; ancora, l’innalzamento della temperatura nel condotto di scarico che comporta una variazione del tiraggio deve essere opportunamente bilanciata da una diminuzione di aria comburente; analogamente l’ostruzione parziale del condotto di scarico che comporta una variazione del tiraggio consiglia una diminuzione della portata di aria comburente; eventuali variazioni di pressione atmosferica provocate da correnti d’aria e/o variazioni di temperatura ambientale possono modificare anche in modo rilevante il tiraggio del condotto di scarico; e via dicendo.

Si à ̈ così mostrato come l’apparato per il controllo della combustione secondo la presente invenzione raggiunga lo scopo e gli oggetti proposti.

In particolare, si à ̈ illustrato come l’apparato per il controllo della combustione secondo la presente invenzione sia affidabile, dai costi contenuti e di semplice realizzazione.

Inoltre, si à ̈ mostrato come l’apparato secondo la presente invenzione à ̈ impiegabile efficacemente con qualsiasi combustibile, solido, liquido o gassoso. Numerose modifiche possono essere effettuate dall'esperto del ramo senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

L’ambito di protezione delle rivendicazioni, quindi, non deve essere limitato dalle illustrazioni o dalle forme di realizzazione preferite mostrate nella descrizione in forma di esempio, ma piuttosto le rivendicazioni devono comprendere tutte le caratteristiche di novità brevettabile deducibili dalla presente invenzione, incluse tutte le caratteristiche che sarebbero trattate come equivalenti dal tecnico del ramo.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa (1) del tipo comprendente una camera di combustione (3), mezzi per l'alimentazione del combustibile (5) a detta camera di combustione (3), almeno un condotto di ingresso (7) per l’ingresso deH'aria comburente a detta camera di combustione (3) ed almeno un condotto di uscita (8) per lo scarico dei fumi di combustione, comprendente inoltre una centralina elettronica per il controllo dei parametri di funzionamento, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi per il controllo della portata di aria comburente in ingresso alla camera di combustione (3).
2. 2. Apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi di misurazione (6) della portata di aria comburente.
3. 3. Apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi di misurazione (6) della portata dei fumi di combustione in uscita.
4. 4. Apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per il controllo della portata di aria comburente sono comandati da detta centralina elettronica anche in funzione della portata dell’aria comburente in ingresso nel condotto di ingresso (7) misurata da detti mezzi di misurazione (6).
5. 5. Apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per il controllo della portata di aria comburente sono comandati da detta centralina elettronica anche in funzione della portata dei fumi di scarico in uscita dal condotto di uscita (8) misurata da detti mezzi di misurazione (6).
6. 6. Apparato per il controllo della combustione di una caldaia o stufa (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di misurazione (6) della portata di aria comburente in ingresso o di detta portata dei fumi di combustione in uscita comprendono un tubo di Venturi.
7. 7. Metodo per il controllo del funzionamento di un sistema di riscaldamento a combustione, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase consistente nel controllare la portata in ingresso dell'aria comburente.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta fase di controllo della portata viene effettuata impiegando un tubo di Venturi (6) per la misurazione della portata di aria comburente in ingresso nel sistema.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta fase di controllo della portata viene effettuata impiegando un tubo di Venturi (6) per la misurazione della portata dei fumi di scarico in uscita dal sistema.
10. 10. Caldaia comprendente l’apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6.
11. 11. Stufa comprendente l’apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6.
12. 12. Stufa a combustibile solido comprendente l’apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6.
13. 13. Stufa a pellet solido comprendente l’apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6.