ITMO20070167A1 - MODULATING BURNER - Google Patents
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Description
Bruciatore modulante. Modulating burner.
La presente invenzione si riferisce ad un bruciatore modulante, in particolare ad un bruciatore modulante al quale è associato un sensore a ionizzazione per monitorare la combustione di una miscela di aria e combustibile immessa nel bruciatore. The present invention refers to a modulating burner, in particular to a modulating burner to which an ionization sensor is associated to monitor the combustion of a mixture of air and fuel fed into the burner.
I sensori a ionizzazione vengono in genere associati a bruciatori per controllare la presenza della fiamma e la qualità della combustione. Ionization sensors are generally associated with burners to check the presence of the flame and the quality of combustion.
E' noto che la fiamma prodotta dalla combustione della miscela immessa in un bruciatore provoca una ionizzazione della miscela combusta nella zona immediatamente circostante la fiamma. It is known that the flame produced by the combustion of the mixture introduced into a burner causes an ionization of the burnt mixture in the area immediately surrounding the flame.
II sensore a ionizzazione viene disposto in prossimità della superficie del diffusore del bruciatore, in modo da trovarsi nella zona interessata dalla ionizzazione prodotta dalla fiamma e generare un segnale proporzionale alla ionizzazione in detta zona. The ionization sensor is arranged near the surface of the burner diffuser, so as to be in the area affected by the ionization produced by the flame and generate a signal proportional to the ionization in said area.
Nel diagramma riportato qui di seguito è illustrato l'andamento tipico del segnale S0prodotto dal sensore a ionizzazione in un bruciatore dello stato della tecnica. The diagram below illustrates the typical trend of the S0 signal produced by the ionisation sensor in a state of the art burner.
Se il segnale S0prodotto dal sensore a ionizzazione diminuisce al di sotto di un primo valore prestabilito Smino supera un secondo valore prestabilito Smax, o diventa instabile, ciò indica che la combustione è assente o irregolare e che è necessario intervenire per ripristinare condizioni normali di combustione. If the signal S0 produced by the ionisation sensor decreases below a first predetermined value Smino exceeds a second predetermined value Smax, or becomes unstable, this indicates that combustion is absent or irregular and that it is necessary to intervene to restore normal combustion conditions.
Nei bruciatori modulanti, al diminuire della potenza alla quale viene fatto funzionare il bruciatore, la ionizzazione prodotta dalla fiamma rimane pressoché costante, o diminuisce solo leggermente, fino a che la potenza di esercizio del bruciatore non raggiunge un valore minimo Pmin,che, nei bruciatori noti dallo stato della tecnica è pari a circa il 17-20% della potenza nominale del bruciatore, dopo di che l'intensità della ionizzazione diminuisce bruscamente fino a scendere sotto al valore limite Siimdella sensibilità del sensore, quando la potenza di esercizio scende sotto a un valore Po<Pmin· Il segnale S0generato dal sensore a ionizzazione si mantiene anch'esso sostanzialmente costante o diminuisce leggermente, rimanendo comunque compreso tra i valori Smine Smaxfino a che la potenza di esercizio non diventa inferiore a Pmin, dopodiché cala bruscamente sotto al valore Sminfino ad annullarsi quando l'intensità della ionizzazione scende sotto al limite di sensibilità del sensore, quando la potenza di esercizio diventa inferiore a P0. In modulating burners, as the power at which the burner is operated decreases, the ionization produced by the flame remains almost constant, or only slightly decreases, until the burner operating power reaches a minimum value Pmin, which, in the burners known from the state of the art is equal to about 17-20% of the rated output of the burner, after which the intensity of the ionization decreases abruptly until it falls below the limit value Siim of the sensor sensitivity, when the operating power falls below a value Po <PminThe signal S0 generated by the ionization sensor also remains substantially constant or decreases slightly, remaining in any case between the Smine Smax values until the operating power becomes less than Pmin, after which it drops abruptly below the value Sminup to cancel when the intensity of the ionization falls below the sensitivity limit of the sensor, here ndo the operating power becomes lower than P0.
