ITMI952228A1

ITMI952228A1 - Riscaldatore di acqua con un bruciatore catalitico a gas

Info

Publication number: ITMI952228A1
Application number: IT95MI002228A
Authority: IT
Inventors: Walter Daniel; Walter Lehr; Martin Klopfer; Wilhelm Eckert
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1994-11-12
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-04-27
Also published as: DE4440494A1; GB2295008B; ITMI952228A0; JPH08233365A; IT1275821B1; GB9522164D0; GB2295008A

Abstract

L'invenzione si riferisce ad un riscaldatore di acqua con un bruciatore catalitico a gas, il quale presenta almeno due catalizzatori (12, 14, 16) inseriti uno dietro l'altro, nei quali rispettivamente una parte del combustibile complessivamente alimentato viene consumato per reazione ed ai quali è rispettivamente associato uno scambiatore di calore (38, 40) che raffredda la miscela gassosa in uscita.Si propone di alimentare separatamente il combustibile in quantità parziali ai singoli catalizzatori (12, 14, 16), per cui, in tutti gli stadi di catalizzazione, il combustibile reagisce interamente e non si formano dei prodotti di combustione indefiniti. (Figura 1)

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione si riferisce ad un riscaldatore di acqua secondo il tipo della rivendicazione principale. Nei bruciatori con almeno due catalizzatori, il combustibile viene gradualmente consumato per reazione e la miscela gassosa viene raffreddata in modo intermedio dopo ogni stadio, per cui ne risulta un favorevole rapporto fra il rendimento di combustione e la temperatura di combustione ovvero dei gas di scarico. Nel caso di una nota realizzazione di un riscaldatore di acqua del tipo citato all'inizio (DE 33 32 572 Al), la quantità complessiva del combustibile prevista per la combustione viene alimentata sul lato d'entrata al primo catalizzatore disposto a monte, mentre l'aria di combustione necessaria allo scopo viene distribuita in quantità parziali ai singoli catalizzatori. In questo modo, nel primo catalizzatore avviene una combustione incompleta che può sporcare il catalizzatore e degli adiacenti elementi funzionali e ciò può inoltre provocare dei problemi di raffreddamento, nel caso dovesse rimanere il vantaggio ottenuto mediante la reazione a stadi della limitazione della temperatura dei gas di scarico.

Vantaggi dell'invenzione

La disposizione secondo l'invenzione con le caratteristiche caratterizzanti della rivendicazione principale presenta rispetto a quanto detto il vantaggio che, anche nel primo catalizzatore, si verifica una combustione pulita della quantità parziale di combustibile alimentato parzialmente e non si formano dei prodotti di combustione indefiniti. Mediante l’alimentazione parziale del combustibile, il bruciatore risulta ottimamente regolabile nei limiti prestabiliti dalla pressione del gas. Nella regolazione deve essere compreso anche il raffreddamento del flusso di miscela che fuoriesce dai catalizzatori alla temperatura desiderata per la miscelazione con le quantità parziali di combustibile alimentate. Con la realizzazione delle aperture di uscita del combustibile quali ugelli dosatori, una volta che il diametro degli ugelli è stato stabilito, le quantità parziali ed il loro reciproco rapporto risultano dipendenti solo dalla pressione del gas.

Le sottorivendicazioni si riferiscono a dei vantaggiosi ulteriori perfezionamenti nonché a delle realizzazioni vantaggiose della disposizione secondo la rivendicazione principale.

Nel caso di una realizzazione preferita, la quantità di aria di combustione richiesta per il completo consumo per reazione del combustibile in tutti i catalizzatori viene condotta in una camera di miscelazione disposta a monte del primo catalizzatore. L'eccesso di aria che si forma in questo modo raffredda il primo catalizzatore, per cui le temperature di reazione non possono aumentare fino ad un campo di temperatura che risulta dannoso per quanto riguarda la formazione di N0X e soprattutto il comportamento funzionale e la durata utile del catalizzatore.

La miscela aria-gas di scarico che scorre fuori dal primo catalizzatore viene successivamente raffreddata in misura tale, per cui, anche nel secondo catalizzatore, le temperature di reazione non raggiungono l'ambito dannoso di temperatura. Il funzionamento per tutti gli eventuali catalizzatori successivi si svolge in modo analogo.

