ITPN940036A1 - Elemento generatore di fiamme concentriche applicabile a bruciatori di gas - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale per il trovato dal titolo:

"ELEMENTO GENERATORE DI FIAMME CONCENTRICHE APPLICABILE A BRUCIATORI DI GAS"

Il presente trovato ha per oggetto un elemento conformato in modo da sviluppare in uno spazio limitato una pluralità di fiamme concentriche che risulta particolarmente applicabile ad un relativo bruciatore di gas di tipo atmosferico, in gruppi disposti in corrispondenza delle relative utilizzazioni quali le estremità di imbocco dei gas caldi prodotti dalle rispettive fiamme, nei tubi di scambiatori di calore a fascio tubiero.

Per la generazione di fiamme producenti gas caldi da immettere in tubi di scambiatori di calore a fascio tubiero sono da tempo utilizzati bruciatori di, gas di tipo atmosferico nei quali la distribuzione delle fiamme pur essendo concentrata in prossimità delle estremità di imbocco di relativi tubi di scambio termico, una sua parte risulta comunque disposta anche discretamente all'esterno di tali estremità investendo così corrispondenti parti dell'involucro connettente tali estremità e causando in queste indesiderati surriscaldamenti localizzati che possono provocare e spesso provocano inconvenienti vari, quali rotture, fessurazioni ecc .

Nei bruciatori di questo tipo inoltre si sviluppano in tempi più o meno brevi, delle sia pur lievi fessurazioni dei relativi involucri che permettendo una corrispondente fuoriuscita della miscela aria/gas che dovrebbe generare le sole fiamme previste, provoca un'ulteriore parziale combustione imperfetta con generazione di ossido di carbonio e conseguente abbassamento del rendimento del relativo bruciatore.

Per ovviare a questi ed altri inconvenienti è stato ideato e realizzato il bruciatore descritto nel brevetto n.

012-J9177 depositato in Italia il 04/01/1990 con domanda n.

45701 A/90 dello stesso inventore.

Tale tipo di bruciatore pur realizzando un'ottima concentrazione e direzionamento delle fiamme in relativi tubi di scambio termico, presenta ancora inconvenienti, infatti con certi tipi di gas particolarmente se ricchi di Azoto e quindi a bassa velocità di propagazione di fiamma, genera surriscaldamenti sopratutto su labbri interni delle fessure concentriche di generazione di fiamme con conseguenti deformazioni che provocano inflessioni dei gruppi di generazione di fiamme con conseguente aumento o diminuzione della sezione di passaggio dell'aria secondari nonché ristagno e relativo surriscaldamento di questa che provoca una combustione imperfetta.

Scopo del presente trovato è quello di ovviare ai difetti ed agli inconvenienti sopracitati e ciò è ottenuto con l'elemento generatore di fiamme applicabile ad un relativo bruciatore che, in una preferita possibile forma realizzativa ed a solo titolo esemplificativo e non limitativo viene qui di seguito descritto facendo riferimento ai disegni allegati nei quali:

- la fig. 1 mostra con una vista ingrandita ripresa dal lato fiamma, un elemento generatore di fiamme del tipo in oggetto applicabile ad un relativo bruciatore a gas di tipo atmosferico;

- la fig, 2 è una vista sezionata condotta secondo la linea I-I di fig. 1;

- la fig. 3 é una vista schematica parzialmente sezionata longitudinalmente di un bruciatore di gas di tipo atmosferico illustrante l'applicazione di un gruppo di elementi del tipo illustrato nelle figure 1 e 2.

In tali figure i particolari comuni sono richiamati con gli stessi riferimenti,

Con riferimento a fig. 3 si nota un generico bruciatore 1 di tipo atmosferico composto fondamentalmente da una camera di distribuzione 2 costituita da un opportuno involucro in idonea lamiera metallica comprendente una parete orizzontale superiore piana 21 e una parete orizzontale inferiore piana 22 fra loro parallele ed opportunamente distanziate che risultano interconnesse perimetralmente da una parete verticale 23, detta camera di distribuzione 2 essendo alimentata opportunamente con la miscela combustibile aria/gas M da un condotto 24 sfociante nella relativa parete inferiore 22 il quale la riceve da un generatore 25 di detta miscela combustibile aria/gas M di tipo in sé noto.