Sarebbe teoricamente possibile definire, per ogni valore di potenza di esercizio compreso tra Pmine P0, definire i valori Smine Smaxentro i quali deve mantenersi il segnale del sensore se la combustione è regolare, ma ciò risulta complesso e difficilmente gestibile. It would theoretically be possible to define, for each operating power value between Pmine P0, to define the Smine Smax values within which the sensor signal must be maintained if the combustion is regular, but this is complex and difficult to manage.
Nei bruciatori noti dallo stato della tecnica non è quindi possibile utilizzare il sensore a ionizzazione per monitorare la combustione per potenze di esercizio inferiori a Pmin. In burners known from the state of the art, it is therefore not possible to use the ionization sensor to monitor combustion for operating powers lower than Pmin.
La presente invenzione si propone di fornire un bruciatore e che consenta di estendere il campo di utilizzo di un sensore di ionizzazione, associato ad un bruciatore premiscelato, a condizioni di funzionamento con potenze erogate inferiori al 17-20% della potenza nominale del bruciatore fino a condizioni di funzionamento con potenza erogata pari a circa il 10% della potenza nominale del bruciatore. Secondo la presente invenzione è previsto un bruciatore comprendente un diffusore nel quale sono praticate prime aperture e seconde aperture per il passaggio di una miscela di combustibile e aria immessa nel bruciatore, un elemento distributore disposto all'interno del bruciatore in prossimità di detto diffusore, detto elemento distributore essendo dotato di ulteriori prime aperture e ulteriori seconde aperture per il passaggio di detta miscela, un sensore a ionizzazione disposto in prossimità di una zona della superficie di detto diffusore in una direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori seconde aperture sono disposte in corrispondenza di detta zona di detto diffusore, dette ulteriori seconde aperture avendo distribuzione diversa dalla distribuzione di dette ulteriori prime aperture e/o dimensioni maggiori di dette ulteriori prime aperture. The present invention aims to provide a burner which allows to extend the range of use of an ionization sensor, associated with a premixed burner, to operating conditions with power output lower than 17-20% of the rated power of the burner up to operating conditions with power supplied equal to approximately 10% of the rated power of the burner. According to the present invention, a burner is provided comprising a diffuser in which first openings and second openings are made for the passage of a mixture of fuel and air introduced into the burner, a distributor element arranged inside the burner in proximity to said diffuser, said distributor element being provided with further first openings and further second openings for the passage of said mixture, an ionization sensor arranged in proximity to an area of the surface of said diffuser in a direction substantially parallel to the surface of the diffuser, characterized in that said further second openings are arranged in correspondence with said zone of said diffuser, said further second openings having a distribution different from the distribution of said further first openings and / or larger dimensions than said further first openings.
Il flusso di miscela che fuoriesce dalle aperture praticate sul diffusore nella zona in prossimità della quale è disposto il sensore a ionizzazione crea delle condizioni di combustione che comportano una ionizzazione che si mantiene sostanzialmente costante al variare della potenza di esercizio del bruciatore fino anche a circa il 10% della potenza nominale, così da consentire un corretto funzionamento del sensore a ionizzazione fino a detto valore della potenza di esercizio. The flow of mixture that comes out from the openings made on the diffuser in the area near which the ionization sensor is located creates combustion conditions that involve ionization which remains substantially constant as the operating power of the burner varies up to about 10% of the nominal power, so as to allow correct operation of the ionisation sensor up to said value of the operating power.
In tal modo è possibile estendere il campo di regolazione del bruciatore oltre i limiti attualmente possibili, il che comporta maggiore flessibilità nel funzionamento del bruciatore e risparmio sui costi di esercizio. In this way it is possible to extend the burner adjustment range beyond the currently possible limits, which entails greater flexibility in burner operation and savings on operating costs.
