ITPD20100385A1 - Dispositivo per il controllo dell'erogazione di un gas combustibile verso un bruciatore, particolarmente per apparecchi riscaldatori di acqua - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo per il controllo dell’erogazione di un gas combustibile verso un bruciatore, in accordo con le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n. 1.

L’invenzione si colloca particolarmente, sebbene non esclusivamente, nel settore dei dispositivi per il controllo multifunzionale dell’erogazione di gas combustibili in unità valvolari predisposte per utilizzi in apparecchiature di riscaldamento, in particolare apparecchi riscaldatori di acqua sanitaria.

In una tipica soluzione nota di tali dispositivi à ̈ previsto di associare un gruppo magnetico di sicurezza a termocoppia con relativo sistema ad armamento manuale con una servo-valvola avente un operatore elettromagnetico per il comando di un circuito gas servoassistito (circuito servo), la cui alimentazione elettrica à ̈ garantita dalla termoelettricità generata da una termopila riscaldata in parallelo alla termocoppia dal bruciatore pilota.

In altre applicazioni l’energia elettrica necessaria al funzionamento può essere ottenuta da sistemi di recupero di energia dall’ambiente o dall’apparecchiatura stessa.

In applicazioni particolari à ̈ tuttavia richiesto, per esigenze normative sulla sicurezza, che il dispositivo di controllo dell’erogazione sia provvisto di una coppia di valvole automatiche di sicurezza. Un esempio à ̈ rappresentato dagli apparecchi riscaldatori per acqua sanitaria, in cui il riscaldatore à ̈ provvisto di una valvola di intercettazione del tiraggio nel condotto di scarico fumi, altrimenti nota con il termine “flue damper†con funzione di interruttore del tiraggio nel condotto di sfogo dei fumi di scarico.

In questa applicazione à ̈ noto prevedere una coppia di valvole servo assistite, disposte in serie lungo la via principale di gas, in cui quindi ciascuna valvola di sicurezza (di tipo on-off) à ̈ una servo-valvola con operatore elettromagnetico di comando del relativo circuito servo. In questa configurazione, poiché le elettrovalvole ad operatore elettromagnetico, che comandano i circuiti di assistenza alle servo-valvole, agiscono in apertura/chiusura di ridotte vie di gas (del circuito di pilotaggio), la potenza da esse assorbite à ̈ piuttosto modesta, potendosi quindi, in questo caso, ipotizzare l’utilizzo con dispositivi termoelettrici per la generazione della tensione elettrica necessaria al funzionamento, ovvero con dispositivi equivalenti.

Un esempio di un gruppo valvolare del tipo predetto à ̈ descritto nella domanda di brevetto italiano PD2010A000089 a nome della stessa Richiedente.

Gruppi valvolari del tipo anzidetto sono concepiti per applicazioni in apparecchi riscaldatori d’acqua provvisti di un interruttore di tiraggio. Per esigenze dettate dalla normativa di sicurezza, negli apparecchi riscaldatori provvisti di interruttori di tiraggio à ̈ richiesto che ciascuna delle servo-valvole, in serie fra loro, sia comandabile in apertura e chiusura della via principale di gas, per ciascun ciclo di riscaldamento, in modo funzionalmente indipendente dalla fiamma generata al bruciatore pilota.

Sono altresì noti dispositivi di controllo dell’erogazione del gas in cui il corpo otturatore dell’interruttore di tiraggio provvisto nel condotto di scarico dei fumi di combustione à ̈ azionato da un attuatore motorizzato, tipicamente realizzato con un motore elettrico alimentato dalla potenza elettrica fornita dalla rete elettrica, ovvero da batterie, ovvero da dispositivi generatori termoelettrici, quali ad esempio termo-pile.

Tali azionamenti richiedono quindi adeguata disponibilità di potenza elettrica per il comando dell’interruttore di tiraggio, che non si coniuga con la prerogativa principale di questi apparecchi che li vorrebbe sostanzialmente autonomi da fonti di energia esterne all’apparecchio. Inoltre, in caso di dispositivi generatori termo-elettrici, in grado di produrre energia elettrica internamente al dispositivo, senza ausilio esterno, la richiesta di potenza necessaria all’azionamento dell’interruttore di tiraggio rende tipicamente più complessa ed onerosa la realizzazione del dispositivo di controllo.

