ITMI20102181A1 - Bruciatore ad elevata stabilita' - Google Patents
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Description
TITOLO: "Bruciatore ad elevata stabilità "
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un bruciatore ad elevata stabilità . In particolare, la presente invenzione riguarda un bruciatore ad elevata stabilità per caldaie a gas.
Le caldaie a gas della tecnica nota comprendono: un condotto per l’alimentazione di un bruciatore con una miscela gas-aria premiscelata, un bruciatore per la produzione di calore mediante combustione di detta miscela in una camera di combustione, ed eventualmente un elemento di supporto collegabile allo scambiatore di calore e/o al condotto per l’alimentazione per assicurare la chiusura della camera di combustione e/o per il posizionamento del bruciatore rispetto a tale camera di combustione.
Il bruciatore comprende inoltre 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 il condotto di alimentazione, e pertanto a contatto con la miscela non combusta, ed una superficie esterna sulla quale avviene la combustione. Nel presente contesto, tali superfici sono denominate rispettivamente superficie di alimentazione e superficie 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.
Il distributore solitamente comprende una parete provvista di una pluralità di aperture, configurata in modo tale da distribuire la miscela gas-aria in modo sostanzialmente uniforme o comunque nel modo desiderato verso la parete del diffusore.
Nei bruciatori di tipo noto le aperture del diffusore e le aperture del distributore sono posizionate in corrispondenza di porzioni che, in posizione di funzionamento, risultano corrispondenti. Nella maggior parte dei casi, tali porzioni sono porzioni centrali del distributore e del diffusore.
Come à ̈ ben noto, il calore prodotto dalla combustione sulla superficie di combustione viene veicolato mediante i gas di combustione caldi ad uno scambiatore di calore per il riscaldamento di un fluido, ad esempio acqua, che viene successivamente convogliato ad un utilizzo, per esempio ad un sistema di riscaldamento di un processo industriale, di ambienti abitativi o simili e/o di acqua sanitaria.
A causa delle specifiche esigenze di un riscaldamento controllato e differenziato, Ã ̈ indispensabile poter variare la potenza di riscaldamento del bruciatore.
E' possibile pilotare la potenza di riscaldamento del bruciatore attraverso la variazione della portata del combustibile o della miscela alimentata al diffusore. Tuttavia, l'ampiezza dell'intervallo di potenza di riscaldamento ovvero la cosiddetta modulazione (rapporto tra potenza minima e potenza massima) dei bruciatori della tecnica nota à ̈ limitata. Ciò à ̈ dovuto al fatto che, quando la portata di miscela fuoriesce da un intervallo ottimale che dipende dal materiale, dall'area specifica di passaggio (rapporto tra l'area di passaggio e l'area di parete) e dalla resistenza al flusso del diffusore, si verificano problemi di instabilità della fiamma che pregiudicano il corretto funzionamento del bruciatore.
In particolare, all’aumentare della potenza di riscaldamento, la zona di combustione, e quindi la fiamma, tende ad allontanarsi dal diffusore con gravi conseguenze dal punto di vista della sicurezza e delle emissioni di sostanze inquinanti, quali il monossido di carbonio (CO).
Per risolvere tale problema di instabilità , à ̈ noto l’uso di un distributore aggiuntivo in prossimità del diffusore oppure l’uso di diffusori opportunamente sagomati mediante stampaggio. Entrambe le soluzioni sono però complesse da realizzare e incidono in maniera rilevante sui costi di fabbricazione del bruciatore.
Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di mettere a disposizione un bruciatore ad elevata stabilità che consenta un'elevata modulazione della potenza ovviando al contempo ai suddetti problemi di distacco di fiamma e quindi di emissioni inquinanti.
Questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un bruciatore per caldaia a gas comprendente:
- un diffusore, atto a diffondere gas di combustione premiscelati in una camera di combustione, comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di diffusione; e
- un distributore, atto a distribuire i gas di combustione sul diffusore, comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione;
in cui le aperture di diffusione sono posizionate in corrispondenza di una porzione del diffusore e le aperture di distribuzione sono posizionate in corrispondenza di una porzione del distributore, dette porzioni essendo configurate in modo tale che, in posizione di funzionamento, le aperture di distribuzione risultino alternate alle aperture di diffusione rispetto alla direzione del flusso di miscela.
In altre parole, ciascuna retta parallela alla direzione di flusso di miscela, ovvero sostanzialmente ortogonale al bruciatore stesso, interseca unicamente un’apertura di distribuzione o un’apertura di diffusione.
Più precisamente, ciascuna retta sostanzialmente ortogonale al bruciatore interseca unicamente la porzione di distributore in cui sono presenti le aperture di distribuzione oppure la porzione di diffusore in cui sono presenti le aperture di diffusione.
