ITUB201551297U1

ITUB201551297U1 - Cooking oven for food use with pre-mixing gas burner

Info

Publication number: ITUB201551297U1
Application number: ITUB2015U051297U
Authority: IT
Original assignee: Unox Spa
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-07

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato concerne un forno di cottura ad uso alimentare, con bruciatore a gas a pre-miscelazione, avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n. 1 . The present invention relates to a cooking oven for food use, with a pre-mixing gas burner, having the characteristics set out in the preamble of the main claim n. 1.

Il trovato si colloca nell’ambito tecnico dei forni di cottura ad uso alimentare, in particolare di tipo professionale, provvisti di un bruciatore a gas idoneo a generare il calore richiesto ed in cui il sistema di combustione prevede un dispositivo di pre-miscelazione aria-gas associato ad un ventilatore atto ad alimentare in modo forzato la miscela combustibile ariagas al bruciatore. The invention is part of the technical field of cooking ovens for food use, in particular of the professional type, provided with a gas burner suitable for generating the required heat and in which the combustion system provides an air-to-air pre-mixing device. gas associated with a fan suitable for forcibly feeding the air-gas fuel mixture to the burner.

Apparecchi bruciatori di questo tipo comprendono tipicamente un ventilatore azionato da un motore a velocità variabile, una valvola gas (tradizionalmente una elettrovalvola con vite di regolazione della portata di gas) , un dispositivo miscelatore aria-gas (tipicamente un sistema Venturi) , nonché un condotto o canalizzazione per convogliare il gas al bruciatore. Quest’ultimo comprende una testa di combustione tipicamente realizzata da un corpo in lamiera forata con una maglia metallica in sovrapposizione alla zona provvista di fori in prossim ità della quale avviene la reazione di combustione, un dispositivo di accensione (in genere uno o più elettrodi alimentati da un organo accenditore) nonché un dispositivo di rilevazione di fiamma. Il bruciatore unitamente ai dispositivi di accensione e di rilevazione di fiamma è inserito in uno scambiatore di calore, in cui è integrato uno condotto di scarico dei fum i generati dalla combustione della miscela ariagas. Burner appliances of this type typically comprise a fan driven by a variable speed motor, a gas valve (traditionally a solenoid valve with a gas flow adjustment screw), an air-gas mixing device (typically a Venturi system), as well as a duct or ducting to convey the gas to the burner. The latter comprises a combustion head typically made of a perforated sheet metal body with a metal mesh overlapping the area provided with holes in the vicinity of which the combustion reaction takes place, an ignition device (generally one or more electrodes fed from an igniter) as well as a flame detection device. The burner, together with the ignition and flame detection devices, is inserted in a heat exchanger, in which an exhaust duct for the fumes generated by the combustion of the air-gas mixture is integrated.

Configurazioni note del sistema di combustione sopra descritto possono prevedere il posizionamento del ventilatore a monte ovvero, in alternativa, a valle del gruppo formato dal dispositivo di miscelazione e dalla valvola gas. Sono inoltre noti bruciatori con due o più scambiatori di calore che richiedono lo sdoppiamento dei componenti relativi alla testa di combustione e dei relativi dispositivi di accensione e rilevazione di fiamma, nonché dei condotti di scarico dei fumi di combustione. Known configurations of the combustion system described above can provide for the positioning of the fan upstream or, alternatively, downstream of the group formed by the mixing device and the gas valve. Burners with two or more heat exchangers are also known which require the splitting of the components relating to the combustion head and the relative ignition and flame detection devices, as well as the flue gas exhaust ducts.

