ITMI960053U1 - IMPROVEMENTS MADE TO A WATER HEATER BURNER WATER HEATER GAS BOILER - Google Patents
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Description
DESRIZIONE DEL MODELLO DI UTILITÀ' UTILITY MODEL DESCRIPTION
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato riguarda un dispositivo destinato ad equipaggiare le caldaie alimentate a gas. Esso concerne più particolarmente i bruciatori montati negli scaldaacqua, gli scaldabagni e le caldaie a gas e che realizzano in seno ad una camera, la combustione naturale o assistita di una premiscela costituita da un comburente, in particolare dell'aria, e di un carburante, in particolare del tipo gas. The present invention relates to a device intended to equip gas-fired boilers. It concerns more particularly the burners mounted in water heaters, water heaters and gas boilers and which carry out, within a chamber, the natural or assisted combustion of a premix consisting of a comburent, in particular air, and a fuel, in particular of the gas type.
Il bruciatore, oggetto del trovato, cerca di realizzare contemporaneamente un doppio scopo, da una parte, una diminuzione delle emissioni di contaminanti delle fiamme, e d'altra parte, una stabilizzazione delle fiamme, pur rispettando le condizioni ottimali fisiche e meccaniche della combustione. Pertanto, il bruciatore atmosferico nel suo dimensionamento deve: The burner, object of the invention, seeks to achieve at the same time a dual purpose, on the one hand, a decrease in the emissions of contaminants from the flames, and on the other hand, a stabilization of the flames, while respecting the optimal physical and mechanical conditions of combustion. Therefore, the atmospheric burner in its dimensioning must:
- garantire un flusso e un trascinamento ottimale delle speci gassose, comburente e carburante, - guarantee an optimal flow and entrainment of the gaseous, oxidizing and fuel species,
- ridurre le perdite di carico idrauliche, - reduce hydraulic pressure losses,
- aumentare il tasso relativo del comburente primario. - increase the relative rate of the primary oxidizer.
I dispositivi bruciatori noti comportano generalmente una batteria di rampe ottenute per imbutitura di una lamiera metallica e alla sommità delle quali si realizza la combustione del carburante, in particolare del gas, in seno ad un comburente, in particoalre dell'aria. Tuttavia, queste disposizioni di bruciatori sono di architettura rudimentale, come una successione di canali rettilinei il cui profilo non favorisce affatto il rendimento della combustione con l'apporto di aria secondaria in seno alla miscela composta dal combustibile e dall'aria primaria. Inoltre, questa disposizione non è ottimale per la condotta della combustione e principalmente al livello della stabilità della fiamma e della sua omogeneità. Known burner devices generally comprise a battery of ramps obtained by drawing a metal sheet and at the top of which the combustion of the fuel, in particular of the gas, takes place within a comburent, in particular of the air. However, these burner arrangements are of rudimentary architecture, like a succession of rectilinear channels whose profile does not in any way favor the efficiency of combustion with the addition of secondary air within the mixture composed of the fuel and the primary air. Furthermore, this arrangement is not optimal for the combustion conduct and mainly at the level of the flame stability and its homogeneity.
II presente trovato ha dunque per scopo di rimediare a questi inconvenienti, proponendo un dispositivo bruciatore tale che l'aria secondaria necessaria alla combustione completa sia miscelata intimamente, in parte o in totalità, al volume d'aria presente alla uscita del bruciatore, questo essendo composto in proporzione adeguata dal combustibile da infiammare e dall'aria primaria di combustione associata, permettendo così di stabilizzare e di mantenere aderenti le fiamme all' uscita del bruciatore. The present invention therefore has the purpose of remedying these drawbacks by proposing a burner device such that the secondary air necessary for complete combustion is intimately mixed, in part or in whole, with the volume of air present at the outlet of the burner, this being composed in adequate proportion of the fuel to be ignited and the associated primary combustion air, thus allowing the flames to stabilize and keep adhering to the burner outlet.
