ITPD20110373A1 - AIR-GAS MIXER DEVICE FOR COMBUSTIBLE GAS BURNERS WITH PRE-MIXING - Google Patents
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Description
Dispositivo miscelatore aria-gas per bruciatori a gas combustibile con premiscelazione Air-gas mixing device for fuel gas burners with premixing
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo miscelatore per bruciatori a gas combustibile avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n.1. The present invention relates to a mixing device for fuel gas burners having the characteristics set out in the preamble of main claim 1.
L’invenzione si colloca particolarmente, seppur non esclusivamente, nel settore tecnico delle caldaie per uso domestico destinate al riscaldamento di ambienti e/o al riscaldamento di acqua sanitaria. The invention is particularly, although not exclusively, in the technical sector of boilers for domestic use intended for space heating and / or for heating domestic water.
In questo settore, il processo di combustione all’interno della caldaia avviene tra aria e gas combustibile, e l’aria viene richiamata all’interno della caldaia tramite un ventilatore. L’aria aspirata prima di entrare nel ventilatore fluisce all’interno di un miscelatore, e tramite la generazione di una depressione richiama il gas combustibile. Tale miscelatore, in una prima tipologia nota, ha la forma di un condotto convergente e la depressione à ̈ generata nella sezione minima, il gas essendo iniettato all’interno del flusso aria tramite un condotto coassiale al condotto convergente. In this sector, the combustion process inside the boiler takes place between air and combustible gas, and the air is drawn back into the boiler by means of a fan. The air sucked in before entering the fan flows inside a mixer, and through the generation of a vacuum it draws the combustible gas. This mixer, in a first known type, has the shape of a converging duct and the depression is generated in the minimum section, the gas being injected into the air flow through a duct coaxial to the converging duct.
In altri sistemi noti, a valle della sezione minima à ̈ inserito un condotto divergente di opportuna lunghezza, con il quale à ̈ sostanzialmente realizzato un condotto ad effetto Venturi. La quantità di gas richiamata dalla depressione à ̈ regolata tramite una valvola gas, che mantiene costante il rapporto gas su aria al variare del numero di giri del ventilatore. In other known systems, a diverging duct of suitable length is inserted downstream of the minimum section, with which a venturi effect duct is substantially made. The quantity of gas recalled by the depression is regulated by a gas valve, which keeps the gas-to-air ratio constant as the number of fan revolutions varies.
In questa seconda tipologia nota, il sistema di adduzione del gas al miscelatore prevede una camera di convogliamento del gas definita in un involucro scatolare montato sul miscelatore, esteso coassialmente al Venturi, esternamente al medesimo, provvisto di un bocchettone di attacco alla linea gas, ed in cui la camera à ̈ in comunicazione con la sezione minima del condotto Venturi per l’immissione del gas nel miscelatore. In this second known type, the gas supply system to the mixer provides a gas conveying chamber defined in a box-shaped casing mounted on the mixer, extended coaxially to the Venturi, externally to the same, provided with a union for connection to the gas line, and in which the chamber is in communication with the minimum section of the Venturi duct for the introduction of gas into the mixer.
Una delle principali problematiche riscontrate nella miscelazione aria-gas dei dispositivi anzidetti à ̈ legata alla esigenza di dover mantenere il più uniforme possibile la proporzionalità tra le quantità di gas ed aria erogate al bruciatore, proporzionalità che à ̈ invece influenzata dal fatto che i fluidi in questione (aria e gas), avendo proprietà differenti, in particolare densità e viscosità , tendono a variare il loro regime di moto nel passaggio da regime laminare a turbolento che si verifica in fase di miscelazione, esponendo il flusso miscelato aria-gas a possibili scostamenti dalle caratteristiche di proporzionalità predette. One of the main problems encountered in the air-gas mixing of the aforementioned devices is linked to the need to keep the proportionality between the quantities of gas and air supplied to the burner as uniform as possible, a proportion which is instead influenced by the fact that the fluids in matter (air and gas), having different properties, in particular density and viscosity, tend to vary their motion regime in the transition from laminar to turbulent regime that occurs during the mixing phase, exposing the mixed air-gas flow to possible deviations by the aforementioned characteristics of proportionality.
