ITMI982179A1 - Caldaia a gas con mezzi di accumulo e mantenimento di acqua riscaldata per uso sanitario - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione a nome:

Forma oggetto della presente invenzione una caldaia per la produzione di acqua calda secondo la parte precaratterizzante della rivendicazione principale .

Caldaie a gas del tipo sopraindicato sono note da tempo, uno degli inconvenienti principale di tali caldaie è legato al fatto che esse non riescono a fornire con immediatezza acqua calda per uso sanitario.

Infatti, quando un utente richiede che nel circuito idraulico secondario della caldaia, ovvero in quello dell'acqua ad uso sanitario, circoli acqua calda la caldaia deve prima riscaldare l'acqua presente nel circuito primario, (ovvero in quello atto a fornire l'acqua per il riscaldamento), in modo che l'acqua così riscaldata, passando nel secondo scambiatore cella caldaia, ovvero, generalmente, in uno scambiatore a piastre, scaldi l'acqua ad uso sanitario.

Generalmente nelle caldaie note è necessario almeno un minuto perché, avendo in ingresso acqua a circa 10÷15°C, si riesca ad avere all'uscita del circuito sanitario della caldaia acqua a circa 50° 60 ° C .

E' da rilevare inoltre, che nelle caldaie note l'indisponibilità immediata di acqua calda ad uso sanitario incide negativamente anche sul consumo d'acqua dell'impianto sanitario. Con le caldaie note infatti, è necessario fare scorrere l'acqua da un rubinetto di tale impianto fino a che essa non ha raggiunto la temperatura voluta.

Generalmente, inoltre, le caldaie note non garantiscono una stabile erogazione dì acqua calda ad uso sanitario.

Per ovviare a questo inconveniente si è fino ad oggi pensato di aggiungere alle caldaie tradizionali dei piccoli serbatoi (ad esempio con capacità di 3-6 1.) in cui accumulare acqua calda da utilizzarsi nella fase iniziale di riscaldamento dell'acqua ad uso sanitario. Tuttavia, questo tipo di caldaie risulta generalmente più ingombrante, (e/o complessa) dovendo prevedere rispetto alle caldaie tradizionali un serbatoio aggiuntivo. Inoltre, le caldaie con accumulo necessitano, oltre al serbatoio, di altri componenti aggiuntivi, ad esempio organi per il riscaldamento dell'acqua presente nel serbatoio, che complicandone la struttura d'insieme, incidono sui tempi di assemblaggio e sui costi di realizzazione delle caldaie stesse.

Scopo della<' >presente invenzione è quello di realizzare una caldaia per la produzione di acqua calda per uso sanitario e per riscaldamento che garantisca un' immediata disponibilità ed una stabile erogazione di acqua calda ad uso sanitario, senza la necessità di prevedere ingombranti componenti aggiuntivi e/o componenti che comportino elementi di riscaldamento aggiuntivi.

Un ulteriore scopo è quello di realizzare una caldaia che preveda tempi e costi di assemblaggio sostanzialmente paragonabili a quelli delle caldaie tradizionali e che non necessiti di operazioni di manutenzione aggiuntive.

Questi ed altri scopi che appariranno evidenti ad un esperto del ramo vengono raggiunti da una caldaia secondo la parte caratterizzante della rivendicazione principale.

Per una migliore comprensione della presente invenzione si allega a titolo esemplificativo ma non limitativo un disegno in cui:

la Fig. 1 mostra una vista schematica frontale dei componenti di una caldaia secondo l'invenzione; la Fig. 2 mostra una vista schematica in sezione presa secondo la linea 2/2 di Fig. 1.

Con riferimento alle citate figure una caldaia secondo l'invenzione comprende un primo circuito idraulico 1, o circuito primario, presentante una pompa 2, un primo scambiatore 3, per il riscaldamento dell'acqua circolante nel circuito stesso, una valvola a tre vie 4 e un secondo scambiatore 25 per cedere energia termica all'acqua circolante in un secondo circuito idraulico 5. Il circuito primario 1 è collegato, tramite condutture rispettivamente di ritorno 6 e di uscita o mandata 7, ad un impianto di riscaldamento. Nel secondo circuito idraulico circola acqua ad uso sanitario che, passando per il secondo scambiatore 25 viene riscaldato quando vi è la richiesta; tale secondo circuito presenta tubature di mandata 5B e ritorno 5A .

