ITPR20010015A1

ITPR20010015A1 - Dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo.

Info

Publication number: ITPR20010015A1
Application number: IT000015A
Authority: IT
Inventors: Bendetto Battaglia; Claudio Bianchini; Nicola Lovascio; Massimo Maini; Raffaello Rastelli; Ferdinando Tagliavini
Original assignee: Immergas Spa
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-16
Also published as: EP1233236A1

Description

D E S C R I Z I ON E

annessa a domanda di breveto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: DISPOSITIVO COMPENSATORE DI PULSAZIONE, IN PARTICOLARE PER CALDAIE A GAS PER RISCALDAMENTO AUTONOMO

Forma oggeto del presente trovato un dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, del tipo comprendente un circuito di combustione stagno.

Come noto, un circuito di combustione stagno rispetto all’ambiente di installazione viene solitamente realizzato mediante una camera stagna, all’ interno della quale sono disposte, l’una vicino all’altra, la camera di miscelazione combustibile/comburente e la camera di combustione. Tipicamente, la camera di miscelazione è separata dalla camera di combustione da una sottile lamina metallica sulla quale sono ricavate asole, o in alternativa fori, necessarie alla propagazione della fiamma.

La camera stagna è inoltre provvista di almeno un primo condoto per introdurre l’aria comburente e di almeno un secondo condotto per lo scarico dei prodotti di combustione.

Tali caldaie a gas sono generalmente assistite da un elettroventilatore per agevolare l’aspirazione dell’aria comburente e lo scarico dei prodotti di combustione.

Spesso tali caldaie sono interessate da notevoli vibrazioni causate da rapide variazioni di pressione che vengono inescate da pulsazioni della fiamma. L’intensità di tali vibrazioni viene influenzata anche dalla lunghezza dei condotti di aspirazione e di scarico della caldaia stessa. In particolare, per caldaie dotate di elettroventilatore, quando le volumetrie del circuito di combustione sono attraversate da determinate masse d’aria e/o prodotti di combustione, sotto la spinta dell’elettroventilatore centrifugo, si innesca un effetto moltiplicatore della pressione di picco generata dalla pulsazione di fiamma del bruciatore.

La pulsazione della fiamma è un fenomeno intrinseco dei bruciatori di tipo atmosferico, dove la camera di miscelazione è separata dalla camera di combustione solo da una sottile lamina metallica. La contiguità tra la camera di miscelazione e la camera di combustione determina un continuo scostamento del piano sorgente di fiamma (zona in cui avviene l’accensione della miscela), in particolare quando il carico termico del bruciatore viene ridotto per l’intervento di rampe di accensione o per la modulazione della portata di gas.

Altre condizioni che possono indurre la pulsazione della fiamma in un bruciatore atmosferico, in particolare del tipo a geometria di fiamma fissa, sono le variazioni di temperatura e di densità dell’aria comburente; tali variazioni determinano un passaggio continuo da situazioni di fiamma carburante a situazioni di fiamma ossidante (difetto o eccesso d’aria della miscela).

Per i motivi sopra citati, la velocità di propagazione della fiamma non presenta un andamento stazionario nel tempo; conseguentemente, il fronte di fiamma risulta instabile e si sposta in continuazione dal piano sorgente, comportando forti oscillazioni di pressione all’ interno del circuito di combustione.

Questa instabilità è ancora più accentuata in bruciatori atmosferici iperstechiometrici, i quali utilizzano un limitato apporto di aria secondaria allo scopo di contenere le emissioni inquinanti dei prodotti della combustione. L’aria secondaria, benché risulti sfavorevole per contenere le emissioni di monossido di carbonio, favorisce la stabilità di fiamma, limitandone quindi la pulsazione.

Le oscillazioni di pressione provocate dalle pulsazioni della fiamma del bruciatore, possono essere amplificate da fenomeni di risonanza dovuti alla comprimibilità delle masse d’aria e dei fumi all’interno del circuito di combustione. Tali fenomeni di risonanza possono determinare anche un comportamento anomalo degli organi di controllo deputati alla stabilizzazione della portata e della pressione del gas da inviare al bruciatore. Le onde di pressione, amplificate dai fenomeni di risonanza, si scaricano sotto forma di violente vibrazioni sulla struttura metallica dello scatolato contenente il circuito di combustione della caldaia, alterando contemporaneamente la combustione con effetti negativi sulle emissioni di monossido di carbonio. Tali vibrazioni sono molto rumorose e pertanto risultano fastidiose e non accettabili dall’utente.