In questi sistemi di combustione a pre-miscelazione, concepiti per l’impiego in forni di cottura, una delle problematiche ravvisabili in modo frequente è dovuta alla elevata rumorosità causata dalla reazione di combustione del gas. Si è riscontrato che in certe condizioni operative del bruciatore vengono generati rumori caratterizzati da una elevata intensità, assim ilabili in tanti casi a quelli che tipicamente contraddistinguono il rumore di un elicottero. In ogni caso si tratta comunque di una rumorosità piuttosto fastidiosa e difficilmente tollerabile da parte degli utilizzatori di questi forni di cottura. Questa rumorosità dipende dalle caratteristiche termo-acustiche del sistema di combustione, le quali sono a loro volta influenzate da una molteplicità di fattori, quali ad esempio, la temperatura dello scambiatore di calore, la potenza erogata dal sistema di combustione, la forma del bruciatore e la tipologia delle perdite di carico dello scambiatore di calore. Scopo principale del trovato è quello di mettere a disposizione un forno di cottura per uso alimentare del tipo anzidetto, strutturalmente e funzionalmente concepito per superare i limiti evidenziati con riferimento alla tecnica nota citata. In these pre-mixing combustion systems, designed for use in cooking ovens, one of the problems that can be seen frequently is due to the high noise caused by the combustion reaction of the gas. It has been found that under certain operating conditions of the burner, noises characterized by a high intensity are generated, which in many cases can be assimilated to those which typically characterize the noise of a helicopter. In any case, however, it is a rather annoying noise that is difficult to tolerate by the users of these cooking ovens. This noise depends on the thermo-acoustic characteristics of the combustion system, which are in turn influenced by a multiplicity of factors, such as, for example, the temperature of the heat exchanger, the power supplied by the combustion system, the shape of the burner and the type of pressure drops of the heat exchanger. The main object of the invention is to provide a cooking oven for food use of the aforesaid type, structurally and functionally conceived to overcome the limits highlighted with reference to the cited known art.

Questo ed altri scopi che appariranno chiaramente nel seguito sono raggiunti dal trovato mediante un forno di cottura ad uso alimentare realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono. This and other objects which will appear clearly in the following are achieved by the invention by means of a cooking oven for food use made in accordance with the following claims.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato 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 following detailed description of a preferred embodiment thereof illustrated, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:

la figura 1 è una vista schematica di un apparecchio bruciatore di un forno di cottura in accordo con il trovato, Figure 1 is a schematic view of a burner apparatus of a cooking oven in accordance with the invention,

la figura 2 è una vista in alzato frontale di un particolare dell’apparecchio bruciatore di figura 1 , Figure 2 is a front elevation view of a detail of the burner appliance of Figure 1,

- la figura 3 è una vista in sezione secondo la linea III-III di figura 2, - figure 3 is a sectional view along the line III-III of figure 2,

la figura 4 è un grafico in cui sono mostrate le curve di correlazione tra parametri di funzionamento dell’apparecchio bruciatore in relazione alla configurazione del particolare di figura 2. Figure 4 is a graph showing the correlation curves between the operating parameters of the burner appliance in relation to the configuration of the detail in Figure 2.

Con riferimento iniziale alla figura 1 , con 1 è complessivamente indicato, e solo schematicamente illustrato, un forno di cottura ad uso alimentare, realizzato in accordo con il presente trovato. Il forno comprende una camera di cottura 2 definita in un corpo scatolare 3 accessibile internamente mediante una porta frontale 4 (solo parzialmente rappresentata). With initial reference to Figure 1, the reference numeral 1 generally indicates, and only schematically illustrated, a cooking oven for food use, made in accordance with the present invention. The oven comprises a cooking chamber 2 defined in a box-like body 3 accessible internally through a front door 4 (only partially shown).

Nel corpo scatolare è altresì definito un vano 5, almeno parzialmente aperto nella camera di cottura 2, all’interno del quale è provvisto uno scambiatore di calore, indicato complessivamente con 6, comprendente un camino tubolare a colonna, al cui interno, in corrispondenza di una base inferiore, è inserito un bruciatore 7. Alla contrapposta estremità dello scambiatore 6 è previsto un condotto 8 di scarico dei fumi di combustione. In the box-like body there is also defined a compartment 5, at least partially open in the cooking chamber 2, inside which a heat exchanger is provided, indicated as a whole with 6, comprising a tubular column chimney, inside which, in correspondence with a lower base, a burner 7 is inserted. At the opposite end of the exchanger 6 there is a duct 8 for discharging the combustion fumes.

Il bruciatore 7 è del tipo a pre-miscelazione, vale a dire è associato operativamente ad un ventilatore 9, convenientemente azionato da un motore (non rappresentato) a velocità variabile nonché predisposto per alimentare in mandata un flusso di miscela combustibile aria-gas al bruciatore 7. The burner 7 is of the pre-mixing type, i.e. it is operationally associated with a fan 9, conveniently driven by a variable speed motor (not shown) and arranged to feed a flow of fuel air-gas mixture to the burner on delivery. 7.