In una versione vantaggiosa dell'invenzione, il diffusore, nella zona adiacente il sensore a ionizzazione presenta una doppia fila di aperture in forma di feritoie, separate da un tratto di diffusore privo di feritoie, detta sonda a ionizzazione essendo disposta parallela a detto tratto di diffusore privo di feritoie. In an advantageous version of the invention, the diffuser, in the zone adjacent to the ionization sensor has a double row of openings in the form of slits, separated by a diffuser section without slits, said ionization probe being arranged parallel to said section of diffuser without slots.
La disposizione delle feritoie nella zona del diffusore in prossimità della quale è disposto il sensore a ionizzazione contribuisce a stabilizzare la ionizzazione nella zona circostante la fiamma. The arrangement of the slots in the area of the diffuser near which the ionization sensor is arranged helps to stabilize the ionization in the area surrounding the flame.
L'invenzione sarà ora descritta, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle tavole di disegno allegate, in cui: The invention will now be described, by way of non-limiting example, with reference to the attached drawing tables, in which:
Figura 1 è una vista prospettica schematica di una prima versione di un bruciatore secondo l'invenzione; Figura 2 è una vista in elevazione del bruciatore di Figura 1; Figure 1 is a schematic perspective view of a first version of a burner according to the invention; Figure 2 is an elevation view of the burner of Figure 1;
Figura 3 è la sezione III-III di Figura 2; Figure 3 is the section III-III of Figure 2;
Figura 4 è una vista in elevazione di un elemento distributore associato al bruciatore di Figura 1; Figure 4 is an elevation view of a distributor element associated with the burner of Figure 1;
Figura 5 è una vista dall'alto di una seconda versione di un bruciatore secondo l'invenzione; Figure 5 is a top view of a second version of a burner according to the invention;
Figura 6 è la sezione VI-Vi di Figura 5; Figure 6 is the section VI-Vi of Figure 5;
Figura 7 è una vista dal basso del bruciatore di Figura 5. Figure 7 is a bottom view of the burner of Figure 5.
Nelle Figure da 1 a 4 è illustrata una prima versione di un bruciatore 1 secondo l'invenzione. Il bruciatore 1 ha forma cilindrica con un diffusore 2 montato tra un fondello superiore 3 e un fondello inferiore 4. Figures 1 to 4 show a first version of a burner 1 according to the invention. The burner 1 has a cylindrical shape with a diffuser 2 mounted between an upper base 3 and a lower base 4.
Il fondello superiore 3 presenta un risalto centrale 5 rivolto verso l'interno del bruciatore. Analogamente il fondello inferiore 4 presenta un risalto centrale 6, rivolto verso l'interno del bruciatore, nel quale è praticata un'apertura centrale 4a per l'immissione di una miscela di aria e combustibile all'interno del bruciatore 1. The upper bottom 3 has a central projection 5 facing towards the inside of the burner. Similarly, the lower bottom 4 has a central projection 6, facing towards the inside of the burner, in which a central opening 4a is made for the introduction of a mixture of air and fuel inside the burner 1.
Tra i due risalti 5 e 6 è montato e centrato un elemento distributore 7, anch'esso di forma cilindrica, avente diametro inferiore al diametro del diffusore 2, in modo che rimanga uno spazio 8 tra la superficie esterna dell'elemento distributore 7 e la superficie interna del diffusore 2. Between the two projections 5 and 6 a distributor element 7 is mounted and centered, also cylindrical in shape, having a diameter smaller than the diameter of the diffuser 2, so that a space 8 remains between the external surface of the distributor element 7 and the inner surface of the diffuser 2.
Il diffusore 2 è dotato di prime aperture 9 e di seconde aperture 9a, per consentire alla miscela di passare dallo spazio 8 all'esterno del bruciatore 1, dove viene provocata la combustione della miscela. Le prime aperture 9 hanno forma di fori, mentre le seconde aperture 9a hanno forma di feritoie. The diffuser 2 is equipped with first openings 9 and second openings 9a, to allow the mixture to pass from the space 8 to the outside of the burner 1, where the combustion of the mixture is caused. The first openings 9 have the shape of holes, while the second openings 9a have the shape of slits.