Lo scopo alla base della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un dispositivo per il controllo della erogazione di un gas combustibile verso un bruciatore, particolarmente per apparecchi riscaldatori d’acqua dotati di interruttore del tiraggio nello scarico fumi di combustione, strutturalmente e funzionalmente concepito così da consentire il superamento dei limiti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Questo scopo à ̈ raggiunto dall'invenzione mediante un dispositivo per il controllo della erogazione di un gas combustibile verso un bruciatore realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di alcuni suoi preferiti esempi di attuazione illustrati, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alla figura acclusa in cui à ̈ mostrata una vista schematica in sezione longitudinale di un esempio di dispositivo realizzato in accordo con la presente invenzione.

Con riferimento alla figura citata, con 1 à ̈ complessivamente indicato un dispositivo per il controllo dell’erogazione di un gas combustibile verso un apparecchio bruciatore di un riscaldatore di acqua sanitaria, realizzato in accordo con la presente invenzione.

Il dispositivo 1 comprende una unità valvolare disposta in un condotto principale 2 di erogazione di gas, tra una sezione di ingresso 3 del gas ed una sezione di uscita 4 ove il gas à ̈ alimentato verso un bruciatore principale 4a. Lungo il condotto principale 2 sono disposte una prima ed una seconda servovalvola, globalmente indicate rispettivamente con 5 e 6, collocate in cascata l’una all’altra così che la servo-valvola 6 risulti a valle della servo-valvola 5, rispetto alla direzione del flusso di gas erogato attraverso il condotto 2.

Ciascuna servo-valvola 5, 6 comprende un rispettivo circuito servo includente una rispettiva sede di valvola 5a, 6a associata ad un corrispondente e rispettivo otturatore 5b, 6b con comando a membrana 5c, 6c, per l’apertura delle sedi 5a, 6a, in contrasto a rispettivi mezzi di richiamo elastico, quali rispettive molle 5d,6d.

Entrambe le servo-valvole 5, 6 svolgono la funzione di valvola on-off per la chiusura di sicurezza della via principale di gas, come apparirà chiaramente nel seguito della descrizione.

La prima servo-valvola 5 à ̈ associata ad una elettrovalvola di comando del circuito di servo assistenza, indicata con 7, posta in apertura-chiusura di un condotto 8 ausiliario di pilotaggio del circuito servo, il quale costituisce il condotto di presa del segnale di pressione da trasferire alla camera di pilotaggio del circuito servo. La membrana 5c à ̈ direttamente attiva sullo stelo 5e di comando dell’otturatore 5b, il quale à ̈ a sua volta sollecitato in chiusura della sede dalla molla 5d.

Un lato della membrana 5c definisce una camera di pilotaggio 10, la quale à ̈ in comunicazione con il condotto principale 2, a monte della servo-valvola 5, tramite il condotto 8.

Più in particolare, nel condotto 8 à ̈ individuata una prima parte 8a, estesa a monte dell’elettrovalvola 7 ed una seconda parte 8b, in prolungamento della prima, estesa a valle dell’elettrovalvola 7 nonché in comunicazione con la camera 10. Nella parte 8a di condotto à ̈ provvista una strozzatura 30.

La camera di pilotaggio 10 à ̈ collegata con il condotto principale 2, a valle della sede di valvola 5a della prima servo-valvola 5, tramite un rispettivo condotto di scarico 28, sul quale à ̈ provvisto un regolatore di pressione, complessivamente indicato con 32. In alternativa, il condotto di scarico 28 può essere collegato con il condotto principale in una sezione a valle della seconda servo-valvola 6.