La caldaia presenta inoltre usuali organi (8,9,11,12) e valvola (10) di sicurezza, noti organi 13 di convogliamento e controllo dei fumi, e mezzi 14 di regolazione di un flusso di gas alimentato attraverso una conduttura 15 e ad un noto bruciatore 16. Tale caldaia comprende anche una usuale unità di controllo (non mostrata) del funzionamento della caldaia stessa; tale unità è connessa e comanda tutti gli organi interni della caldaia .

I componenti fin qui illustrati sono tutti di tipo convenzionale e non verranno pertanto descritti in dettaglio nel seguito. La caldaia comprende inoltre un organo 17 atto a fungere, contemporaneamente, da vaso di espansione e da serbatoio di accumulo di acqua calda del circuito primario .

L'organo di espansione e accumulo 17 comprende (Fig. 2) un corpo 18, di forma sostanzialmente paraìlelepipeda, delimitante una cavità suddivisa in due parti 18A, 18B da un elemento elasticamente deformabile 19 (realizzato ad esempio in un elastomero) previsto all'interno del corpo 18 ed avente ad esempio forma di brocca rovesciata. Il corpo 18 prevede superiormente un foro passante 24A chiuso a tenuta da un tappo 24 e inferiormente un raccordo tubolare 20 atto sia a chiudere un'apertura del corpo stesso su cui tale raccordo è posto, che a vincolare a tenuta ai bordi di tale apertura i bordi dell'elemento elastico 19. Il raccordo 20 è vantaggiosamente collegato per aggraffatura al bordo del corpo 17. L'elemento tubolare 20 presenta una apertura di ingresso dell'acqua 20A ed una di uscita 20B; Quest'ultima è collegata ad un elemento tubolare 21, inserito nell'elemento elastico 19, e dimensionato in modo che la sua estremità superiore 21A risulti posizionata in corrispondenza del tratto superiore 5 dell'elemento elastico quando questo contiene acqua a temperatura ambiente (fig.2). L'elemento tubolare 21 prevede in corrispondenza del tratto inferiore I dell'elemento elastico 19 una pluralità di fori 22. A.1l'interno dell'elemento tubolare è prevista una sonda 23, di tipo convenzionale, per il rilevamento della temperatura dell'acqua contenuta sull'elemento 19; il segnale rilevato dalla sonda è trasmesso all'esterno grazie ad un cavo 23A. La sonda potrebbe essere prevista anche nello spazio compreso tra l'elemento elastico 19 e l'elemento tubolare 21 (come rappresentato in tratteggio in Fig. 2).

L'uscita 20B dell'organo di espansione e accumulo 11 è collegata alla pompa 2 mentre l'ingresso 20A è collegato ad un tubo di raccordo a sua volta collegato sia alla conduttura 6 di ingresso dell'acqua di riscaldamento sia all'uscita del secondo scambiatore 25.

Per la realizzazione dell'organo di espansione e accumulo 17 si possono, vantaggiosamente, utilizzare i convenzionali organi di espansione già presenti nelle caldaie note. Tali organi infatti sono del tutto identici a quello rappresentato in Fig. 2 per quanto riguarda il corpo 18 e l'elemento elastico 19, per la cui realizzazione potranno, pertanto, essere utilizzati corpi ed elementi in commercio. Gli organi di espansione noti presentano però un elemento di raccordo e chiusura inferiore differente da quello fin qui descritto (con una sola apertura atta a fungere sia da entrata che di uscita per l'acqua prevista nell'elemento elastico) e sono privi dell'elemento tubolare 21 e della sonda 23 per il rilevamento della temperatura. Generalmente, nelle caldaie note, gli organi di espansione sono collegati al ramo di ingresso o di uscita del secondo scambiatore 25.

