ITMI20131573A1 - Gruppo di estrazione della condensa in una caldaia - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“GRUPPO DI ESTRAZIONE DELLA CONDENSA IN UNA CALDAIA”

La presente invenzione è relativa ad un gruppo di estrazione della condensa in una caldaia.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva, applicazione in una caldaia a condensazione, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come è noto, sulla linea di evacuazione della condensa delle attuali caldaie (in particolare, delle attuali caldaie a condensazione) viene utilizzato un dispositivo a sifone che ha lo scopo di impedire l’uscita dei fumi dallo scarico condensa.

In alcune soluzioni il ramo d’ingresso del dispositivo a sifone è dotato di un galleggiante che ha lo scopo di impedire il passaggio dei fumi verso l’ambiente anche in mancanza d’acqua di condensa all’interno del sifone stesso.

Normalmente, la condensa non è presente nel sifone alla prima accensione o dopo un lungo inutilizzo della caldaia.

Inoltre, in alcune applicazioni non è possibile evacuare la condensa al di sotto della caldaia, ma la linea di scarico acque si può trovare al piano superiore a quello su cui è installata la caldaia. E’ dunque necessario installare una pompa con lo scopo di pompare la condensa ad una altezza di 3÷5 m per convogliarla nell’impianto di evacuazione delle acque di scarico.

La pompa, immersa in un pozzetto, viene attivata da un apposito galleggiante quando il livello della condensa raggiunge un determinato livello nel pozzetto stesso.

E’ anche noto il fatto che è sempre necessario garantire un livello minimo di condensa all’interno del pozzetto in cui si trova la pompa in modo tale che il motore di rilancio non funzioni mai a secco.

Tuttavia, i gruppi di estrazione della condensa presenti attualmente sul mercato sono molto ingombranti in quanto, oltre ad un dispositivo a sifone, comprendono anche una vaschetta ausiliaria di raccolta della condensa, in serie rispetto al sifone. In questa vaschetta ausiliaria è immersa la pompa di evacuazione con il relativo galleggiante di attivazione. Quindi, nelle attuali soluzioni è richiesta la presenza di due galleggianti; cioè un primo galleggiante per il dispositivo a sifone ed un secondo galleggiante per il dispositivo di attivazione della pompa sommersa.

Pertanto, scopo principale della presente invenzione è quello di realizzare un gruppo di estrazione della condensa in una caldaia il quale sia compatto e che sia costituito dal minimo numero di componenti con la finalità di abbattere il più possibile i costi di produzione.

Secondo la presente invenzione viene realizzato, quindi, un gruppo di estrazione della condensa in una caldaia secondo quanto rivendicato nella rivendicazione 1 indipendente, oppure in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti, direttamente o indirettamente, dalla rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 illustra schematicamente una caldaia comprendente un gruppo di estrazione della condensa realizzato secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra una sezione longitudinale del gruppo di estrazione della condensa realizzato secondo la presente invenzione;

- la figura 3 illustra una prima configurazione del gruppo di estrazione della condensa mostrato in figura 2; - la figura 4 mostra una seconda configurazione del gruppo di estrazione della condensa mostrato in figura 2;

- la figura 5 illustra una terza configurazione del gruppo di estrazione della condensa mostrato in figura 2;

- la figura 6 mostra una quarta configurazione del gruppo di estrazione della condensa mostrato in figura 2; e - la figura 7 illustra una quinta configurazione del gruppo di estrazione della condensa mostrato in figura 2.

In figura 1, con 100 è indicata, come esempio non esaustivo, una caldaia a condensazione comprendente un gruppo di estrazione della condensa 10 realizzato secondo i dettami della presente invenzione.

Come è noto, in una caldaia a condensazione si può recuperare gran parte del calore latente dei fumi espulsi con il camino.

In queste caldaie la particolare tecnologia della condensazione consente, infatti, di raffreddare i fumi fino a farli tornare allo stato di liquido saturo (o in taluni casi a vapore umido), con un relativo notevole recupero di calore. In questo modo la temperatura dei fumi di uscita (che si abbassa a circa 40°C) è prossima alla temperatura di mandata dell’acqua, di molto inferiore, quindi, ai 140°C÷160°C delle caldaie ad alto rendimento, e ai 200°C÷250 C delle caldaie tradizionali.

