ITMI941487A1 - Caldaia in particolare del tipo cosiddetto combinato a rapida erogazione di acqua calda sanitaria - Google Patents
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Description
Titolo: "Caldaia in particolare del tipo cosiddetto combinato a rapida erogazione di acqua calda sanitaria"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una caldaia, preferibilmente ma non esclusivamente del tipo cosiddetto combinato, comprendente un primo scambiatore di calore gas-acqua per la produzione di acqua calda primaria per il riscaldamento ambienti, in relazione di scambio termico con un secondo scambiatore di calore acqua-acqua per la produzione di acqua calda sanitaria tramite un circuito idraulico primario.
Nel seguito della descrizione e nelle successive rivendicazioni, con il termine di: caldaia del tipo cosiddetto combinato, si intende indicare una caldaia in grado di erogare sia acqua calda per il riscaldamento ambienti o acqua primaria, sia acqua calda per uso sanitario .
Come noto, nel settore delle caldaie di impiego domestico ed in particolare in quelle del tipo cosiddetto combinato, si va sempre più affermando l'esigenza di garantire da un lato una pronta erogazione di acqua sanitaria alla temperatura desiderata e, dall'altro lato, di produrre caldaie sempre più compatte e di peso ridotto .
CB/INT001BIT (ber. albo n° 491)
Allo scopo di soddisfare questa esigenza, si sono affermate nel settore caldaie cosidette ad accumulo in cui una certa quantità di acqua calda di pronto utilizzo, sanitaria o di riscaldamento ambienti, viene immagazzinata in un serbatoio previsto nel circuito idraulico primario della caldaia ed impiegata per fornire in tempi relativamente rapidi acqua calda per uso sanitario.
Sebbene sostanzialmente rispondenti allo scopo, però, le caldaie ad accumulo non consentono di raggiungere pienamente la desiderata semplificazione strutturale della caldaia e conseguire quelle caratteristiche di elevata compattezza e ridotte dimensioni sempre più ricercate dal mercato.
II problema tecnico alla base della presente invenzione è pertanto quello di escogitare e mettere a disposizione una caldaia, in particolare ma non esclusivamente del tipo cosiddetto combinato, che consenta di soddisfare in tutti i suoi aspetti la suddetta esigenza di garantire una pronta erogazione di acqua calda sanitaria ed avere al tempo stesso le minime dimensioni ed il minimo peso compatibili con le prestazioni richieste alla caldaia. Questo problema è risolto secondo l'invenzione da una caldaia del tipo più sopra indicato, la quale si caratterizza per il fatto di comprendere, in detto circuito idraulico primario, una unità di accumulo ed espansione di detta acqua calda per il riscaldamento ambienti, mezzi essendo previsti per porre in comunicazione di fluido detta unità con detto secondo scambiatore di calore acqua-acqua.
In accordo con l'invenzione, la desiderata riduzione di peso e dimensioni della caldaia viene conseguita prevedendo, nel circuito idraulico primario della caldaia, una unità combinata in cui i contenitori necessari per l'accumulo dell'acqua calda e per compensare le dilatazioni termiche dell'acqua circolante nel circuito idraulico primario (vaso di espansione) vengono accorpati tra loro.
In accordo con una forma di realizzazione preferita, l'unità di accumulo ed espansione comprende un unico serbatoio munito di appropriati mezzi che consentono sia di accumulare acqua calda primaria, sia di compensare le dilatazioni termiche che essa subisce durante il funzionamento della caldaia.
Vantaggiosamente, i suddetti mezzi comprendono una membrana a sacco, in cui è definita una zona di accumulo di acqua calda, supportata all'interno del serbatoio all'interno del quale è libera di espandersi o contrarsi in funzione della temperatura dell'acqua calda accumulata.
Secondo una forma di realizzazione preferita, inoltre, l'unità di accumulo ed espansione viene installata tra i suddetti scambiatori di calore primario e secondario ed all'interno del corpo caldaia.
In tal modo, è possibile conseguire ottimali caratteristiche di compattezza e semplificazione strutturale della caldaia, pur mantenendo sostanzialmente inalterate le capacità di accumulo di acqua calda di pronto utilizzo.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione, risulteranno maggiormente dalla seguente descrizione di un esempio di realizzazione di essa, fatta a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati. In tali disegni:
- la figura 1 mostra in vista prospettica una forma di realizzazione preferita di una caldaia secondo l 'invenzione;
- la figura 2 mostra in vista prospettica una ulteriore variante di realizzazione della caldaia di figura 1;
- la figura 3 mostra uno schema idraulico semplificato della caldaia secondo l'invenzione.
