ITMC20090036A1 - Apparecchio di riscaldamento indipendente a gas con scambio su fluido intermedio. - Google Patents

Description

“APPARECCHIO DI RISCALDAMENTO INDIPENDENTE A GAS CON SCAMBIO SU FLUIDO INTERMEDIO”.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un apparecchio di riscaldamento indipendente funzionante a gas, caratterizzato dal fatto di trasmettere energia termica all’ambiente da riscaldare prevalentemente attraverso la superficie esterna di elementi metallici modulari, ove questi ultimi sono riscaldati da un fluido intermedio presente al loro interno, a sua volta portato alla temperatura idonea tramite lo scambio termico con le pareti di uno scambiatore di calore facente parte di un circuito di combustione alimentato a gas.

Con la definizione di "apparecchi di riscaldamento indipendenti a gas a convezione" le norme tecniche identificano una tipologia di apparecchi destinati al riscaldamento indipendente di singoli ambienti. Il termine indipendenti, in particolare, significa che questi apparecchi comprendono in una singola unità tutte le funzioni necessarie, dal sistema di produzione del calore agli organi di regolazione e controllo.

Tali apparecchi, noti commercialmente anche come “radiatori a gas” o anche “termoconvettori a gas”, sono installati in maniera fissa ed hanno come conseguenza della loro destinazione d'uso una potenza termica che nella maggior parte dei casi non supera i 4 kW, ma può arrivare anche a 20 kW, quest’ultima intesa come limite superiore previsto dalla norma comunitaria armonizzata.

L'aspetto importante ai fini della sicurezza d’utilizzo è che questi apparecchi vengono proposti sul mercato nella tipologia costruttiva, definita dalla normativa come “Tipo C”, cosiddetta a ”circuito di combustione stagno". Questo vuol dire che il circuito di combustione (presa dell'aria comburente dall’esterno, camera di combustione, scambiatore, condotto di evacuazione verso l’esterno dei prodotti della combustione del gas) non è in comunicazione con l'ambiente riscaldato, per cui si elimina il rischio di intossicazione da ossido di carbonio ed anche la necessità di aperture di ventilazione nel locale. Quindi l’adduzione di aria comburente e lo scarico dei prodotti della combustione rispettivamente da e verso l’esterno avvengono tramite condotti che attraversano la parete su cui l’apparecchio è installato, secondo modalità e tipologie classificate dalle norme tecniche d’installazione.

Per quanto concerne invece la modalità di cessione del calore all’ambiente da riscaldare, questi apparecchi operano principalmente per convezione. Infatti essi sono fondamentalmente costituiti dall’assieme camera di combustione/scambiatore di calore e da un involucro metallico esterno, avente anche funzione di mobiletto estetico, dotato di una griglia inferiore ed una superiore, attraverso le quali l’aria dell’ambiente circola, sia per moto convettivo naturale o, in alternativa, per moto forzato tramite l’azione di un apposito ventilatore.

Lo scambio termico avviene quindi direttamente tra l’aria dell’ambiente che attraversa lo spazio tra involucro esterno e le pareti dell’assieme camera di combustione/scambiatore di calore, portate in temperatura di regime dalla combustione del gas al loro interno. Le suddette pareti raggiungono quindi, per effetto della fiamma generata dal bruciatore e dal contatto con i relativi fumi, temperature generalmente elevate, che risultano inoltre differenziate, crescenti in funzione della vicinanza alla camera di combustione.

Tali condizioni di funzionamento, positivamente caratterizzate dall'eliminazione delle dispersioni termiche dovute all’assenza di tubazioni di distribuzione e da una messa a regime decisamente rapida, causano tuttavia alcuni inconvenienti, che si possono così riassumere:

- le differenti temperature raggiunte dallo scambiatore non consentono di ottenere un’ottimale uniformità della temperatura dell’aria calda in uscita dall’apparecchio. Da ciò deriva anche che le differenti sollecitazioni meccaniche a cui di conseguenza è sottoposto l’assieme camera di combustione/scambiatore di calore possano con molta probabilità generare rumorosità indesiderate, dovute alle differenti dilatazioni termiche dei materiali impiegati, ai relativi attriti, ecc.;

- le caratteristiche fisiche dell’aria in relazione allo scambio termico, ovvero il suo limitato calore specifico e la bassa conducibilità termica, fanno sì che nel caso di apparecchi a convezione naturale il limitato flusso d’aria che s’instaura produca temperature dell’aria stessa e della griglia di uscita tali da causare ustioni al contatto. L’utilizzo di un ventilatore di convezione forzata può limitare il suddetto problema, abbassando in parte le temperature, ma introducendo una fonte di emissione di rumore che può facilmente risultare incompatibile con le condizioni di comfort, anche acustico, richieste dall’utente;

- in entrambi i casi sopra descritti, ovvero convezione naturale o forzata tramite ventilatore, le temperature dell’aria in uscita risultano comunque relativamente elevate e tali da provocare l’annerimento della parete adiacente, causato dalla combustione delle particelle di pulviscolo presenti nell’aria, fenomeno che viene particolarmente accentuato a causa del contatto dell’aria stessa con le pareti dello scambiatore a temperatura elevata.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un apparecchio che sia in grado di funzionare con temperature di regime delle parti attive più uniformi e contenute, non pericolose per l’utilizzatore; oltre a limitare il verificarsi di rumorosità fastidiose dovute alle diverse dilatazioni termiche dei materiali.