E’ possibile lavorare con tali temperature dei fumi, quindi condensare, in quanto le caldaie a condensazione utilizzano scambiatori di calore realizzati con metalli resistenti all’acidità della condensa. I fumi scaricati a bassa temperatura non permettono però il tiraggio naturale del camino e vanno espulsi grazie ad un ventilatore inserito a monte del bruciatore. Si ha, quindi, una linea fumi in pressione che deve essere a tenuta.

Sia detto per inciso che, comunque, tutte le osservazioni che seguiranno sono applicabili non solo a caldaie a condensazione, a cui si fa esplicito riferimento, ma anche a qualsiasi tipo di caldaia in cui prende luogo il fenomeno della condensazione di almeno una parte dei fumi di scarico.

La caldaia a condensazione 100 di figura 1 comprende, in maniera tradizionale, un carter esterno 101 contenente al suo interno un bruciatore premix 102, uno scambiatore di calore 103 sovrastante un pozzetto di raccolta della condensa 105 ed un tubo di scarico fumi 106 munito di un ventilatore (non illustrato).

Più in dettaglio si può dire che al bruciatore premix 102 sono collegati un condotto di alimentazione dell’aria comburente 102A ed un condotto di alimentazione di un gas combustibile 102B.

Lo scambiatore di calore 103, a sua volta, è collegato idraulicamente con un condotto di ritorno 103A dall’impianto di riscaldamento (non illustrato), e con un condotto di mandata 103B all’impianto di riscaldamento stesso.

Il citato gruppo di estrazione della condensa 10 è allacciato idraulicamente al pozzetto di raccolta della condensa 105.

Come mostrato in maggior dettaglio in figura 2, il gruppo 10 comprende un tubo di immissione 11 della condensa ed un tubo di scarico 12 della condensa stessa. Questo tubo di scarico 12 può essere eventualmente allacciato idraulicamente ad una linea di scarico acque (non illustrata).

Il tubo di immissione è provvisto di un raccordo 11A che ne consente l’attacco al fondo del pozzetto di raccolta della condensa 105.

Il gruppo 10 comprende, inoltre, un corpo principale cavo 13 che è possibile pensare come costituito da un primo ramo 13A, a cui è allacciato il tubo di immissione 11 mediante rispettivi primi attacchi rapidi, e da un secondo ramo 13B collegato idraulicamente con il tubo di scarico 12 mediante rispettivi secondi attacchi rapidi.

I due rami 13A e 13B sono separati tra loro da un setto di separazione 14. L’insieme dei due rami 13A e 13B forma sostanzialmente il corpo di un sifone. Quindi il tubo di immissione 11, il corpo del sifone (dato dai due rami 13A e 13B) ed il tubo di scarico 12 sono conformati sostanzialmente come un tipico sifone.

Tra il bordo inferiore 14A del setto di separazione 14 ed un fondello 15 amovibile si viene a formare una apertura 16 la quale, in uso, viene attraversata dalla condensa (si veda oltre).

La parte alta del ramo 13A ospita una sede 17 di un galleggiante 20 che, per gravità, si appoggia ad un bordo 18A di una apertura 18.

Si noti, inoltre, che il galleggiante 20 è più stretto della sede 17, ma è più largo dell’apertura 18.

In altre parole, se la sede 17 presenta un asse verticale di simmetria (Z1), il galleggiante 20 ha un asse verticale di simmetria (Z2) il cui massimo spostamento dall’asse (Z1) è dato da una eccentricità (E).

Pertanto, tra la superficie interna di tale sede 17 e la superficie esterna del galleggiante 20 si forma una camera 19 chiusa in basso del bordo 18A dell’apertura 18. Il galleggiante 20, a causa del suo peso, andrà a tappare l’apertura 18 appoggiandosi sul bordo 18A.

Poiché la sede 17 ed il galleggiante 20 sono entrambi cilindrici essi si toccheranno, eventualmente, lungo una generatrice 20A del galleggiante 20 stesso. Inoltre, il bordo 18A è inclinato di un angolo (α) rispetto alla parete verticale della sede 17. Quindi la suddetta camera 19 continua anche al di sotto del galleggiante 20.

Si noti come la forma della camera 19 può variare nel tempo e non sempre il galleggiante 20 è tangente alla sede 17 lungo la suddetta generatrice 20A.