Una realizzazione vantaggiosa per quanto riguarda la possibilità di conformazione dei catalizzatori nonché il montaggio e la pulizia del bruciatore, ne risulta quando il combustibile viene inserito in camere di miscelazione a monte dei catalizzatori per mezzo di un sistema di condotti applicato esternamente all ' involucro del bruciatore.

Una realizzazione compatta del bruciatore si ottiene quando il combustibile è alimentato attraverso un tubo per il combustibile che passa centralmente attraverso i catalizzatori ed è provvisto di aperture di parete nella zona delle camere di miscelazione, disposte a monte dei catalizzatori.

Il raffreddamento della miscela aria-gas di scarico mediante l'acqua da riscaldare può avvenire tramite una parete di camera di combustione raffreddata nelle corrispondenti zone. In questo caso, per il miglioramento del passaggio del calore si può prevedere costruttivamente una fessura anulare corrispondentemente piccola, attraverso la quale la miscela gassosa viene alimentata lungo la parete dell'involucro del bruciatore. Una realizzazione più semplice dell'involucro del bruciatore è possibile quando gli scambiatori di calore sono disposti nelle camere di miscelazione dei catalizzatori.

Per avviare il bruciatore viene proposto il fatto di prevedere un dispositivo di accensione in una camera di miscelazione disposta a monte del primo catalizzatore. L'accensione avviene preferibilmente nel caso di un rendimento del bruciatore fortemente ridotto . I catalizzatori vengono portati alla temperatura di funzionamento mediante i gas di scarico caldi che si formano in questo modo . Dopo lo spegnimento della fiamma a causa di una breve interruzione dell ' alimentazione del combustibile, la miscela di aria-combustibile viene insufflata nel catalizzatore riscaldato e consumato per reazione. Quando il dispositivo di accensione è disposto a valle del primo catalizzatore e preferibilmente a monte dell'imbocco del combustibile per il secondo catalizzatore, dopo un breve periodo di tempo, il primo catalizzatore si riscalda i misura tale, per cui la miscela di aria-combustibile reagisce all’interno del catalizzatore. Successivamente la fiamma si spegne da sola, per cui il bruciatore continua a lavorare in modo puramente catalitico.

Un'alternativa è costituita dal fatto di realizzare metallici il primo catalizzatore e, se necessario, tutti i catalizzatori. I catalizzatori possono poi essere portati alla temperatura di funzionamento mediante un riscaldamento elettrico, mentre non si necessita di un dispositivo di accens ione .

In un ulteriore perfezionamento dell ' invenzione si propone di aspirare mediante un ' azione ad iniettore le quantità parziali di combustibile, dosate per i singoli catalizzatori, dall'aria di combustione alimentata mediante ugelli ovvero dalla miscela gassosa alimentata nei tubi di miscelazione disposti prima dei catalizzatori. Nel caso di questa realizzazione, il rapporto della quantità aspirata di combustibile rispetto all'aria di passaggio di combustione, ovvero rispetto alla miscela gassosa di passaggio, viene stabilito solo dal rapporto dei rispettivi diametri degli ugelli e dei tubi di miscelazione nonché indipendente dal rendimento impostato del bruciatore.

Un'ulteriore alternativa per la realizzazione dell'idea dell'invenzione indicata nella rivendicazione principale consiste nel fatto che, anche la quantità di aria di combustione necessaria per il completo consumo per reazione del combustibile, viene alimentata parzialmente in quantità parziali ai singoli catalizzatori.

Al posto di prevedere rispettivamente un separato catalizzatore ed uno scambiatore di calore, per ogni stadio di catalizzazione si può prevedere un gruppo costruttivo che riunisce in sé i due elementi funzionali. Esso può essere un trasmettitore di calore rivestito cataliticamente di metallo o di ceramica. Quale fluido di raffreddamento può essere impiegata dell'acqua od anche dell'aria di combustione. Per tali trasmettitori di calore si possono prevedere svariate forme costruttive, come, per esempio, lo scambiatore di calore a tubo alettato, lo scambiatore di calore a tubo elicoidale, lo scambiatore di calore a fascio tubiere o lo scambiatore di calore a piastre. Mediante una tale unione del catalizzatore e dello scambiatore di calore, in modo da realizzare un comune gruppo costruttivo ovvero un'unità funzionale, la costruzione del bruciatore può essere semplificata e si può ottenere una notevole riduzione del necessario volume del bruciatore.

