ITBO20060758A1 - Caldaia con sistema di raffreddamento della testa di combustione - Google Patents

Caldaia con sistema di raffreddamento della testa di combustione Download PDF

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ITBO20060758A1
ITBO20060758A1 IT000758A ITBO20060758A ITBO20060758A1 IT BO20060758 A1 ITBO20060758 A1 IT BO20060758A1 IT 000758 A IT000758 A IT 000758A IT BO20060758 A ITBO20060758 A IT BO20060758A IT BO20060758 A1 ITBO20060758 A1 IT BO20060758A1
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Nicola Lovascio
Raffaello Rastelli
Claudio Zatti
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Gas Point S R L
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Description

D E S C R I Z I O N E
di Brevetto per Invenzione Industriale di
GAS POINT S.R.L.
di nazionalità italiana,
con sede in VIA ALFIERI, 1
42041 BRESCELLO (RE)
Inventori: Lovascio Nicola
Rastelli Raffaello
Zatti Claudio
*★★ ìfr**★lAr ***
La presente invenzione è relativa ad una caldaia
_i n LU « con sistema di raffreddamento della testa di
CC z O ca = combustione del bruciatore. In particolare, la presente LU _l LU
invenzione si riferisce ad una caldaia con bruciatore a <Lì_
U. < EE
premiscelazione aria-gas, a cui la descrizione farà esplicito riferimento, senza per questo perdere in generalità.
Come è noto le caldaie con bruciatore a premiscelazione totale aria-gas sono progettate per lavorare con bruciatori che utilizzano solamente aria comburente miscelata con il gas combustibile a monte della testa di combustione del bruciatore e, quindi, senza alcun apporto di aria secondaria a valle della testa di combustione del bruciatore.
Le caldaie con bruciatori a premiscelazione aria
gas note comprendono un miscelatore in cui avviene la premiscelazione totale aria-gas, un ventilatore, un bruciatore, una camera di combustione a valle del bruciatore e uno scambiatore termico il quale comprende, a sua volta, una pluralità di tubi definenti il percorso dell'acqua di un impianto di riscaldamento.
Il miscelatore può essere collocato a monte o a valle del ventilatore a seconda della scelta fatta dal costruttore.
Le caldaie del tipo sopra descritto presentano il gravoso problema relativo all'eccessivo riscaldamento
della testa di combustione del bruciatore, ed in cc ec o Cù g particolare il surriscaldamento dell'elemento diffusore i-U QJ r < B che rappresenta la parte della testa di combustione a LL.^
D-< o« cc contatto con la fiamma del bruciatore.
E' noto, infatti, che quando i bruciatori a premiscelazione totale aria-gas vanno al minimo della loro portata termica, il fronte di fiamma si avvicina progressivamente alla superficie del diffusore riscaldandolo a temperature molto elevate e tali da richiedere soluzioni adeguate a resistere a quelle elevate temperature.
Per superare un tale problema di surriscaldamento del diffusore sono stati utilizzati diffusori realizzati con materiali presentanti una elevata resistenza alle alte temperature, che tuttavia
comportano altri svantaggi. Nello specifico, i
diffusori in acciaio altolegato o a maglia metallica
resistenti alle alte temperature presentano lo
svantaggio di essere troppo costosi, mentre i diffusori
in materiale ceramico, quali i diffusori in matrice
porosa o in matrice ceramica, oltre ad essere anch'essi
costosi, presentano lo svantaggio di risultare
particolarmente fragili.
Scopo della presente invenzione è quello di
realizzare un sistema di raffreddamento per la testa di
combustione del bruciatore a premiscelazione totale
aria-gas, le cui caratteristiche tecniche siano tali da
superare gli inconvenienti dell'arte nota.
Pertanto, oggetto della presente invenzione è una
caldaia con bruciatore a premiscelazione totale ariagas come rivendicato alla Rivendicazione 1.
<lRLLR>O<BtF>A<ELE>A<F R>inoltre, secondo una preferita forma di
realizzazione della presente invenzione l'elemento
esterno della testa di combustione del bruciatore è un
diffusore .
Secondo una ulteriore preferita forma di
realizzazione, nell'elemento diffusore sono ricavate
una pluralità di sedi atte ad alloggiare una parte dei
tubi.
Gli esempi che seguono servono a scopo illustrativo e non limitativo, per una migliore comprensione dell'invenzione con l'ausilio delle figure del disegno annesso, in cui:
la figura 1 è una sezione di una caldaia a condensazione con bruciatore a premiscelazione totale aria-gas secondo la presente invenzione con parti asportate per semplicità;
la figura 2 è un particolare ingrandito di figura 1;
- la figura 3 è un esploso di parte della figura cc cc O CG
1; e
- la figura 4 è una sezione di una caldaia non a
CC -<">condensazione con bruciatore a premiscelazione totale aria-gas secondo la presente invenzione con parti asportate per semplicità.
