ITMI20100793A1 - Bruciatore premiscelato - Google Patents

Description

TITOLO: "Bruciatore premiscelato"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un bruciatore premiscelato, in particolare un bruciatore premiscelato per caldaia a gas provvisto di un sensore di ionizzazione.

In una caldaia a gas, il bruciatore produce calore mediante combustione di una miscela di combustibile e comburente, generalmente una miscela di gas e aria, che ha luogo in una camera di combustione.

Il sensore di ionizzazione à ̈ usato per monitorare la combustione di tale miscela immessa nel bruciatore. Solitamente, tale sensore controlla la presenza della fiamma e la qualità della combustione.

Il bruciatore comprende un diffusore attraverso il quale viene convogliato il gas premiscelato di combustibile e aria e il quale determina uno schema di fiamme per la produzione di calore.

Solitamente il diffusore comprende una parete dotata di una pluralità di aperture ed avente una superficie interna in collegamento di flusso con un condotto di alimentazione della miscela, e pertanto a contatto con la miscela non combusta, ed una superficie esterna sulla quale avviene la combustione. Pertanto, tale parete esterna definisce una superficie denominata, nel presente contesto, superficie esterna di combustione.

A monte del diffusore (con riferimento alla direzione di flusso della miscela gas-aria) può essere inoltre previsto un dispositivo di distribuzione, o distributore, disposto sul lato del diffusore opposto alla superficie di combustione, solitamente comprendente una parete con una pluralità di aperture passanti, configurato in modo tale da distribuire la miscela gas-aria in modo sostanzialmente uniforme o comunque nel modo desiderato verso la parete del diffusore.

A monte del bruciatore à ̈ disposto un ventilatore o altro mezzo di ventilazione atto a spingere la miscela gas-aria verso il bruciatore stesso.

E’ noto che la fiamma prodotta dalla combustione della miscela immessa in un bruciatore, se accoppiata con un campo elettrico può generare un passaggio di corrente di ionizzazione nella zona interessata dalla fiamma.

Il sensore di ionizzazione viene disposto in prossimità della superficie del diffusore del bruciatore, in modo da trovarsi nella zona interessata dalla ionizzazione prodotta dalla fiamma e da generare un segnale di corrente proporzionale al rapporto aria/gas, ovvero al rapporto di miscelazione, che à ̈ indicativo della qualità della combustione.

Se il segnale di corrente S prodotto dal sensore di ionizzazione diminuisce al di sotto di un valore minimo prestabilito (Smin) oppure supera un valore massimo prestabilito (Smax), oppure diventa instabile, indica che la combustione à ̈ assente o di qualità non accettabile e quindi che à ̈ necessario intervenire per ripristinare condizioni regolari di combustione.

Nei bruciatori modulanti, al diminuire della potenza alla quale viene fatto funzionare il bruciatore, la ionizzazione prodotta dalla fiamma à ̈ sostanzialmente costante fino a quando la potenza di esercizio del bruciatore raggiunge un valore minimo (Pmin) che, nei bruciatori noti à ̈ pari a circa il 20% della potenza nominale del bruciatore. Raggiunto tale valore minimo di potenza, l’intensità della ionizzazione diminuisce bruscamente fino a scendere sotto al valore limite della sensibilità del sensore. Corrispondentemente, anche il segnale generato dal sensore di ionizzazione si mantiene sostanzialmente costante fino a che la potenza di esercizio diventa inferiore a Pmin. In corrispondenza di questo valore di potenza, il segnale diminuisce bruscamente sotto al valore Smine il sensore di ionizzazione non à ̈ più utilizzabile per una corretta regolazione e controllo della combustione.

Pertanto, in condizioni di funzionamento a potenze inferiori a circa il 20% della potenza nominale, si ha una improvvisa e netta diminuzione del segnale di ionizzazione e quindi la totale inefficacia del sensore ai fini del monitoraggio della combustione.

In altre parole, nei bruciatori premiscelati noti, a bassi valori di potenza la combustione non à ̈ monitorabile in maniera efficace con conseguenti ovvi inconvenienti.

