ITMO20070235A1 - Testina di miscelazione e bruciatore comprendente tale testina. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: TESTINA DI MISCELAZIONE E BRUCIATORE COMPRENDENTE TALE TESTINA.

Forma oggetto della presente invenzione una testina di miscelazione, in particolare per bruciatori a fiamma. Inoltre, forma oggetto della presente invenzione un bruciatore a fiamma per forni di tipo industriale, comprendente la suddetta testina di miscelazione. La testina di miscelazione oggetto della presente invenzione è utilizzata in bruciatori di forni per le più svariate apllicazioni, in particolare per la cottura di materiali ceramici.

Le attuali testine di miscelazione presentano un corpo principale cilindrico, internamente cavo, avente una ridotta estensione assiale variabile tra 20 e 30 mm.

Attraverso una prima estremità aperta, l interno del corpo principale è in comunicazione di fluido con un condotto del bruciatore, attraverso il quale fluisce gas.

L’estremità opposta del corpo principale è invece chiusa.

Sulla superfìcie laterale del corpo principale sono presenti degli ugelli o fori, disposti lungo un’unica circonferenza.

Attraverso questi ugelli o fori fuoriesce il gas.

Tra la circonferenza contente gli ugelli e la prima estremità del corpo principale è presente un disco diffusore, avente una pluralità di fessure che la attraversano assialmente e che mettono in comunicazione di fluido le due opposte superfici di base della flangia. In altre parole il disco diffusore ha una pluralità di palette, tra le quali fluisce l’aria. Tale disco diffusore è in comunicazione di fluido con un secondo condotto del bruciatore, preferibilmente concentrico a quello contenente gas, attraverso il quale fluisce aria. L’aria passa da quest’ultimo condotto, attraverso le fessure tra le palette, alla superficie di base del disco diffusore rivolta verso gli ugelli o fori. Qui l’aria si miscela con il gas che fuoriesce dagli ugelli.

Per migliorare la miscelazione, le fessure sono generalmente inclinate rispetto all’asse del corpo principale, in modo da conferire un moto vorticoso all’aria.

I condotti del bruciatore, all’interno dei quali fluiscono gas e aria, sono generalmente posizionati esternamente rispetto al forno. La testina di miscelazione, invece, è contenuta in una porzione del bruciatore inserita all’interno della parete del forno. In particolare, la porzione del corpo principale contenente gli ugelli è rivolta verso l’interno del forno.

La Richiedente ha notato che simili teste di combustione presentano taluni inconvenienti. In particolare, la disposizione degli ugelli, collocati lungo un’unica circonferenza posta alla base del corpo principale, molto prossima alla flangia, crea problemi in fase di miscelazione aria-gas.

Infatti, il gas che fluisce all’interno del copro principale fuoriesce radialmente dagli ugelli con una certa velocità, formando una sorta di barriera anulare al flusso di aria assiale che attraversa la flangia. Perciò, per migliorare la miscelazione, è spesso necessario utilizzare una portata di aria maggiore a quella effettivamente necessaria per vincere la contropressione creata dal flusso di gas in uscita dagli ugelli.

La testina di miscelazione dell’arte nota comporta inoltre consumi elevati di gas.

La presente invenzione si propone quindi di ideare una testina di miscelazione che sia esente dagli inconvenienti riscontrati nell’arte nota.

Scopo della presente invenzione è proporre una testa di combustione che permetta di ottenere una migliore miscelazione aria-gascon consegunete rispsrmio energetico.

Ulteriore scopo è mettere a disposizione una testina di miscelazione che, migliorando la combustione, produca una riduzione dei consumi di gas ed una diminuzione dei volumi di sostanze inquinanti emesse.

Inoltre è scopo della presente invenzione proporre una testina di miscelazione in grado di attuare una distribuzione più uniforme della temperatura all’uscita del miscelatore e di avere una fiamma più regolare e meglio circosritta.