Attualmente, si cerca di risolvere il problema delle vibrazioni irrigidendo meccanicamente lo scatolato del circuito di combustione, aumentando gli spessori delle lamiere e/o utilizzando un maggior numero di punti di fissaggio.

Tale soluzione, tuttavia, ottiene scarsi risultati e determina un inutile aumento dei costi di fabbricazione.

In alternativa, si tenta di ridurre le vibrazioni p analizzando la portata in massa dei prodotti di combustione e/o praticando dei fori passanti sullo scatolato della camera stagna, allo scopo di attenuare i picchi di pressione che si sviluppano al suo interno. Tale tecnica presenta l’inconveniente di modificare le caratteristiche di partenza della caldaia, sia in termini di prestazioni, che di tenuta stagna rispetto all’ ambiente di installazione.

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti rendendo disponibile un dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, in grado di assorbire e dissipare le onde di pressione generate dalla pulsazione di fiamma, senza farle interferire con le parti metalliche costituenti il circuito di combustione.

Un altro scopo del presente trovato è quello di proporre un dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, in grado di soddisfare i requisiti imposti dalle normative vigenti in termini di sicurezza e di emissioni inquinanti.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo compensatore di pulsazione che non influisca sulle prestazioni della caldaia.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.

Questi ed altri scopi risulteranno meglio evidenziati dalla descrizione seguente di una preferita forma di realizzazione illustrata, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra una vista globale di una prima forma realizzativa di un dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, secondo il presente trovato;

- la figura 2 mostra una vista laterale di un particolare del dispositivo illustrato in figura 1 ;

- la figura 3 è una vista in sezione del particolare illustrato in figura 2;

- la figura 4 illustra una vista globale di una seconda forma realizzativa di un dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, secondo il presente trovato;

- la figura 5 mostra una vista laterale di un particolare del dispositivo illustrato in figura 4;

- la figura 6 è una vista in sezione del particolare illustrato in figura 5.

Con riferimento alle figure 1 e 4, il dispositivo compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, è globalmente indicato con il numero 1, evidenziando in entrambe le figure il percorso seguito daH’aria comburente e dai prodotti di combustione.

Il dispositivo 1 è inserito in un circuito di combustione 2 stagno rispetto all’ambiente di installazione. Il dispositivo 1 comprende un elemento sostanzialmente elastico 3 conformato in modo tale da definire una parte del circuito di combustione 2, allo scopo di assorbire le onde di pressione generate da pulsazioni di fiamma all’interno della miscela. L’elemento elastico 3 è operativamente interagente con mezzi 4 conformati in modo tale da dissipare l’energia associata alle onde di pressione.

Il circuito di combustione 2 comprende una camera 5 stagna rispetto all’ambiente esterno. Internamente a detta camera stagna 5, sono presenti una camera di miscelazione combustibile/comburente 6 ed una camera di combustione 7 operativamente collegata a detta camera di miscelazione 6. Il circuito di combustione 2 comprende inoltre almeno un primo condotto 8 per introdurre una prefissata portata di aria comburente in camera di combustione 7 ed almeno un secondo condotto 9 per espellere i prodotti di combustione da detta camera. Per agevolare l’aspirazione di aria comburente e lo scarico dei prodotti di combustione, si inserisce un elettroventilatore 10 aH’intemo del circuito di combustione 2.

Nella prima forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, l’elemento elastico 3 è sostanzialmente una membrana conformata in modo tale da definire almeno una porzione di una parete 5 a della camera stagna 5. 1 mezzi 4 per dissipare l’energia associata à dette onde di pressione comprendono almeno una camera di espansione 11 disposta esternamente o internamente alla camera stagna 5 in corrispondenza della membrana. Detta camera di espansione 11 è provvista di almeno un foro passante o comunque di un’apertura 12, allo scopo di consentire all’aria esterna di entrare ed uscire dalla camera, dissipando in tal modo energia. La membrana è fissata, eventualmente in modo amovibile, alla camera stagna 5 in corrispondenza dei bordi della camera di espansione 11. Nella forma di realizzazione illustrata, sono proprio detti bordi a costituire i vincoli di fissaggio della membrana.

