ITMO20070167A1 - Bruciatore modulante - Google Patents

Description

Bruciatore modulante.

La presente invenzione si riferisce ad un bruciatore modulante, in particolare ad un bruciatore modulante al quale è associato un sensore a ionizzazione per monitorare la combustione di una miscela di aria e combustibile immessa nel bruciatore.

I sensori a ionizzazione vengono in genere associati a bruciatori per controllare la presenza della fiamma e la qualità della combustione.

E' noto che la fiamma prodotta dalla combustione della miscela immessa in un bruciatore provoca una ionizzazione della miscela combusta nella zona immediatamente circostante la fiamma.

II sensore a ionizzazione viene disposto in prossimità della superficie del diffusore del bruciatore, in modo da trovarsi nella zona interessata dalla ionizzazione prodotta dalla fiamma e generare un segnale proporzionale alla ionizzazione in detta zona.

Nel diagramma riportato qui di seguito è illustrato l'andamento tipico del segnale S0prodotto dal sensore a ionizzazione in un bruciatore dello stato della tecnica.

Se il segnale S0prodotto dal sensore a ionizzazione diminuisce al di sotto di un primo valore prestabilito Smino supera un secondo valore prestabilito Smax, o diventa instabile, ciò indica che la combustione è assente o irregolare e che è necessario intervenire per ripristinare condizioni normali di combustione.

Nei bruciatori modulanti, al diminuire della potenza alla quale viene fatto funzionare il bruciatore, la ionizzazione prodotta dalla fiamma rimane pressoché costante, o diminuisce solo leggermente, fino a che la potenza di esercizio del bruciatore non raggiunge un valore minimo Pmin,che, nei bruciatori noti dallo stato della tecnica è pari a circa il 17-20% della potenza nominale del bruciatore, dopo di che l'intensità della ionizzazione diminuisce bruscamente fino a scendere sotto al valore limite Siimdella sensibilità del sensore, quando la potenza di esercizio scende sotto a un valore Po<Pmin· Il segnale S0generato dal sensore a ionizzazione si mantiene anch'esso sostanzialmente costante o diminuisce leggermente, rimanendo comunque compreso tra i valori Smine Smaxfino a che la potenza di esercizio non diventa inferiore a Pmin, dopodiché cala bruscamente sotto al valore Sminfino ad annullarsi quando l'intensità della ionizzazione scende sotto al limite di sensibilità del sensore, quando la potenza di esercizio diventa inferiore a P0.

Sarebbe teoricamente possibile definire, per ogni valore di potenza di esercizio compreso tra Pmine P0, definire i valori Smine Smaxentro i quali deve mantenersi il segnale del sensore se la combustione è regolare, ma ciò risulta complesso e difficilmente gestibile.

Nei bruciatori noti dallo stato della tecnica non è quindi possibile utilizzare il sensore a ionizzazione per monitorare la combustione per potenze di esercizio inferiori a Pmin.

La presente invenzione si propone di fornire un bruciatore e che consenta di estendere il campo di utilizzo di un sensore di ionizzazione, associato ad un bruciatore premiscelato, a condizioni di funzionamento con potenze erogate inferiori al 17-20% della potenza nominale del bruciatore fino a condizioni di funzionamento con potenza erogata pari a circa il 10% della potenza nominale del bruciatore. Secondo la presente invenzione è previsto un bruciatore comprendente un diffusore nel quale sono praticate prime aperture e seconde aperture per il passaggio di una miscela di combustibile e aria immessa nel bruciatore, un elemento distributore disposto all'interno del bruciatore in prossimità di detto diffusore, detto elemento distributore essendo dotato di ulteriori prime aperture e ulteriori seconde aperture per il passaggio di detta miscela, un sensore a ionizzazione disposto in prossimità di una zona della superficie di detto diffusore in una direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori seconde aperture sono disposte in corrispondenza di detta zona di detto diffusore, dette ulteriori seconde aperture avendo distribuzione diversa dalla distribuzione di dette ulteriori prime aperture e/o dimensioni maggiori di dette ulteriori prime aperture.

Il flusso di miscela che fuoriesce dalle aperture praticate sul diffusore nella zona in prossimità della quale è disposto il sensore a ionizzazione crea delle condizioni di combustione che comportano una ionizzazione che si mantiene sostanzialmente costante al variare della potenza di esercizio del bruciatore fino anche a circa il 10% della potenza nominale, così da consentire un corretto funzionamento del sensore a ionizzazione fino a detto valore della potenza di esercizio.