Nella detta parete orizzontale superiore piana 21 è ricavata una opportuna quantità di elementi 3 generatori di fiamme F del tipo formante oggetto del presente trovato e che verranno descrìtti in dettaglio qui di seguito.

Ovviamente, per la particolare funzione per la quale detti elementi 3 generatori di fiamme F sono stati progettati e precisamente particolarmente per l'applicazione ad uno scambiatore di calore 4 a fascio tubiero verticale, saranno disposti, come chiaramente rilevabile dalla figura richiamata, ciascuno in corrispondenza nonché coassialmente ad una opportuna distanza dalla sezione d'imbocco di un relativo condotto tubolare o tubo di fumo 41 del relativo scambiatore di calore 4.

Sulla superficie interna della detta parete orizzontale superiore piana 21 sarà inoltre applicata una opportuna reticella metallica 26 che per chiarezza e semplicità è indicata nelle figure 2 e 3 con linea tratteggiata, tale reticella metallica 26 risultando atta oltre che a generare una opportuna vorticosità nel flusso di miscela aria/gas prima di sfociare nelle aperture 31 dei rispettivi elementi 3 generatori di fiamme F anche di svolgere in modo in sè noto la funzione di impedire la propagazione della fiamma all'interno della camera di distribuzione 2 cioè indesiderati e pericolosi ritorni di fiamma.

Descritta quindi sinteticamente l'applicazione degli elementi 3 generatori di fiamme F ad un generico bruciatore 1 si passa a descriverne in dettaglio la particolare conformazione che lo caratterizza facendo riferimento particolarmente alle figure 1 e 2.

Come chiaramente rilevabile da tali figure 1 e 2 ciascuno dei detti elementi 3 generatori di fiamme F è costituito da una pluralità di aperture 31 ricavate nella detta parete orizzontale superiore piana 21 e disposte su due corone circolari concentriche e precisamente una corona c rcolare esterna 31A ed una corona circolare interna 31B.

Dette aperture 31 sono costituite da relative fessure longitudinali estendentesi radialmente e presentanti ciascuna una forma sostanzialmente di trapezio iscoscele le cui basi maggiore e minore risultano disposte alternatamentre sulle rispettive circonferenze esterne ed interne delle relative corone circolari concentriche esterna 31A ed interna 31B cui appartengono.

Tali aperture 31 sono inoltre, disposte affiancate nonché opportunamente reciprocamente distanziate fra loro lungo le relative corone circolari concentriche 31A e 31B in tre gruppi in modo che le estremità di ciascun gruppo risultino discretamente distanziate fra loro così da ottenere su ciascuna corona circolare concentrica 31a e 31b corrispondenti intervalli A1 ed A2 di larghezza maggiore della distanza risultante fra le aperture 31 di ciascun gruppo, tali intervalli A1 ed A2 risulteranno inoltre disposti sulle relative corone circolari concentriche 31A e 31B allineati radialmente fra loro.

Le due corone circolari concentriche, esterna 31A ed interna 31B provviste ciascuna delle dette aperture 31 presentano un 'ampiezza radiale uguale definita dalle altezze pure uguali dei trapezi isosceli definenti le relative aperture 31 e risultano distanziate reciprocamente da una corona circolare 31C intermedia presentante un 'ampiezza radiale pure circa uguale o più precisamente lievemente minore pari praticamente a circa i 5/6 delle loro ampiezze radiali.

Nella preferita forma realizzativa cui si fà riferimento, l'elemento generatore di fiamme 3 è stato studiato e dimensionato per una applicazione ad un particolare scambiatore di calore a fascio tubiero 4 e dopo varie prove è risultata la seguente conformazione ottimale.

La corona circolare esterna 31A presenta un diametro esterno di circa mm 26 e quella interna 31B un diametro esterno di circa mm 15.

Le aperture 31 su di esse ricavate, come detto sviluppano una forma di trapezio isoscele la cui base maggiore misura circa mm 1,2 e quella minore misura circa mm 0,5 e l'altezza è di circa mm 3.