Nella seconda forma di realizzazione illustrata nelle figure da 4 a 6, l’elemento elastico 3 è sostanzialmente un manicotto conformato in modo tale da definire almeno una porzione del primo condotto 8 per introdurre una prefissata portata di comburente nella camera di combustione 7. In una forma di realizzazione alternativa e non illustrata, si prevede la possibilità di conformare mediante detto manicotto anche o soltanto una porzione del secondo condotto 9. Nella seconda forma di realizzazione illustrata, i mezzi 4 per dissipare l’energia associata alle onde di pressione comprendono almeno una camera di espansione 13 disposta in posizione anulare a detto manicotto. Anche in questo caso la camera di espansione 13 è provvista di almeno un foro passante o comunque un’apertura 14, allo scopo di consentire all’aria esterna di entrare ed uscire dalla camera, dissipando energia.

Il funzionamento del trovato è il seguente.

L’energia delle onde di pressione che si generano all 'interno del circuito di combustione 2 viene assorbita dalla deformazione della membrana o del manicotto (a seconda della forma di realizzazione attuata) e dissipata mediante la fuoriuscita di aria attraverso le aperture 12, 14 delle camere di espansione 11, 13; la dissipazione è resa possibile dalla viscosità dell’aria esterna che si trova a contatto con l’elemento elastico 8.

Il trovato consegue importanti vantaggi.

Innanzi tutto, l’utilizzo di un elemento elastico unitamente ad una camera di espansione esterna, consente di assorbire e dissipare le onde di pressione, senza farle interferire con le parti metalliche costituenti il circuito di combustione. In tal modo, il trovato consegue rimportante vantaggio di eliminare il fastidioso rumore della caldaia provocato dalle vibrazioni dovute al violento impatto di onde di pressione su parti metalliche del circuito di combustione.

Vantaggiosamente, un dispositivo compensatore di pulsazione secondo il presente trovato, soddisfa tutti i requisiti imposti dalle normative vigenti in termini di sicurezza e di emissioni inquinanti.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo secondo il presente trovato, è quello di non influire sulle prestazioni della caldaia. In particolare, l’utilizzo di una membrana o di un manicotto come descritto ed illustrato, non inficia la tenuta stagna del circuito di combustione e pertanto non induce fuoriuscite di gas combusti nell’ambiente di installazione.

Vantaggiosamente, la forma realizzati va con il manicotto, definendo quest’ultimo una porzione di un condotto di aspirazione o di scarico, si presta ad una facile manutenzione e ad essere installato anche su un circuito di combustione preesistente, senza alterarne la tipologia o le prestazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo ( 1 ) compensatore di pulsazione, in particolare per caldaie a gas per riscaldamento autonomo, comprendenti un circuito di combustione (2) stagno rispetto all’ambiente esterno, caratterizzato dal fatto di comprendere: un elemento elastico (3) conformato in modo tale da definire una parte di detto circuito di combustione (2) per assorbire le onde di pressione generate da pulsazioni di fiamma; e mezzi (4) per dissipare l’energia associata a dette onde di pressione, detti mezzi (4) essendo operativamente interagenti con detto elemento elastico (3).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento elastico (3) è sostanzialmente una membrana conformata in modo tale da definire almeno una porzione di una parete (5a) di una camera stagna (5) facente parte del circuito di combustione (2).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (4) per dissipare l’energia associata a dette onde di pressione, comprendono almeno una camera di espansione (1 1) disposta esternamente alla camera stagna (5) del circuito di combustione (2) in corrispondenza della membrana, detta camera di espansione (11) essendo provvista di almeno un foro passante o apertura (12) per consentire all 'aria esterna di entrare ed uscire da essa, dissipando in tal modo energia.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto elemento elastico (3) è sostanzialmente un manicotto conformato in modo tale da definire almeno una porzione di un condotto (8) per introdurre una prefissata portata d’aria comburente in una camera di combustione (7).
5. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento elastico (3) è sostanzialmente un manicotto conformato in modo tale da definire almeno una porzione di un condotto (9) per espellere i prodotti di combustione da una camera di combustione (7).
6. Dispositivo secondo le rivendicazioni 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (4) per dissipare l’energia associata alle onde di pressione comprendono almeno una camera di espansione (13) disposta in posizione anulare a detto manicotto, detta camera di espansione (13) essendo provvista di almeno un foro passante o apertura (14) per consentire aU’aria esterna di entrare ed uscire da essa, dissipando in tal modo energia.
7. Caldaia a gas, del tipo a camera stagna, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.