In tal modo è possibile estendere il campo di regolazione del bruciatore oltre i limiti attualmente possibili, il che comporta maggiore flessibilità nel funzionamento del bruciatore e risparmio sui costi di esercizio.

In una versione vantaggiosa dell'invenzione, il diffusore, nella zona adiacente il sensore a ionizzazione presenta una doppia fila di aperture in forma di feritoie, separate da un tratto di diffusore privo di feritoie, detta sonda a ionizzazione essendo disposta parallela a detto tratto di diffusore privo di feritoie.

La disposizione delle feritoie nella zona del diffusore in prossimità della quale è disposto il sensore a ionizzazione contribuisce a stabilizzare la ionizzazione nella zona circostante la fiamma.

L'invenzione sarà ora descritta, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle tavole di disegno allegate, in cui:

Figura 1 è una vista prospettica schematica di una prima versione di un bruciatore secondo l'invenzione; Figura 2 è una vista in elevazione del bruciatore di Figura 1;

Figura 3 è la sezione III-III di Figura 2;

Figura 4 è una vista in elevazione di un elemento distributore associato al bruciatore di Figura 1;

Figura 5 è una vista dall'alto di una seconda versione di un bruciatore secondo l'invenzione;

Figura 6 è la sezione VI-Vi di Figura 5;

Figura 7 è una vista dal basso del bruciatore di Figura 5.

Nelle Figure da 1 a 4 è illustrata una prima versione di un bruciatore 1 secondo l'invenzione. Il bruciatore 1 ha forma cilindrica con un diffusore 2 montato tra un fondello superiore 3 e un fondello inferiore 4.

Il fondello superiore 3 presenta un risalto centrale 5 rivolto verso l'interno del bruciatore. Analogamente il fondello inferiore 4 presenta un risalto centrale 6, rivolto verso l'interno del bruciatore, nel quale è praticata un'apertura centrale 4a per l'immissione di una miscela di aria e combustibile all'interno del bruciatore 1.

Tra i due risalti 5 e 6 è montato e centrato un elemento distributore 7, anch'esso di forma cilindrica, avente diametro inferiore al diametro del diffusore 2, in modo che rimanga uno spazio 8 tra la superficie esterna dell'elemento distributore 7 e la superficie interna del diffusore 2.

Il diffusore 2 è dotato di prime aperture 9 e di seconde aperture 9a, per consentire alla miscela di passare dallo spazio 8 all'esterno del bruciatore 1, dove viene provocata la combustione della miscela. Le prime aperture 9 hanno forma di fori, mentre le seconde aperture 9a hanno forma di feritoie.

Gruppi di file di fori 9, disposte parallelamente ad un asse longitudinale del bruciatore 1 sono alternati a file di feritoie 9a, anch'esse disposte parallelamente all'asse del bruciatore 1.

Su tutta la superficie del diffusore 2 i gruppi di file di fori 9 si alternano con singole file di feritoie 9a, tranne che in una zona A di diffusore nella quale vi sono due file 9b affiancate di feritoie IOa separate da un tratto B di superficie di diffusore privo di aperture.

L'elemento distributore 7 è dotato di ulteriori prime aperture 10 e di ulteriori seconde aperture IOa, distribuite su tutta la superficie dell'elemento distributore 7, per consentire il passaggio della miscela immessa nel bruciatore 1 in detto spazio 8. Le seconde ulteriori aperture IOa dell'elemento distributore 7 sono disposte in corrispondenza di detta zona A della superficie del diffusore 2, in modo che la miscela che passa attraverso le seconde ulteriori aperture IOa fuoriesca dal diffusore 2 attraverso le file 9b di feritoie 9a.

Le seconde ulteriori aperture IOa hanno distribuzione diversa dalla distribuzione delle ulteriori prime aperture 10 e/o dimensioni maggiori delle dimensioni delle ulteriori prime aperture 10. Vantaggiosamente, le ulteriori seconde aperture IOa possono avere densità di distribuzione maggiore della densità di distribuzione delle ulteriori prime aperture 10. Per densità di distribuzione si intende il numero di aperture per unità di superficie dell'elemento distributore 7.

In corrispondenza del tratto B di superficie di diffusore è disposto, in direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore 2 un sensore a ionizzazione 11, rappresentato schematicamente, in Figura 2, con un segmento rettilineo. Il sensore a ionizzazione 11 ha una prima estremità libera ed è fissato ad una seconda estremità ad un elemento di supporto Ila che può essere montato sul bruciatore 1 o anche su una parete di una camera di combustione nella quale sia installato il bruciatore 1.