Il ventilatore 9 è collocato a valle, rispetto alla direzione del flusso, di un dispositivo miscelatore 10, del tipo ad effetto Venturi, (ad esempio realizzato come un condotto di convogliamento dell'aria recante un tratto convergente prolungato in un tratto divergente con interposizione di una sezione minima in corrispondenza della quale il gas è iniettato nel flusso d’aria) . Il gas è alimentato al dispositivo miscelatore 10 attraverso una valvola 11, preferibilmente una elettrovalvola con vite di regolazione della portata di gas. In alternativa, il ventilatore 9 può essere collocato a monte del dispositivo miscelatore 10, per alimentare in modo forzato una portata d’aria nella zona di miscelazione con il gas. The fan 9 is located downstream, with respect to the direction of flow, of a mixing device 10, of the Venturi effect type, (for example made as an air conveyance duct having a convergent section extended into a divergent section with interposition of a minimum section at which the gas is injected into the air stream). The gas is fed to the mixing device 10 through a valve 11, preferably a solenoid valve with a screw for adjusting the gas flow rate. Alternatively, the fan 9 can be placed upstream of the mixing device 10, to forcefully feed an air flow in the mixing area with the gas.

Il bruciatore 7 è del tipo a struttura tubolare, preferibilmente a conformazione cilindrica estesa fra una estremità recante una sezione 12 di ingresso al bruciatore, ed una contrapposta estremità assiale. The burner 7 is of the type with a tubular structure, preferably with a cylindrical shape extended between an end bearing an inlet section 12 to the burner, and an opposite axial end.

Il mantello cilindrico del bruciatore è realizzato, in modo in sé convenzionale, con una lamiera forata avente la zona dei fori coperta da una maglia metallica sulla quale o in prossimità della quale avviene la reazione di combustione. Con 13 è indicato un dispositivo di accensione di fiamma, ad esempio del tipo ad elettrodo alimentato da un accenditore, mentre con 14 è contrassegnato un dispositivo di rilevazione di fiamma. I dispositivi 13 e 14 unitamente al bruciatore 7 sono inseriti all’interno dello scambiatore di calore 6 come illustrato chiaramente in figura 1 . The cylindrical shell of the burner is made, in a conventional way, with a perforated sheet having the area of the holes covered by a metal mesh on which or near which the combustion reaction takes place. 13 indicates a flame ignition device, for example of the electrode type powered by an igniter, while 14 indicates a flame detection device. The devices 13 and 14 together with the burner 7 are inserted inside the heat exchanger 6 as clearly illustrated in figure 1.

Una possibile alternativa alla configurazione di figura 1 può prevedere la presenza di due o più scambiatori 6 di calore, nel qual caso avviene uno sdoppiamento dei componenti, ovverosia in ciascuno scambiatore è inserito un rispettivo bruciatore 7 con rispettivi dispositivi 13, 14 e relativo condotto 8 di scarico dei fumi. A possible alternative to the configuration of figure 1 can provide for the presence of two or more heat exchangers 6, in which case a splitting of the components takes place, i.e. a respective burner 7 with respective devices 13, 14 and relative duct 8 is inserted in each exchanger. exhaust fumes.

Con 15 è contrassegnato un condotto o canalizzazione di collegamento della mandata del ventilatore 9 con la sezione di ingresso 12 del bruciatore, atto a convogliare la miscela combustibile al bruciatore. 15 denotes a duct or duct connecting the delivery of the fan 9 to the inlet section 12 of the burner, suitable for conveying the combustible mixture to the burner.

Secondo una principale caratteristica del trovato, il forno comprende, in corrispondenza della sezione di ingresso 12 del bruciatore, un dispositivo di strozzatura del passaggio della miscela combustibile alimentata al bruciatore, globalmente indicato con 16. According to a main feature of the invention, the furnace comprises, at the inlet section 12 of the burner, a device for restricting the passage of the fuel mixture fed to the burner, globally indicated with 16.

Tests condotti dalla Richiedente hanno evidenziato che con la previsione di un siffatto dispositivo di strozzatura, a monte del bruciatore, è possibile risolvere il problema della elevata rumorosità causata dalle reazioni di combustione nell’apparecchio bruciatore 7 a pre-miscelazione. Il livello di rumore, generalmente intenso in un bruciatore premiscelato di questo tipo, si è riscontrato che viene attenuato o comunque ridotto al di sotto di una prefissata soglia, tramite la previsione di una strozzatura ricavata in corrispondenza della sezione di ingresso 12 del bruciatore. Tests conducted by the Applicant have shown that with the provision of such a throttling device, upstream of the burner, it is possible to solve the problem of high noise caused by combustion reactions in the pre-mixing burner device 7. The noise level, generally intense in a premixed burner of this type, has been found to be attenuated or in any case reduced below a predetermined threshold, by providing a restriction obtained at the inlet section 12 of the burner.