Il regolatore à ̈ un regolatore di pressione a membrana, in sé convenzionale, in cui un lato di membrana definisce una camera 33 di pilotaggio in comunicazione, mediante una parte 28a del condotto 28, con il condotto principale 2 (a valle della servo-valvola 5) ed à ̈ altresì suscettibile di intercettare la sezione di uscita dell’altra parte 28b di condotto 28 comunicante con la camera di pilotaggio 10. Il lato contrapposto di membrana à ̈ sollecitato da una molla di taratura 35 disposta in una camera aperta all’atmosfera tramite un orifizio 36. Il regolatore di pressione 32 à ̈ concepito per reagire alle variazioni di pressione di erogazione nonché per compensare le medesime e riportare la pressione ad un valore di taratura prefissato mediante regolazione della molla 35.

Il regolatore di pressione 32 può inoltre essere concepito con funzione di modulazione della pressione, ad esempio come regolatore modulante di tipo elettromagnetico (tramite motore, attuatore lineare) ovvero pneumatico (a membrana).

In corrispondenza dell’elettrovalvola 7, la parte relativa di condotto 8 à ̈ selettivamente aperta o chiusa tramite un elettromagnete 11, di tipo on-off con richiamo elastico, attivo su di un elemento otturatore 12 associato alla sezione di passaggio del condotto 8 e spostabile da e verso una posizione di intercettazione della sezione di passaggio.

Dal condotto principale 2, a valle della sede di valvola 5a, si dirama, in comunicazione di fluido, un condotto di pilotaggio 9 della servo-valvola 6. Più in particolare il condotto 9 comprende una prima parte 9a, sulla quale à ̈ provvista una strozzatura 31, estesa tra il condotto principale ed una camera di pilotaggio 17 della seconda servo-valvola, ed una seconda parte 9b, in uscita dalla camera di pilotaggio 17, sulla quale à ̈ disposta una seconda elettrovalvola 13, predisposta per il comando di servo-assistenza della seconda servo-valvola 6.

In corrispondenza dell’elettrovalvola 13, una parte 9b di condotto 9 à ̈ selettivamente aperta o chiusa tramite un elettromagnete 14, di tipo on-off con richiamo elastico, attivo su di un elemento otturatore 15 associato alla sezione di passaggio della parte di condotto 9b e spostabile da e verso una posizione di intercettazione della sezione di passaggio.

Il condotto 9 svolge la funzione di condotto di presa del segnale di pressione da trasferire alla camera di pilotaggio 17 del rispettivo circuito servo, la camera 17 essendo definita da un lato della membrana 6c.

La parte 9b del condotto 9, a valle della elettrovalvola 13, à ̈ prolungata in una linea di scarico 9c (bleed line) diretta in prossimità dei bruciatori principale e pilota, per la combustione diretta del gas convogliato allo scarico attraverso detto condotto 9.

L’unità valvolare del dispositivo secondo il trovato comprende una linea ausiliaria di gas, derivata dalla linea principale con la quale vengono alimentati sia un bruciatore pilota 16 che il circuito di comando di un interruttore di tiraggio attivo sullo scarico dei fumi di combustione, come apparirà in dettaglio nella descrizione che segue.

La linea ausiliaria prevede un condotto pilota 16a che si dirama dal condotto principale 2, per alimentare il bruciatore pilota 16.

A partire dalla sezione di ingresso, nel condotto principale 2, sono individuati un primo tratto 18’ prolungato in un secondo tratto 18’’ attraverso una interposta sede di valvola 18, sulla quale à ̈ attivo un gruppo magnetico di sicurezza termoelettrica con armamento manuale 20, includente un otturatore 18a, il quale à ̈ trattenuto nella posizione di apertura della sede 18 dall’eccitazione del gruppo magnetico generata dalla tensione della termocoppia in presenza di fiamma al bruciatore pilota 16.

Il tratto 18’’ à ̈ comunicante con il condotto principale 2, a valle della sede 18, nonché con il condotto di pilotaggio 8.

Il tratto 18’’, estendendosi a valle della sede 18, à ̈ collegato inoltre con il condotto pilota 16a.

In figura à ̈ mostrata una vista dall’alto della manopola 20d con indicazione delle posizioni di funzionamento selezionabili (OFF, PILOT, ON).