Il numero e/o la densità dei fori IOa è maggiore in prossimità di detta seconda estremità, mentre diminuisce verso detta prima estremità.

Durante il funzionamento del bruciatore 1, in corrispondenza delle due file 9b affiancate di feritoie si forma una zona di combustione nella quale la ionizzazione si mantiene sostanzialmente costante al variare della potenza di esercizio del bruciatore, fino ad una potenza di esercizio pari a circa il 10% della potenza nominale del bruciatore.

Questo garantisce che il sensore 11 a ionizzazione possa funzionare correttamente anche quando il bruciatore funziona con potenze molto ridotte, fino anche al 10% circa della potenza nominale del bruciatore, mentre nei bruciatori noti dallo stato della tecnica il sensore diventa inefficace quando la potenza scende al di sotto del 17-20% circa della potenza nominale del bruciatore.

Nel diagramma riportato qui di seguito sono messi a confronto il segnale S0generato dal sensore a ionizzazione in un bruciatore dello stato della tecnica e il segnale S'0generato dal sensore a ionizzazione in un bruciatore secondo l'invenzione. Come si può agevolmente vedere il segnale S'0si mantiene sostanzialmente costante o diminuisce solo leggermente fino ad un valore di potenza di esercizio P'iimsensibilmente inferiore al valore Piimdi un bruciatore dello stato della tecnica.

Grazie all'invenzione è quindi possibile ottenere un campo di modulazione del bruciatore più ampio rispetto ai bruciatori dello stato della tecnica, il che consente una maggiore flessibilità nella regolazione del bruciatore e un risparmio sui costi di esercizio.

Nelle Figure 5, 6 e 7 è rappresentata una seconda versione di un bruciatore la secondo l'invenzione, nel quale il diffusore 2a ha superficie sostanzialmente piana ed è costituito da una serie di elementi 12 di diffusore tra loro affiancati.

Al diffusore 2a è associato un elemento distributore 7a avente anch'esso superficie sostanzialmente piana. L'elemento distributore 7a è costituito da una serie di elementi 13 di distributore tra loro affiancati, ciascuno disposto all'interno di un corrispondente elemento di diffusore 12. Tra ciascun elemento di distributore 13 e la superficie del corrispondente elemento di diffusore 12 è definito uno spazio 8a, nel quale si distribuisce una miscela di combustibile ed aria immessa nel bruciatore prima di fuoriuscire dal diffusore 2a.

Sulla superficie di ciascun elemento 12 di diffusore sono praticate delle prime aperture costituite da due gruppi di file di fori 9, intervallati da una fila di seconde aperture 9a in forma di feritoie.

In un elemento 12a di diffusore sono praticate, invece, due file di feritoie 9b affiancate, separate da una zona di diffusore priva di aperture.

In corrispondenza di detta zona di diffusore priva di aperture è disposto, in direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore 2a un sensore a ionizzazione 11, rappresentato schematicamente, in Figura 5, con un segmento rettilineo. Il sensore a ionizzazione 11 ha una prima estremità libera ed è fissato ad una seconda estremità ad un elemento di supporto Ila che può essere montato sul bruciatore la o anche su una parete di una camera di combustione nella quale sia installato il bruciatore la.

Ciascun elemento 13 di distributore è dotato di prime ulteriori aperture 10, in forma di fori, distribuite in modo sostanzialmente uniforme sulla superficie dell'elemento di distributore 13. Un elemento 13a di distributore, associato all'elemento 12a di diffusore, è dotato di ulteriori seconde aperture IOa aventi distribuzione diversa e/o dimensioni maggiori delle prime ulteriori aperture 10. Vantaggiosamente, le ulteriori seconde aperture IOa possono avere densità di distribuzione maggiore della densità di distribuzione delle ulteriori prime aperture 10.

Le seconde ulteriori aperture IOa sono distribuite in modo sostanzialmente analogo alle seconde ulteriori aperture 10a dell'elemento distributore 7 del bruciatore raffigurato nelle Figure da 1 a 4 e svolgono la stessa funzione già descritta in precedenza .

Le feritoie 9a praticate nel diffusore 2 del bruciatore 1 e nel diffusore 2a del bruciatore la hanno, ad esempio, lunghezza compresa tra 4mm e 8 mm e larghezza compresa tra 0,4 mm e 0,8 mm, preferibilmente la lunghezza delle feritoie 9a è di 6 mm, con una larghezza di 0,6 mm.