Riassumendo, la camera 19 è racchiusa tra la superficie cilindrica interna della sede 17, la superficie laterale cilindrica esterna 20B del galleggiante 20 (con la eventuale eccezione della generatrice di contatto tra il galleggiante 20 e la rispettiva sede 17), il bordo 18A ed una porzione 20C del fondo del galleggiante 20 stesso.

Grazie all’inclinazione del bordo 18A dell’angolo (α) rispetto alla parete verticale della sede 17 al di sotto del galleggiante 20 si forma una sorta di sacca 21, sempre appartenente alla camera 19 che, come vedremo meglio quando sarà spiegato il funzionamento del gruppo di estrazione 10, si riempirà progressivamente di condensa (si veda oltre).

Un sensore 30, attaccato alla parete esterna del ramo 13A, rileva, istante per istante, la posizione in altezza del galleggiante 20 per delle ragioni che saranno chiarite meglio in seguito.

La parte alta del secondo ramo 13B si allarga per formare la voluta 40 di una pompa 41.

Oltre alla voluta 40, la pompa 41 comprende gli elementi che sono mostrati schematicamente in figura 2, e cioè un rotore 42, una bocca di aspirazione 43 della condensa ed una bocca di mandata 44 delle condensa stessa; quest’ultima essendo collegata idraulicamente al tubo di scarico 12.

Si noti, altresì, che il corpo principale 13 vantaggiosamente, ma non necessariamente, può essere realizzato di pezzo, per esempio in un materiale plastico, chiuso semplicemente in basso dal fondello 15 amovibile che può conformarsi come un semplice tappo calzato sul corpo principale 13 ed avente un O-Ring 15A di tenuta.

La presenza del fondello 15 amovibile consente di aprire il corpo principale 13 per effettuare periodiche ispezioni ed eventuali pulizie del corpo principale 13 stesso.

Il corpo principale 13, può essere ottenuto vantaggiosamente, ma non necessariamente, mediante un processo di stampaggio ad iniezione di un materiale plastico.

Il corpo principale 13, quindi, comprende una prima porzione (la voluta 40) adibita ad accogliere il rotore 42 della pompa 40 di scarico della condensa, ed una seconda porzione (la sede 17) che contiene al suo interno il galleggiante 20.

Come abbiamo detto, il tubo di immissione 11 ed il tubo di scarico 12 sono allacciati al corpo principale mediante rispettivi attacchi rapidi visibili in figura 2 ma che non saranno descritti in maggior dettaglio perché di tipo noto.

Il funzionamento del gruppo di estrazione della condensa 10 secondo l’invenzione verrà adesso descritto con riferimento alle allegate figure 3-7 in cui sono mostrate cinque differenti configurazioni che può assumere il gruppo.

In figura 3 è mostrato il gruppo di estrazione della condensa 10 nella sua configurazione iniziale, quando, cioè, non si è avuta ancora una considerevole formazione di condensa nella caldaia. Si noti come in questo caso il galleggiante 20 chiuda a tappo l’apertura 18 impedendo la fuoriuscita dei fumi di combustione per esempio attraverso il condotto di scarico 12.

Come mostrato in figura 4 ad un certo punto incomincia ad arrivare la condensa nella sede 17 scendendo per gravità dal pozzetto 105 (figura 1) attraverso il tubo di immissione 11 (freccia (F1)). La sede 17, quindi, comincia a riempirsi di condensa che va ad occupare la camera 19 la cui geometria è stata definita precedentemente. Ancora la spinta idrostatica esercitata dalla condensa presente nella camera 19 sul galleggiante 20 non riesce ad alzare il galleggiante 20 stesso.

In figura 5 è mostrata, invece, la condizione in cui la condensa, continuando ad arrivare bagna progressivamente una superficie sempre più ampia della superficie del galleggiante 20 finché quest’ultimo si alza per effetto della spinta idrostatica della condensa scoprendo l’apertura 18 attraverso cui adesso può defluire la condensa stessa in modo da riempire la parte inferiore del corpo principale 13. Per il principio dei vasi comunicanti il livello del pelo libero della condensa è uguale nei due rami 13A e 13B. In questa configurazione è la condensa stessa ad impedire l’uscita dei fumi di combustione, per esempio dal condotto di scarico 12.

