ITMI972206A1 - Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

“Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento”

della

DESCRIZIONE

L’invenzione ha come oggetto una caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento.

La produzione di acqua calda in generale e per usi domestici in particolare ha suscitato in questi ultimi anni un interesse crescente da parte sia degli utenti finali sia dei produttori dei mezzi di riscaldamento per venire incontro alle nuove esigenze del mercato riguardanti le normative, i consumi, le emissioni nocive, gli ingombri, i costi e così via.

Le caldaie punto centrale di qualunque impianto di riscaldamento, sono quindi state sottoposte in questi ultimi anni a numerosi tentativi di riprogettazione da parte delle aziende del settore al fine di soddisfare un mercato sempre più esigente.

Ciononostante, le caldaie presenti sul mercato, pur rispondendo al problema tecnico esposto, presentano i seguenti svantaggi.

Gli ingombri non sono molto contenuti, spesso per la mancanza di una visione d’insieme nella progettazione riguardante il lay-out della macchina.

Le emissioni nocive, pur se molto più contenute rispetto al passato non sempre soddisfano i nuovi requisiti di legge che diventano sempre più restrittivi sia in ambito nazionale, sia in ambito comunitario.

I consumi restano relativamente alti per la mancanza di un'alta efficienza nella combustione, come pure i costi di realizzazione e di esercizio per la quantità dei materiali impiegati e per una progettazione non sempre ottimale in tutti gli aspetti costruttivi.

Un ulteriore svantaggio è costituito dalla durata delle caldaie di tipo noto non eccessivamente lunga a causa dello scadimento nel tempo delle caratteristiche di alcuni dei suoi componenti principali, quali ad esempio gli scambiatori di calore.

Infine le moderne esigenze non solo normative , ma anche di utilizzo richiedono un controllo capillare di ogni parametro attinente al funzionamento della caldaia stessa complicando notevolmente l'elettronica di controllo che, se non adeguatamente progettata, può diventare un punto debole dell'intero impianto di riscaldamento.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti propri dello stato anteriore della tecnica.

L’invenzione ha quindi come oggetto una caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alia produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento, di elevato contenuto tecnologico, che permetta un drastico contenimento dei costi e degli ingombri complessivi mantenendo un’alta affidabilità di funzionamento, riducendo inoltre le emissioni nocive.

Brevemente, secondo l’invenzione, è stata realizzata una caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento, che comprende almeno uno scambiatore di calore lamellare le cui alette prevedono intagli posizionati ed inclinati verso il basso in modo da indirizzare il gocciolamento del condensato lontano dal fascio tubiero del suddetto scambiatore, dove la disposizione del suddetto fascio tubiera in unione alla forma delle alette realizza una pluralità di stadi di scambio termico; ed almeno un bruciatore ceramico dotato di un blocco di premiscelazione presentante almeno una flangia ed uno o più ugelli calibrati, di una pluralità di piastre forate a monte delle piastre ceramiche ove ha luogo la combustione, atte ad assicurare un’uniforme distribuzione della miscela aria-gas su tutta la superficie del suddetto bruciatore, e di un supporto dotato di guarnizione di tenuta idonea a consentire la dilatazione delle suddette piastre ceramiche.

La caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo l’invenzione, è caratterizzata dal fatto di presentare le caratteristiche descritte nella rivendicazione 1.

Con la caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo l'invenzione, si ottengono i seguenti vantaggi.

Le particolarità costruttive dello scambiatore di calore impiegato consentono un elevatissimo scambio termico per unità di superficie ed una maggiore durata e mantenimento nel tempo delle caratteristiche dello scambiatore stesso.

Per i medesimi valori di rendimento della caldaia si ha una riduzione in peso dello scambiatore compresa tra il 35 ed il 40%, con una durata minima di 15 anni anche grazie ad una conformazione che evita le cosiddette “zone morte” in cui la temperatura potrebbe elevarsi danneggiando lo scambiatore.

I fenomeni di "consunzione” o corrosione precoce da parte dei fumi nella parte superiore dello scambiatore e da parte del condensato nella parte inferiore sono ridotti a livelli non significativi.