I fori 9 praticati nel diffusore 2 del bruciatore 1 e nel diffusore 2a del bruciatore la hanno diametro di almeno 0,7 mm.

Le dimensioni dei fori 10 e 10a praticati nel diffusore 7 del bruciatore 1 e negli elementi di distributore 13a del bruciatore la hanno diametro compreso tra circa 2,5 mm e 5 mm.

Nell'attuazione pratica, i materiali, le dimensioni e i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito dalle rivendicazioni.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Bruciatore (1) comprendente un diffusore (2; 2a) nel quale sono praticate prime aperture (9) e seconde aperture (9a) per il passaggio di una miscela di combustibile e aria immessa nel bruciatore, un elemento distributore (7; 7a) disposto all'interno del bruciatore (1) in prossimità di detto diffusore (2, 2a), detto elemento distributore essendo dotato di ulteriori prime aperture (10) e ulteriori seconde aperture (IOa) per il passaggio di detta miscela, un sensore a ionizzazione (11) disposto in prossimità di una zona (A) della superficie di detto diffusore (2; 2a) in una direzione sostanzialmente parallela alla superficie del diffusore (2; 2a), caratterizzato dal fatto che dette ulteriori seconde aperture (IOa) sono disposte in corrispondenza di detta zona (A) di detto diffusore (2, 2a), dette ulteriori seconde aperture (IOa) distribuzione diversa dalla distribuzione di dette ulteriori prime aperture (10) e/o dimensioni maggiori delle dimensioni di dette ulteriori aperture (10).
2. 2. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, in cui dette ulteriori seconde aperture (IOa) hanno densità di distribuzione maggiore della densità di distribuzione di dette ulteriori prime aperture (10).
3. 3. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, oppure 2, in cui dette prime aperture (9) hanno forma di fori e dette seconde aperture (9a; 9b) hanno forma di feritoie.
4. 4. Bruciatore secondo la rivendicazione 3, in cui in detta zona (A) sono praticate due file di feritoie (9b) separate da un tratto (B) di superficie di diffusore privo di aperture.
5. 5. Bruciatore secondo la rivendicazione 4, in cui detto sensore a ionizzazione (11) è disposto al di sopra di detto tratto (B) di superficie di diffusore.
6. 6. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto diffusore (2) e detto elemento distributore (7) hanno forma sostanzialmente cilindrica .
7. 7. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto diffusore (2a) e detto elemento distributore (7a) hanno forma sostanzialmente piana.
8. 8. Bruciatore secondo la rivendicazione 7, in cui detto diffusore (2a) comprende una pluralità di elementi di diffusore (12) tra loro affiancati.
9. 9. Bruciatore secondo la rivendicazione 8, in cui detto elemento distributore (7a) comprende una pluralità di elementi di distributore (13) ciascuno dei quali è associato ad un rispettivo elemento di diffusore (12).
10. 10. Bruciatore secondo la rivendicazione 8, oppure 9, in cui in detto elemento di diffusore (12) sono praticati due gruppi di fori (9) tra i quali è praticata una fila di feritoie (9a).
11. 11. Bruciatore secondo la rivendicazione 8, oppure 9, in cui in uno di detti elementi di diffusore (12a) sono praticate due file di feritoie (9b) separate da un tratto (B) di superficie di diffusore privo di feritoie.
12. 12. Bruciatore secondo la rivendicazione 11, in cui detto sensore a ionizzazione (11) è disposto al di sopra di detto tratto (B) di superficie di diffusore.
13. 13. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui ciascuno di detti elementi di distributore (13) é dotato di prime ulteriori aperture (10) per il passaggio di detta miscela.
14. 14. Bruciatore secondo la rivendicazione 13, in cui uno di detti elementi di distributore (13a) associato a detto elemento (12a) di diffusore, è dotato di ulteriori seconde aperture (IOa) aventi densità di distribuzione e/o dimensioni maggiori di dette prime ulteriori aperture (10).
15. 15. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prime aperture (9) in forma di fori hanno diametro di almeno 0,7 mm circa.
16. 16. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette seconde aperture (9a) in forma di feritoie hanno lunghezza compresa tra 4mm e 8 mm e larghezza compresa tra 0,4 mm e 0,8 mm.
17. 17. Bruciatore secondo la rivendicazione 16, in cui dette seconde aperture (9a) in forma di feritoie hanno lunghezza di 6 mm e larghezza di 0,6 mm.
18. 18. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prime ulteriori aperture (10) e dette seconde ulteriori aperture (IOa) hanno diametro compreso tra circa 2,5 mm e circa 5 mm.