In una forma preferita il dispositivo di strozzatura 16 comprende un orifizio calibrato caratterizzato da un diametro esterno De e da un diametro interno Di del foro calibrato. Il diametro esterno De può essere, ad esempio, leggermente superiore al diametro della sezione di ingresso 12 del bruciatore, in modo da essere posizionato al suo imbocco e bloccato in quella posizione. In a preferred embodiment, the throttling device 16 comprises a calibrated orifice characterized by an external diameter De and an internal diameter Di of the calibrated hole. The external diameter De can be, for example, slightly greater than the diameter of the inlet section 12 of the burner, so as to be positioned at its inlet and locked in that position.

In questa forma realizzativa l’orifizio è definito in un disco (a conformazione piatta) di prescelto spessore e di forma anulare, in cui i diametri esterno De ed interno Di caratterizzano la zona a corona circolare del disco, come illustrato chiaramente in fig. 3. In this embodiment, the orifice is defined in a disk (with a flat shape) of selected thickness and annular shape, in which the external diameters De and internal Di characterize the circular crown area of the disk, as clearly illustrated in fig. 3.

In generale, per ogni specifico sistema di combustione a pre-miscelazione che mostri problemi di rumorosità, esiste un diametro interno Di al di sotto del quale il rumore scompare o si riduce al di sotto di una soglia (caratterizzata da ridotta o da alcuna percezione di rumore) . In general, for each specific pre-mixing combustion system that exhibits noise problems, there is an internal diameter Di below which the noise disappears or is reduced below a threshold (characterized by reduced or no perception of noise) .

E’ altresì evidente che variando il diametro interno Di variano le perdite di carico della miscela aria-gas e questo può avere influenza sulla portata della miscela e quindi sulla potenza prodotta. Nel grafico qualitativo di figura 3 si mette in evidenza come si può operare la scelta del diametro interno Di dell’orifizio. Nel grafico, in ascissa è rappresentato il diametro interno Di ed in ordinata la potenza P prodotta. Le curve sono parametriche nella velocità di rotazione V del motoventilatore. Tipicamente ogni sistema a premiscelazione con ventilatore è caratterizzato da una velocità massima Vmax ed una velocità minima Vmin al di sotto della quale ci sono problemi nella combustione, ed esempio, con le emissioni di CO e/o CO2 nei fumi. It is also evident that by varying the internal diameter Di, the pressure drops of the air-gas mixture vary and this can have an influence on the flow rate of the mixture and therefore on the power produced. The qualitative graph in figure 3 highlights how the choice of the internal diameter Di of the orifice can be made. In the graph, the internal diameter Di is represented on the abscissa and the power P produced on the ordinate. The curves are parametric in the speed of rotation V of the motor fan. Typically each premix system with fan is characterized by a maximum speed Vmax and a minimum speed Vmin below which there are problems in combustion, for example, with CO and / or CO2 emissions in the fumes.

Nel caso limite in cui i diametri interno ed esterno siano uguali (Di= De) significa che non vi è alcun orifizio per cui i punti di lavoro possibili sono quelli posizionati a sinistra della retta verticale che passa per il punto A (De; 0) . In the extreme case in which the internal and external diameters are equal (Di = De) it means that there is no orifice for which the possible working points are those positioned to the left of the vertical line passing through point A (De; 0) .

Con Pmax è indicata la potenza massima che si vuole ottenere dal sistema a pre-miscelazione e tale valore di potenza è rappresentata dalla retta orizzontale con ordinata Pmax, ovvero passante per il punto di coordinate (0; Pmax) . Se non ci fosse l’orifizio il punto di lavoro del sistema premiscelato sarebbe il punto A ma, come da ipotesi iniziale, in quel punto si manifestano problemi di rumore. Con Di 1 è definito il diametro interno dell’orifizio al di sotto del quale non si avverte più rumore e tale diametro Di 1 , che si sa esistere, viene verificato sperimentalmente. Pmax indicates the maximum power to be obtained from the pre-mixing system and this power value is represented by the horizontal line with ordinate Pmax, i.e. passing through the coordinate point (0; Pmax). If there were no orifice, the working point of the premixed system would be point A but, as per the initial hypothesis, noise problems arise at that point. Di 1 defines the internal diameter of the orifice below which there is no more noise and this diameter Di 1, which is known to exist, is experimentally verified.