Le emissioni nocive, in particolare quelle riguardanti i vari ossidi di azoto sono ridotte a livelli bassissimi se paragonate a quelle delle caldaie note nella tecnica di pari potenza.

La silenziosità durante il funzionamento, la buona elasticità in un ampio campo di potenza unite alle dimensioni estremamente ridotte della camera di combustione, costituiscono ulteriori importanti vantaggi della caldaia perfezionata secondo l’invenzione.

Inoltre l’adozione di particolari soluzioni costruttive ha permesso una riduzione del 30% del materiale ceramico necessario alla realizzazione del bruciatore.

Gli ingombri globali sono radicalmente ridotti rispetto alle caldaie note di pari potenza, grazie ad uno studio del lay-out della caldaia teso ad integrare e ad ottimizzare i singoli componenti della caldaia secondo l'invenzione.

La qualità del controllo sul funzionamento della caldaia secondo l’invenzione è elevata per un impiego attento e preciso delle moderne logiche di controllo presenti sul mercato.

Da quanto è stato illustrato si deduce facilmente per la caldaia secondo l'invenzione, l’esistenza di ottimi rapporti costo/prestazioni e costo/durata a vantaggio sia del produttore sia dell'utente finale.

Ulteriori caratteristiche, vantaggi e dettagli della caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo l'invenzione, risulteranno meglio evidenziati attraverso un esame della descrizione seguente, con riferimento ai disegni allegati nei quali è mostrata a titolo indicativo, ma non limitativo una forma di realizzazione preferita.

La figura 1 è una vista verticale in sezione di un tratto di tubo appartenente al fascio tubiera dello scambiatore di calore della caldaia secondo l’invenzione.

La figura 2 è una vista parziale in sezione degli stadi di scambio termico dello scambiatore di calore appartenente alla caldaia secondo l'invenzione.

La figura 3 è una vista in sezione del blocco di miscelazione aria-gas appartenente al bruciatore della caldaia secondo l'invenzione.

La figura 4 è una vista frontale della caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo l'invenzione.

La figura 5 è una vista laterale della caldaia illustrata in figura 4.

Con particolare riferimento ai simboli numerici delle figure precedentemente descritte, la caldaia perfezionata premiscelata 1 a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo l'invenzione, comprende oltre i vari elementi di collegamento e di supporto noti, uno scambiatore di calore lamellare preferibilmente in lega di alluminio, un bruciatore ceramico a premiscelazione ed un sistema di controllo a microprocessore.

Vantaggiosamente la disposizione del fascio tubiera 2 e delle alette 4 del suddetto scambiatore di calore è tale da ottenere verticalmente sull’aletta tre stadi 5,6,7 di scambio termico. In particolare vi sono uno stadio di scambio termico 5 ad alta temperatura, uno stadio di scambio termico 6 di transizione a condensazione parziale ed uno stadio di scambio termico 7 di condensazione totale.

Le alette 4 sono dotate di particolari intagli, le cui posizioni, dimensioni ed inclinazione verso il basso sono previste in modo da indirizzare il gocciolamento del condensato nelle zone più favorevoli alla resa generale, lontano dal fascio tubiero 2, sia per ottimizzare lo sfruttamento delle alette 4 la cui temperatura è più bassa nelle immediate vicinanze di ciascun tubo 3, sia per limitare la formazione attorno ai tubi 3 di un film liquido che abbasserebbe lo scambio termico.

Inoltre la distanza tra le alette 4 impedisce alle gocce di condensa di venire a contatto con due superfici contemporaneamente, evitando così fenomeni di rievaporazione che abbasserebbero la resa.

I tubi 3 e le alette 4 sono poi di grosso spessore per evitare fenomeni di “consunzione” o corrosione precoce sia da parte dei fumi nella parte superiore dello scambiatore di calore, sia da parte del condensato nella parte inferiore, condensato che ha reazione particolarmente acida.