Gli organi di espansione noti sono atti a regolare automaticamente la pressione dell'acqua nel circuito primario 1 al variare della sua temperatura. Negli organi noti la camera 18A del corpo 18, attraverso il foro 24A, è riempita con un gas ad una determinata pressione (ad esempio ad una pressione di un bar) mentre l'elemento elastico, essendo collegato al circuito idraulico primario della caldaia, si riempie d'acqua a temperatura ambiente. In queste condizioni l'elemento elastico si riempirà fino a che la pressione al suo interno sarà uguale a quella presente nella rimanente parte della camera (in queste condizioni l'elemento elastico occupa generalmente uno spazio pari a quello indicato in Fig. 2). Quando l'acqua del circuito primario viene riscaldata si viene anche ad aumentare il volume dell'elemento elastico e contemporaneamente viene compresso il gas presente nella camera 18A fino a raggiungere una nuova situazione di equilibrio (quando l'acqua nell'elemento elastico è alla massima temperatura, tale elemento può, ad esempio, avere la forma indicata con la linea tratteggiata M in Fig. 2). Un funzionamento del tipo sopra descritto è usuale nelle caldaie note e non viene in alcun modo alterato dall'organo di espansione e accumulo secondo il trovato.

Secondo l'invenzione l'elemento elastico 19 viene però anche utilizzato per accumulare acqua calda da utilizzarsi per il riscaldamento iniziale dell'acqua del circuito secondario 5 nello scambiatore 25. A tal fine, quando la sonda 23 rileva che la temperatura dell'acqua contenuta nell'elemento elastico 21 è scesa sotto ad un valore prefissato (ad esempio 40° C) l'unità di controllo dei diversi componenti della caldaia comanda la valvola a tre vie 4, in modo da chiudere la circolazione dell'acqua del circuito primario verso la conduttura di uscita 7 ed indirizzarla verso lo scambiatore 25, ed attiva la pompa 2 ed il bruciatore 16. L'acqua del circuito primario viene riscaldata fino a che la sonda 23 inserita nell'elemento elastico 19 non rileverà il raggiungimento di un prefissato valore di temperatura (ad esempio 55°C).

E' da sottolineare che in tale fase di riscaldamento dell'acqua il secondo scambiatore 25 non lavora come scambiatore ma, semplicemente, come un elemento passivo di collegamento della valvola 4 con l'organo di espansione e accumulo 17. A tal fine in una variante (non illustrata) potrebbe essere anche prevista una conduttura ed una valvola dedicate, a tale scopo.

Vantaggiosamente, in questa fase di riscaldamento dell'acqua l'unità di controllo della caldaia attiva il bruciatore 16 a potenza ridotta per evitare di "stressare" il circuito idraulico primario 1 che ha una capacità ridotta, ed evitare così surriscaldamenti.

In tal -modo quando l'unità di controllo rileva una richiesta di acqua calda ad uso sanitario, (cosa che convenzionalmente viene rilevata dall'organo 9 che invia un segnale all'unità di controllo) , in condizioni di funzionamento normale della caldaia secondo l'invenzione, l'organo di accumulo ed espansione 17 contiene una quantità di acqua calda sufficiente a garantire un immediato riscaldamento dell'acqua per uso sanitario circolante nel circuito 5.

Infatti, quando l'unità di controllo riceve un segnale relativo ad una richiesta di acqua calda, tale unità, come accade anche nelle caldaie note, attiva la pompa 11, il bruciatore 16, e chiude la valvola 4 in modo che l'acqua del circuito 1, prelevata dell'organo 17, circoli verso lo scambiatore 25 e non verso la conduttura 7. Nella caldaia secondo l'invenzione non si dovrà così più attendere che l'acqua del circuito primario 1 si riscaldi e possa quindi cedere energia termica nello scambiatore 25 all'acqua circolante nel circuito sanitario 5. Infatti, grazie all'acqua calda accumulata nell'organo 17 nel circuito primario 1, è disponibile immediatamente acqua calda e quindi è immediatamente attivo uno scambio termico tra l'acqua del circuito primario 1 e quella del circuito secondario 5.