Gruppi di file di fori 9, disposte parallelamente ad un asse longitudinale del bruciatore 1 sono alternati a file di feritoie 9a, anch'esse disposte parallelamente all'asse del bruciatore 1. Groups of rows of holes 9, arranged parallel to a longitudinal axis of the burner 1, are alternated with rows of slots 9a, also arranged parallel to the axis of the burner 1.
Su tutta la superficie del diffusore 2 i gruppi di file di fori 9 si alternano con singole file di feritoie 9a, tranne che in una zona A di diffusore nella quale vi sono due file 9b affiancate di feritoie IOa separate da un tratto B di superficie di diffusore privo di aperture. On the whole surface of the diffuser 2 the groups of rows of holes 9 alternate with single rows of slits 9a, except in a diffuser zone A in which there are two rows 9b side by side of slots 10a separated by a section B of the surface of diffuser without openings.
L'elemento distributore 7 è dotato di ulteriori prime aperture 10 e di ulteriori seconde aperture IOa, distribuite su tutta la superficie dell'elemento distributore 7, per consentire il passaggio della miscela immessa nel bruciatore 1 in detto spazio 8. Le seconde ulteriori aperture IOa dell'elemento distributore 7 sono disposte in corrispondenza di detta zona A della superficie del diffusore 2, in modo che la miscela che passa attraverso le seconde ulteriori aperture IOa fuoriesca dal diffusore 2 attraverso le file 9b di feritoie 9a. The distributor element 7 is equipped with further first openings 10 and with further second openings 10a, distributed over the entire surface of the distributor element 7, to allow the passage of the mixture introduced into the burner 1 in said space 8. The second further openings 10a of the distributor element 7 are arranged in correspondence with said area A of the surface of the diffuser 2, so that the mixture which passes through the second further openings 10a emerges from the diffuser 2 through the rows 9b of slots 9a.
Le seconde ulteriori aperture IOa hanno distribuzione diversa dalla distribuzione delle ulteriori prime aperture 10 e/o dimensioni maggiori delle dimensioni delle ulteriori prime aperture 10. Vantaggiosamente, le ulteriori seconde aperture IOa possono avere densità di distribuzione maggiore della densità di distribuzione delle ulteriori prime aperture 10. Per densità di distribuzione si intende il numero di aperture per unità di superficie dell'elemento distributore 7. The second further openings 10a have a distribution different from the distribution of the further first openings 10 and / or dimensions greater than the dimensions of the further first openings 10. Advantageously, the further second openings 10a may have a distribution density greater than the distribution density of the further first openings 10 By distribution density we mean the number of openings per surface unit of the distributor element 7.
In corrispondenza del tratto B di superficie di diffusore è disposto, in direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore 2 un sensore a ionizzazione 11, rappresentato schematicamente, in Figura 2, con un segmento rettilineo. Il sensore a ionizzazione 11 ha una prima estremità libera ed è fissato ad una seconda estremità ad un elemento di supporto Ila che può essere montato sul bruciatore 1 o anche su una parete di una camera di combustione nella quale sia installato il bruciatore 1. In correspondence with the portion B of the diffuser surface, an ionization sensor 11 is arranged in a direction substantially parallel to the surface of the diffuser 2, schematically represented in Figure 2, with a rectilinear segment. The ionization sensor 11 has a first free end and is fixed at a second end to a support element 11a which can be mounted on the burner 1 or even on a wall of a combustion chamber in which the burner 1 is installed.
Il numero e/o la densità dei fori IOa è maggiore in prossimità di detta seconda estremità, mentre diminuisce verso detta prima estremità. The number and / or density of the holes 10a is greater near said second end, while it decreases towards said first end.