In tal modo à ̈ possibile conseguire una stabilità di fiamma anche in caso di aumento della potenza di riscaldamento e quindi ottenere un bruciatore ad elevata stabilità e a ridotte emissioni inquinanti. Un tale bruciatore consegue, a parità di superficie del diffusore, un incremento della potenza di lavoro massima del bruciatore, senza incorrere in problemi di distacco di fiamma. Esso pertanto consegue un incremento del valore della potenza massima per unità di superficie del diffusore (potenza specifica massima). Ciò implica un aumento dell’intervallo di modulazione.
Il bruciatore dell’invenzione consegue inoltre, a parità di potenza, una riduzione della superficie del diffusore e quindi una riduzione dei costi, oltre ad un incremento della potenza specifica massima.
Inoltre, la riduzione della superficie del diffusore implica una riduzione di volume del bruciatore con ovvi vantaggi di produzione e di trasporto dello stesso.
Inoltre, la stabilità di fiamma, ottenibile con il bruciatore dell’invenzione, si traduce in ridotte emissioni di CO, in quanto la fiamma meno distaccata dal bruciatore à ̈ meno inquinante.
Nel presente contesto il termine “aperture†indica aperture passanti.
Preferibilmente detta porzione di diffusore in cui sono posizionate le aperture di diffusione corrisponde ad una porzione centrale del diffusore e detta porzione di distributore in cui sono posizionate le aperture di distribuzione corrisponde ad una porzione periferica del distributore.
Con una tale configurazione à ̈ possibile ridurre il flusso di miscela in corrispondenza delle porzioni periferiche del diffusore, e quindi evitare il fenomeno di distacco di fiamma, anche con modulazioni di potenza molto elevate.
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 à ̈ una vista in sezione longitudinale di una porzione di caldaia comprendente un bruciatore ad elevata stabilità secondo la presente invenzione;
- la figura 2 à ̈ una vista in sezione longitudinale di un bruciatore ad elevata stabilità secondo una prima forma realizzativa dell’invenzione;
- la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione longitudinale di un bruciatore per caldaia a gas secondo la tecnica nota; e
- la figura 4 à ̈ una vista in sezione longitudinale di un bruciatore ad elevata stabilità secondo una seconda forma realizzativa dell’invenzione.
Con riferimento alle figure 1-4, un bruciatore ad elevata stabilità per caldaia a gas, à ̈ 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 3 (indicata con linea tratteggiata nella figura 1).
Il bruciatore 1 à ̈ montato su un telaio 9. Quest’ultimo à ̈ collegabile alla camera di combustione 3 mediante porzioni di collegamento.
Il telaio 9 delimita inoltre un’apertura per il passaggio della miscela di combustibile ed aria.
Il diffusore 2 include una parete dotata di una pluralità di aperture di diffusione 5. La superficie interna di tale parete à ̈ in collegamento di flusso con il condotto di alimentazione dei gas ed à ̈ pertanto denominata superficie di alimentazione. La superficie esterna di tale parete, ovvero la superficie su cui ha luogo la combustione, à ̈ denominata superficie di combustione.
Il bruciatore 1 comprende anche un distributore 4, atto a distribuire la miscela al diffusore 2, il quale à ̈ disposto a monte del diffusore 2, con riferimento alla direzione di flusso di miscela 7.
Il distributore 4 comprende una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione 6.
Secondo la presente invenzione, le aperture di diffusione 5 sono posizionate in corrispondenza di una porzione del diffusore 2 e le aperture di distribuzione 6 sono posizionate in corrispondenza di una porzione del distributore 4. Tali porzioni sono configurate in modo tale che, in posizione di funzionamento, le aperture di distribuzione 6 risultino alternate alle aperture di diffusione 5 rispetto alla direzione del flusso di miscela 7.
La direzione del flusso di miscela 7, schematizzata nelle figure 1-4 con frecce a cui à ̈ associato il numero di riferimento 7, à ̈ sostanzialmente ortogonale al bruciatore 1.
In altre parole, mentre nella tecnica nota, mostrata in figura 3, durante il funzionamento del bruciatore, ovvero a montaggio avvenuto, le aperture di distribuzione 6 corrispondono alle aperture di diffusione 5 e quindi una retta parallela alla direzione del flusso di miscela 7 che interseca le prime interseca anche le seconde, nel bruciatore 1 della presente invenzione, una retta parallela alla direzione del flusso di miscela 7 interseca esclusivamente le aperture di distribuzione 6 oppure le aperture di diffusione 5.
