ITVR20090062A1 - Caldaia compatta - Google Patents

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Description

CALDAIA COMPATTA
DESCRIZIONE
Il presente trovato si riferisce ad una caldaia compatta.
Attualmente, sono largamente diffusi degli impianti per la produzione di acqua calda, i quali sono costituiti da un serbatoio di contenimento dell'acqua, il quale è in grado di fornire l'acqua calda per il riscaldamento dell'ambiente (sia esso effettuato mediante l'impiego d radiatori e/o mediante un impianto a pavimento), eventualmente abbinato a dispositivi scambiatori per la produzione di acqua calda ad uso sanitario.
Un esempio di impianti di questo tipo è costituito dalle cosiddette caldaie "bi-termiche". In tali caldaie, la commutazione da una funzione all'altra è ottenuta normalmente mediante l'utilizzo di una valvola a tre vie, la quale commuta l'acqua del circuito primario fra circuito di riscaldamento e circuito di produzione dell'acqua sanitaria.
In particolare, tali caldaie presentano un bruciatore che scalda l'acqua che transita in uno scambiatore primario mossa da una pompa di circolazione. Come detto, dei mezzi di commutazione, quali una valvola a tre vie, commutano a comando la circolazione fra un circuito di riscaldamento esterno e un circuito di produzione dell'acqua sanitaria.
Le sempre più sentite esigenze nel campo del risparmio energetico nonché alcune esigenze riscontrate in particolari tipologie abitative hanno portato a sviluppare altre tipologie di impianti per la produzione di acqua calda, i quali essenzialmente si compongono di un serbatoio di accumulo dell'acqua da riscaldare per il riscaldamento dei radiatori e/o dell'impianto di riscaldamento a pavimento; l'acqua alloggiata all'interno del serbatoio d'accumulo viene generalmente riscaldata da tubi fumo in collegamento con la camera di combustione di un bruciatore.
Tali dispositivi possono prevedere l'utilizzo di caldaie a condensazione, le quali raggiungono rendimenti maggiori rispetto alle caldaie tradizionali in quanto consentono di sfruttare, oltre che, come usuale, il calore sensibile dei fumi prodotti durante il processo di combustione, anche il loro calore latente.
Tipicamente, le caldaie a condensazione sono composte da un focolare, che definisce, internamente, una camera di combustione all'interno della quale viene bruciato il combustibile, e da uno scambiatore di calore comunicante con la camera di combustione e costituito, solitamente, da un gruppo di condotti di passaggio per i fumi caldi generati durante la combustione.
I condotti di passaggio sono immersi all'interno dell'acqua da riscaldare così da consentire ai fumi di cedere il proprio calore all'acqua da riscaldare.
Le maggiore attenzione attuale alle problematiche relative al risparmio energetico hanno portato ad inserire, all'interno del serbatoio d'accumulo, una serpentina di riscaldamento collegata ad un circuito solare.
Tali serpentine di riscaldamento vengono posizionate in corrispondenza di una porzione inferiore del serbatoio d'accumulo in modo tale da sfruttare il maggior salto termico tra il fluido in esse contenuto e l'acqua a temperatura che, come noto, per stratificazione si dispone, appunto, in corrispondenza della porzione inferiore del serbatoio d'accumulo.
Un problema abbastanza sentito è costituito dalla necessità di ridurre il più possibile le dimensioni degli impianti così da consentire di incassare, ad esempio all'interno dei muri, le caldaie delle singole unità abitative.
Tuttavia, volendo ridurre le dimensioni, non sempre è possibile ottenere serbatoi di capacità sufficiente a garantire l'inerzia termica necessaria affinché risulti vantaggioso, dal punto di vista pratico, l'impiego di pannelli solari.
Per tale motivo sono state proposte, in alternativa alle caldaie bi-termiche, e per cercare di sfruttare le potenzialità del solare, delle caldaie istantanee con bollitori per l'acqua sanitaria i quali sono associati ad un circuito di riscaldamento ausiliario mediante pannelli solari e ad un serpentino collegato in remoto alla caldaia istantanea.
I problemi principali di tali soluzioni sono legati alla ridotta capacità del bollitore e alla difficoltà di garantire, in situazione di picchi, la quantità di acqua sanitaria calda richiesta.
Compito precipuo del presente trovato è quello di mettere a disposizione una caldaia compatta in grado di eliminare, o quantomeno di ridurre drasticamente, gli inconvenienti lamentati negli impianti oggi disponibili in commercio.
