ITMI20020573U1

ITMI20020573U1 - Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione ad alto rendiment o per caldaie e generatori di aria calda

Info

Publication number: ITMI20020573U1
Application number: IT000573U
Authority: IT
Original assignee: Apen Group S P A
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-11
Also published as: DE60305277T2; ATE326671T1; DE60305277D1; US7044123B2; EP1429085A1; US20040069295A1; CA2428670C; CA2428670A1; EP1429085B1

Description

Descrizione del Brevetto per Modello di Utilità avente per titolo: “GRUPPO SCAMBIATORE DI CALORE E CAMERA DI COMBU-STIONE, AD ALTO RENDIMENTO PER CALDAIE E GENERA¬

di nazionalità Italiana, con sede a PESSANO CON BORNAGO -(Milano) - ed elettivamente domiciliata presso l'Ufficio Brevetti Dott. Franco Cicogna, in Via Visconti di Modrone 14/A - Milano.

Depositata il al N

Il presente trovato ha come oggetto un gruppo scambiatore di calore ed una camera di combustione a condensazione per il passaggio dei fumi sviluppati dalla combustione aria/gas generati da un bruciatore premiscelato accoppiato alla camera di combustione.

Lo stesso gruppo presenta l’alto rendimento del 105% e genera, come prodotti della combustione, oltre ai fumi, anche vapore acqueo, che è convogliato all’esterno mediante condotto apposito.

In tale forma di realizzazione è necessario incrementare lo scambio termico tra i fumi ed il fluido aria secondario da riscaldare evitando di creare flussi laminari con gradienti termici interni al tubo scambiatore, che causano una diminuzione dello scambio termico con il fluido secondario.

Un ulteriore problema è costituito dall’elevato riscaldamento

della camera di combustione accoppiata all’utilizzo di bruciatori a gas premiscelati di elevata potenza unitaria per superficie di fiamma.

Il primo problema, legato all'incremento dello scambio termico nei tubi scambiatori, veniva risolto inserendo dei dispositivi "turbolatori" all’interno dei tubi scambiatori stessi.

Tali dispositivi, realizzati in acciaio inossidabile e presentanti la forma di una lamina a sezione rettangolare, deformata a forma di elica spiroidale, avevano il compito di creare un moto turbolento nella traiettoria dei fumi caldi, per evitare un effetto laminare con conseguente diminuzione di cessione di calore.

Compito del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare uno scambiatore a fascio tubiera con camera di combustione, che permetta elevati carichi termici con dimensioni di scambio più contenute e che consenta inoltre di mantenere un moto turbolento dei fumi della combustione, senza generare negative perdite di carico sull’impianto.

Questi ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati in seguito, sono raggiunti da un grappo scambiatore di calore e da una camera di combustione, particolarmente per caldaie e generatori di aria calda, caratterizzato dal fatto che lo scambiatore di calore è dotato di una pluralità di tubi collegati tra loro ed alla camera di combustione da una piastra anteriore e da una piastra posteriore.

Ciascuno dei tubi presenta una sezione trasversale ad area decrescente, dalla piastra anteriore fino alla piastra posteriore, per compensare la perdita dei volumi e temperatura dei fumi e mantenere una velocità dei fumi sostanzialmente costante.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica laterale del gruppo scambiatore di calore e della camera di combustione secondo il trovato;

la figura 2 è una vista laterale del medesimo gruppo scambiatore di calore e della camera di combustione;

la figura 3 è una vista dall'alto del gruppo scambiatore di calore e della camera di combustione secondo il trovato;

la figura 4 è una vista prospettica di uno spezzone di tubo scambiatore;

la figura 5 è una vista in alzato frontale del gruppo scambiatore di calore e della camera di combustione secondo il trovato.

Con particolare riferimento ai simboli numerici delle suddette figure, il gruppo, secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una camera di combustione 3, associata ad uno scambiatore di calore, indicato globalmente con il numero di riferimento 10, costituito essenzialmente da una serie di

tubi scambiatori 5 aventi le estremità associate ad una piastra tu-

biera posteriore 2 e ad una piastra tubiera anteriore 6.

La piastra tubiera posteriore 2 è associata ad un collettore posteriore 4.

Secondo una peculiarità del trovato, ciascun tubo 5 presenta, a partire dalla piastra anteriore 6 fino alla piastra posteriore 2, un andamento con sezione che si restringe gradualmente.

Più in dettaglio, i tubi 5 presentano una porzione di attacco anteriore 12, (figura 4), che è circolare ed è seguita da un tratto 13 in cui la sezione si restringe diventando ellittica.

Su questa sezione viene eseguita una operazione di deformazione, che può essere definita a croce, che permette di generare un percorso dei fumi di tipo turbolare, che incrementa notevolmente lo scambio termico tra i fumi caldi provenienti dalla camera di combustione e l’aria riscaldata.

Il tubo scambiatore 5, in corrispondenza della zona terminale 14 torna ad essere circolare, in modo da facilitare la connessione alla piastra, mediante saldatura.