Disegni

Tre esempi esecutivi dell ' invenzione sono illustrati nei disegni e verranno descritti più dettagliatamente nella seguente descrizione . Nei disegni:

- le figg- 1 a 3 illustrano in modo schematico rispettivamente uno degli esempi esecutivi in sezione longitudinale ovvero in sezione parziale.

Descrizione degli esempi esecutivi Il riscaldatore di acqua secondo la f ig . 1 presenta un involucro cilindrico 10 del bruciatore, nel quale sono disposti ad una distanza assiale uno dopo l ’ altro un primo catalizzatore 12 e due ulteriori catalizzatori 14 e 16 differentemente dimensionati. Nell'involucro 10 del bruciatore si estende un condotto di alimentazione 18 per l'aria di combustione, il cui sbocco 20 si trova in una camera di miscelazione 22 disposta a monte del primo catalizzatore 12. A monte del secondo catalizzatore 14 è formata una camera di miscelazione 24 ed a monte del terzo catalizzatore 16 è formata una camera di miscelazione 26. L'involucro 10 del bruciatore, il quale involucro risulta aperto sul lato di testa disposto a monte, è circondato con uno strato isolante 28 sulla circonferenza di mantello e sul lato di testa disposto a monte.

In corrispondenza dell'involucro 10 del bruciatore è fissato esternamente un condotto 30 del combustibile, dal quale dei singoli condotti di diramazione 32, 34, 36 conducono radialmente nelle camere di miscelazione 22, 24, 26 e sboccano ivi in aperture di ugello differentemente dimensionate. Nelle camere di miscelazione 22, 24, 26 sono disposti degli scambiatori di calore 38, 40, 42 che si trovano in un sistema di tubazione conducente l'acqua da riscaldare e non meglio illustrato nel disegno. Nella camera di miscelazione 22 è previsto un dispositivo di accensione 44 per l'avviamento del bruciatore.

Durante il funzionamento del bruciatore, l'intera quantità di aria necessaria per la combustione viene insufflata nella camera di miscelazione 22 del primo catalizzatore 12. Nel contempo, nella camera di miscelazione 22 viene insufflata attraverso il condotto di diramazione 32 una quantità di combustibile che, a parità di un completo consumo per reazione nel catalizzatore 12, riscalda la miscela di ariacombustibile alla temperatura massima concessa nel catalizzatore. Dopo avere attraversato il catalizzatore 12, la miscela gassosa viene raffreddata dallo scambiatore di calore 38, per cui successivamente avviene un'ulteriore miscelazione del combustibile attraverso il condotto di diramazione 34. Lo scambiatore di calore 38 è dimensionato in modo tale, per cui la temperatura di miscelazione, che è composta dalla miscela gassosa e nuovamente dal combustibile alimentato e si forma prima del secondo catalizzatore 14, non risulta più bassa delle temperatura più bassa ammissibile per la reazione nel catalizzatore 14.

La quantità del combustibile insufflato nella camera di miscelazione 24 è dimensionata in modo tale, per cui, nel caso della sua trasformazione completa nel catalizzatore 14, non viene superata la sua temperatura massima ammissibile . I successivi processi dei due catalizzatori 14 e 16 si svolgono come descritto nel contesto del primo stadio di catalizzazione. Dopo il completo consumo per reazione del combustibile interamente alimentato, il calore residuo viene sottratto al gas di scarico attraverso lo scambiatore di calore 42. La grandezza ed il numero dei catalizzatori risulta, nel caso di un rendimento prestabilito del bruciatore, dalla differenza ammissibile fra la temperatura di entrata e quella di lavoro dei catalizzatori. Quest'ultima dipende a sua volta dalla temperatura ottimale di funzionamento nonché dalla temperatura favorevole per quanto riguarda la durata utile. Al posto dell'alimentazione unilaterale del combustibile ai singoli stadi di catalizzazione, si può anche verificare un'alimentazione con simmetria di rotazione, rispettivamente mediante una molteplicità di condotti di diramazione che sboccano in una camera di miscelazione, per cui viene ottenuta una migliore miscelazione dell'aria ovvero della miscela gassosa e del combustibile.