Nella configurazione illustrata in figura 6 il livello della condensa si alza ulteriormente. Il galleggiante 20 continua quindi ad alzarsi fino a quando non raggiunge una altezza tale da far partire la pompa 41 per lo svuotamento del corpo pompa 13 attraverso il condotto di scarico 12 (freccia (F2)).

Come si è detto, l’altezza del galleggiante 20 rispetto al fondello 15 viene rilevata istante per istante dal sensore 30 che invia un segnale ad una centralina elettronica di controllo (non illustrata), la quale genera un comando di azionamento della pompa 41 non appena un certo valore dell’altezza del galleggiante rispetto al fondello 15 viene superato.

Quando il livello della condensa scende (figura 7), perché, per esempio, la caldaia è stata spenta, il galleggiante 20 si abbassa di nuovo ed il sensore 30 genera un segnale atto ad arrestare la pompa 41. In buona sostanza il sistema si è riportato nella configurazione mostrata in figura 5.

Dall’osservazione di figura 7 si può evincere il fatto che le posizioni relative del galleggiante 20 e della pompa 41 fanno in modo che la pompa 41 non si attivi mai a secco. In altre parole, bisogna fare in modo che la pompa 41 si possa attivare soltanto quando la sua bocca di aspirazione 43 pesca correttamente nella condensa che si è depositata nel corpo principale 13. Ciò si ottiene soltanto quando la bocca di aspirazione 43 costruttivamente si trova sempre al di sotto del fondo del galleggiante 20.

Il principale vantaggio del presente gruppo di estrazione della condensa consiste nell’estrema compattezza ed economicità della soluzione dovute all’integrazione di due funzioni diverse in un unico galleggiante, il quale viene utilizzato, quindi, sia come elemento di sicurezza al passaggio fumi, sia come dispositivo di attivazione del motore della pompa di svuotamento.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di estrazione (10) della condensa in una caldaia (100); gruppo di estrazione (10) comprendente: (f1) un dispositivo a sifone (13) atto ad impedire l’uscita dei fumi dallo scarico condensa; (f2) mezzi di raccolta (13) della condensa; (f3) mezzi di pompaggio (40, 41) per lo scarico della condensa stessa; e (f4) mezzi di comando (30) di detti mezzi di pompaggio (41) in funzione del livello della condensa in detti mezzi di raccolta (41); gruppo di estrazione caratterizzato dal fatto che detto dispositivo a sifone (13), detti mezzi di raccolta (13) della condensa e detti mezzi di pompaggio (40, 41) sono integrati in una unica apparecchiatura compatta.
2. 2. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il galleggiante (20) del dispositivo a sifone (13) ha sia la funzione di elemento di sicurezza al passaggio fumi, sia la funzione di dispositivo attivatore di detti mezzi di pompaggio (40, 41).
3. 3. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo a sifone (13) comprende un corpo principale cavo (13) comprendente un primo ramo (13A), a cui è allacciato un tubo di immissione (11) della condensa, ed un secondo ramo (13B) collegato idraulicamente con un tubo di scarico (12) della condensa stessa.
4. 4. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto primo ramo (13A) ospita una sede (17) di un galleggiante (20) che, per gravità, si appoggia ad un bordo (18A) di una apertura (18), e che detto secondo ramo (13B) si allarga per formare la voluta (40) di una pompa (41).
5. 5. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato alla rivendicazione 3 o alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto corpo principale cavo (13) è realizzato di pezzo.
6. 6. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto corpo principale cavo (13) è ottenuto mediante un processo di stampaggio ad iniezione di un materiale plastico.
7. 7. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato alla rivendicazione 5 o alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto corpo principale cavo (13) è chiudibile mediante un fondello (15) amovibile.
8. 8. Gruppo di estrazione (10), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 4-7, caratterizzato dal fatto che la bocca di aspirazione (43) di detti mezzi di pompaggio (40, 41) si trova al di sotto del fondo di detto galleggiante (20).
9. 9. Caldaia (100) caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un gruppo di estrazione (10) della condensa come rivendicato in qualsiasi delle rivendicazioni 1-8.
10. 10. Caldaia (100), come rivendicato alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di essere una caldaia (100) a condensazione.