All'interno di questo compito, uno scopo importante del presente trovato è quello di offrire una caldaia compatta che consenta di ottenere il riscaldamento dell'acqua sanitaria in tempi rapidi e con rendimenti energetici particolarmente elevati.
Non ultimo scopo del trovato è quello di ideare una caldaia compatta presentante un costo estremamente competitivo in modo tale che il suo impiego risulti vantaggioso anche dal punto di vista economico.
Questo compito, nonché questi e altri scopi ancora che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da una caldaia compatta (1) caratterizzata dal fatto di comprendere un'intelaiatura di contenimento (2) alloggiante un corpo caldaia (3) associato ad un serbatoio di contenimento (4) dell'acqua da riscaldare sviluppandosi lungo un asse di sviluppo longitudinale (100) disposto sostanzialmente verticale, detto corpo caldaia (3) essendo fornito di un focolare (6) definente internamente una camera di combustione (6a) almeno parzialmente immersa in detto serbatoio di contenimento (4) e connessa operativamente ad un bruciatore, detto corpo caldaia (3) essendo in comunicazione con un condotto fumario di scarico (7) immerso in detto serbatoio di contenimento (4) dell'acqua e comprendente almeno una serpentina di scambio termico (4a) avvolta a spirale attorno all'asse di sviluppo longitudinale (100) di detto serbatoio di contenimento (4) e sfociante in un condotto di scarico fumi e condensa (7a), detto serbatoio di contenimento (4) alloggiando, inferiormente a detto condotto fumario di scarico (7), almeno una prima serpentina di riscaldamento (8) attraversabile da un fluido riscaldante collegato ad un circuito di riscaldamento ausiliario a pannelli solari (9), essendo previsto uno scambiatore a piastre (10) definente almeno un circuito primario presentante un ingresso (11a), collegato ad un raccordo (12a) di prelievo di acqua calda da detto serbatoio di contenimento (4), e un'uscita (11b) collegata, tramite un condotto di invio (13), a detto serbatoio di contenimento (4), detto circuito primario essendo in rapporto di scambio termico con almeno un circuito secondario collegato, in ingresso, ad un condotto di alimentazione (14) dell'acqua sanitaria da scaldare e, in uscita, ad un condotto di mandata (15) dell'acqua sanitaria riscaldata, detto serbatoio di contenimento (4) presentando almeno una luce di prelievo (16) di acqua calda da inviare ad un circuito di riscaldamento (17) e almeno un luce di ritorno (18) dell'acqua fredda proveniente da detto circuito di riscaldamento (17).
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di esecuzione preferite ma non esclusive di una caldaia compatta secondo il presente trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:
la figura 1 illustra, in vista prospettica, una vista schematica di una prima forma di realizzazione di una caldaia compatta secondo il trovato;
la figura 2 rappresenta, sempre in prospettiva, una variante realizzativa della caldaia compatta; mentre
la figura 3 mostra, in prospettiva e parzialmente in esploso, i vari componenti della caldaia.
Negli esempi di realizzazione che seguono, singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno in realtà essere intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazioni.
Inoltre, è da notare che tutto quello che nel corso della procedura di ottenimento del brevetto si rivelasse essere già noto, si intende non essere rivendicato ed oggetto di stralcio (disclaimer) dalle rivendicazioni.
Il presente trovato riguarda una caldaia compatta, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, la quale comprende un'intelaiatura di contenimento 2, costituita ad esempio da una base 2a di supporto eventualmente associata ad uno o più montanti laterali, alloggiante un corpo caldaia, schematicamente indicato con il numero 3, il quale risulta associato ad un serbatoio di contenimento 4 dell'acqua da riscaldare.
Secondo un primo aspetto, il serbatoio di contenimento 4 si sviluppa lungo un asse di sviluppo longitudinale 100 che risulta disposto, in uso, lungo una direzione sostanzialmente verticale.
Il corpo caldaia 3 è, come noto, fornito di un focolare 6 il quale definisce, internamente, una camera di combustione 6a almeno parzialmente immersa nel serbatoio di contenimento 4.
La camera di combustione è connessa operativamente ad un bruciatore e il corpo caldaia 3 è inoltre in comunicazione con un condotto fumario di scarico 7 immerso anch'esso nel serbatoio di contenimento 4 dell'acqua.