La distanza fra la base minore e maggiore di dette aperture 31 sulle circonferenze interne delle rispettive corone circolari 31A e 31B sulle quali sono disposte alternatamente è di circa mm 1 mentre la distanza sulla circonferenza interna dalla corona circolare esterna 31A, fra due aperture 31 nei relativi intervalli A1 è di circa mm 3 e quella dagli intervalli A2 sulla circonferenza interna della corona circolare interna 31A è di circa mm 2, Il dimensionamento e la particolare conformazione nonché disposizione alternata delle aperture 31 nelle rispettive corone circolari concentriche 31A e 31B permette di ottenere a parità di dimensioni di queste ultime, l'esecuzione di un maggior numero di tali aperture 31 rispetto ad altre possibili conformazioni e disposizioni ed una ottimale sezione di passaggio fra le stesse, dell'aria secondaria necessaria.

Peraltro, per ottenere una combustione perfetta nell'intiero elemento generatore 3 di fiamme F, il passaggio dell'aria secondaria risulterebbe complessivamente insufficiente se le dette aperture 31 si estendessero lungo tutte le rispettive corone circolari concentriche 31A e 31B per cui sono stati previsti su di esse i detti intervalli A1 ed A2 per permettere un corrispondente afflusso addizionale di aria secondaria. Il funzionamento del bruciatore 1 risulta quanto mai ovvio ed evidente e solo per maggior chiarezza viene sinteticamente qui di seguito descritto.

Il gas alimentante il bruciatore 1 produce nel generatore 25 una opportuna miscela combustibile aria/gas M che tramite il condotto 24 viene immessa nella camera di distribuzione 2 nella quale si diffonde come indicato dalle frecce cave, alimentando i singoli elementi generatori 3 di fiamme F dalle aperture 31 dei quali, dopo aver attraversato la reticella 26, fuoriesce per generare rispettive fiammelle F. La miscela combustibile aria/gas M fuoriuscente dalle singole aperture 31 di ciascun generatore 3 di fiamme F si miscela ulteriormente con l'aria circostante, detta "aria secondaria", ed opportunamente accesa produce rispettive fiammelle F. Come chiaramente rilevabile da fig. 1, l'aria secondaria indicata con frecce a linea marcata continua, penetra dall'esterno verso l'interno passando dapprima negli interspazi risultanti fra le aperture 31 della corona circolare esterna 31A. Una parte di tale aria secondaria viene utilizzata per ottenere una perfetta combustione della miscela aria/gas fuoriuscente dalle aperture 31 disposte su tale corona circolare esterna 31A mentre un’altra parte penetra nel vano risultante fra la corona circolare esterna 31A e quella interna 31B e da qui negli interspazi risultanti fra le aperture 31 della successiva corona circolare interna 31B per permettere la combustione della miscela aria/gas fuoriuscente da queste ultime.

Peraltro, la quantità di aria secondaria pervenente nella corona interna 31B risulterebbe, come già detto insufficiente per permettere di ottenere una combustione perfetta particolarmente nella corrispondente parte interna del relativo elemento 3 generatore di fiamme F se le dette aperture 31 si estendessero in continuo lungo tiutte le corone circolari concentriche esterna 31A ed interna 31B, Per tale motivo i rispettivi gruppi di aperture 31 sono opportunamente interrotti da relativi intervalli A1 ed A2, radialmente allineati fra loro presentanti rispettive larghezze maggiori degli intervalli risultanti fra le aperture 31 .

Si ottiene così un afflusso di ulteriore aria secondaria verso la zona centrale dell'elemento generatore 3 di fiamme F così da permettere una sufficiente alimentazione di aria secondaria tale da permettere di ottenere in tutte le dette aperture 31 una perfetta combustione,

Da quanto riscontrato in diverse prove di funzionamento è risultato che la particolare conformazione dell’elemento 3 generatore di fiamme F formante oggetto del presente trovato permette di ottenere una elevata potenzialità complessiva con una combustione praticamente perfetta evitandosi peraltro ogni e qualsiasi inconveniente. Anche dopo prolungati periodi di funzionamento con miscele combustibili aria/gas con gas ricchi di Azoto, non si sono riscontrati in tale elemento 3 generatore di fiamme F nè rilevabili surriscaldamenti di sue parti nè la formazione in esso di alcuna fessurazione anzi nemmeno di microfessurazioni.

Ne risulta che, bruciatori utilizzabili tale tipo di elemento 3 generatore di fiamme F, possono sviluppare elevate potenzialità complessive, con una combustione perfetta e senza alcun inconveniente nè deterioramento nel tempo per cui risultano altamente affidabili.