Questo significa che tutti i punti del grafico che stanno alla sinistra della retta verticale con ascissa Di 1 , quindi passante per il punto di coordinate ( Di 1 ; 0) sono possibili punto di lavoro senza generazione di rumore. Si può quindi ricavare la velocità V1 (punto B) alla quale far girare il motoventilatore per ottenere la potenza Pmax. This means that all the points of the graph that are to the left of the vertical line with abscissa Di 1, therefore passing through the coordinate point (Di 1; 0) are possible working points without generating noise. It is therefore possible to obtain the speed V1 (point B) at which to turn the motor fan to obtain the power Pmax.

Si può però, più convenientemente, scegliere la velocità Vmax che corrisponde al punto C di coordinate (Di2; Pmax) . Questo perché se la potenza desiderata Pmax si ottiene alla velocità massima Vmax, alla velocità minima Vmin si otterrà una potenza Pmin tale per cui il rapporto Pmax/Pmin è il massimo, a tutto vantaggio della ampiezza del campo di modulazione del sistema o, in altre parole, della capacità del sistema di modulare la potenza fra un valore massimo e un valore minimo che deve essere il più basso possibile. However, it is more convenient to choose the speed Vmax which corresponds to the coordinate point C (Di2; Pmax). This is because if the desired power Pmax is obtained at the maximum speed Vmax, at the minimum speed Vmin a power Pmin will be obtained such that the ratio Pmax / Pmin is the maximum, to the advantage of the amplitude of the modulation field of the system or, in other words, of the system's ability to modulate the power between a maximum value and a minimum value which must be as low as possible.

E’ altrettanto inteso che la forma dell’orifizio può essere anche diversa da quella dell’esempio descritto in precedenza (disco con sezione anulare) ed il dispositivo di strozzatura potrebbe, in via alternativa, prevedere un corpo strozzatore collocato sempre a monte del bruciatore, in modo tale da creare un restringimento della sezione di passaggio con una corrispondente perdita di carico equivalente a quella dell’orifizio di figura 2. It is also understood that the shape of the orifice can also be different from that of the example described above (disk with annular section) and the throttling device could, alternatively, provide a throttle body always located upstream of the burner, in such a way as to create a narrowing of the passage section with a corresponding pressure drop equivalent to that of the orifice in figure 2.

Il trovato raggiunge così gli scopi proposti conseguendo i vantaggi enunciati rispetto alle soluzioni note citate. The invention thus achieves the proposed objects by achieving the advantages stated with respect to the known solutions mentioned.

Claims

CLAIMS 1. Cooking oven for food use comprising a pre-mixing gas burner with an air-gas mixing device and a fan means operatively associated with the mixer to forcibly feed the combustible mixture to the burner, the burner bearing at one end an inlet section through which the combustible mixture is fed to the burner, characterized in that it comprises, at said burner inlet section, a device for restricting the passage of the combustible mixture fed to the burner.

2. An oven according to claim 1, wherein said constricting device comprises a calibrated orifice.

3. Furnace according to claim 2, wherein said calibrated orifice has an annular discoidal shape with a central through hole and is capable of being removably constrained at the inlet section of the burner.

4. Furnace according to one of the preceding claims, in which said calibrated orifice is located in correspondence with said inlet section coaxially with the burner.

5. Furnace according to claim 1, wherein said throttling device comprises a throttle body provided upstream of the burner, with respect to the flow direction of the combustible mixture, to delimit a narrowing of the passage section of said mixture fed to the burner.

6. Furnace according to one of the preceding claims, in which, being the width of the restriction in relation to the inlet section, correlated to the level of noise generated in the burner by the combustion reaction, the dimension of the width of said restriction is chosen as a value such as to obtain in the burner a noise level lower than a predetermined threshold.

7. Furnace according to one of the preceding claims, with a burner of the modulating power type, in which, since the width of the restriction is correlated to the extent of the pressure drop induced by said restriction, the dimension of the width of the restriction is chosen as a value such that for the desired power value it corresponds to the maximum speed obtainable in the fan means, so as to maximize the modulation range starting from the value of said desired power up to the minimum power value obtainable from the burner.

8. Oven according to one of the preceding claims, in which said burner has a tubular shape.