In figura 1 è indicata nel suo complesso con 1 una caldaia a condensazione.
La caldaia 1 comprende un ventilatore 2 atto a soffiare la miscela aria-gas in un bruciatore 3 disposto al di sotto del ventilatore 2 al quale è connesso, una camera di combustione 4 sulla quale si affaccia il bruciatore 3, e uno scambiatore di calore 5 comprendente una pluralità di tubi 6 nei quali passa l'acqua di un inpianto di riscaldamento non illustrato.
In particolare, il bruciatore 3, la camera di
combustione 4 e lo scambiatore di calore 5 sono
alloggiati all'interno di una struttura di contenimento
7, le cui pareti laterali in corrispondenza della
camera di combustione 4 sono protette da pannelli di
fibra ceramica 12.
Come illustrato nelle figure 2 e 3, il bruciatore
3 comprende una piastra di copertura 8 atta a chiudere
superiormente la struttura di contenimento 7 e
presentante un foro 9 per l'ingresso della miscela
aria-gas proveniente dal ventilatore 2, una lamina
rompi-flusso 10 disposta in corrispondenza del foro 9 e
fissata alla piastra di copertura 8, ed una testa di
combustione il, che si affaccia nella camera di
combustione 4 e che comprende un elemento distributore
14 ed un elemento diffusore 15.
In particolare, la piastra di copertura 8 è
<R>AA<FFELE>O<BRRELLI>
fissata alla struttura 7 in maniera reversibile per<Ilbii>A<N 533>sc<r>zoneo. aprire e chiudere la struttura 7 stessa, mentre la
testa di combustione 11 è fissata alla piastra di
copertura 8 mediante dei dispositivi di fissaggio 24 e
poggiata su di una parte dei tubi 6 come sarà di
seguito descritto, in questo modo, una volta sollevato
il bruciatore 3, la camera di combustione 4 potrà
essere comodamente ispezionata.
L'elemento distributore 14 e l'elemento diffusore
15 sono costituiti da due rispettive piastre opportunamente forate, in cui la somma dei fori ricavati nell'elemento distributore 14 ha una superficie totale di passaggio di dimensione generalmente minore rispetto a quelle dei fori ricavati nell'elemento diffusore 13.
Nel distributore 14 e nel diffusore 15 sono ricavate una pluralità di scanalature 16 longitudinali, aventi un profilo sostanzialmente semicircolare e definenti sulla superficie opposta delle corrispondenti LiJ sporgenze 16a a profilo semicircolare. ca o In particolare, come illustrato in figura 2, il < 2 distributore 14 e il diffusore 15 sono tra loro accoppiati con le sporgenze 16a del diffusore 15 che impegnano le scanalature 16 del distributore 14.
Lo scambiatore di calore 5, nella particolare forma di attuazione rappresentata nella figura 1, comprende una prima pluralità di tubi 6a a sezione circolare disposti nella parte superiore della camera di combustione 4, ed alloggiati all'interno delle scanalature 16 longitudinali ricavate nel diffusore 15.
In particolare, la caldaia 1 comprende una pluralità di elementi di interposizione 17 realizzati in materiale termoconduttore, quali ad esempio maglie metalliche, ognuno dei quali viene posizionato tra ciascun tubo 6a e la rispettiva scanalatura 16 in cui è alloggiato.
Lo scambiatore di calore 5 comprende, inoltre, una seconda pluralità di tubi 6b a sezione ellittica disposti in due file tra loro sfalsate, ed una terza pluralità di tubi 6c a sezione circolare disposti al di sotto dei tubi 6b ed anch'essi disposti in due file tra loro sfalsate. In particolare, la seconda pluralità di tubi 6b è progettata per sfruttare il calore proveniente direttamente dalla fiamma e dai fumi ed il calore latente di condensazione dei fumi di combustione, e la terza pluralità di tubi 6c è progettata per sfruttare ulteriormente il calore latente di condensazione dei fumi di combustione.
Come è noto, ai tubi 6b è accoppiata una pluralità di alette 18, di cui solo una è visibile nelle figure 1 e 2, le quali aiutano lo scambio di calore tra i fumi e<L!REL>O<R BE>A<EL>l'acqua. Inoltre, la caldaia 1 comprende dei mezzi di accensione della fiamma 19 noti e non descritti in dettaglio .
Infine, in una parte inferiore della struttura di contenimento 7 sono ricavati, noti e non illustrati per semplicità, un rubinetto di scarico, attraverso il quale evacuare la condensa dei fumi, ed una bocca di ingresso di una ciminiera di evacuazione dei fumi stessi.