Chiaramente sarà possibile estendere la conformazione dell'elemento 3 generatore di fiamme F a maggiori dimensioni aumentando corrispondentemente in modo adeguato il numero di corone circolari concentriche C31A-31B-31C ecc. ) e conseguentemente l'ampiezza e/o il numero degli intervalli (A1-A2- A3 ecc.).

Ben s'intende che queste ed altre varianti potranno venire apportate all'elemento 3 generatore di fiamme F formante oggetto del presente trovato senza peraltro uscire dall'ambito di quanto descritto e di seguito rivendicato con riferimento ai disegni allegati e quindi dal dominio di protezione della presente privativa industriale.

Claims (1)

1. R IV E N D IC A Z IO N I 1) Elemento generatore di fiamme concentriche applicabile a bruciatori di gas, particolarmente ad un bruciatore di gas di tipo atmosferico funzionante con miscele di aria/gas ed utilizzante gas ricchi di Azoto e quindi a bassa velocità di fiamma ed utilizzabile specialmente per generare gruppi di fiamme i cui gas caldi vengono immersi in relativi tubi di scambio termico di corrispondenti scambiatori di calore a fascio tubiero verticali, tale bruciatore (1 ) essendo costituito in modo in sè noto da una camera di distribuziojne (2) formata da un involucro in idonea lamiera metallica comprendente una parete orizzontale maggiore piana (21) ed una parete orizzontale inferiore piana (22) fra loro parallele ed opportunamente distanziate connesse perimetralmente da una parete verticale (23), detta camera di distribuzione (2) essendo alimentata tramite un condotto (24) sfociante nella stessa con una idonea miscela combustibile aria/gas (M) prodotta da un relativo generatore (G) pure in sè noto, sulla detta parete orizzontale superiore piana (21) essendo ricavato uno o più elementi (3) generatori di fiamme (F) opportunamente disposti in relazione al tipo di utilizzazione desiderata, ciascuno dei detti elementi (3) generatori di fiamme (F) essendo caratterizzato dal fatto di essere fondamentalmente costituito da una pluralità di aperture (31) ricavate su detta parete orizzontale superiore piana (21) e disposte su rispettive corone circolari concentriche (31A-31B) dette aperture (31) risultando presentare ciascuna una forma sostanzialmente di trapezio isoscele disposto in modo che la sua altezza risulti orientata radialmente rispetto al centro di dette corone circolari concentriche (31A-31b), dette corone circolari concentriche (31A-31B) risultando distanziate reciprocamente da una corona circolare intermedia (31C) priva di aperture (31), le basi maggiori e minori di ciascuna apertura (31) essendo inoltre disposte sulle circonferenza esterna ed interna delle relative corone circolari (31A-31B) in modo alternato, il passo risultante fra due aperture (31 ) contigue essendo tale che la distanza fra le basi alternatamente risultanti nelle circonferenze interne delle rispettive corone circolari (31A-31B) risulti pari a circa 1/3 dell'altezza del detto trapezio iscoscele, le aperture (31) di ciascuna corona circolare concentrica (31A-31B) essendo inoltre suddivise in gruppi in modo che la distanza fra le aperture risultanti alle estremità di ciascun gruppo risulti opportunamente maggiore di quella risultante fra due aperture (31) contigue di ciascun gruppo così da generare corrispondenti intervalli (A1-A2) atti a permettere l'afflusso verso la zona centrale del detto elemento (3) generatore di fiamma (F) di una opportuna quantità di aria secondaria sufficiente a consentire di ottenere una perfetta combustione in tutte le fiammelle (F) generate da ciascuna delle dette aperture (31), 2) Elemento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il detto trapezio isoscele definente le dette aperture (31) presenta preferibilmente un'altezza di circa mm 3 , una base minore pari a circa 1/6 di detta altezza ed una base maggiore circa doppia di quella minore. 3) Elemento secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la detta corona circolare intermedia (31C) presenta un'ampiezza radiale circa uguale a quella delle relative corone circolari concentriche (31A-31B) fra le quali è compresa o più precisamente lievemente minore e pari praticamente a circa i 5/6 delle loro ampiezze radiali, Il tutto come sostanzialmente descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.