L'esempio esecutivo secondo la fig. 2 è una variante della realizzazione secondo la fig. 1 , in cui il combustibile viene alimentato sotto pressione attraverso un tubo centrale 44 del combustibile, il quale passa attraverso i catalizzatori 46 , 48 , 50. Il tubo 44 del combustibile, nella 2ona delle camere di miscelazione 52, 54, 56, è provvisto rispettivamente di una corona di aperture di parete 58, 60, 62, realizzate a forma di ugello, la cui sezione trasversale operativa è adattata alla quantità parziale del combustibile che viene alimentata in modo dosato ad ogni stadio di catalizzazione. L'alimentazione centrale dell'aria avviene attraverso un condotto anulare 64 che circonda il tubo del combustibile 44 e sbocca nella camera di miscelazione 52 del primo stadio di catalizzazione.

Nell'esempio esecutivo secondo la fig. 3, il combustibile viene aspirato dall'aria di combustione alimentata sotto pressione ai singoli stadi di catalizzazione. A tale scopo, ogni stadio di catalizzazione è provvisto di un tubo di miscelazione 66, 68, nella cui zona d'entrata è disposta l'apertura d’uscita 70, 72, ristretta a guisa di ugello, di un tubo centrale 74 di alimentazione dell’aria ovvero un vano di miscelazione 76 previsto sul lato d'uscita in corrispondenza dello stadio catalizzatore. Le aperture d'uscita 70, 72 sono circondate da dei condotti del combustibile 78, 80 o da un tubo centrale avvolgente per l'alimentazione del gas, i quali sboccano anch'essi nei tubi di miscelazione 66, 68. Mediante l’azione ad iniettore, l'aria ovvero la miscela gassosa aspira il combustibile nel tubo di miscelazione 66 ovvero 68, laddove il rapporto aria combustibile ovvero miscela gassosa e combustibile risulta ampiamente indipendente dal rendimento impostato del bruciatore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Riscaldatore di acqua con un bruciatore catalitico a gas , il quale presenta un primo catalizzatore ed almeno un secondo catalizzatore inserito a valle nel percorso di flusso dei gas di combustione, nei quali viene consumata per reazione rispettivamente una parte del combustibile complessivamente alimentato ed ai quali è associato rispettivamente uno scambiatore di calore che, attraversato dall'acqua da riscaldare, raffredda la miscela gassosa uscente, caratterizzato dal fatto che il combustibile viene guidato parzialmente in modo separato in quantità parziali in corrispondenza dei singoli catalizzatori {12, 14, 16 ovvero 46, 48, 50).
2 . Riscaldatore di acqua secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la quantità di combustione necessaria per il completo consumo per reazione del combustibile in tutti i catalizzatori <12, 14, 16) ovvero (46, 48, 50) viene guidata complessivamente in una camera di miscelazione (22 ovvero 52) disposta a monte del primo catalizzatore (12 ovvero 46).
3. Riscaldatore di acqua secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il combustibile viene guidato in una camera di miscelazione ( 22 , 24 , 26 ) prima dei catalizzatori ( 12 , 14, 16 ) , per mezzo di un sistema di tubazioni ( 30, 32, 34 , 36 ) applicato esternamente all'involucro (10) del bruciatore.
4. Riscaldatore di acqua secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il combustibile viene alimentato attraverso un tubo (44) del combustibile che passa centralmente attraverso i catalizzatori (46, 48, 50) e che è provvisto di aperture (58, 60, 62) di parete nella zona di camere di miscelazione (52, 54, 56) disposte prima dei catalizzatori (46, 48, 50).
5. Riscaldatore di acqua secondo le rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la quantità di aria di combustione alimentata giunge nel complesso nella camera di miscelazione (52) del primo catalizzatore (46) attraverso un canale anulare (64) che circonda il tubo (44) del combustibile.
6. Riscaldatore di acqua secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che gli scambiatori di calore ( 38, 40 ) sono disposti nelle camere di miscelazione ( 24, 26 ) dei catalizzatori ( 14, 16) .
7. Riscaldatore di acqua secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che, in una camera di miscelazione (22, 24 ovvero 52, 54) adiacente al primo catalizzatore (12 ovvero 46), è disposto un dispositivo di accensione (43) per l'avviamento del bruciatore.
8. Riscaldatore di acqua secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i catalizzatori sono realizzati metallici.
9. Riscaldatore di acqua secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le quantità parziali del combustibile, alimentate in modo dosato ai singoli catalizzatori, vengono aspirate, mediante azione ad iniettore, nei tubi di miscelazione (66, 68) disposti a monte dei catalizzatori dall'aria di combustione alimentata mediante ugelli (70, 72) ovvero dalla miscela gassosa alimentata.