Questo scopo è raggiunto in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

L'apparecchio di riscaldamento indipendente a gas, secondo l'invenzione, comprende:

- un generatore di calore comprendente un corpo entro il quale sono definiti una camera di combustione in cui è disposto un bruciatore e una zona di scambio termico, e

- mezzi di comando e controllo per comandare l'accensione e l'alimentazione di detto bruciatore (22).

Il corpo del generatore di calore è realizzato in modo da costituire un circuito di combustione stagno rispetto all’ambiente da riscaldare.

L'apparecchio comprendere inoltre un corpo termico atto a formare un guscio contenente al suo interno detto corpo del generatore di calore, in modo da creare tra essi un’intercapedine occupata da un fluido termovettore intermedio, che viene riscaldato dal contatto con detto corpo del generatore.

Le caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è una vista frontale parzialmente spezzata, illustrante schematicamente l’apparecchio di riscaldamento indipendente a gas secondo l'invenzione;

la Fig. 2 è una vista laterale dell'apparecchio di Fig. 1; la Fig. 3 è una vista in sezione presa lungo il piano di sezione III-III di Fig. 1; e

la Fig. 4 è una vista in sezione presa lungo il piano di sezione IV-IV di Fig. 2.

Con l'ausilio delle figure viene descritto l’apparecchio di riscaldamento indipendente a gas secondo l'invenzione, indicato complessivamente con il numero di riferimento (1).

Con riferimento in particolare alle Figg. 3 e 4, l'apparecchio (1) comprende un generatore di calore (2), realizzato in modo da costituire un circuito di combustione stagno rispetto all’ambiente da riscaldare.

Il generatore di calore comprende un corpo (2') di forma allungata. Nella parte inferiore del corpo (2') è definita una camera di combustione (21) entro la quale è disposto un bruciatore a gas (22).

Nella parte superiore del corpo (2) del generatore è definita una zona di scambio termico (24) comunicante con la camera di combustine (21). La zona di scambio termico (24) viene riscaldata dal calore generato dalla fiamma del bruciatore (22) e funge da scambiatore di calore.

In corrispondenza della camera di combustione (21), il corpo (2') del generatore presenta un primo attacco (20) che si connette ad un condotto di aspirazione (28) comunicante con l'esterno del locale da riscaldare per l'aspirazione dell'aria comburente. Nella parte superiore del corpo (2') del generatore è previsto un secondo attacco (25) che si connette ad un secondo condotto di scarico (29) comunicante con l'esterno per lo scarico dei prodotti della combustione.

Il generatore di calore a gas (2) è del tipo a tiraggio naturale, poiché l’aria comburente proviene dall’esterno del locale da riscaldare, tramite il condotto (28), alimenta la fiamma del bruciatore (22) che riscalda la zona di scambio termico (24). Quindi i prodotti della combustione sono convogliati verso il condotto di scarico (29).

La figura 3 mostra come esempio una configurazione del circuito di combustione in cui i condotti di aspirazione e scarico (28, 29) sono tra loro separati, ma ulteriori soluzioni sono prevedibili tra le diverse classificate dalla vigente normativa comunitaria armonizzata riguardo alle modalità di evacuazione dei prodotti della combustione, quale ad esempio l'utilizzo di condotti concentrici.

La produzione di energia termica avviene tramite la combustione della miscela aria/gas attuata dal bruciatore (22) di tipo atmosferico, alimentato da un ugello gas (23) posto a monte dello stesso.

L'ugello (23) è collegato ad una tubazione di alimentazione (27) nella quale è interposta una valvola gas (26).

La valvola (26) preferibilmente è del tipo a regolazione modulante termostatica, dotata di organi di tenuta, regolazione, controllo fiamma ed anche di comando per l’utente. La valvola (26) può essere asservita inoltre al controllo di un termostato di sicurezza contro le sovratemperature.

Questa tipologia di controllo dell’alimentazione gas consente, tramite un bruciatore pilota, una termocoppia di sicurezza ed un accenditore piezoelettrico, il funzionamento dell’apparecchio senza necessità di organi alimentati elettricamente; tuttavia non viene esclusa l’adozione di sistemi di accensione e controllo fiamma di tipo alimentato elettricamente da rete.