In fig. 4 è indicato nel suo complesso con 20 una
caldaia non a condensazione, con premiscelazione totale
secondo la presente invenzione.
Le parti della caldaia 20 uguali a quelle della
caldaia 1 saranno indicate con la medesima numerazione
e non saranno nuovamente descritte.
La caldaia 20 si differenzia dalla caldaia 1 sia
per la superficie complessiva di scambio dello
scambiatore che, avendo un minor numero di tubi ed una
minore superficie delle alette di scambio, non permette
IJ
co ai fumi di raffreddarsi in misura tale da condensare il £ £ CC
vapore in essi contenuti, sia per la disposizione del 9 9≤ LU UJ c bruciatore e scambiatore di calore, che, venendo a < | mancare la produzione di condensa, possono essere ^ disposti {ma non necessariamente) con scambiatore
collocato al di sopra del bruciatore.
Data la differente disposizione spaziale rispetto
alla caldaia 1, nella caldaia 20, una volta estratto
verso il basso il bruciatore 3, essendo anche in questo
caso facilmente removibile dalla struttura di
contenimento 7, la camera di combustione 4 potrà essere
facilmente ispezionabile.
Diversamente da quanto descritto per la caldaia 1,
la caldaia 20 comprende uno scambiatore 21 comprendente, a sua volta, una pluralità di tubi 22 nei quali passa l'acqua di un impianto di riscaldamento non illustrato. La pluralità di tubi 22 comprende una prima tipologia di tubi 22a a sezione circolare ed alloggiati all'interno delle scanalature 16 longitudinali ricavate nel diffusore 15 con l'interposizione di elementi di interposizione 17 realizzati in materiale termoconduttore, e una seconda tipologia di tubi 22b a sezione ellittica e progettati per sfruttare il calore proveniente direttamente dalla fiamma e dai fumi. Come è noto, ai tubi 22b è accoppiata una pluralità di ili «
rr . ,Qalette 23, di cui solo una e visibile m figura 4, le co g U.J quali aiutano lo scambio di calore tra i fumi e 3⁄4 § l'acqua. Infine, la caldaia 20 comprende un condotto 24 £<~>di scarico dei fumi che in questo caso non subiranno un processo di condensazione.
Come può apparire evidente ad un tecnico del ramo, la presente invenzione, garantendo un costante raffreddamento del diffusore, offre il vantaggio di consentire l'utilizzo di diffusori realizzati in acciaio di costo contenuto, senza per questo aumentare la complessità della componentistica del bruciatore.
Infatti, il circuito idraulico responsabile del raffreddamento del diffusore appartiene allo scambiatore di calore nel suo complesso senza, quindi, aggiungere un nuovo circuito idraulico e la relativa componentistica.
La caldaia della presente invenzione, comprendendo parte dei tubi dello scambiatore di calore a contatto con la testa di combustione del bruciatore, prevede uno scambio di calore direttamente dal bruciatore valutabile in una frazione variabile dal 5% al 15% a seconda della portata termica sviluppata dal bruciatore stesso, con un conseguente incremento della capacità di scambio complessiva del sistema scambiatore-bruclatore.
Altri vantaggi della presente invenzione riguardano la riduzione delle emissioni inquinanti, in particolare N0X, per la presenza nel bruciatore di sole superfici abbastanza fredde, e la possibilità da parte degli operatori di ispezionare la camera di combustione e lo scambiatore di calore senza dover scollegare alcuna parte del circuito idraulico. Infatti, basterà
<R>A<FF>A<ELE B>O<RRELL!>sollevare la piastra di copertura 8 ed estrarre dalla<Iii>A<lb>Nsc<5r>zon<33>eo. struttura di contenimento 7 la testa di combustione 11 del bruciatore 3, generalmente solidale con la struttura di contenimento 7, per avere un accesso diretto alla camera di combustione 4 ed allo scambiatore di calore 5.
I tubi 6a e 22a responsabili del raffreddamento del diffusore 15 possono avere una forma differente da quella sopra descritta e, soprattutto, possono essere a
diretto contatto del diffusore 15, il quale può o
presentare delle sedi diverse da quelle riportate nella
descrizione o esserne completamente privo.
I tubi 6a e 22a responsabili del raffreddamento
del diffusore 15 possono essere in numero differente da
quelli sopra descritti e a distanza fra di loro
differente, a condizione che numero e distanza siano
tali da raffreddare a sufficienza il diffusore 15.
La distanza reciproca fra distributore 14 e
diffusore 15 può essere diversa rispetto a quanto zi
Ili
re^ rappresentato nelle figure secondo la tecnica nota. g ^ dì° La dimensione della camera formata dalla piastraQdi copertura 8 ed il distributore 14 può essere diversa 3⁄4 j§ cr ~ rispetto a quella rappresentata nelle figure secondo la
tecnica nota.