Il condotto fumario di scarico 7 comprende almeno una serpentina di scambio termico 7a (per aumentare l'efficienza e la resa della caldaia si è riscontrato utile impiegare due o tre serpentine di scambio termico 7a) avvolta/e a spirale attorno all'asse di sviluppo longitudinale 100 del serbatoio di contenimento 4 stesso e sfociante/i in un condotto di scarico fumi e condensa 7b.
Tale condotto fumi e condensa 7b sfocia, attraverso una apertura ricavata nel mantello esterno del serbatoio di contenimento 4, all'esterno di quest'ultimo per raccordarsi con un camino di scarico dei fumi estendentesi in direzione verticale.
Per limitare l'ingombro trasversale della caldaia compatta 1, si è riscontrato essere particolarmente vantaggioso prevedere che l'asse di sviluppo del condotto fumi e condensa 7b sia inclinato, di un angolo compreso tra 10° e 20° e preferibilmente tra 13° e 17°, rispetto all'asse del bruciatore.
All'interno del serbatoio di contenimento 4 è alloggiato, inferiormente al condotto fumario di scarico 7, almeno una prima serpentina di riscaldamento 8 la quale è attraversabile da un fluido riscaldante collegato ad un circuito di riscaldamento ausiliario a pannelli solari 9.
In particolare, il circuito di riscaldamento ausiliario a pannelli solari 9 comprende una pompa 9a destinata a far circolare il fluido riscaldante tra i pannelli 9b e la prima serpentina di riscaldamento 8.
La caldaia compatta 1 è fornita inoltre di uno scambiatore a piastre 10 che definisce almeno un circuito primario presentante un ingresso 11a, collegato ad un raccordo di prelievo 12a di acqua calda definito sul serbatoio di contenimento 4, e un'uscita 11b collegata, tramite un condotto di invio 13, al serbatoio di contenimento 4 in corrispondenza di un bocchettone di ritorno 12b.
Opportunamente, l'acqua calda all'interno del circuito primario viene messa in circolazione, quando è necessario, mediante una pompa principale 11c.
Il circuito primario è in rapporto di scambio termico, all'interno dello scambiatore a piastre 10, con almeno un circuito secondario il quale è collegato, in ingresso, ad un condotto di alimentazione 14 dell'acqua sanitaria da scaldare costituita, tipicamente, dalla rete idrica, e, in uscita, ad un condotto di mandata 15 dell'acqua sanitaria riscaldata verso le utenze dell'abitazione.
Il serbatoio di contenimento 4 presenta, inoltre, almeno una luce di prelievo 16 (che può anche essere costituita dal medesimo raccordo di prelievo 12a disposto normalmente alla sommità del serbatoio di contenimento 4) di acqua calda da inviare ad un circuito di riscaldamento 17, e almeno un luce di ritorno 18 dell'acqua fredda proveniente da detto circuito di riscaldamento 17. Secondo un aspetto particolarmente importante del presente trovato ben illustrato in figura 2, la caldaia compatta 1 comprende almeno un bollitore di contenimento e accumulo 19 dell'acqua sanitaria interposto tra il condotto di alimentazione 14 dell'acqua sanitaria da riscaldare (nello specifico la rete idrica) e il circuito secondario dello scambiatore a piastre 10.
Opportunamente, il circuito di riscaldamento ausiliario 9 a pannelli solari comprende almeno una seconda serpentina 20 alloggiata all'interno del bollitore di contenimento e di accumulo 19.
In questo caso specifico, lungo il condotto d'invio 13 è ricavato uno scambiatore ausiliario 21 alloggiato all'interno del bollitore di contenimento e di accumulo 19 e costituito opportunamente da una spirale avvolgentesi attorno ad un asse sostanzialmente verticale.
In pratica, l'acqua calda circolante all'interno de circuito primario, prima di essere riportata all'interno del serbatoio di contenimento, attraversa tale scambiatore ausiliario 21 così da cedere l'eventuale calore residuo all'acqua sanitaria contenuta all'interno del serbatoio di contenimento e accumulo 19.
La seconda serpentina 20 collegata al circuito di riscaldamento ausiliario 9 è, opportunamente, disposta inferiormente allo scambiatore ausiliario 21 all'interno del bollitore di contenimento e di accumulo 19 e anch'essa può essere vantaggiosamente realizzata da un corpo a spirale avvolgentesi attorno ad un asse sostanzialmente verticale.