L’organo a manopola 20d à ̈ connesso allo stelo attuatore 20c per effettuare l’armamento manuale del gruppo di sicurezza, in modo di per sé noto, con il quale, nella posizione di armamento (PILOT), viene comandata contestualmente l’accensione di un organo accenditore 20f (ad esempio piezoelettrico) associato al bruciatore pilota 16. La manopola 20d può altresì essere commutata nella posizione di chiusura (OFF) in cui la sede di valvola 18 à ̈ intercettata dal corrispondente otturatore del gruppo magnetico di sicurezza. Con 21 à ̈ indicato un regolatore di pressione, con comando a membrana, atto a regolare la pressione del gas nel condotto pilota 16a di alimentazione del bruciatore pilota 16.

L’unità valvolare comprende altresì una termocoppia 22 operativamente associata al bruciatore pilota 16.

Con 23 à ̈ indicata una manopola di selezione della temperatura operativamente associata ad un complesso circuitale di una scheda elettronica 24 di controllo atta ad elaborare i segnali in ingresso sulla base di programmi e modalità di funzionamento preselezionati, al fine di fornire i segnali di comando alle servovalvole 5,6. Tra i segnali di ingresso alla scheda 24 sono previsti quelli inviati da uno o più sensori di temperatura 25. Per l’alimentazione elettrica della scheda elettronica 24 à ̈ predisposta una termopila 26 opportunamente associata al bruciatore pilota 16.

In alternativa à ̈ possibile prevedere mezzi per il recupero di energia elettrica, dall’apparecchiatura stessa o dall’ambiente (ad esempio con celle fotovoltaiche, microturbine, etc), necessaria all’alimentazione della scheda 24.

L’interruttore di tiraggio, globalmente indicato con 40 e solo schematicamente rappresentato nella figura, à ̈ previsto per intercettare selettivamente il condotto di scarico dei fumi di combustione, atto a scaricare i gas di scarico dalla camera di combustione ove sono posizionati i bruciatori pilota e principale.

L’interruttore di tiraggio 40 comprende un elemento otturatore 41 spostabile da e verso una posizione di intercettazione del condotto di scarico, parzialmente rappresentato ed indicato con 42, e mezzi attuatori dell’otturatore 41 di tipo pneumatico con un comando a membrana 43. Detta membrana delimita, almeno in parte, una camera 44 di pilotaggio dell’otturatore ed à ̈ solidarizzata con uno stelo 45 di comando connesso all’otturatore 41 per spostare il medesimo verso la posizione di intercettazione del condotto 42, tramite l’azione di pressione esercitata dal gas immesso nella camera di pilotaggio 44, in contrasto all’azione di richiamo elastico di una molla 46.

La camera di pilotaggio à ̈ in comunicazione di fluido, mediante un condotto 47 con una sezione 48 di un condotto ausiliario 49. Su detto condotto ausiliario 49 à ̈ individuato un primo tratto 49a di condotto, esteso a monte della sezione 48, per l’adduzione di gas alla camera di pilotaggio 44, il quale si dirama dal condotto pilota 16a. In alternativa il tratto 49a può diramarsi direttamente dal condotto principale 2.

Sul condotto 49 à ̈ individuato un secondo tratto 49b, esteso in prolungamento del primo tratto 49a, a valle della sezione 48, per lo scarico del gas da detta camera di pilotaggio 44 in prossimità del bruciatore pilota.

Sul secondo tratto 49b, a valle della sezione 48, à ̈ disposta una valvola 50, con rispettivi otturatore 50a e corrispondente sede valvolare 50b, per selettivamente comandare l’apertura o l’intercettazione del tratto di scarico 49b.

E’altresì previsto che il tratto di scarico 49b, a valle della valvola 50, sia collegato al condotto della linea di scarico 9c, diretta ai bruciatori pilota e principale, tramite un condotto di collegamento 49c.

In un esempio preferito la valvola 50 à ̈ una elettrovalvola ad operatore elettromagnetico per il comando di apertura/chiusura della corrispondente sede di valvola 50b. In un ulteriore esempio realizzativo la elettrovalvola 50 à ̈ comandata ad impulsi. In alternativa può essere altresì previsto che l’otturatore 50a sia provvisto di uno stelo di comando azionato da un motore passo-passo.