Uno scopo principale dell’invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un dispositivo miscelatore integrato nel gruppo ventilatore, strutturalmente e funzionalmente concepito per regolarizzare i flussi ed uniformare le velocità dei fluidi aria-gas nella zona di miscelazione. A main purpose of the invention is to provide a mixing device integrated in the fan unit, structurally and functionally designed to regulate the flows and standardize the speed of the air-gas fluids in the mixing zone.
Un altro scopo à ̈ quello di contrastare eventuali fenomeni di distacco del flusso in corrispondenza dei profili di bordo dei condotti di convogliamento dell’aria e del gas all’interno del dispositivo. Another object is to counteract any phenomena of detachment of the flow in correspondence with the edge profiles of the air and gas conveyance ducts inside the device.
Questi ed altri scopi che appariranno chiaramente nel seguito sono raggiunti dall’invenzione mediante un dispositivo miscelatore realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono. These and other objects which will appear clearly in the following are achieved by the invention by means of a mixing device made in accordance with the following claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di un suo preferito esempio di attuazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the detailed description which follows of a preferred example of embodiment illustrated, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:
- la figura 1 Ã ̈ una vista parziale prospettica di un dispositivo miscelatore in accordo con la presente invenzione, - figure 1 is a partial perspective view of a mixing device according to the present invention,
- la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica in parziale sezione del dispositivo di figura 1, - figure 2 is a perspective view in partial section of the device of figure 1,
- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica in parziale sezione di un particolare del dispositivo delle figure precedenti, - figure 3 is a perspective view in partial section of a detail of the device of the previous figures,
- la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica in parziale sezione di un ulteriore particolare del dispositivo delle figure precedenti, - figure 4 is a perspective view in partial section of a further detail of the device of the previous figures,
- la figura 5 Ã ̈ una ulteriore vista prospettica parziale del dispositivo delle figure precedenti, - figure 5 is a further partial perspective view of the device of the previous figures,
- la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica in scala ingrandita di un particolare di figura 5, - figure 6 is a perspective view on an enlarged scale of a detail of figure 5,
- la figura 7 Ã ̈ una vista prospettica del dispositivo delle figure precedenti con componenti raffigurati in completo assemblaggio, - figure 7 is a perspective view of the device of the previous figures with components depicted in complete assembly,
- la figura 8 à ̈ una vista in esploso prospettico del dispositivo dell’invenzione in aggiunta ad un gruppo valvolare associato allo stesso. - figure 8 is a perspective exploded view of the device of the invention in addition to a valve unit associated with it.
Con riferimento alle figure citate, con 1 Ã ̈ complessivamente indicato un dispositivo miscelatore aria-gas combustibile, realizzato in accordo con la presente invenzione e predisposto per essere associato ad un apparecchio riscaldatore quale una caldaia, non rappresentata. With reference to the aforementioned figures, 1 indicates as a whole an air-fuel gas mixing device, made in accordance with the present invention and designed to be associated with a heater such as a boiler, not shown.
Nella caldaia à ̈ previsto, in modo di per sé noto, un bruciatore, anch’esso non rappresentato, il quale à ̈ alimentato dalla miscela combustibile aria-gas preventivamente miscelata nel dispositivo miscelatore 1. In a per se known manner, a burner is provided in the boiler, also not shown, which is fed by the air-gas fuel mixture previously mixed in the mixing device 1.
Il dispositivo comprende un gruppo ventilatore 2 con una girante 3, condotta attorno ad un asse di rotazione X, la quale à ̈ provvista di pale 4 radiali estese tra una sezione assiale di aspirazione 5 ed una sezione di mandata 6, radialmente contrapposta. La girante 3 à ̈ alloggiata in un collettore 7 nel quale sono definite le sezioni 5 e 6. The device comprises a fan assembly 2 with an impeller 3, driven around an axis of rotation X, which is provided with radial blades 4 extended between an axial suction section 5 and a delivery section 6, radially opposed. The impeller 3 is housed in a manifold 7 in which sections 5 and 6 are defined.