A tale fine, il bruciatore atmosferico oggetto del trovato, è caratterizzato da ciò che è costituito da almeno un tubo di venturi, di preferenza inclinato, che alimenta con premiscela aria-gas almeno una camera, l'inclinazione e le dimensioni del tubo di venturi essendo scelte in modo da realizzare un tasso di aerazione di aria primaria circa stechiometrico e di preferenza superiore a circa 0,8 ed a garantire un profilo omogeneo di portata del bruciatore. To this end, the atmospheric burner according to the invention is characterized in that it consists of at least one venturi tube, preferably inclined, which supplies with an air-gas premix at least one chamber, the inclination and dimensions of the venturi tube. being chosen so as to achieve an approximately stoichiometric primary air aeration rate and preferably higher than about 0.8 and to ensure a homogeneous flow rate profile of the burner.
Le caratteristiche del bruciatore secondo il trovato, come sopra definito, permettono di ottenere una riduzione importante di tassi di NOx. The characteristics of the burner according to the invention, as defined above, allow to obtain a significant reduction in NOx levels.
Altre caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno dalla descrizione che segue, in relazione ai disegni allegati che ne illustrano un esempio di realizzazione privo di qualsiasi carattere limitativo. Nelle figure: Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description, in relation to the attached drawings which illustrate an exemplary embodiment without any limiting character. In the figures:
- la figura 1 è una vista in elevazione frontale e in sezione, di un bruciatore secondo il trovato; Figure 1 is a front elevation and sectional view of a burner according to the invention;
- la figura 2 è una vista in elevazione frontale e in sezione, di un bruciatore secondo una variante del trovato ; Figure 2 is a front elevation and sectional view of a burner according to a variant of the invention;
- la figura 3 è una vista in prospettiva di una uscita di fiamma al disopra del bruciatore, oggetto del trovato; Figure 3 is a perspective view of a flame outlet above the burner, object of the invention;
- la figura 4 è una vista in prospettiva di una variante di uscita di fiamma al disopra del bruciatore, oggetto del trovato; Figure 4 is a perspective view of a variant of the flame outlet above the burner, object of the invention;
- la figura 5 è una vista dall'alto e in sezione, di un bruciatore secondo il trovato; Figure 5 is a sectional top view of a burner according to the invention;
- la figura 6 è una vista in elevazione laterale e in sezione, di un bruciatore secondo il trovato. Figure 6 is a side elevation and sectional view of a burner according to the invention.
Secondo una forma di realizzazione preferita del bruciatore, oggetto del trovato, questo comporta un tubo di venturi 1, ottenuto dall'unione di due semigusci 2, 3 realizzati per imbutitura di una lamiera metallica, in particolare una lamiera alluminata, di acciaio inossidabile refrattario o ceramica. Il tubo di venturi è di forma complessa, esso si scompone nel seguente modo: According to a preferred embodiment of the burner, object of the invention, this involves a venturi tube 1, obtained by joining two half-shells 2, 3 made by drawing a metal sheet, in particular an aluminized sheet, of refractory stainless steel or ceramic. The venturi tube has a complex shape, it breaks down as follows:
- alla parte inferiore 4, una sezione anulare convergente 5, che deve essere posizionata al disopra dell'alimentazione di iniezione, - at the lower part 4, a converging annular section 5, which must be positioned above the injection feed,
- questa sezione 5 è collegata ad una prima parte tubolare 6, cilindrica o leggermente conica e pure convergente. In questo esempio di realizzazione non limitativo, questa parte 6 si estende globalmente su metà della lunghezza della parte tubolare totale, - this section 5 is connected to a first tubular part 6, cylindrical or slightly conical and also convergent. In this non-limiting embodiment, this part 6 extends globally over half the length of the total tubular part,
- una seconda parte tubolare 7, collegata alla precedente, di lunghezza sensibilmente uguale in questo esempio di realizzazione non limitativo, conica ma divergente e collegata, - a second tubular part 7, connected to the previous one, of significantly equal length in this non-limiting embodiment, conical but divergent and connected,
- alla parte superiore 8, ad una sezione molto più svasata, che forma camera di miscelazione 9 e la cui sezione trasversale è sensiblmente rettangolare. - in the upper part 8, with a much more flared section, which forms the mixing chamber 9 and whose cross section is sensitively rectangular.