Con 51, 52 sono indicati rispettivi mezzi interruttori operativamente associati all’otturatore 41 ed azionati dal medesimo nelle corrispondenti posizioni di chiusura ed apertura del condotto di scarico 42 per generare corrispondenti segnali al circuito di controllo del dispositivo. I segnali generati dai mezzi interruttori 51, 52 sono opportunamente trasferiti alla unità di controllo 24. Nel funzionamento, la fase di accensione del bruciatore pilota 16 à ̈ di tipo convenzionale e prevede l’armamento del gruppo magnetico di sicurezza 20 (mediante tensione generata dalla termocoppia 22), per consentire il passaggio di gas lungo il condotto pilota 16a e successiva accensione del bruciatore pilota. In tale condizione il passaggio di gas nel condotto principale à ̈ intercettato (o per via meccanica o per via elettrica). Ponendo la manopola 20d in posizione ON viene abilitato il sistema di regolazione automatico della scheda elettronica 24.

Ad una richiesta di calore, effettuata agendo sulla manopola 23, viene innanzitutto aperta la sede di valvola 50b (mediante eccitazione della elettrovalvola 50) del circuito di comando dell’interruttore di tiraggio 40 che determina lo scarico della camera di pilotaggio 44, con conseguente richiamo (tramite azione elastica della molla 46) dell’otturatore 41 in posizione aperta all’interno del condotto 42.

Tale posizione à ̈ rilevata dal mezzo interruttore 51, con il quale à ̈ dato il consenso alla eccitazione delle elettrovalvole 7 e 13, per il comando di apertura delle rispettive sedi di valvola 5a e 6a, con conseguente alimentazione di gas, lungo il condotto principale 2, al bruciatore principale 4a.

A fabbisogno termico soddisfatto, (ad esempio in conseguenza del raggiungimento della temperatura impostata), le servo valvole 5, 6 sono comandate in chiusura della via principale di gas con spegnimento del bruciatore principale. La logica di funzionamento prevede quindi, ad esempio con un prefissato ritardo temporale, di comandare in chiusura l’otturatore 41 dell’interruttore di tiraggio, mediante diseccitazione della elettrovalvola 50 con conseguente accumulo di gas nella camera di pilotaggio 44 e azionamento in chiusura dell’otturatore 41, posizione rilevata dal mezzo interruttore 52 una volta raggiunta.

In questa fase, tramite intercettazione del condotto di scarico fumi 42, à ̈ ottenuto un recupero di calore ostacolando le dispersioni termiche dal condotto 42 secondo modalità, in sé note, relative all’impiego di tali interruttori di tiraggio, anche noti con il termine di “flue damper†.

Si fa notare che le due servo-valvole 5,6 sono concepite entrambe come valvole di sicurezza per l’intercettazione della via di gas principale, indipendentemente dalla linea del bruciatore pilota. Questa prerogativa à ̈ richiesta nell’applicazione descritta in quanto le due servo valvole devono assolvere la funzione di valvole automatiche di sicurezza, potendo agire in chiusura della via di gas indipendentemente dalla presenza o meno di fiamma al bruciatore pilota. Con il dispositivo della presente invenzione à ̈ in effetti possibile garantire la chiusura di entrambe le servo-valvole anche in presenza di fiamma al bruciatore pilota.

Si fa notare inoltre come il gas convogliato nei condotti di scarico (altrimenti noti come “bleed line†) dalle camere di pilotaggio 17 e 44, rispettivamente della seconda servo-valvola 6 e dell’interruttore pneumatico di tiraggio 40 sia diretto in prossimità del bruciatore pilota per essere bruciato dalla relativa fiamma.