Ciascuna delle pale 4 di girante à ̈ eretta da una superficie di fondo 3a della girante 3, estesa trasversalmente all’asse X, ed à ̈ prolungata in un mozzo 8 centrale per il collegamento con l’albero di rotazione 9 condotto da un motore elettrico, globalmente indicato con 10, e convenientemente di tipo “brushless†. Il collettore 7 della girante à ̈ realizzato in due parti serrabili fra loro, una delle quali, indicata con 7a à ̈ conformata a voluta spiraliforme, mentre l’altra parte, indicata con 7b à ̈ concepita per la chiusura della voluta spiraliforme e presenta una conformazione discoidale che interessa la porzione frontale del ventilatore, porzione nella quale à ̈ ricavata la sezione di aspirazione 5 del ventilatore. Each of the impeller blades 4 is erected by a bottom surface 3a of the impeller 3, extending transversely to the X axis, and is extended into a central hub 8 for connection with the rotation shaft 9 driven by a electric motor, globally indicated with 10, and conveniently of the â € œbrushlessâ € type. The collector 7 of the impeller is made of two parts that can be clamped together, one of which, indicated with 7a, is shaped like a spiral-shaped volute, while the other part, indicated with 7b, is designed for closing the spiral-shaped volute and has a disc-shaped conformation that affects the front portion of the fan, a portion in which the suction section 5 of the fan is made.
A monte della sezione di aspirazione 5 del ventilatore, dalla quale viene aspirata l’aria dal ventilatore e diretta al bruciatore, il dispositivo miscelatore comprende un condotto 11 tubolare, ad effetto Venturi, disposto coassialmente con l’asse X e comprendente un primo tratto 12 convergente in una sezione minima 13 ed un tratto divergente 14, esteso a partire dalla sezione 13, in prolungamento del tratto 12 e terminante in corrispondenza della sezione di aspirazione 5. Upstream of the fan intake section 5, from which the air from the fan is sucked and directed to the burner, the mixing device comprises a tubular duct 11, with a Venturi effect, arranged coaxially with the X axis and comprising a first section 12 converging in a minimum section 13 and a diverging section 14, extending starting from section 13, in extension of section 12 and ending at the suction section 5.
I due tratti di condotto 12, 14 sono fra loro strutturalmente indipendenti e presentano altresì profili terminali delle rispettive sezioni circolari di estremità , fra loro affacciate, aventi diametri differenti, il diametro del profilo circolare di estremità del tratto 12 convergente essendo minore del diametro del corrispondente profilo circolare di estremità del tratto 14 divergente, ad esso contiguo in corrispondenza della sezione minima del condotto 11. Fra i profili anzidetti resta individuato un passaggio 13a a sezione anulare concentrica con l’asse X, attraverso il quale viene convogliato il flusso di gas all’interno del condotto 11 di miscelazione. Più in particolare, il gas, alimentato da una appropriata linea di gas e ad esempio erogato da una idonea valvola gas, viene convogliato in una camera 15 di adduzione del gas, estesa anularmente all’esterno del condotto 11, coassialmente con il medesimo. In maggior dettaglio, la camera 15 à ̈ sostanzialmente definita dallo spazio anulare esteso a circondare esternamente il condotto 11, spazio che à ̈ radialmente compreso fra il condotto stesso ed una contrapposta parete 16 laterale a profilo cilindrico, nella parete 16 essendo previsto un bocchettone 17 radiale di alimentazione del gas alla camera 15. The two portions of the duct 12, 14 are structurally independent from each other and also have terminal profiles of the respective circular end sections, facing each other, having different diameters, the diameter of the circular end profile of the converging portion 12 being smaller than the diameter of the corresponding circular profile at the end of the diverging section 14, contiguous to it in correspondence with the minimum section of the duct 11. Among the aforementioned profiles, a passage 13a with an annular section concentric with the X axis is identified, through which the flow of gas inside the mixing duct 11. More specifically, the gas, fed by an appropriate gas line and delivered for example by a suitable gas valve, is conveyed into a gas supply chamber 15, extending annularly outside the duct 11, coaxially with the same. In greater detail, the chamber 15 is substantially defined by the annular space extended to externally surround the duct 11, a space that is radially comprised between the duct itself and an opposite side wall 16 with a cylindrical profile, a union 17 being provided in the wall 16 radial gas supply to chamber 15.