La disposizione del fascio tubiero 2 su più file con tubi sfalsati rispetto al flusso dei fumi e la forma ondulata dei lati superiori ed inferiori delle alette garantiscono vantaggiosamente un raffreddamento costante ed uniforme su tutta la superficie alettata, evitando la presenza di “zone morte" in cui la temperatura potrebbe elevarsi e comportare nel tempo il deterioramento dello scambiatore.

Costruttivamente le alette 4 vengono stampate complete di collarini 8 che aumentano la sezione a contatto con i tubi 3, definendo contemporaneamente la distanza tra aletta ed aletta. Una volta assemblato il pacco lamellare, i tubi 3 vengono sottoposti ad un'operazione di mandrinatura interna a più passaggi che allarga progressivamente i tubi 3 e li fa aderire con forza all’alettatura, permettendo poi di conseguenza una perfetta trasmissione termica. Inoltre l'operazione di mandrinatura deforma i tubi 3 in modo da aumentare la turbolenza interna dell’acqua che vi scorrerà all'interno aumentando così lo scambio termico tra l’acqua ed i suddetti tubi 3.

Il bruciatore ceramico a premiscelazione comprende un blocco di premiscelazione 9 che prevede una flangia calibrata 10 dotata di un foro centrale circolare 13 attraverso il quale viene immessa l'aria convogliata da un ventilatore 12, mentre un ugello calibrato 11 disposto superiormente e trasversalmente alla suddetta flangia 10 è preposto all’immissione del gas: in tal modo vengono assicurate una perfetta premiscelazione aria-gas e dimensioni contenute.

A monte delle piastre ceramiche 16,17, del bruciatore, sono previste due piastre forate a distanza ravvicinata 14,15, le quali assicurano una distribuzione perfettamente uniforme della miscela aria - gas su tutta la superficie del bruciatore, miscela convogliata dal blocco di premiscelazione 9 alla prima piastra forata 14 per mezzo di un condotto 19 su cui inferiormente sono innestate la suddetta flangia calibrata 10 e l’ugello 11.

Vantaggiosamente la superficie delle piastre ceramiche 16,17, ove ha luogo la combustione ha un profilo corrugato che aumenta la sezione utile per la formazione della fiamma e riduce contemporaneamente le mutue interazioni tra i singoli fronti di fiamma.

Infine il bruciatore appartenente alla caldaia 1 secondo l'invenzione, prevede un supporto su cui è posta una guarnizione 18 opportunamente sagomata che permette la dilatazione delle piastre ceramiche16,17, mantenendo la tenuta.

La caldaia perfezionata 1 secondo l’invenzione è poi vantaggiosamente dotata di un sistema di controllo a microprocessore. Esso presiede alla regolazione velocità ventilatore aria - gas immesso, al rilievo delle grandezze fisiche interne ed esterne alla caldaia 1, all’accensione - spegnimento del bruciatore, al controllo degli organi elettromeccanici, alla gestione della sicurezza della caldaia 1.

Esso è inoltre dotato di logiche di controllo PI e PID distinte per sanitario e riscaldamento, di collegamento seriale per PC e di predisposizione per controllo remoto, di regolazione climatica a doppia sonda e di display utente con diagnostica ed interfaccia utente.

Si osservi ancora che tutta la componentistica in generale è stata rivista e migliorata per ottimizzare al massimo lo sfruttamento dello spazio, ottenendo una caldaia che mantiene le medesime prestazioni delle caldaie note nella tecnica con uno spazio volumetrico ridotto di oltre il 50%.

Naturalmente forma e dimensioni dei vari elementi componenti la caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo l'invenzione, potranno variare secondo le diverse esigenze, rimanendo comunque all'interno del concetto inventivo sopra esposto.

Durante il funzionamento, una volta che il ventilatore 12 è attivato ed il bruciatore viene acceso da un comando della logica di controllo, i fumi cominceranno a transitare attraverso lo scambiatore di calore.

Nel primo stadio di scambio termico 5, qpesti subiscono il raffreddamento maggiore, nel secondo stadio 6 i fumi si raffreddano ulteriormente fino ad iniziare la condensazione, nel terzo stadio 7 ha poi luogo esclusivamente la condensazione dei fumi.