Di preferenza, le lunghezze dei differenti elementi del bruciatore, misurate lungo la linea di flusso della premiscela aria-gas verranno scelte secondo la seguente ripartizione: Preferably, the lengths of the different burner elements, measured along the flow line of the air-gas premix, will be chosen according to the following distribution:
- parte superiore 8 (camera di miscelazione 9: da 35 a 45%, - upper part 8 (mixing chamber 9: 35 to 45%,
- seconda parte tubolare 7: da 35 a 45%, - second tubular part 7: from 35 to 45%,
- prima parte tubolare 6: da 5 a 25%, - first tubular part 6: from 5 to 25%,
- parte inferiore 4: 5%. - lower part 4: 5%.
La parte frontale di questa camera di miscelazione è destinata a ricevere, in particolare per incastro, di preferenza relativamente stagno, un coperchio 10 realizzato in un materiale refrattario che potrebbe essere simile al tubo di venturi, munito di orifici 11. Questo coperchio 10 costituisce l'uscita delle fiamme e presenta una superficie superiore 12 il cui profilo è piano conformemente ad una prima forma di realizzazione, o conformemente ad una seconda forma di realizzazione, il profilo è conico o troncoconico. The front part of this mixing chamber is intended to receive, in particular by interlocking, preferably relatively watertight, a lid 10 made of a refractory material which could be similar to the venturi tube, equipped with orifices 11. This lid 10 constitutes the the flame outlet and has an upper surface 12 whose profile is flat according to a first embodiment, or according to a second embodiment, the profile is conical or frusto-conical.
Secondo il trovato, si utilizzerà di preferenza una uscita di fiamma di forma conica o troncoconica poiché permette di ottenere una fiamma stabile, "distaccata'', che genera dunque una scarsa perdita di carico sul flusso della miscela aria-gas e una bassa temperatura che riduce i tassi di NOx. According to the invention, a flame outlet with a conical or truncated cone shape will be preferably used since it allows to obtain a stable, "detached '' flame, which therefore generates a low pressure drop on the flow of the air-gas mixture and a low temperature which reduces NOx rates.
Secondo una caratteristica vantaggiosa del trovato, gli orifici il disposti uniformemente sull'uscita di fiamma 10 piana o conica sono costituiti da fenditure 13 trasversali all'asse longitudinale dell'uscita di fiamma e/o di fori.14. Secondo il trovato, la configurazione geometrica, la ripartizione, le dimensioni delle fenditure e dei fori 13, 14 sono adattate in funzione delle esigenze di stabilità delle fiamme. According to an advantageous feature of the invention, the orifices 11 arranged uniformly on the flat or conical flame outlet 10 are constituted by slits 13 transversal to the longitudinal axis of the flame outlet and / or holes. 14. According to the invention, the geometric configuration, the distribution, the dimensions of the slits and holes 13, 14 are adapted according to the stability requirements of the flames.
La configurazione di un tubo di venturi 1 munito di una uscita di fiamma 10 conica, troncoconica o piana, come precedentemente descritto, assicura un tasso di aerazione di aria primaria circa stechiometrico e di preferenza superiore a circa 0,8. The configuration of a venturi tube 1 provided with a conical, frusto-conical or flat flame outlet 10, as previously described, ensures an approximately stoichiometric primary air aeration rate and preferably greater than about 0.8.
Il bruciatore, oggetto del trovato, è ottenuto dalla giustapposizione di una pluralità di moduli 15 composti da almeno un tubo di venturi, l'assemblaggio essendo effettuato tramite dei piani di giunzione 16, costituiti quando vengono resi solidali i due semigusci 2,3. The burner, object of the invention, is obtained by juxtaposing a plurality of modules 15 composed of at least one venturi tube, the assembly being carried out by means of junction surfaces 16, formed when the two half-shells 2,3 are made integral.