La parete 16 à ̈ raccordata ad una sua estremità assiale con il tratto tubolare 12 convergente, mentre à ̈ prolungata alla sua contrapposta estremità in una controflangia 18 predisposta per un serraggio reciproco con una flangia 19 provvista nella parte 7b di collettore 7. The wall 16 is connected at one of its axial ends with the convergent tubular section 12, while it is extended at its opposite end in a counterflange 18 prepared for mutual tightening with a flange 19 provided in part 7b with manifold 7.
Il tratto divergente 14 di condotto 11, oltre ad essere strutturalmente indipendente dal tratto 12, à ̈ ricavato integrale con la parte 7b di collettore 7 del ventilatore, nella zona interessata dalla flangia 19. In aggiunta, il tratto convergente 12 à ̈ ricavato invece integrale con la contro-flangia 18. Più in particolare, la contro-flangia 18, la parete 16 con il bocchettone 17, ed il tratto convergente 12 del condotto 11 sono ottenuti di pezzo fra loro a realizzare un corpo scatolare, il quale quando serrato sul ventilatore, mediante reciproco serraggio di flangia 19 e contro-flangia 18, definisce, congiuntamente con la parte 7b del collettore, la camera 15 di adduzione del gas nel miscelatore. The diverging portion 14 of the duct 11, in addition to being structurally independent from the portion 12, is made integral with the part 7b of the collector 7 of the fan, in the area affected by the flange 19. In addition, the convergent portion 12 is instead obtained integral with the counter-flange 18. More particularly, the counter-flange 18, the wall 16 with the union 17, and the convergent portion 12 of the duct 11 are obtained integrally to form a box-like body, which when tightened on the the fan, by means of mutual tightening of the flange 19 and counter-flange 18, defines, together with the part 7b of the manifold, the chamber 15 for feeding the gas into the mixer.
Per il serraggio delle flangiature anzidette sono previsti una pluralità di fori di serraggio (ad esempio fori ciechi filettati 25a previsti nella flangia 19 e fori passanti 25b previsti nella contro-flangia 18), per l’impegno di rispettive viti 26 di serraggio, i quali sono disposti circonferenzialmente a passo angolare regolare in numero prefissato, ed in posizioni corrispondenti sia sulla flangia che sulla controflangia. Grazie alla pluralità dei fori di serraggio anzidetti, la contro-flangia 18 può essere serrata con un prescelto posizionamento angolare relativo alla flangia 19, così che il corpo scatolare di adduzione del gas possa assumere una fra una serie di posizioni fra loro angolarmente distinte, per variare l’orientamento relativo del bocchettone 17 rispetto al collettore 7 del ventilatore. In tale modo si hanno a disposizione una pluralità di possibili posizionamenti relativi fra il bocchettone e la sezione di mandata del collettore, che rende più agevole il montaggio del dispositivo in funzione di vincoli ed ingombri impiantistici per ciascuna applicazione. Nelle figure sono rappresentati sei fori di fissaggio (25a, 25b) per ciascuna flangiatura, tale scelta rappresentando comunque una configurazione preferita ma non limitativa. For the tightening of the aforementioned flanges a plurality of tightening holes are provided (for example threaded blind holes 25a provided in the flange 19 and through holes 25b provided in the counter-flange 18), for the engagement of respective tightening screws 26, the which are arranged circumferentially at a regular angular pitch in a predetermined number, and in corresponding positions both on the flange and on the counterflange. Thanks to the plurality of the aforesaid tightening holes, the counter-flange 18 can be tightened with a preselected angular positioning relative to the flange 19, so that the box-like body for the gas supply can assume one of a series of angularly distinct positions, to vary the relative orientation of the union 17 with respect to the manifold 7 of the fan. In this way, a plurality of possible relative positions are available between the union and the delivery section of the manifold, which makes it easier to assemble the device according to the constraints and installation dimensions for each application. The figures show six fixing holes (25a, 25b) for each flanging, this choice however representing a preferred but not limiting configuration.