L'utilizzo dell'invenzione consente di migliorare complessivamemte la combustione riducendo le dispersioni termiche e la possibilità di rottura delle camere di combustione e degli elementi connessi. Questi scopi ed altri vantaggi sono ottenuti dall’invenzione in oggetto così come essa è descritta in una o più delle rivendicazioni sotto riportate.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di una testina di miscelazione, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 mostra una vista schematica in sezione assiale di una testina di miscelazione in una prima forma realizzativa, in accordo con l’invenzione in oggetto;

- la figura 2 mostra una vista laterale schematica di una testina di miscelazione di una seconda forma realizzativa, in accordo con l’invenzione in oggetto;

- la figura 3 mostra una vista laterale da sinistra delle testine rappresentate nelle figure 1 e 2;

- la figura 4 illustra una sezione assiale di un bruciatore per forni industriali comprendente una testina di miscelazione in accordo con la presente invenzione;

- le figure 5 e 6 mostrano schematiche viste prospettiche delle fomedi realizzazione delle figure 1 e 2.

Con riferimento alle sopra citate figure, con 1 si è complessivamente indicata una testina di miscelazione in accordo con la presente invenzione.

La testina di miscelazione 1 per bruciatori comprende un corpo principale 2, preferibilmente cilindrico, internamente cavo e sviluppantesi prevalentemente lungo un asse 3.

II corpo principale 2 comprende una prima estremità 2a aperta per consentire l’ingresso di un gas ed una seconda estremità 2b, opposta alla prima 2a, chiusa.

Il corpo principale 2 comprende, inoltre, una superfìcie laterale 4, delimitata dalla due estremità 2a e 2b, che presenta una zona di innesco di fiamma comprendente una pluralità di ugelli o fori 5 per la fuoriuscita del gas.

Gli ugelli o fori 5 hanno diametro variabile tra 1 mm e 3 rum, preferibilmente tra 1,5 mm e 2,5 mm e sono distribuiti sulla detta superfìcie laterale (4) il cui sviluppo in direzione assiale è maggiore della dimensione trasversale del corpo principale (2).

In prossimità della prima estremità 2a del corpo principale 2, in particolare tra gli ugelli o fori 5 e la prima estremità 2a, la testa 1 presenta un disco diffusore 6. Tale disco diffusore 6, coassiale al corpo principale 2, comprende una prima superficie di base 7 rivolta verso l’estremità aperta 2a del corpo centrale 2, ed una seconda superfìcie di base 8, opposta alla prima, rivolta verso l’estremità chiusa 2b del corpo principale 2.

Il disco diffusore 6 ha di norma un diametro compreso tra 50 e 60 mm, preferibilmente 57 mm e spessore compreso tra 5 mm e 15 mm. Una porzione periferica anulare del disco diffusore 6 presenta una pluralità di fessure 9, che mettono in comunicazione di fluido la prima superfìcie di base 7 con la seconda superfìcie di base 8 della flangia 6.

In altre parole, il disco diffusore 6 presenta una sorta di pluralità di palette 10, intervallate da una pluralità di fessure 9 tra le quali fluisce aria.

Vantaggiosamente, tali fessure 9 sono inclinate rispetto all’asse longitudinale 3 del corpo principale 2, in modo da conferire all’aria un moto vorticoso che migliora la miscelazione con il gas.

Preferibilmente le fessure 9 sono inclinate rispetto all’asse 3 di un angolo a compreso tra 20° e 40 °, preferibilmente di 30°.

Sulla seconda superfìcie 8 del disco diffusore 6, che si estendente verso la zona di innesco di fiamma , è presente un elemento di accensione 1 1.

Quest’ultimo elemento 11 comprende, ad esempio, un elettrodo metallico che viene eccitato elettricamente, in modo da creare una scintilla che innesca la combustione della miscela.

La testina di miscelazione comprende, inoltre, un rilevatore di fiamma, non illustrato nelle annesse figure, in grado cioè di rilevare e segnalare l’effettiva presenza di fiamma nel bruciatore.

Il corpo principale 2 ha uno sviluppo assiale compreso tra 50 mm e 80 mm, preferibilmente tra 60 mm e 70 mm.

La zona di innesco fiamma, lungo la quale sono distribuiti gli ugelli 5, invece, ha una lunghezza variabile tra 30 mm e 70 mm, preferibilmente tra 50 mm e 60 mm.

Secondo una prima configurazione, illustrata in figura 1, gli ugelli o fori 5 sono allineati lungo almeno una retta generatrice 13, parallela all’asse 3 del corpo principale 2. Preferibilmente sono presenti da due a otto rette generatrici 13, lungo le quali sono allineati gli ugelli o fori 5, ciascuna composta da un numero di ugelli 5 variabile da due a sei.

