ITMI992580A1 - Dispositivo per il controllo della combustione - Google Patents

Description

Descrizione di brevetto per invenzione industriale dal titolo: “Dispositivo per il controllo della combustione”

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo per il controllo della combustione.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a un dispositivo ottico per il controllo della combustione dei bruciatori, specie di quelli facenti parte delle caldaie di riscaldamento alimentate a gas.

E’ noto che la corretta regolazione dei bruciatori delle caldaie costituisce la base per il contenimento dei consumi energetici e la riduzione dell’ emissione di sostanze inquinanti. Questi problemi sono oggigiorno particolarmente avvertiti, tenuto conto del fatto che l’inquinamento atmosferico, specie nelle città, è determinato in misura sensibile dagli impianti di riscaldamento; con frequenza sempre maggiore, nella stagione invernale, si verificano situazioni in cui i valori di sostanze nocive nell’aria raggiungono e superano la soglia di attenzione, provocando la necessità di drastici interventi a tutela della salute pubblica. Benché specifiche normative impongano che gli impianti siano sottoposti al controllo del rendimento e di combustione, una o più volte l’anno in finizione della potenza impiegata, risulta in pratica impossibile mantenere in modo sistematico nelle caldaie una combustione ad elevato rendimento, cioè tale da produrre quantitativi minimi di inquinanti.

Soprattutto le caldaie combinate, che negli impianti di riscaldamento autonomi producono anche acqua calda sanitaria, presentano rendimenti bassi di combustione, a causa delle ripetute fasi di accensione e spegnimento.

Nel tentativo di ovviare a questi inconvenienti sono stati ideati dispositivi di controllo costituiti da particolari sensori. Si tratta, in un primo caso, di sensori chimici atti a rivelare il contenuto dei gas nocivi nei fumi determinati dalla combustione; questa soluzione presenta tuttavia inconvenienti di rilievo, posto che richiede un tempo di reazione piuttosto lungo e fornisce informazioni sul rendimento della combustione solo per via indiretta.

I sensori chimici non sono quindi in grado di intervenire con prontezza nella fase più critica, cioè quella in cui prende di avvio il processo di combustione.

Una seconda nota soluzione prevede l’utilizzo di sensori di temperatura a ionizzazione di fiamma; in questo caso, tuttavia, la rivelazione della temperatura di fiamma non fornisce informazioni complete sulla qualità della combustione, in particolare sull’eccesso di aria di combustione che costituisce un parametro fondamentale.

A partire dalla considerazione che un esperto caldaista o bruciatorista è in grado di mettere a punto la combustione in modo ottimale sulla base dell’osservazione della fiamma, la richiedente ha svolto prove e sperimentazioni per verificare la possibilità di monitorare in continuo le caratteristiche della fiamma stessa; la ricerca ha evidenziato precise correlazioni tra caratteristiche ottiche della fiamma e qualità della combustione in termini di eccesso di aria, indicando la possibilità di ottenere istantaneamente informazioni complete sullo stato della combustione attraverso specifici sistemi di elaborazione dei dati. Scopo della presente invenzione è pertanto quello di realizzare un dispositivo che, ovviando agli inconvenienti lamentati in precedenza, consenta di regolare in modo ottimale la combustione dei bruciatori, specie di quelli applicati alle caldaie di riscaldamento alimentate a gas, rilevando tutte le indicazioni complete sulla qualità della combustione stessa.

Ulteriore scopo dell 'invenzione è quello di realizzare un dispositivo per il controllo della combustione atto a mantenere costantemente monitorati in tempo reale i valori di eccesso di aria e le perdite di rendimento della combustione.

Non ultimo scopo dell’ invenzione è quello di realizzare un dispositivo come sopra definito atto a regolare in continuo, in funzione dei valori rilevati, la combustione, interagendo con la scheda elettronica della caldaia.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un dispositivo per il controllo della combustione in grado di garantire un elevato livello di resistenza e affidabilità nel tempo, tale inoltre da poter essere facilmente ed economicamente realizzato.

Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti dal dispositivo per il controllo della combustione della presente invenzione che, specialmente utilizzabile per bruciatori di caldaie alimentate a gas, si caratterizza fondamentalmente per il fatto di comprendere almeno un sensore ottico costituito da uno o più fotorivelatori, orientati in direzione di una o più zone definite della fiamma di una caldaia, i cui segnali elettrici forniti in uscita sono acquisiti da una scheda per un sistema di elaborazione dei dati basato su reti neurali e logica fuzzy, detto sistema interagendo con la scheda elettronica di controllo della stessa caldaia.

Le caratteristiche costruttive e funzionali del dispositivo per il controllo della combustione della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla descrizione che segue, in cui si fa riferimento alla allegata tavola di disegno che ne rappresenta una forma di esecuzione preferita e non limitativa e in cui:

la figura 1 rappresenta uno schema a blocchi del dispositivo della presente invenzione.