Durante il funzionamento del bruciatore 1, in corrispondenza delle due file 9b affiancate di feritoie si forma una zona di combustione nella quale la ionizzazione si mantiene sostanzialmente costante al variare della potenza di esercizio del bruciatore, fino ad una potenza di esercizio pari a circa il 10% della potenza nominale del bruciatore. During the operation of the burner 1, a combustion zone is formed in correspondence with the two rows 9b side by side of slits in which the ionization remains substantially constant as the operating power of the burner varies, up to an operating power equal to about 10 % of the rated output of the burner.
Questo garantisce che il sensore 11 a ionizzazione possa funzionare correttamente anche quando il bruciatore funziona con potenze molto ridotte, fino anche al 10% circa della potenza nominale del bruciatore, mentre nei bruciatori noti dallo stato della tecnica il sensore diventa inefficace quando la potenza scende al di sotto del 17-20% circa della potenza nominale del bruciatore. This guarantees that the ionization sensor 11 can function correctly even when the burner operates with very low powers, up to about 10% of the rated power of the burner, while in the burners known from the state of the art the sensor becomes ineffective when the power drops to below about 17-20% of the burner rated output.
Nel diagramma riportato qui di seguito sono messi a confronto il segnale S0generato dal sensore a ionizzazione in un bruciatore dello stato della tecnica e il segnale S'0generato dal sensore a ionizzazione in un bruciatore secondo l'invenzione. Come si può agevolmente vedere il segnale S'0si mantiene sostanzialmente costante o diminuisce solo leggermente fino ad un valore di potenza di esercizio P'iimsensibilmente inferiore al valore Piimdi un bruciatore dello stato della tecnica. In the diagram below, the signal S0 generated by the ionization sensor in a burner of the state of the art and the signal S'0 generated by the ionization sensor in a burner according to the invention are compared. As it can be easily seen, the signal S'0si keeps substantially constant or decreases only slightly up to an operating power value P'imensibly lower than the Piim value of a burner of the state of the art.
Grazie all'invenzione è quindi possibile ottenere un campo di modulazione del bruciatore più ampio rispetto ai bruciatori dello stato della tecnica, il che consente una maggiore flessibilità nella regolazione del bruciatore e un risparmio sui costi di esercizio. Thanks to the invention it is therefore possible to obtain a wider burner modulation range with respect to the burners of the state of the art, which allows greater flexibility in regulating the burner and savings on operating costs.
Nelle Figure 5, 6 e 7 è rappresentata una seconda versione di un bruciatore la secondo l'invenzione, nel quale il diffusore 2a ha superficie sostanzialmente piana ed è costituito da una serie di elementi 12 di diffusore tra loro affiancati. Figures 5, 6 and 7 show a second version of a burner 1a according to the invention, in which the diffuser 2a has a substantially flat surface and is constituted by a series of diffuser elements 12 side by side.
Al diffusore 2a è associato un elemento distributore 7a avente anch'esso superficie sostanzialmente piana. L'elemento distributore 7a è costituito da una serie di elementi 13 di distributore tra loro affiancati, ciascuno disposto all'interno di un corrispondente elemento di diffusore 12. Tra ciascun elemento di distributore 13 e la superficie del corrispondente elemento di diffusore 12 è definito uno spazio 8a, nel quale si distribuisce una miscela di combustibile ed aria immessa nel bruciatore prima di fuoriuscire dal diffusore 2a. Associated with the diffuser 2a is a distributor element 7a also having a substantially flat surface. The distributor element 7a consists of a series of distributor elements 13 side by side, each arranged inside a corresponding diffuser element 12. Between each distributor element 13 and the surface of the corresponding diffuser element 12 a space 8a, in which a mixture of fuel and air introduced into the burner is distributed before exiting from the diffuser 2a.
Sulla superficie di ciascun elemento 12 di diffusore sono praticate delle prime aperture costituite da due gruppi di file di fori 9, intervallati da una fila di seconde aperture 9a in forma di feritoie. On the surface of each diffuser element 12 there are first openings constituted by two groups of rows of holes 9, interspersed with a row of second openings 9a in the form of slits.