Ritornando al condotto 11, al fine di regolarizzare il flusso del gas nella zona di immissione nel flusso di aria in corrispondenza del passaggio 13a, il dispositivo miscelatore à ̈ provvisto di una pluralità di appendici 27 alettate a sviluppo assiale, le quali sono allungate parallelamente alla direzione dell’asse X e sono disposte circonferenzialmente in prossimità della superficie esterna del tratto convergente 12 di condotto, per estendersi in corrispondenza del passaggio 13a anulare di convogliamento del gas nella sezione minima del condotto 11. Una siffatta alettatura assiale à ̈ quindi idonea a guidare assialmente il flusso di gas convogliato nel condotto Venturi ed uniformare sostanzialmente il regime di moto del medesimo con il regime di moto del flusso di aria alimentato assialmente attraverso il primo tratto convergente di condotto Venturi, così da mantenere indipendente dalle portate la proporzione aria-gas della miscela. Returning to the duct 11, in order to regulate the flow of gas in the area of entry into the air flow in correspondence with the passage 13a, the mixing device is provided with a plurality of finned appendages 27 with axial development, which are elongated parallel to the direction of the X axis and are arranged circumferentially near the external surface of the converging portion 12 of the duct, to extend in correspondence with the annular passage 13a for conveying the gas into the minimum section of the duct 11. Such an axial fin is therefore suitable for axially guide the flow of gas conveyed into the Venturi duct and substantially uniform the speed of motion of the same with the speed of motion of the air flow axially fed through the first convergent section of the Venturi duct, so as to keep the air proportion independent of the flow rates. gas of the mixture.
Le appendici 27 sono preferibilmente conformate come alette piastriformi ricavate integrali con il tratto 12 convergente di condotto Venturi esternamente al medesimo. Le alette 27 sono convenientemente erette radialmente rispetto all’asse di rotazione X a partire dalla superficie esterna del tratto 12 convergente, presentano contrapposte facce a conformazione piana e sono disposte a passo angolare regolare. Tests condotti dalla Richiedente hanno evidenziato che una pluralità di almeno sei alette 27 à ̈ sufficiente per ottenere efficaci risultati nella regolarizzazione del flusso di gas in corrispondenza della zona di miscelazione. Una pluralità con un numero di alette uguale o maggiore di otto rappresenta in ogni caso una scelta preferita sebbene non limitativa. The appendages 27 are preferably shaped as plate-like fins formed integral with the convergent portion 12 of the Venturi duct externally thereto. The fins 27 are conveniently erected radially with respect to the axis of rotation X starting from the external surface of the converging portion 12, have opposing faces with a plane conformation and are arranged at a regular angular pitch. Tests conducted by the Applicant have shown that a plurality of at least six fins 27 is sufficient to obtain effective results in regulating the gas flow in correspondence with the mixing zone. A plurality with a number of fins equal to or greater than eight represents in any case a preferred, although not limiting, choice.
L’estensione radiale delle appendici alettate 27 à ̈ compresa nello spazio radiale delimitato dai profili di estremità del primo (12) e secondo (14) tratto del condotto 11, in corrispondenza della sezione minima del medesimo. The radial extension of the finned appendages 27 is included in the radial space delimited by the end profiles of the first (12) and second (14) section of the duct 11, corresponding to the minimum section of the same.
Una conformazione preferita dell’aletta prevede inoltre che la stessa abbia un bordo 27a a profilo rettilineo, da parte contrapposta al bordo di attacco con il tratto tubolare 12 convergente, tale bordo 27a estendendosi parallelamente alla direzione assiale ed essendo raccordato alle sue estremità con una coppia di contrapposti bordi laterali 27b, ad esso perpendicolari ed aventi sviluppo radiale rispetto all’asse X. A preferred conformation of the fin also provides that the same has a straight profile edge 27a, opposite the leading edge with the converging tubular section 12, this edge 27a extending parallel to the axial direction and being connected at its ends with a pair of opposite lateral edges 27b, perpendicular to it and having radial development with respect to the X axis.