Con riferimento alla citata figura, il dispositivo per il controllo della combustione dei bruciatori della presente invenzione, specie applicabile alle caldaie di riscaldamento alimentate a gas, comprende almeno un sensore ottico (10) atto a rilevare l’aspetto della fiamma (12) di una caldaia (14) in termini di colore, forma e dimensioni, preferibilmente anche quanto a temperatura, interagente con un sistema di elaborazione dei dati (16) basato su reti neurali e logica fuzzy; il sistema di elaborazione (16) è collegato alla convenzionale scheda (18) di controllo della caldaia. Il sensore ottico (10) è costituito da uno o più fotorivelatori, preferibilmente fotodiodi a banda larga, sensibili a tutto lo spettro luminoso visibile (400-700 nm.), associati a filtri colorati, in rosso, verde o blu per selezionare quella parte dello spettro che si intende rivelare. In alternativa si utilizzano fotorivelatori sensibili a zone ben definite dello spettro, cioè ad esempio 400-500 nm. per il blu, 500-600 nm. per il verde, 600-700 nm. per il rosso; in questo caso il filtro è direttamente applicato ai fotorivelatori o fotosensori. Detti ultimi, come è noto, sono rivelatori di radiazione luminosa a semiconduttore, che trasformano la radiazione incidente sulla parte sensibile del sensore in un segnale elettrico in uscita proporzionale airintensità luminosa rivelata.

Nella sua forma di esecuzione preferita, il sensore ottico (10) del dispositivo oggetto dell’ invenzione comprende una tripletta di fotorivelatori R (rosso) 20, G (verde) 22 e B (blu) 24, con uscite separate, allineati in modo tale da essere orientati e puntare su delle zone ben definite e preordinate della fiamma (12). Il fotorivelatore o i fotorivelatori sono accorpati per formare un unico sensore, vantaggiosamente incorporato in un involucro di supporto (28), ottenuto in qualsivoglia materiale idoneo e disposto nella caldaia (14) in direzione della fiamma (12). I segnali elettrici forniti in uscita dai fotorivelatori, proporzionali all’intensità luminosa incidente sui medesimi, sono inviati a una scheda di acquisizione dei dati, i quali costituiscono i valori di ingresso per il sistema di elaborazione (16); detto ultimo, basato su reti neurali e logica fuzzy, è in grado di svolgere le operazioni matematiche necessarie per ricavare il parametro relativo all’eccesso di aria e agisce direttamente sulla scheda elettronica (18) di controllo della caldaia (14) per aggiustare la qualità della combustione. Tale aggiustamento può ad esempio derivare da una variazione dell’apporto delTaria di combustione o dall’apertura della valvola del gas.

Soluzioni alternative quanto a realizzazione del sensore (10) possono riguardare la presenza di uno solo o due fotodiodi, R oppure G o B, nonché la presenza di coppia di fotodiodi identici o associati tra loro secondo qualsiasi combinazione di R, G e B. Secondo una ulteriore forma alternativa di esecuzione, il dispositivo di controllo dell’invenzione comprende, oltre al sensore costituito dal o dai citati fotodiodi, uno o più sensori T di temperatura (26) di tipo infrarosso o termocoppia; ciò in quanto il rendimento di combustione dipende sia dalla percentuale di ossigeno che dalla differenza tra la temperatura dei fumi in uscita e la temperatura dell’ aria.

L’analisi ottica come sopra definita, unitamente a una misura di questi parametri di temperatura, consente quindi di valutare ulteriormente con precisione i valori del rendimento della combustione.

Il sensore o sensori di temperatura (26) interagiscono con il sistema di elaborazione (16) a reti neurali e logica fuzzy, determinandone l’azione sulla scheda (18) secondo la stessa procedura relativa ai segnali provenienti dai fotorivelatori o fotodiodi.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo per il controllo della combustione, specie per bruciatori di caldaie alimentate a gas, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sensore ottico (10) costituito da uno o più fotorivelatori, orientati in direzione di una o più zone definite della fiamma (12) di una caldaia (14), i cui segnali elettrici fomiti in uscita sono acquisiti da una scheda per un sistema di elaborazione (16) dei dati basato su reti neurali e logica fuzzy, deto sistema interagendo con la scheda elettronica (18) di controllo della stessa caldaia (14).
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il fotorivelatore o fotorivelatori del sensore (10) sono costituiti da fotodiodi a banda larga o streta, associati a filtri colorati e accorpati in un involucro di supporto (28) disposto nella caldaia (14) in direzione della fiamma (12).
3. 3) Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il sensore (10) è costituito da una tripleta di fotodiodi R rosso (20), G verde (22) e B blu (24).
4. 4) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fato che a detto sensore (10) è associato almeno un sensore di temperatura (26) collegato al sistema di elaborazione (16) dei dati.
5. 5) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che deto almeno un sensore di temperatura (26) è del tipo infrarosso o termocoppia e rileva la temperatura dei fumi in uscita e/o quella del'aria.