Per risolvere questo problema, EP 1 036 984 divulga un bruciatore a gas premiscelato provvisto di un distributore comprendente una pluralità di fori per il flusso di miscela ed un elettrodo di ionizzazione, connesso ad un dispositivo di controllo, in cui il carico superficiale del bruciatore à ̈ incrementato nell’area dell’elettrodo di ionizzazione assegnando una fiamma pilota all’elettrodo di ionizzazione oppure accrescendo l’area superficiale della aperture per il flusso di miscela del distributore nell’area dell’elettrodo di ionizzazione.

Tale tecnica nota presenta lo svantaggio di introdurre potenziali sbilanciamenti termici determinati dal carico differenziale localizzato, con conseguenti potenziali rischi di rottura.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di mettere a disposizione un bruciatore premiscelato che consenta di estendere il campo di utilizzo di un sensore di ionizzazione, associato al bruciatore, a condizioni di funzionamento con potenze erogate inferiori al 20% ovvero con un rapporto di modulazione inferiore a 1:5, che sia privo dei succitati limiti della tecnica nota.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un bruciatore premiscelato, associato ad un sensore di ionizzazione, con un'elevata modulazione della potenza, ovviando al contempo ai problemi di sbilanciamento termico locale.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un bruciatore premiscelato per caldaia a gas comprendente un diffusore, atto a diffondere gas di combustione in una camera di combustione, e un sensore di ionizzazione atto a monitorare la corrente di ionizzazione prodotta dalla combustione, in cui almeno una porzione del diffusore, in corrispondenza del sensore di ionizzazione, presenta un raggio di curvatura r e in cui il rapporto tra la distanza d del sensore di ionizzazione dal diffusore in detta almeno una porzione con raggio di curvatura r e il raggio di curvatura r à ̈ compreso tra 0.015 e 0.06, e in cui detto raggio di curvatura r à ̈ non superiore a 30 mm.

Grazie alla selezione del suddetto rapporto tra la distanza d e il raggio di curvatura r, ed in particolare alla combinazione di tale rapporto con lo specifico summenzionato intervallo di valori di r, Ã ̈ possibile ottenere un bruciatore premiscelato con un sensore di ionizzazione avente un elevato campo di utilizzo, e in particolare un bruciatore operante anche con un rapporto di modulazione inferiore a 1:5.

Inoltre, grazie alla combinazione delle suddette caratteristiche, à ̈ possibile conseguire una stabilità di fiamma anche in caso di aumento della potenza di riscaldamento in bruciatori premiscelati provvisti di sensore di ionizzazione.

In altre parole, utilizzando i summenzionati valori di r e di d/r à ̈ possibile accrescere il campo di utilizzo di un bruciatore con sensore di ionizzazione, a parità dei rimanenti parametri, evitando di aumentare il carico specifico solo in corrispondenza del sensore, come accade nel bruciatore divulgato da EP 1 036 984 ed evitando pertanto indesiderati fenomeni termici localizzati. In particolare, con il bruciatore secondo la presente invenzione à ̈ possibile raggiungere un rapporto di modulazione pari a 1:10 con un efficace monitoraggio della combustione.

Inoltre, il bruciatore secondo la presente invenzione, grazie alla possibilità di regolazione della combustione, offre il vantaggio di consentire di evitare l’uso di diaframmi supplementari e/o distributori interni atti ad evitare ad esempio il ritorno di fiamma in quanto, consentendo di lavorare in regime di miscela costante in termini di rapporto combustibile/comburente, non presenta rischi di questo tipo.

Per meglio comprendere l'invenzione ed apprezzarne i vantaggi, verrà di seguito fornita una descrizione di alcune forme di realizzazione esemplificative non limitative del bruciatore dell’invenzione, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione trasversale di un bruciatore a gas provvisto di un sensore di ionizzazione secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 à ̈ una vista in sezione trasversale di un bruciatore a gas provvisto di un sensore di ionizzazione secondo una seconda forma realizzativa dell’invenzione; e

- la figura 3 Ã ̈ una rappresentazione schematica ingrandita del bruciatore di figura 1.

Con riferimento alle figure 1-3, un bruciatore a gas per caldaia, Ã ̈ complessivamente indicato con il numero di riferimento 1.

In particolare, il riferimento 1 indica un bruciatore che produce calore mediante la combustione di un gas combustibile premiscelato, generalmente comprendente gas combustibile ed aria. Preferibilmente, tali gas combustibili sono completamente premiscelati, ovvero alla miscela erogata al bruciatore non viene addizionato alcun componente ulteriore.