La sagomatura dei tubi è variabile, in funzione delle specifiche esigenze di progetto, fermo restando il principio che la sezione del tubo scambiatore deve essere tale da compensare la perdita di volume e la temperatura dei fumi e mantenere in pratica una velocità dei fumi constante, creando all’interno quel moto di tipo "turbolare" che incrementa il rendimento a valori elevati.

L’appiattimento dei tubi del fascio tubiera consente, oltre ai

vantaggi in precedenza descritti, il mantenimento della velocità dei

fluidi e di creare un elemento di convogliamento secondario, incrementando la possibilità di scambio termico.

Una caratteristica peculiare della camera di combustione 3 è la sua sezione dotata di una forma a goccia, come è visibile in figura 5.

Tale soluzione tecnica è atta all’inserimento di un bruciatore cilindrico ad elevata potenzialità e genera un moto laminare dell’aria di raffreddamento sullo scambiatore, che permette un raffreddamento uniforme e quindi garantisce una lunga durata dello scambiatore di calore.

Si è in pratica constatato che il trovato raggiunge il compito e 1

gli scopi prefissati.

2

Si è, infatti, realizzato uno scambiatore a fascio tubiera con 3

camera di combustione, che permette elevati carichi termici con 4

dimensioni di scambio più contenute.

5

6 Lo stesso, inoltre, mantiene, un moto turbolento dei fumi 7 della combustione, senza generare negative perdite di carico 8 sull’impianto.

9 Il fascio tubiera consente di dimensionare i tubi, in funzione 0 della potenzialità che si ottengono con lo scambiatore, utilizzando il 1 fascio tubiera come convogliatore del fluido secondario.

2 Lo scambiatore e la camera di combustione sono in grado di 3 offrire le più ampie garanzie di affidabilità e di sicurezza nell’uso, u-4 tilizzando elementi di comune reperibilità in commercio, con ottima 5 competitività economica.

In particolare, si sottolinea che viene realizzato uno scambiatore di calore a fascio tubiera, che consente di mantenere sempre una notevole turbolenza dei fumi di combustione, senza significative perdite di carico, risolvendo così il problema dello scambio termico.

La camera di combustione permette di utilizzare al suo interno in accoppiamento un bruciatore ad elevata potenzialità, garantendo, grazie allo studiato posizionamento decentrato del bruciatore ed alla caratteristica forma a goccia della camera, una lunga durata dello scambiatore e della camera di combustione.

Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, secondo le esigenze e lo stato della tecni- ca.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione, particolarmente per caldaie e generatori di aria calda, caratterizzati dal fatto che lo scambiatore di calore comprende una pluralità di tubi collegati tra loro ed alla camera di combustione da una piastra anteriore e da una piastra posteriore, e che ciascuno dei tubi presenta una sezione trasversale ad area decrescente, dalla piastra anteriore fino alla piastra posteriore, per compensare la perdita dei volumi e la temperatura dei fumi e mantenere una velocità dei fumi sostanzialmente costante.
2. Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i tubi del fascio tubiera presentano, in corrispondenza della piastra anteriore, una sezione sostanzialmente circolare, raccordandosi con un tratto a sezione decrescente ovale, seguito da un tratto appiattito, mentre il tratto posteriore è a conformazione circolare.
3. Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i tubi presentano un tratto intermedio appiattito con giacitura lungo un

piano sostanzialmente orizzontale e che presentano una superficie deformata a forma di croce dovuta a lavorazione meccanica di deformazione.
4. Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i tubi realizzano un elemento per il convogliamento del fluido

secondario di scambio termico.
5. Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i tubi sono connessi alla piastra anteriore e posteriore mediante saldatura.
6. Gruppo scambiatore di calore e camera di combustione, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la camera di combustione che genera i fumi possiede forma a goccia studiata in maniera peculiare per garantire un adeguato accoppiamento con lo scambiatore di calore.
7. Scambiatore di calore a fascio tubiera, per il passaggio dei fumi provenienti dalla camera di combustione a goccia, comprendente una pluralità di tubi, supportati da una piastra anteriore e da una piastra posteriore, caratterizzato dal fatto che ciascun tubo presenta una sezione trasversale ad area decrescente dalla piastra anteriore alla piastra posteriore per compensare la perdita di volume e la temperatura dei fumi e mantenere una velocità dei fumi sostanzialmente costante.
8. Scambiatore di calore, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che i tubi del fascio tubiera presentano, in corrispondenza della piastra anteriore, una sezione sostanzialmente circolare, raccordandosi con un tratto a sezione decrescente ovale, seguito da un tratto appiattito, mentre il tratto posteriore è a conformazione circolare.
9. Scambiatore di calore, secondo la rivendicazione prece-

Pag 10 dente, caratterizzato dal fatto che i tubi presentano un tratto intermedio appiattito con giacitura lungo un piano sostanzialmente orizzontale e presentano una superficie deformata a forma di croce dovuta ad lavorazione meccanica di deformazione.
10. Scambiatore di calore, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i tubi realizzano un elemento per il convogliamento del fluido secondario di scambio termico.
11. Scambiatore di calore, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i tubi sono connessi alla piastra anteriore e posteriore mediante saldatura.
12. Scambiatore di calore, secondo una o più rivendicazioni