In alternativa, come illustrato in figura 2, gli ugelli 5 sono disposti lungo almeno una linea a spirale 14 avvolta intorno alla superfìcie cilindrica 4 del corpo principale 2.

Possono essere presenti da due a sei linee a spirale 14, preferibilmente quattro. Queste linee a spirale 14 possono avere senso di avvolgimento destrorso o sinistrorso ed essere concordi o discordi con finclinazione delle fessure 9 della flangia 6.

Tra le configurazioni possibili quelle che prevedono ugelli o fori 5 disposti lungo linee a spirale 14 discordi rispetto all’ inclinazione delle fessure 9 favoriscono il miglioramento della miscelazione ariagas.

Un'altra disposizione che va a favore del miglioramento della miscelazione è quella che prevede una distribuzione sfalsata degli ugelli o fori 5 lungo le generatrici della prima forma di realizzazione illustrata o lungo le linee a spirale della seconda, una distribuzione cioè in virtù della quale in una medesima sezione normale all'asse 3 esiste un solo ugello o foro 5 (o ne esiste un numero inferiore al numero di file o generatrici esistenti).

Un bruciatore 15 per forni industriali comprende una prima porzione 16 posizionabile esternamente ad un forno, in particolare attestabile contro la superficie esterna 17 di una parete 18 del forno.

Il bruciatore 15 comprende inoltre ed una seconda porzione 19, allineata coassialmente alla prima porzione 16, posizionabile internamente alla parete 18 del forno.

All’ interno della seconda porzione è collocata la testina di miscelazione 1 precedentemente descritta, con la zona di fiamma 4a rivolta verso l’interno del forno.

La prima 16 e la seconda 19 porzione sono preferibilmente cilindriche e allineate assialmente.

La prima porzione 16 comprende un primo condotto 20 ed un secondo condotto 2 1 concentrici, alimentati rispettivamente da gas e da aria.

Il primo condotto 20 è in comunicazione di fluido con l’estremità aperta 2a del corpo principale 2 della testina di miscelazione 1 , in modo tale che il gas, attraversando il primo condotto ed entrando alfinterno del corpo principale 2, fuoriesca dagli ugelli o fori 5. Il secondo condotto 21 è in comunicazione di fluido con il disco diffusore 6 della testina di miscelazione 1; in particolare l’aria che attraversa questo secondo condotto 2 1 fluisce dalla prima superficie 7 della flangia 6 e alla seconda superficie 8 della flangia attraverso le fessure 9.

Le fessure conferiscono all’ aria un moto vorticoso o di “swirl” per migliorare la miscelazione con il gas in uscita dagli ugelli 5.

L’invenzione consegue importanti vantaggi.

A parità di portata di gas in ingresso, la presenza di un elevato numero di ugelli, distribuiti su un’area ampia che si sviluppa coassimente al flusso, permette al gas di distribuirsi più uniformemente lungo la zona accansione di fiamma e di fuoriuscire da ogni ugello o foro con una velocità relativamente bassa. In questo modo i getti di gas non formano una "barriera" al flusso dell'aria consentendo la realizzazione di una migliore miscelazione aria-gas che permette di ridurre di circa il 15% la quantità di aria di combustione attualmente necessaria nei bruciatori installati nei forni della tecnica nota. Attualmente, infatti, è necessario un 20-30% di eccesso di aria per vincere la contropressione creata dal gas che fuoriesce a velocità sostenuta da pochi ugelli concentrati in una limitata zona di fiamma, creando una sorta di barriera all’aria che sopraggiunge dalla flangia.

La miscelazione aria-gas è inoltre più uniforme e avviene in una zona dimensionalmente ben controllata. Ciò che contribuisce al miglioramento della combustione con conseguente riduzione dei consumi e dei volumi di fumo al camino di almeno del 10%.

La testina di miscelazione oggetto della presente invenzione permette, inoltre, di risparmiare gas nel caso di vuoti all’ interno dei forni. In altre parole, durante le fasi di cottura dei materiali, ci possono essere dei momenti di vuoto, cioè degli intervalli di tempo durante i quali all’ interno del forno non è presente alcun materiale da cuocere. Durante questo tempo, però, il bruciatore rimane acceso senza che al suo interno ci sia alcun corpo che assorba il calore prodotto. In conseguenza di ciò si verifica, alfintemo del forno, un accumulo di calore e una variazione del profilo di temperatura dalla curva desiderata. La presente testina di miscelazione consente una regolazione in quanto permette di mantenere acceso il bruciatore anche con una pressione di gas al minimo di 2/3 mm H20 (400 kcal/h), comportando rispanni del 3-5% di gas al giorno.