Il bruciatore 1 comprende un diffusore 2, il quale à ̈ atto a diffondere gas di combustione in una camera di combustione, non mostrata nelle figure.

Il diffusore 2 include una parete dotata di una pluralità di aperture 4 la cui superficie interna à ̈ in collegamento di flusso con il condotto di alimentazione dei gas. Sulla superficie esterna di tale parete avviene la combustione.

In accordo con le forme di realizzazione preferite mostrate nelle figure, il bruciatore 1 à ̈ di tipo cilindrico e pertanto il diffusore 2 ha una conformazione cilindrica con una superficie laterale avente un raggio di curvatura R. Il bruciatore 1 può essere anche di tipo piatto o leggermente concavo con raggio di curvatura pari ad R.

Il bruciatore 1 comprende un sensore di ionizzazione 3 atto a monitorare la corrente di ionizzazione prodotta dalla combustione. A tale scopo, esso à ̈ posizionato esternamente al diffusore 2, in corrispondenza della zona di combustione.

Secondo la presente invenzione, almeno una porzione del diffusore 2, in corrispondenza del sensore di ionizzazione 3, presenta un raggio di curvatura r il quale à ̈ non superiore a 30 mm. Il rapporto tra la distanza d del sensore di ionizzazione 3 dal diffusore 2 in detta almeno una porzione con raggio di curvatura r e il raggio di curvatura r à ̈ compreso tra 0.015 e 0.6.

Secondo forme di realizzazione preferite dell’invenzione, il raggio di curvatura r à ̈ non inferiore a 10 mm.

Nelle due forme di realizzazione mostrate nelle figure, la porzione del diffusore 2 con raggio di curvatura r presenta una convessità rispetto al sensore di ionizzazione 3.

In tal caso, la distanza d à ̈ preferibilmente non inferiore a 7 mm e non superiore a 12 mm.

Ed ancora più preferibilmente, il raggio di curvatura r à ̈ non superiore a 29.5 mm.

Nella figura 1 à ̈ mostrata la prima forma di realizzazione dell’invenzione in cui il diffusore 2 ha una conformazione cilindrica con raggio di curvatura R e il raggio di curvatura r di detta porzione del diffusore 2 in corrispondenza del sensore di ionizzazione 3 coincide con il raggio di curvatura R del diffusore 2 del bruciatore 1.

Nella figura 2 à ̈ invece mostrata la seconda forma di realizzazione della presente invenzione, in cui il raggio di curvatura r à ̈ il raggio di curvatura di una porzione del diffusore 2, mentre le porzioni adiacenti a tale porzione presentano un raggio di curvatura R1 diverso da detto raggio di curvatura r.

Preferibilmente tale raggio di curvatura R1 delle porzioni adiacenti alla porzione di diffusore 2 con raggio di curvatura r à ̈ maggiore del raggio di curvatura r.

Tale raggio di curvatura R1 può coincidere con il raggio del diffusore 2.

Come accennato in precedenza, il diffusore 2 comprende una pluralità di aperture 4 per il passaggio della miscela nella zona di combustione. Preferibilmente, tali aperture 4 sono distribuite nel diffusore 2 in maniera omogenea, come mostrato in figura 3. In altre parole, tali aperture sono equidistanti tra loro in modo tale da non creare zone a diverso carico specifico che possano causare sbilanciamenti termici.

Il sensore di ionizzazione 3 comprende un elettrodo il quale include una barra metallica.

Il diffusore 2 comprende in modo noto una lamiera metallica o rete o una maglia metallica o ceramica tessuta in fili o in fibre. In alternativa, esso può comprendere un materiale sinterizzato metallico o ceramico o un materiale compatto presentante aperture 4.

Preferibilmente, il diffusore 2 comprende una maglia in tessuto metallico.

Tale maglia si estende su tutta la superficie del diffusore 2 oppure, in alternativa, solo sulle porzioni del diffusore 2 adiacenti alla porzione del diffusore 2 con raggio di curvatura r. In altre parole à ̈ possibile prevedere che la maglia metallica non sia presente in corrispondenza del sensore di ionizzazione 3, in tal modo si evita che la maglia inquini il segnale di ionizzazione oppure che mandi in corto circuito il sensore di ionizzazione 3 nel caso in cui fibre o fili della maglia vengano in contatto con il sensore stesso.