In tal modo, conformemente a una forma di realizzazione preferita, un modulo 15 può ssere costituito da un tubo di venturi 1 o, conformemente ad un'altra forma di realizzazione, da due tubi di venturi, inclinati in senso inverso, che formano un angolo divergente rispetto agli orifici di iniezione, disposti nella parte inferiore del bruciatore. Thus, according to a preferred embodiment, a module 15 can be constituted by a venturi tube 1 or, according to another embodiment, by two reverse-inclined venturi tubes which form an angle. diverging with respect to the injection orifices, arranged in the lower part of the burner.
Conformemente ad una prima variante (figura 1), ogni modulo 15 singolo munito di un tubo di venturi conserva la sua propria camera di miscelazione 9 e la sua propria uscita di fiamma 10 piana, conica o troncoconica e conformemente ad una seconda variante (figura 2), in una applicazione costituita da un modulo doppio, i due tubi di venturi 1 mettono in comune ciascuna delle loro camere di miscelazione 9 nella parte superiore e nella zona in prossimità dell'asse di simmetria centrale 17, le uscita di fiamma 10 sono pure riunite in modo da conformare un coperchio unico e che presenta pure un profilo piano, conico o troncoconico. According to a first variant (Figure 1), each individual module 15 equipped with a Venturi tube retains its own mixing chamber 9 and its own flat, conical or truncated conical flame outlet 10 and in accordance with a second variant (Figure 2 ), in an application consisting of a double module, the two venturi tubes 1 share each of their mixing chambers 9 in the upper part and in the area near the central symmetry axis 17, the flame outputs 10 are also joined so as to form a single lid and which also has a flat, conical or truncated cone profile.
Conformemente ad un'altra caratteristica vantaggiosa del trovato, i tubi di venturi 1 dei moduli singolo o doppio sono disposti secondo un angolo divergente compreso tra 0 e 30°, di preferenza di circa 15° rispetto all'asse di simmetria 17. According to another advantageous feature of the invention, the venturi tubes 1 of the single or double modules are arranged according to a diverging angle of between 0 and 30 °, preferably of about 15 ° with respect to the axis of symmetry 17.
Il trovato sopra descritto presenta numerosi vantaggi, come in particolare l'ottenimento di una fiamma primaria di combustione circa stechiometrica la cui zona di contatto con la superficie di uscita è piccola e dunque poco propizia al riscaldamento, e di una fiamma secondaria di combustione sovrastechiometrica nella quale è realizzata l'ossidazione dei prodotti prodotti dalla combustione primaria. The invention described above has numerous advantages, such as in particular the obtainment of an approximately stoichiometric primary combustion flame whose area of contact with the outlet surface is small and therefore not very suitable for heating, and of a secondary over-close combustion flame in the which is achieved the oxidation of the products produced by primary combustion.
Beninteso il presente trovato non è limitato agli esempi di realizzazione sopra descritti e rappresentati, ma include al contrario tutte le varianti. E' così che, la seconda parte tubolare 7 del bruciatore secondo l'esempio di realizzaiozne sopra descritto può essere integrata alla camera di miscelazione 9, costituendo così una zona conica di sezione ellittica e superficie variabile. In questo caso, detta zona conica di sezione ellittica e superficie variabile ha una lunghezza che rappresenta il 70% della lunghezza totale del bruciatore, misurata lungo la linea di flusso della miscela aria-gas. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described and represented above, but on the contrary includes all the variants. Thus, the second tubular part 7 of the burner according to the embodiment example described above can be integrated with the mixing chamber 9, thus constituting a conical zone with an elliptical section and variable surface. In this case, said conical zone of elliptical section and variable surface has a length that represents 70% of the total length of the burner, measured along the flow line of the air-gas mixture.
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