Vantaggiosamente la tubazione di alimentazione gas (27) proveniente dall’esterno, la valvola gas (26) e la restante parte di tubazione fino all’alimentazione dell'ugello gas (23), sono racchiusi in una calotta (7) in modo da non essere comunicanti con il locale da riscaldare. In questo modo si ottiene un ulteriore fattore di sicurezza di utilizzo, in quanto una perdita di gas, che si verificasse per cause anomale lungo tale circuito, non verrebbe immessa nell’ambiente interno.

Il calore prodotto dalla combustione del gas al bruciatore (22) e dai relativi fumi viene ceduto alle pareti del corpo (2') nella zona di scambio termico (24), per essere successivamente trasmesso al mezzo circostante, mentre una parte residua di esso contenuta nei fumi viene emessa attraverso lo scarico (25) ed il relativo condotto (29) fino all’esterno del locale d’installazione.

Nella tecnica nota degli apparecchi di riscaldamento indipendenti a gas il mezzo esterno a cui cedono calore le pareti dello scambiatore di calore è direttamente l’aria dell’ambiente da riscaldare, quindi lo scambio avviene prevalentemente per convezione.

Nella presente invenzione, invece, il generatore di calore (2) formato dalla camera di combustione (21) e dalla zona di scambio termico (24) è racchiuso in un corpo termico (3), atto a formare un guscio contenente al suo interno il sopracitato generatore di calore (2). Il corpo termico (3) e il corpo (2') del generatore di calore sono conformati in modo da creare tra essi un’intercapedine (5) occupata da un fluido termovettore intermedio, che viene riscaldato dal contatto con le pareti esterne della zona di scambio termico (24), innescando così nel fluido intermedio un moto convettivo verso l’alto.

Il corpo termico (3) è altresì dotato di attacchi superiori (30) ed inferiori (31) collegati a rispettivi raccordi di tenuta (32, 33). Ai raccordi di tenuta (32, 33) sono collegati uno o più elementi metallici tubolari (4) opportunamente sagomati.

Gli elementi metallici tubolari (4) sono disposti preferibilmente, ma non esclusivamente, in modo simmetrico ai lati del corpo termico (3), e comunicano con l'intercapedine (5), tramite i raccordi di tenuta (32, 33), in modo da formare un circuito contenente al proprio interno il fluido termovettore intermedio.

Gli elementi tubolari (4), di numero opportuno in rapporto alla potenza termica resa dal generatore di calore (2), hanno la funzione di aumentare la superficie di scambio termico verso l’ambiente da riscaldare, consentendo al fluido termovettore al loro interno di effettuare un moto convettivo a termosifone, tipico dei caloriferi ad acqua, a cui tali elementi si richiamano.

La disponibilità notevolmente maggiore di superfici di scambio termico riscontrabile nell’apparecchio (1) descritto nella presente invenzione, rispetto agli apparecchi della tecnica nota, consente di ottenere livelli di temperatura al contatto delle suddette superfici più confortevoli e non pericolose, rese inoltre pressoché costanti in tutti i punti, grazie all’azione uniformante del fluido termovettore intermedio.

Quest’ultima condizione di funzionamento, evitando le notevoli differenze di temperatura riscontrabili nelle soluzioni della tecnica nota, consente quindi di eliminare i corrispondenti effetti negativi in termini di rumorosità dovute ad elevate sollecitazioni localizzate o ad eccessive dilatazioni termiche dei materiali. Sempre relativamente alle emissioni acustiche, nell’apparecchio oggetto della presente invenzione il fluido termovettore intermedio, riempiendo l’intercapedine (5) tra il generatore di calore (2) ed il corpo termico (3), modifica positivamente anche l’impedenza acustica, limitando la trasmissione del rumore della combustione verso l'ambiente riscaldato, migliorando sensibilmente il comfort acustico, specialmente in locali come le camere da letto.

Per quanto detto sopra, il fluido termovettore intermedio potrà essere scelto tra quelli aventi caratteristiche fisiche e chimiche compatibili con l’applicazione e con il range di temperature riscontrabili nel funzionamento dell’apparecchio. A tale scopo viene indicato, preferibilmente ma non esclusivamente, l’utilizzo di specifici fluidi di scambio termico a bassa viscosità e dal basso coefficiente di espansione termica, ivi compresi gli oli minerali diatermici.

Un gas inerte, in opportuna quantità, può essere confinato nella zona più alta del circuito costituito dall'intercapedine (5) e dagli elementi tubolari (4), consentendo di compensare, senza l’impiego di dispositivi meccanici, le variazioni volumetriche del fluido termovettore intermedio conseguenti alle variazioni di temperatura.