Si è verificato sperimentalmente che in una caldaia tradizionale sono necessari più di 60 secondi per portare l'acqua ad uso sanitario in uscita dalla conduttura 5B da 20° a 50-60° C mentre in una caldaia secondo l'invenzione sono sufficienti circa 5 secondi.

I fori 22 presenti nell'elemento tubolare 22 si sono rilevati di particolare utilità quando nell'elemento 19 l'acqua accumulata è ad una temperatura bassa, prossima a quella limite rilevata dalla sonda 23, e, contemporaneamente, vi è una richiesta di acqua calda per uso sanitario. In tali condizioni l'organo di espansione e di accumulo fornisce allo scambiatore 25 acqua in grado di cedere una limitata quantità di energia termica all'acqua per uso sanitario. Inoltre, in questa situazione il volume di acqua presente nell'elemento elastico 19, in assenza dei fori 22, rallenterebbe il riscaldamento dell'acqua stessa. Grazie ai fori 22 si riesce, però, a "by-passare" il volume d'acqua presente nell'elemento elastico; la maggior parte dell'acqua che deve essere riscaldata dal bruciatore 16 segue l'andamento indicato dalla frecce F. Anche nella suddetta condizione critica si riesce ad ottenere, comunque, un riscaldamento dell'acqua per uso sanitario più rapido che con le caldaie tradizionali.

E' da sottolineare che la caldaia secondo l'invenzione riesce a raggiungere gli stessi risultati delle caldaie note, presentanti un serbatoio aggiuntivo di accumulo dell'acqua calda e mezzi aggiuntivi di riscaldamento, dell'acqua presente nel serbatoio, senza la necessità di utilizzare un maggior numero dì componenti e senza variare l'ingombro rispetto alle caldaie tradizionali prive di accumulo di acqua calda.

Inoltre, a differenza dei serbatoi di accumulo delle caldaie note, l'organo di accumulo ad espansione 17 fin qui descritto non necessita di coibentazione. Infatti, l'aria presente nella parte 18A del corpo 18 garantisce una sufficiente coibentazione .

L'unità dì controllo della caldaia secondo l'invenzione non è stata descritta in dettaglio in quanto di tipo convenzionale per l'esperto del ramo.