Entrando maggiormente nei dettagli, il bollitore di contenimento e accumulo 19 si sviluppa parallelamente al serbatoio di contenimento 4 dell'acqua da riscaldare lungo un rispettivo asse longitudinale 101 parallelo all'asse 100.
Vantaggiosamente, per realizzare una struttura particolarmente compatta, si prevede che il bollitore di contenimento e accumulo 19 e il serbatoio di contenimento 4 presentino il medesimo sviluppo in altezza.
Opportunamente, la seconda serpentina 20 è collegata in serie alla prima serpentina 8 lungo il circuito di riscaldamento ausiliario 9 a pannelli solari.
In particolare, il fluido riscaldante proveniente dai pannelli solari 9b prima attraversa la seconda serpentina 20 cedendo calore all'acqua contenuta nel bollitore di contenimento e accumulo 19 e, quindi, attraversa la prima serpentina 8 cedendo l'eventuale calore residuo all'acqua contenuta all'interno del serbatoio di contenimento 4.
Secondo una preferita forma di realizzazione, lo scambiatore ausiliario 21 è alloggiato nella porzione sommitale del bollitore di contenimento e accumulo 19 così da preriscaldare l'acqua destinata al condotto di alimentazione 14.
L'intelaiatura di contenimento 2 presenta, in particolare, un ingombro trasversale tale da consentire l'incasso di quest'ultima, di conseguenza della caldaia compatta 1, all'interno di un muro di una abitazione.
Per ottenere tale risultato si è previsto l'impiego di un serbatoio di contenimento 4 ed dell'eventuale, se previsto, bollitore di contenimento e accumulo 19, presentanti un diametro ridotto (dell'ordine di 300 mm). Tutta la componentistica, come illustrato nelle figure allegate, quali le pompe o le valvole e lo scambiatore a piastre, risultano supportate da un montante 30 e disposte una sopra l'altra mentre i vasi 31 risultano anch'essi supportati dal medesimo montante 30 e disposti affiancati alle pompe.
Tutte le tubazioni necessarie a realizzare i circuiti per l'acqua destinata a riscaldamento dell'abitazione (mediante l'impiego di radiatori e/o di impianti a pavimento) che dell'acqua sanitaria che del circuito di riscaldamento ausiliario sono ordinatamente disposte tra il serbatoio di contenimento 4 e i vasi 31 così da minimizzare anche lo sviluppo in larghezza della caldaia compatta 1.
Si può prevedere che tutti gli allacci dei circuiti sopra elencati siano portati da una staffa 32 disposta in corrispondenza della base 2a per rendere estremamente pratica e veloce la fase di collegamento della caldaia compatta 1 agli impianti dell'abitazione.
L'utilizzo di una caldaia compatta 1 secondo il presente trovato discende in maniera evidente da quanto sopra descritto.
In particolare, con riferimento alla caldaia compatta 1 fornita del bollitore di contenimento e accumulo 19, si può osservare come l'utilizzatore possa, in ogni momento, usufruire di acqua calda per uso sanitario in abbondanza. Man mano che tale acqua calda viene utilizzata, il condotto di alimentazione 14 procede a prelevare dal bollitore acqua a temperatura inferiore (ma comunque superiore a quella presente nella rete idrica) e, conseguentemente, allo scambiatore a piastre 10 viene richiesto solo di garantire un ridotto salto termico spesso ottenibile senza la necessità che parta il bruciatore visto che anche all'interno del serbatoio di contenimento 4 vi è una sufficiente quantità d'acqua a temperatura tale da garantire il salto termico richiesto.
In tal modo inoltre, a parità di potenza dello scambiatore a piastre 10 e del bruciatore, sarà garantita una maggiore quantità di acqua per unità di tempo.
Ad ogni buon conto, nel caso l'acqua prelevata dalla sommità del bollitore di contenimento e accumulo 19 risultasse, a seguito di un uso estremamente intenso, particolarmente bassa o paragonabile alla temperatura dell'acqua fornita dalla rete idrica, l'accensione del bruciatore consente, istantaneamente, grazie allo scambiatore a piastre 10, di riscaldare l'acqua richiesta ma al contempo, il condotto di invio 13 in uscita dallo scambiatore a piastre 10 è in grado, attraverso lo scambiatore ausiliario 21, di preriscaldare l'acqua contenuta in corrispondenza della sommità del bollitore di contenimento e accumulo 19 così da consentire che l'acqua sanitaria successivamente prelevata giunga allo scambiatore a piastre 10 ad una temperatura comunque maggiore rispetto a quella fornita dalla rete idrica.