Nell’apparecchio di riscaldamento indipendente a gas oggetto della presente invenzione, poiché sia all’interno del circuito di combustione che del circuito di scambio termico si attuano i rispettivi processi per circolazione naturale, rispettivamente senza ausilio di ventilatori per i fumi o di pompe per il fluido intermedio, risulta possibile variare la configurazione dell’apparecchio stesso non solo variando il numero degli elementi tubolari (4), ma anche variando l’altezza degli stessi unitamente a quella del corpo termico (3) e del generatore di calore a gas (2) in esso contenuto. In questo modo la gamma delle diverse potenze termiche rese da differenti modelli di apparecchi potrebbe essere ottenuta sia variando l’ingombro orizzontale, in modo da favorire l’installazione in vani sotto finestra come i tradizionali radiatori ad acqua; oppure limitando il numero di elementi tubolari (4) ma aumentando invece l’altezza dell’apparecchio, fino ad ottenere soluzioni esteticamente simili ai moderni radiatori d’arredamento e/o scalda-salviette, con altezze anche prossime a quelle della parete del locale d’installazione.

L’apparecchio oggetto della presente invenzione, in quanto apparecchio di riscaldamento a gas con circuito di combustione stagno di “Tipo C” così come definito dalle norme comunitarie armonizzate, è da considerarsi corredato a cura del costruttore degli idonei raccordi, condotti e terminali per l’adduzione dell’aria comburente e per l’evacuazione dei prodotti della combustione, che ne garantiscano il corretto funzionamento e la conformità ai requisiti della vigente normativa tecnica.

La dotazione di accessori, oltre a quelli sopra citati in riferimento alle prescrizioni normative, comprende altri componenti funzionali o che, in particolari soluzioni d’arredamento, possono anche costituire elemento decorativo come ad esempio:

- modulo ventilatore, da applicare al corpo termico (3) allo scopo di aumentare lo scambio termico per accelerare la messa a regime iniziale del locale o comunque in tutte le situazioni quando richiesto dall’utente;

- piastre o pannelli decorativi di vari materiali (metallo, pietra naturale, compositi) fissati frontalmente sul corpo termico (3), che costituiscano inoltre un’ulteriore superficie radiante, per un maggior comfort dell’utente;

- accessori quali sostegni per asciugamani, mensole portaoggetti, da utilizzarsi a completamento di installazioni in stanze da bagno.

Alla presente forma di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Apparecchio (1) di riscaldamento indipendente a gas comprendente: - un generatore di calore (2) comprendente un corpo (2') entro il quale sono definiti una camera di combustione (21) in cui è disposto un bruciatore (22) e una zona di scambio termico (24), detto corpo (2) del generatore essendo realizzato in modo da costituire un circuito di combustione stagno rispetto all’ambiente da riscaldare, e - mezzi di comando e controllo (26, 27, 23) per comandare l'accensione e l'alimentazione di detto bruciatore (22); caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre - un corpo termico (3) atto a formare un guscio contenente al suo interno detto corpo (2') del generatore di calore (2), in modo da creare tra essi un’intercapedine (5) occupata da un fluido termovettore intermedio, che viene riscaldato dal contatto con detto corpo (2') del generatore.
2. 2) Apparecchio (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un elemento tubolare (4), disposto lateralmente al corpo termico e comunicante con detta intercapedine (5) in modo da formare un circuito contenente al proprio interno detto fluido termovettore intermedio.
3. 3) Apparecchio (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto corpo termico (3) comprende attacchi superiori (30) ed inferiori (31) atti a collegare detto almeno un elemento tubolare (4).
4. 4) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore intermedio comprende oli minerali diatermici.
5. 5) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore intermedio comprende un liquido e un gas inerte, confinato nella zona più alta del circuito.
6. 6) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di comando e controllo dell'alimentazione di gas comprendono una valvola (26) disposta in una tubazione di alimentazione gas (27) proveniente dall’esterno, e collegata ad un ugello gas (23) del bruciatore, in cui detta valvola (26), detta tubatura (27) e detto ugello (23) sono racchiusi in una calotta (7), in modo da non comunicare con l'ambiente da riscaldare.
7. 7) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di comando e controllo dell'alimentazione di gas comprendono una valvola gas (26) del tipo a regolazione modulante termostatica, che a sua volta comprende un bruciatore pilota con accensione piezoelettrica, un controllo fiamma a termocoppia ed un comando per l’utente.
8. 8) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di comando e controllo fiamma di tipo elettronico, alimentato dalla rete elettrica.
9. 9) Apparecchio (1) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto sistema di comando e controllo fiamma di tipo elettronico è abbinato ad un bruciatore di tipo premiscelato.
10. 10) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una piastra o un pannello decorativo, in metallo, pietra naturale, o materiali compositi, fissato frontalmente su detto corpo termico (3).
11. 11) Apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un modulo ventilatore, da applicare al corpo termico (3).