La camera di combustione, infine, ha una durata nel tempo maggiore, dal momento che si ha un minore riscaldamento della parete esterna del forno dovuto al fatto che gli ugelli o fori, e quindi la zona di fiamma, hanno una distribuzione (longitudinale) uniforme e controllata all’interno della camera di combustione.

Alla presente invenzione potranno essere applicate numerose modifiche di natura pratico applicativa dei dettagli costruttivi senza che per questo si esca dall'ambito di tutela dell'idea inventiva sotto rivendicata.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testina di miscelazione per bruciatori comprendente - un corpo principale (2) cilindrico internamente cavo, sviluppantesi intorno ad un asse (3), comprendente una estremità aperta (2a) per consentire l’ingresso di un gas, una estremità chiusa (2b), opposta alla prima (2a), ed una superfìcie laterale (4), delimitata dalle due estremità (2a, 2b), presentante una zona di innesco di fiamma comprendente una pluralità di ugelli o fori (5) per la fuoriuscita del gas, - una disco diffusore (6), coassiale a detto corpo principale (2) e posizionata in prossimità della estremità aperta (2a) di detto corpo principale (2), comprendente una porzione periferica anulare dotata di una pluralità di fessure (9) che mettono in comunicazione di fluido una prima superficie di base (7) del disco diffusore (6) con una sua seconda superficie di base (8), opposta alla prima superficie di base (7), per permettere il passaggio di aria; dette fessure (9) essendo inclinate rispetto a detto asse (3) in modo da conferire all’aria un moto vorticoso, - un elemento di accensione (11), caratterizzata dal fatto che detti ugelli o fori (5) sono distribuiti sulla detta superficie laterale (4) il cui sviluppo in direzione assiale è maggiore della dimensione trasversale del corpo principale (2).
2. 2. Testa di combustione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti ugelli o fori (5) sono allineati assialmente lungo una pluralità di linee generatrici (13) della superficie laterale cilindrica (4) di detto corpo principale (2).
3. 3. Testina di miscelazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti ugelli o fori (5) sono allineati lungo una pluralità di linee (14) che si avvolgono a spirale intorno all’asse (3) di detto corpo principale (2).
4. 4. Testa di combustione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il senso di avvolgimento di detti linee a spirale (14) è concorde con l’inclinazione delle fessure (9) presenti su detta flangia (6).
5. 5. Testina di miscelazione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il senso di avvolgimento di dette linee a spirale (14) è discorde con rinclinazione delle fessure (9) presenti su detta flangia (6).
6. 6. Testina di miscelazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette fessure (9) sono inclinate rispetto all’asse (3) del corpo principale (2) di un angolo compreso tra 20° e 40 °, preferibilmente 30 °.
7. 7. Testina di miscelazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la zona di innesco di fiamma della superficie laterale cilindrica (4) ha una lunghezza compresa tra 30 mm e 70 mm, preferibilmente 50 mm.
8. 8. Bruciatore per forni industriali comprendente una prima porzione (16) posizionabile esternamente ad un forno ed una seconda porzione (19), allineata coassialmente alla prima porzione (16), posizionabile internamente ad una parete (18) del forno, caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione (19) comprende al interno una testina di miscelazione (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 7.
9. 9. Bruciatore secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta prima porzione (16) comprende un primo condotto (20) ed un secondo condotto (2 1 ) concentrici, alimentati rispettivamente da gas e da aria.
10. 10. Bruciatore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto primo condotto (20) è in comunicazione di fluido con l’estremità aperta (2a) del corpo principale (2) della testina di miscelazione (1), in modo tale che il gas fluisca dal primo condotto (20) all’ interno del corpo principale (2) della testina di miscelazione (1) e fuoriesca dagli ugelli (5).
11. 11. Bruciatore secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto secondo condotto (19) è in comunicazione di fluido con il disco diffusore (6) della testina di miscelazione (1), in modo tale che l’aria fluisca dal secondo condotto (19) alla seconda superficie (8) della flangia (6) attraverso le fessure (9), per miscelarsi con il gas in uscita dagli ugelli o fori (5).