Tutte le caratteristiche del trovato, su indicate come vantaggiose, opportune e simili, possono anche mancare o essere sostituite da equivalenti. Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.
Si è in pratica constatato come in tutte le forme realizzative il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi ad esso preposti.
Le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.
Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.
Laddove le caratteristiche tecniche nelle rivendicazioni sono seguite da riferimenti numerici e/o sigle, detti riferimenti numerici e/o sigle sono stati aggiunti all'unico scopo di aumentare l'intellegibilità delle rivendicazioni e pertanto detti riferimenti numerici e/o sigle non producono alcun effetto sull'ambito di ciascun elemento identificato solo a titolo indicativo da detti riferimenti numerici e/o sigle.

Claims (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Caldaia compatta (1) caratterizzata dal fatto di comprendere un'intelaiatura di contenimento (2) alloggiante un corpo caldaia (3) associato ad un serbatoio di contenimento (4) dell'acqua da riscaldare sviluppandosi lungo un asse di sviluppo longitudinale (100) disposto sostanzialmente verticale, detto corpo caldaia (3) essendo fornito di un focolare (6) definente internamente una camera di combustione (6a) almeno parzialmente immersa in detto serbatoio di contenimento (4) e connessa operativamente ad un bruciatore, detto corpo caldaia (3) essendo in comunicazione con un condotto fumario di scarico (7) immerso in detto serbatoio di contenimento (4) dell'acqua e comprendente almeno una serpentina di scambio termico (7a) avvolta a spirale attorno all'asse di sviluppo longitudinale (100) di detto serbatoio di contenimento (4) e sfociante in un condotto di scarico fumi e condensa (7b), detto serbatoio di contenimento (4) alloggiando, inferiormente a detto condotto fumario di scarico (7), almeno una prima serpentina di riscaldamento (8) attraversabile da un fluido riscaldante collegato ad un circuito di riscaldamento ausiliario a pannelli solari (9), essendo previsto uno scambiatore a piastre (10) definente almeno un circuito primario presentante un ingresso (11a), collegato ad un raccordo (12a) di prelievo di acqua calda da detto serbatoio di contenimento (4), e un'uscita (11b) collegata, tramite un condotto di invio (13), a detto serbatoio di contenimento (4), detto circuito primario essendo in rapporto di scambio termico con almeno un circuito secondario collegato, in ingresso, ad un condotto di alimentazione (14) dell'acqua sanitaria da scaldare e, in uscita, ad un condotto di mandata (15) dell'acqua sanitaria riscaldata, detto serbatoio di contenimento (4) presentando almeno una luce di prelievo (16) di acqua calda da inviare ad un circuito di riscaldamento (17) e almeno un luce di ritorno (18) dell'acqua fredda proveniente da detto circuito di riscaldamento (17).
  2. 2. Caldaia compatta (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un bollitore di contenimento e accumulo (19) dell'acqua sanitaria interposto tra detto condotto di alimentazione (14) dell'acqua sanitaria da riscaldare e detto circuito secondario di detto scambiatore a piastre (10).
  3. 3. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto circuito di riscaldamento ausiliario (9) a pannelli solari comprende almeno una seconda serpentina (20) alloggiata all'interno di detto bollitore di contenimento e di accumulo (19).
  4. 4. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto condotto d'invio (13) comprende uno scambiatore ausiliario (21) alloggiato all'interno di detto bollitore di contenimento e di accumulo (19).
  5. 5. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta almeno una seconda serpentina (20) è disposta inferiormente a detto scambiatore ausiliario (21) all'interno di detto bollitore di contenimento e di accumulo (19).
  6. 6. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto bollitore di contenimento e accumulo (19) si sviluppa parallelamente a detto serbatoio di contenimento (4) dell'acqua da riscaldare.
  7. 7. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta seconda serpentina (20) è collegata in serie a detta prima serpentina (8) lungo detto circuito di riscaldamento ausiliario (9) a pannelli solari.
  8. 8. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto scambiatore ausiliario (21) è alloggiato nella porzione sommitale di detto bollitore di contenimento e accumulo (19).
  9. 9. Caldaia compatta (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta intelaiatura di contenimento (2) presenta un ingombro trasversale tale da consentire l'incasso all'interno di un muro di una abitazione.
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