Le superfici del diffusore 15 e del distributore
14 possono essere, prese singolarmente, piane o curvate
con raggio di curvatura rivolto verso l'interno o
l'esterno della camera del bruciatore, al fine
consentire gli spostamenti derivanti dalle dilatazioni
termiche in una direzione nota e prestabilita.
II distributore 14 può essere realizzato in un sol
pezzo oppure in più pezzi accoppiati al diffusore 15 in
modo tale da impedire fughe di miscela aria-gas direttamente dalla camera interna al bruciatore 3 al diffusore .
Il distributore 14 ed il diffusore 15 possono essere realizzati con il numero di fori o di asole e la forma dei fori e delle asole a piacere secondo la tecnica nota.
Il distributore 14 ed il diffusore 15 possono essere fissati rigidamente alla piastra di copertura 8, ad esempio mediante i dispositivi di fissaggio 24, oppure essere accoppiati alla piastra di copertura 8 mediante gli stessi dispositivi di fissaggio che
-Jia tuS cr servono per fissare la piastra di copertura 8 sulla az -r O
cc S struttura 7 secondo la tecnica nota. UJ Infine, la circolazione dell'acqua nei tubi 6a e
22a può essere in serie e/o in parallelo a seconda delle particolari esigenze del circuito dell'acqua dell'impianto di riscaldamento.

Claims (1)

  1. R IV EN D ICA Z IO N I 1. Caldaia (1; 20) comprendente un bruciatore (3), una camera di combustione (4) in cui si affaccia una testa di combustione (11) del detto bruciatore (3) ed uno scambiatore di calore (5; 21) comprendente una pluralità di tubi (6; 22) percorsi dall'acqua di un impianto di riscaldamento; la detta caldaia (1; 20) essendo caratterizzata dal fatto che il detto scambiatore di calore (5; 21) comprende una pluralità di tubi di raffreddamento (6a; 22a) disposti a contatto diretto, o con l'interposizione di un elemento (17) realizzato in un materiale termoconduttivo, con un _ ....! -l<’>i<r; £ elemento (15) della detta testa di combustione (11) del ^ bruciatore ( 3 ) .UJ <2. Caldaia (1; 20) secondo la rivendicazione 1, jv ΐ caratterizzata dal fatto che il detto elemento della testa di combustione (11) con cui i tubi di raffreddamento (6a,· 22a) sono in contatto è un diffusore {15). 3. Caldaia (1; 20) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il detto diffusore (15) presenta una pluralità di sedi (16) atte ad alloggiare rispettivi tubi di raffreddamento (6a; 22a). 4. Caldaia (1; 20) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che l'elemento diffusore (15) comprende una piastra forata, nella quale sono ricavate una pluralità di scanalature (16) longitudinali, aventi un profilo sostanzialmente semicircolare,· le dette scanalature (16) essendo le sedi atte ad alloggiare la detta pluralità di tubi di raffreddamento (6a; 22a). 5. Caldaia (1; 20) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di comprendere un elemento distributore (14) comprendente una piastra forata i cui fori hanno sezione complessiva di passaggio inferiore a quella dei fori del diffusore (15); la detta piastra presentando anch'essa delle scanalature (16) longitudinali ed essendo accoppiata al detto diffusore d « (15) in corrispondenza di dette scanalature (16). 1 & J<z>UJ^ 6. Caldaia (1; 20) secondo una qualsiasi delle < 1 rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ^ il bruciatore (3), la camera di combustione (4) e lo scambiatore di calore (5; 21) sono alloggiati all'interno di una struttura di contenimento (7); il detto bruciatore (3) essendo accoppiato alla detta struttura di contenimento (7) in maniera reversibile per esserne estratto con semplicità. 7. Caldaia (1; 20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il detto scambiatore di calore (5; 21) comprende oltre alla detta pluralità di tubi di raffreddamento (6a, 22a), una seconda pluralità di tubi (6b; 22b) aventi dimensioni uguali o diverse fra di loro ed atti a sfruttare il calore proveniente direttamente dalla fiamma e dai fumi ed il calore latente di condensazione dei fumi. 8. Caldaia (1; 20) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che la detta seconda pluralità di tubi (6b; 22b) è accoppiata ad una pluralità di alette (18). 9. Caldaia (1) secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzata dal fatto di comprendere una terza pluralità di tubi (6c) disposti a valle di detta seconda pluralità di tubi di raffreddamento (6b); la detta terza pluralità di tubi (6c) essendo progettata per sfruttare ulteriormente il calore latente di condensazione dei fumi di combustione. 10. Caldaia (1,- 20) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che il detto bruciatore (3) è un bruciatore a premiscelazione totale aria-gas. p.i.: GAS POINT S.R.L.
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