Si fa notare infine che l’interruttore di tiraggio secondo il trovato può trovare idonea applicazione anche in gruppi valvolari che non prevedano specificamente un armamento manuale del gruppo magnetico; esso può infatti essere applicato in dispositivi valvolari in cui il gruppo magnetico di sicurezza à ̈ suscettibile di essere armato anche elettricamente (in aggiunta all’armamento manuale), per un funzionamento del tipo cosiddetto a “pilota intermittente†. Il trovato raggiunge gli scopi preposti conseguendo i vantaggi enunciati rispetto alle soluzioni note.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il controllo dell’erogazione di un gas combustibile verso un bruciatore, in particolare di un apparecchio riscaldatore d’acqua dotato di un interruttore di tiraggio nel condotto di scarico dei fumi di combustione, comprendente un condotto principale di erogazione del gas in cui sono disposte una prima ed una seconda servo-valvola, rispettivamente in cascata l’una all’altra, rispetto alla direzione di flusso del gas, dette servo-valvole includendo rispettive sedi di valvola associate a corrispondenti otturatori con comando a membrana per l’apertura di dette sedi in contrasto a rispettivi mezzi di richiamo elastico, dette prima e seconda servo-valvola comprendendo una rispettiva prima e seconda elettrovalvola di comando ad operatore elettromagnetico per il comando in apertura/chiusura della corrispondente servo-valvola, dette elettrovalvole essendo predisposte per agire in apertura/chiusura di condotti di rispettivi circuiti di pilotaggio servo-assistiti, così da comandare indirettamente, tramite il comando a membrana, il rispettivo otturatore della corrispondente servo-valvola, i rispettivi condotti dei circuiti di pilotaggio ponendo in comunicazione di fluido il condotto principale con rispettive camere di pilotaggio delle servo-valvole, un lato delle membrane di detti comandi a membrana essendo assoggettato alla pressione esistente nella rispettiva camera di pilotaggio, - dal condotto principale diramandosi, a monte di dette servo valvole, un condotto pilota per alimentare un bruciatore pilota, - su detto condotto principale essendo previsto, a monte di dette servo-valvole, un gruppo magnetico di sicurezza termoelettrica con manopola di armamento manuale, il quale à ̈ attivo sul condotto pilota per permettere il passaggio di gas verso il bruciatore pilota in fase di armamento del gruppo, caratterizzato dal fatto che - detto interruttore di tiraggio comprende un corrispondente elemento otturatore spostabile da e verso una posizione di intercettazione del condotto di scarico fumi e mezzi attuatori dell’otturatore di tipo pneumatico con comando a membrana, detta membrana definendo, almeno in parte, una rispettiva camera di pilotaggio dell’otturatore la quale à ̈ collegata, in comunicazione di fluido, con una sezione di un condotto ausiliario di diramazione dal condotto principale, su detto condotto ausiliario essendo identificato un primo tratto a monte di detta sezione, per l’adduzione di gas alla camera di pilotaggio ed un secondo tratto, in prolungamento del primo tratto, a valle di detta sezione, per lo scarico del gas da detta camera in prossimità del bruciatore pilota, e dal fatto che - su detto tratto di scarico del condotto ausiliario, a valle di detta sezione, à ̈ prevista una rispettiva valvola per selettivamente comandare l’apertura o l’intercettazione di detto tratto di scarico.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo tratto di condotto ausiliario per l’adduzione del gas alla camera di pilotaggio dell’otturatore relativo all’interruttore di pilotaggio à ̈ collegato al condotto principale tramite comunicazione di fluido con il condotto pilota diretto al bruciatore pilota.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la valvola sul tratto di condotto ausiliario di scarico à ̈ una elettrovalvola ad operatore elettromagnetico per il comando di apertura chiusura della corrispondente sede di valvola.
4. 4. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il flusso di gas convogliato attraverso detto tratto di condotto di scarico à ̈ diretto alla fiamma del bruciatore pilota per essere bruciato dalla fiamma stessa del pilota.
5. 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi attuatori comprendono un’asta di comando dell’otturatore solidarizzabile alla membrana del rispettivo comando, per essere spostata dalla pressione del gas alimentato nella corrispondente camera di pilotaggio ed agente su di un lato della membrana, in contrasto alla azione di un mezzo di richiamo elastico, da e verso una posizione operativa in cui il corrispondente otturatore intercetta il condotto di scarico fumi.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui detta elettrovalvola à ̈ comandata ad impulsi.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta valvola à ̈ provvista di un otturatore con stelo di comando azionato da un motore passo-passo.