Più precisamente, secondo la presente invenzione, una retta parallela alla direzione del flusso di miscela 7, interseca esclusivamente la porzione di diffusore 2 in cui sono ricavate le aperture di diffusione 5 oppure la porzione di distributore 4 in cui sono ricavate le aperture di distribuzione 6. Una tale retta, pertanto, non interseca sia la porzione di diffusore 2 in cui sono ricavate le aperture di diffusione 5 sia la porzione di distributore 4 in cui sono ricavate le aperture di distribuzione 6, come avviene nella tecnica nota.
In altre parole, dove sono le aperture del distributore 4 non vi sono e le aperture del diffusore 2 e viceversa.
In accordo con entrambe le forme di realizzazione dell’invenzione mostrate nelle figure 2 e 4, detta porzione di diffusore 2 in cui sono posizionate le aperture di diffusione 5 corrisponde ad una porzione centrale del diffusore 2 e detta porzione di distributore 4 in cui sono posizionate le aperture di distribuzione 6 corrisponde ad una porzione periferica del distributore 4.
In particolare, nella prima forma di realizzazione dell’invenzione, mostrata in figura 2, il bruciatore 1 à ̈ di tipo piatto, in particolare rettangolare, e detta porzione periferica del distributore 4, in cui sono posizionate le aperture di distribuzione 6, comprende una porzione perimetrale del distributore 4, ovvero si estende in corrispondenza di tutti i quattro bordi perimetrali del distributore 4.
Secondo la seconda forma di realizzazione dell’invenzione, mostrata in figura 4, il bruciatore 1 à ̈ di tipo tridimensionale, in particolare cilindrico, e detta porzione periferica del distributore 4, presentante le aperture di distribuzione 6, comprende una porzione estendentesi in corrispondenza del bordo superiore e una porzione in corrispondenza del bordo inferiore del distributore 4.
E’ possibile prevedere che tale porzione periferica presentante le aperture di distribuzione 6 comprenda una porzione in corrispondenza di uno solo di detti bordi superiore ed inferiore.
Nella figura 1 à ̈ anche mostrata una rappresentazione schematica di uno scambiatore di calore 8 a contatto con la camera di combustione 3, il quale à ̈ atto a ricevere il calore prodotto dalla combustione sulla superficie di combustione del diffusore 2.
Il diffusore 2 Ã ̈ preferibilmente in un materiale compatto presentante le suddette aperture di diffusione 5.
Esso può comprendere, in corrispondenza delle porzioni presentanti le aperture di diffusione 5, una rete o una maglia metallica o ceramica tessuta in fili o in fibre o un materiale sinterizzato metallico o ceramico.
Analogamente, il distributore 4 comprende una lamiera la quale può essere forata o microstirata in corrispondenza delle porzioni presentanti le aperture di distribuzione 6.
In alternativa, esso può comprendere, in corrispondenza delle porzioni presentanti le aperture di distribuzione 6, una rete metallica o un materiale poroso.
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 1 ad elevata stabilità secondo la presente invenzione.
Ad esempio, il bruciatore 1 potrebbe essere di tipo cavo a combustione interna, come quello descritto nella domanda di brevetto statunitense No.
12/213,078 a nome della stessa Richiedente.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Bruciatore (1) per caldaia a gas comprendente: - un diffusore (2), atto a diffondere gas di combustione premiscelati in una camera di combustione (3), comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di diffusione (5); e - un distributore (4), atto a distribuire i gas di combustione sul diffusore (2), comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione (6); caratterizzato dal fatto che le aperture di diffusione (5) sono posizionate in corrispondenza di una porzione di diffusore (2) e le aperture di distribuzione (6) sono posizionate in corrispondenza di una porzione di distributore (4), dette porzioni essendo configurate in modo tale che, in posizione di funzionamento, le aperture di distribuzione (6) risultino alternate alle aperture di diffusione (5) rispetto alla direzione del flusso di miscela (7).
- 2. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta porzione di diffusore (2) in cui sono posizionate le aperture di diffusione (5) corrisponde ad una porzione centrale del diffusore (2).
- 3. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta porzione di distributore (4) in cui sono posizionate le aperture di distribuzione (6) corrisponde ad una porzione periferica del distributore (4).
- 4. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 3, in cui il bruciatore (1) Ã ̈ di tipo piatto e detta porzione periferica del distributore (4) comprende una porzione in corrispondenza di almeno uno dei bordi perimetrali del distributore (4).
- 5. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 3, in cui il bruciatore (1) Ã ̈ di tipo tridimensionale e detta porzione periferica del distributore (4) comprende una porzione in corrispondenza di almeno uno tra il bordo superiore e il bordo inferiore del distributore (4).
- 6. Bruciatore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto diffusore (2) comprende una maglia in fibre metalliche o ceramiche.
- 7. Bruciatore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto distributore (4) comprende una rete metallica.
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