Il diffusore 2 può comprendere un distributore di tipo noto, atto a distribuire la miscela al diffusore 2 e disposto sul lato del diffusore 2 opposto alla camera di combustione, ovvero nelle forme realizzative mostrate nelle figure, all’interno del diffusore 2 cilindrico. Tuttavia, in accordo con forme di realizzazione preferite, il diffusore 2 comprende un unico strato diffusore, ovvero il distributore à ̈ assente. In tal modo à ̈ infatti possibile aumentare la potenza e quindi ottenere un intervallo di modulazione più ampio utilizzando gli stessi ventilatori, per convogliare la miscela verso il bruciatore, oppure à ̈ possibile ridurre i costi utilizzando ventilatori meno potenti, oppure ridurre i costi di funzionamento con ventilatori funzionanti a giri ridotti.

Naturalmente à ̈ possibile inserire nel bruciatore 1 diaframmi aggiuntivi del tipo noto, quali ad esempio i diaframmi antiflashback, ovvero i diaframmi atti ad evitare i ritorni di fiamma, tuttavia, essi sarebbero superflui in quanto come accennato in precedenza, il bruciatore secondo la presente invenzione, non presenta rischi di questo tipo.

Nell’ambito della descrizione che precede e nelle successive rivendicazioni, tutte le grandezze numeriche indicanti quantità, parametri, percentuali, e così via sono da intendersi precedute in ogni circostanza dal termine “circa†se non diversamente indicato. Inoltre, tutti gli intervalli di grandezze numeriche includono tutte le possibili combinazioni dei valori numerici massimi e minimi e tutti i possibili intervalli intermedi, oltre a quelli indicati specificamente nel testo.

Il tecnico del settore, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell’ambito di protezione della presente invenzione, al bruciatore a gas per caldaie secondo la presente invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Bruciatore premiscelato (1) per caldaia a gas comprendente un diffusore (2), atto a diffondere gas di combustione premiscelati in una camera di combustione, e un sensore di ionizzazione (3) atto a monitorare la corrente di ionizzazione prodotta dalla combustione, caratterizzato dal fatto che almeno una porzione del diffusore (2), in corrispondenza del sensore di ionizzazione (3), presenta un raggio di curvatura r e dal fatto che il rapporto tra la distanza d del sensore di ionizzazione (3) dal diffusore (2) in detta almeno una porzione con raggio di curvatura r e il raggio di curvatura r à ̈ compreso tra 0.015 e 0.60, detto raggio di curvatura r essendo non superiore a 30 mm.
2. 2. Bruciatore a gas (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto raggio di curvatura r à ̈ non inferiore a 10 mm.
3. 3. Bruciatore premiscelato (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta almeno una porzione del diffusore (2) con raggio di curvatura r presenta una convessità rispetto al sensore di ionizzazione (3).
4. 4. Bruciatore a gas (1) secondo la rivendicazione 3, in cui detta distanza d à ̈ non inferiore a 7 mm e non superiore a 12 mm.
5. 5. Bruciatore a gas (1) secondo la rivendicazione 4, in cui il raggio di curvatura r à ̈ non superiore a 29.5 mm.
6. 6. Bruciatore a gas (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il diffusore (2) ha una conformazione cilindrica con raggio di curvatura R e in cui il raggio di curvatura r di detta almeno una porzione del diffusore (2) in corrispondenza del sensore di ionizzazione (3) coincide con il raggio di curvatura R del diffusore (2) del bruciatore (1).
7. 7. Bruciatore a gas (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il raggio di curvatura r à ̈ il raggio di curvatura di una porzione del diffusore (2) e in cui le porzioni adiacenti a tale porzione presentano un raggio di curvatura R1 diverso da detto raggio di curvatura r.
8. 8. Bruciatore a gas (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detto raggio di curvatura R1 delle porzioni adiacenti alla porzione di diffusore (2) con raggio di curvatura r à ̈ maggiore del raggio di curvatura r.
9. 9. Bruciatore a gas (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il diffusore (2) comprende una pluralità di aperture (4) omogeneamente distribuite sulla sua superficie.
10. 10. Bruciatore a gas (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore di ionizzazione (3) comprende un elettrodo includente una barra metallica.