Il dispositivo à ̈ altresì provvisto di una seconda pluralità di appendici alettate 29 localizzate internamente al tratto convergente 12 del condotto 11, in corrispondenza della sezione del profilo di estremità di detto tratto convergente. Convenientemente le alette 29 di detta seconda pluralità sono ricavate integrali con il primo tratto 12 convergente del condotto 11 ed esplicano la principale funzione di contrastare il distacco del flusso d’aria in corrispondenza del bordo di estremità uniformando così il regime di moto del flusso d’aria in prossimità della zona di miscelazione, prevenendo altresì la generazione di rumorosità . The device is also provided with a second plurality of finned appendages 29 located inside the convergent portion 12 of the duct 11, in correspondence with the section of the end profile of said convergent portion. Conveniently, the fins 29 of said second plurality are made integral with the first convergent section 12 of the duct 11 and perform the main function of counteracting the detachment of the air flow in correspondence with the end edge, thus making the flow motion regime uniform. of air near the mixing area, also preventing the generation of noise.
Con riferimento alla figura 6, una scelta preferita, sebbene non limitativa prevede quattro appendici alettate 29 disposte a passo angolare regolare (90° una dall’altra, così da risultare allineate a coppie lungo due linee diametrali della sezione fra loro ortogonali) nella sezione trasversale di estremità del tratto convergente 12 di condotto, in corrispondenza della sezione minima 13 del medesimo. With reference to Figure 6, a preferred, although not limiting, choice provides four finned appendages 29 arranged at a regular angular pitch (90 ° from each other, so as to be aligned in pairs along two diametrical lines of the section orthogonal to each other) in the cross section of the extremity of the converging portion 12 of the duct, in correspondence with the minimum section 13 of the same.
Con 30 à ̈ indicata una piastra di supporto per un gruppo valvolare, solo schematicamente rappresentato e contrassegnato con 31, atto ad erogare il flusso di gas alla camera 15 del miscelatore. La piastra 30 à ̈ suscettibile di interposizione tra la flangia 19 e la contro-flangia 18 per essere fissata al dispositivo miscelatore a seguito del serraggio anzidetto. Con 30a à ̈ indicata una appendice di attacco estesa a squadra dalla piastra 30 e recante un foro 30b passante di accoglimento di un attacco 31a previsto sulla valvola 31, per il fissaggio della stessa con una ghiera di serraggio indicata con 32 e solo schematicamente illustrata nelle figure. Reference 30 indicates a support plate for a valve unit, only schematically represented and marked with 31, suitable for delivering the flow of gas to the chamber 15 of the mixer. The plate 30 can be interposed between the flange 19 and the counter-flange 18 to be fixed to the mixing device following the aforesaid tightening. The reference number 30a indicates an attachment appendage extending squarely from the plate 30 and bearing a through hole 30b for accommodating a connection 31a provided on the valve 31, for fixing the same with a tightening ring indicated with 32 and only schematically illustrated in the figures.
Con 35 à ̈ altresì indicato un corpo collettore della parte aria destinato al fissaggio sul corpo scatolare della parte gas, idoneo a convogliare il flusso d’aria entrante attraverso una imboccatura 35a nel tratto convergente del condotto 11. Anche per il collettore 35 sono previsti una pluralità di possibili posizionamenti con orientamento variabile rispetto al ventilatore, al fine di facilitare le operazioni di installazione del dispositivo. The reference number 35 also indicates a manifold body of the air part intended for fixing on the box-shaped body of the gas part, suitable for conveying the incoming air flow through an opening 35a in the convergent section of the duct 11. Also for the manifold 35 are a plurality of possible positions are provided with variable orientation with respect to the fan, in order to facilitate the installation of the device.
L’invenzione raggiunge così gli scopi proposti conseguendo i vantaggi enunciati rispetto alle soluzioni note. The invention thus achieves the proposed aims, achieving the advantages stated with respect to known solutions.
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