In tal modo si riescono a limitare nelle alette 4 i fenomeni di autoriscaldamento e trasmissione del calore dalla parte alta a quella bassa e si può quindi sempre assicurare nel terzo stadio 7 una bassa temperatura che garantisca una condensazione totale ed efficiente dei fumi. Nello stesso tempo si può mantenere un elevato differenziale di temperatura nell’acqua di raffreddamento all’interno del pacco lamellare.

Infine si osservi che la combustione ha luogo sulle ampie superfici porose delle piastre ceramiche e la fiamma forma un tappeto estremamente uniforme e compatto limitando al massimo le emissioni nocive.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento caratterizzata dal fatto di comprendere almeno uno scambiatore di calore lamellare le cui alette (4) prevedono intagli posizionati ed inclinati verso il basso in modo da indirizzare il gocciolamento del condensato lontano dal fascio tubiera (2) del suddetto scambiatore, dove la disposizione del suddetto fascio tubiera (2) in unione alla forma delle alette (4) realizza una pluralità di stadi di scambio termico (5,6,7); ed almeno un bruciatore ceramico dotato di un blocco di premiscelazione (9) presentante almeno una flangia calibrata (10) ed uno o più ugelli (11), di una pluralità di piastre forate (14,15) a monte di piastre ceramiche (16,17) ove ha luogo la combustione, atte ad assicurare un'uniforme distribuzione della miscela aria-gas su tutta la superfìcie del suddetto bruciatore, e di un supporto dotato di guarnizione di tenuta (18) idonea a consentire la dilatazione delle suddette piastre ceramiche (16,17).
2. 2. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la disposizione del suddetto fascio tubiera (2) in unione alla forma delle alette (4) realizza un primo stadio (5) di scambio termico ad alta temperatura, un secondo stadio (6) di scambio termico di transizione a condensazione parziale ed un terzo stadio (7) di scambio termico a condensazione totale.
3. 3. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che le alette (4) sono di grosso spessore e vengono stampate complete di collarini (8) che definiscono la distanza tra di esse.
4. 4. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i tubi (3) del fascio tubiera (2) sono di grosso spessore e vengono sottoposti dopo l'assemblaggio delle alette (4) ad un'operazione di mandrinatura.
5. 5. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente Idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la disposizione del fascio tubiera (2) è su più file con tubi (3) tra loro sfalsati rispetto al flusso dei fumi e la forma dei lati superiori ed inferiori delle alette (4) è ondulata garantendo un raffreddamento costante su tutta la superficie alettata.
6. 6. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il suddetto scambiatore di calore è realizzato in lega di alluminio.
7. 7. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il suddetto bruciatore prevede due piastre forate (14,15) a monte di due piastre ceramiche (16,17), dove le piastre forate (14,15) sono a distanza ravvicinata.
8. 8. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la flangia calibrata (10) prevede almeno un foro calibrato (13) idoneo al passaggio dell’aria, mentre trasversalmente alla suddetta flangia calibrata (10) si innesta almeno un ugello calibrato (11) preposto al'immissione di gas, essendo la flangia calibrata (10) e l'ugello calibrato (11) in comunicazione con le piastre forate (14,15) del suddetto bruciatore per mezzo di un condotto (19) su cui sono inferiormente innestati.
9. 9. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno un ventilatore (12) aspirante aria è in comunicazione con la suddetta flangia calibrata (10).
10. 10. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la superficie delle piastre ceramiche (16,17) ove ha luogo la combustione presenta un profilo corrugato.
11. 11. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la suddetta caldaia (1) è gestita da un sistema di controllo a microprocessore dotato di logiche di controllo distinte per sanitario e riscaldamento.
12. 12. Caldaia perfezionata premiscelata a condensazione, particolarmente idonea alla produzione di acqua sanitaria e per riscaldamento, caratterizzata dal fatto di essere costituita da una pluralità di elementi particolarmente formati disposti ed associati, il tutto come più ampiamente descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.