Si vuole infine ribadire che la forma di realizzazione fin qui illustrata è stata fornita a titolo puramente esemplificativo e che sono possibili numerose varianti tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; così, ad esempio, l'organo di accumulo-espansione 17 potrebbe essere previsto anche in un altra posizione del circuito primario 1, ad esempio, a monte dello scambiatore 25, oppure l'elemento elastico 19 potrebbe essere conformato in modo diverso da quanto illustrato. Ad esempio, l'elemento 19 potrebbe avere la forma di una membrana piana atta a separare a tenuta la camera in due partì a volume variabile, una per l'acqua ed una per il gas in pressione.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Caldaia per la produzione di acqua calda per riscaldamento e per uso sanitario del tipo comprendente un primo circuito idraulico (1) per il riscaldamento dell'acqua destinata ad un impianto di riscaldamento, detto primo circuito presentando mezzi (2) atti a far circolare forzatamente l'acqua in detto primo circuito, primi mezzi (3,16) atti a generare e scambiare energia termica con l'acqua, mezzi valvolari (4), atti a convogliare l'acqua riscaldata ad una conduttura di mandata (7) o a secondi mezzi scambiatori (25), atti a trasferire almeno in parte l'energia termica dell'acqua riscaldata all'acqua per uso sanitario circolante in un secondo circuito idraulico (5), mezzi di espansione (17) atti a regolare automaticamente la pressione dell'acqua circolante nel circuito primario al variare della sua temperatura, e mezzi atti ad accumulare e mantenere una predeterminata quantità di acqua riscaldata nel circuito primario entro un prefissato intervallo di temperature, detti mezzi di accumulo e mantenimento essendo collegati al circuito primario in modo da rendere disponibile ai secondi mezzi scambiatori (25) detta predeterminata quantità d'acqua riscaldata almeno durante una fase iniziale di riscaldamento dell'acqua ad uso sanitario circolante nel secondo circuito, essendo previsti mezzi di controllo dei componenti operativi della caldaia, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi (23) rilevatori di temperatura dell'acqua presente nei mezzi di espansione (17) detti mezzi rilevatori essendo collegati ai mezzi di controllo i quali in funzione della temperatura rilevata intervengono sul primo circuito idraulico (1) in modo da mantenere tale temperatura dell'acqua presente nei mezzi di espansione (17) ad un valore prefissato, tali mezzi di espansione (17) essendo collegati al primo circuito idraulico (1) da mezzi di circolazione (20) così da permettere il movimento dell'acqua in essi contenuti da e verso tale circuito (1), i mezzi di espansione (17) operando così anche come mezzi di accumulo.
2. 2. Caldaia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi di espansione prevedono un corpo cavo (17) ed un elemento elasticamente deformabile (19) atto a suddividere la cavità delimitata da detto corpo in due parti (ISA,B) separate a tenuta, una prima parte chiusa (18A) essendo riempita con un gas in pressione, mentre la seconda parte (18B) essendo collegata al circuito idraulico primario (1) ed essendo riempibile, in contrasto a detto gas in pressione, dall'acqua di detto circuito primario, detta seconda parte (18B) prevedendo una apertura di ingresso (20A) ed una di uscita (20B) dell'acqua ed almeno un organo rilevatore (23) della temperatura dell'acqua .
3. 3. Caldaia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l' elemento elasticamente deformabile (19) ha forma di brocca rovesciata.
4. 4. Caldaia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l'apertura di ingresso (20A) è collegata al fondo della seconda parte (18B) contenente l'acqua, mentre l'apertura di fuoriuscita (20B) è collegata ad una zona superiore di detta seconda parte (18B).
5. 5. Caldaia secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di prevedere un elemento di collegamento (21) dell'apertura di uscita (20B) dell'acqua con la zona superiore della seconda parte (18B), atto a far fuoriuscire l'acqua entrante dal fondo di detta seconda parte solo dopo che questa ha raggiunto la zona superiore della seconda parte stessa.
6. 6. Caldaia secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che l'elemento di collegamento (21) prevede una pluralità di fori passanti (22) previsti in corrispondenza del fondo della seconda parte (18B) ed atti a permettere ad almeno parte dell'acqua entrante in detta seconda parte di fuoriuscire immediatamente dalla seconda parte stessa.
7. 7. Caldaia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi di espansione e accumulo (17) sono previsti tra i secondi mezzi scambiatori (25) ed i mezzi (2) per la circolazione forzata dell'acqua.
8. 8. Mezzi di espansione atti a regolare automaticamente la pressione dell'acqua circolante in un circuito primario (1) di una caldaia, al variare della temperatura dell'acqua, detto circuito primario, atto a riscaldare l'acqua destinata ad un impianto di riscaldamento, comprendendo: mezzi (2) atti a far circolare forzatamente l'acqua in detto primo circuito, primi mezzi (3-16) atti a generare e scambiare energia termica con l'acqua, mezzi valvolari (4) atti a convogliare l'acqua riscaldata ad una conduttura di mandata (7) o a secondi mezzi scambiatori (25), atti a trasferire almeno in parte l'energia termica dell'acqua riscaldata all'acqua per uso sanitario circolante in un secondo circuito idraulico (5), e mezzi atti ad accumulare e mantenere una predeterminata quantità di acqua riscaldata nel circuito primario entro un prefissato intervallo di temperature, detti mezzi di accumulo e mantenimento essendo collegati al circuito primario in modo da rendere disponibile ai secondi mezzi scambiatori (25) detta predeterminata quantità d'acqua riscaldata almeno durante una fase iniziale di riscaldamento dell'acqua ad uso sanitario circolante nel secondo circuito, caratterizzati dal fatto di essere conformati secondo la parte caratterizzante di una delle rivendicazione da 1 a 7.