In un elemento 12a di diffusore sono praticate, invece, due file di feritoie 9b affiancate, separate da una zona di diffusore priva di aperture. In a diffuser element 12a, on the other hand, two rows of slots 9b are made side by side, separated by a diffuser zone without openings.
In corrispondenza di detta zona di diffusore priva di aperture è disposto, in direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore 2a un sensore a ionizzazione 11, rappresentato schematicamente, in Figura 5, con un segmento rettilineo. Il sensore a ionizzazione 11 ha una prima estremità libera ed è fissato ad una seconda estremità ad un elemento di supporto Ila che può essere montato sul bruciatore la o anche su una parete di una camera di combustione nella quale sia installato il bruciatore la. In correspondence with said diffuser zone without openings, an ionization sensor 11 is arranged, in a direction substantially parallel to the surface of the diffuser 2a, schematically represented, in Figure 5, with a rectilinear segment. The ionization sensor 11 has a first free end and is fixed at a second end to a support element 11a which can be mounted on the burner la or also on a wall of a combustion chamber in which the burner la is installed.
Ciascun elemento 13 di distributore è dotato di prime ulteriori aperture 10, in forma di fori, distribuite in modo sostanzialmente uniforme sulla superficie dell'elemento di distributore 13. Un elemento 13a di distributore, associato all'elemento 12a di diffusore, è dotato di ulteriori seconde aperture IOa aventi distribuzione diversa e/o dimensioni maggiori delle prime ulteriori aperture 10. Vantaggiosamente, le ulteriori seconde aperture IOa possono avere densità di distribuzione maggiore della densità di distribuzione delle ulteriori prime aperture 10. Each distributor element 13 is provided with first further openings 10, in the form of holes, distributed substantially uniformly on the surface of the distributor element 13. A distributor element 13a, associated with the diffuser element 12a, is provided with further second openings 10a having different distribution and / or larger dimensions than the first further openings 10. Advantageously, the further second openings 10a can have a distribution density greater than the distribution density of the further first openings 10.
Le seconde ulteriori aperture IOa sono distribuite in modo sostanzialmente analogo alle seconde ulteriori aperture 10a dell'elemento distributore 7 del bruciatore raffigurato nelle Figure da 1 a 4 e svolgono la stessa funzione già descritta in precedenza . The second further openings 10a are distributed in a substantially similar way to the second further openings 10a of the distributor element 7 of the burner shown in Figures 1 to 4 and perform the same function already described previously.
Le feritoie 9a praticate nel diffusore 2 del bruciatore 1 e nel diffusore 2a del bruciatore la hanno, ad esempio, lunghezza compresa tra 4mm e 8 mm e larghezza compresa tra 0,4 mm e 0,8 mm, preferibilmente la lunghezza delle feritoie 9a è di 6 mm, con una larghezza di 0,6 mm. The slots 9a made in the diffuser 2 of the burner 1 and in the diffuser 2a of the burner 1a have, for example, a length between 4 mm and 8 mm and a width between 0.4 mm and 0.8 mm, preferably the length of the slots 9a is of 6 mm, with a width of 0.6 mm.
I fori 9 praticati nel diffusore 2 del bruciatore 1 e nel diffusore 2a del bruciatore la hanno diametro di almeno 0,7 mm. The holes 9 made in the diffuser 2 of the burner 1 and in the diffuser 2a of the burner la have a diameter of at least 0.7 mm.
Le dimensioni dei fori 10 e 10a praticati nel diffusore 7 del bruciatore 1 e negli elementi di distributore 13a del bruciatore la hanno diametro compreso tra circa 2,5 mm e 5 mm. The dimensions of the holes 10 and 10a made in the diffuser 7 of the burner 1 and in the distributor elements 13a of the burner la have a diameter of between about 2.5 mm and 5 mm.
Nell'attuazione pratica, i materiali, le dimensioni e i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito dalle rivendicazioni. In practical implementation, the materials, the dimensions and the executive details may be different from those indicated without thereby departing from the scope of the invention as defined by the claims.
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