Con riferimento alle suddette figure, con 1 è complessivamente indicata una caldaia, in particolare una caldaia murale del tipo cosiddetto combinato, secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione .
La caldaia 1 comprende un involucro 2, sostanzialmente parallellepipedo, munito frontalmente di un pannello di comando 3 comprendente una centralina elettronica di per sè nota, per il controllo e la regolazione della caldaia. All'interno dell'involucro 2 sono convenzionalmente supportati i vari componenti della caldaia 1, schematizzati nella figura 3.
Più in particolare, la caldaia 1 comprende uno scambiatore di calore 4 gas-acqua destinato alla produzione di acqua calda primaria per il riscaldamento ambienti (nel seguito indicato con il termine di: scambiatore primario) in collegamento di fluido, tramite un circuito idraulico primario globalmente indicato con 5, con una pluralità di elementi radianti 6 e con un secondo scambiatore di calore acqua-acqua 7 destinato alla produzione di acqua calda sanitaria (nel seguito indicato con il termine di: scambiatore secondario).
Nel circuito idraulico primario 5 sono definiti tre percorsi di fluido, chiusi ad anello ed in parallelo tra loro, destinati a collegare lo scambiatore di calore primario 4 rispettivamente con gli elementi radianti 6, con una unità Θ di accumulo ed espansione dell'acqua primaria e con lo scambiatore di calore secondario 7. Un primo di detti percorsi, indicato con 9 in figura 2, comprende un primo ramo 9a, interno alla caldaia 1, includente condotti 10, 11 rispettivamente di mandata al e di ritorno dallo scambiatore di calore primario 4 ed un secondo ramo 9b, esterno alla caldaia 1, includente condotti 12, 13 rispettivamente di mandata ai e di ritorno dagli elementi radianti 6.
I suddetti rami interno 9a ed esterno 9b del percorso di fluido 9 sono reciprocamente collegati tramite una coppia di raccordi, di per sè convenzionali e non rappresentati nelle figure.
Un secondo di detti percorsi di fluido, indicato con 14, comprende il condotto 10 di mandata allo scambiatore di calore primario 4, una coppia di condotti 15, 16 rispettivamente di ingresso ed uscita dell'acqua primaria dall'unità 8 di accumulo ed espansione, una valvola a tre vie 17 a comando idraulico ed una coppia dì condotti 18, 19 per il ritorno dell'acqua primaria allo scambiatore di calore 4.
Un terzo di detti percorsi di fluido, indicato con 20, comprende invece il condotto 10 di mandata allo scambiatore di calore primario 4, i condotti 15, 16 di ingresso ed uscita dell'acqua primaria dall'unità 8 di accumulo ed espansione, la valvola a tre vie 17 ed una coppia di condotti 21, 22 rispettivamente di mandata e di ritorno dallo scambiatore di calore secondario 7.
Secondo l'invenzione, il suddetto condotto 22 è collegato, in modo di per sè noto, al condotto 19 per il ritorno dell'acqua primaria allo scambiatore di calore 4. In una forma preferita di realizzazione della caldaia, illustrata in figura 1, i percorsi di fluido 14 e 20 sono interamente estesi all'interno dell'involucro 2.
In accordo con una caratteristica dell'invenzione, la circolazione dell'acqua primaria in ciascuno dei suddetti percorsi di fluido 9, 14 e 20 viene promossa da una pompa a velocità variabile 23, di per sè nota, incorporante una valvola a tre vie.
La circolazione dell'acqua primaria viene inoltre indirizzata verso uno o l'altro dei percorsi di fluido paralleli 14 e 20 interni alla caldaia tramite la valvola a tre vie 17, così come meglio apparirà nel seguito.
Più in particolare, la valvola a tre vie 17 è pilotata in modo di per sè noto da un azionatore 31, con sensore di flusso incorporato, montato su un condotto 24 destinato ad alimentare acqua sanitaria fredda prelevata dalla rete idrica allo scambiatore di calore secondario 7.
Con 25 è invece indicato un condotto esteso dallo scambiatore di calore secondario 7 e destinato all'invio di acqua sanitaria calda verso le utenze.
Analogamente a quanto più sopra esposto in relazione ai condotti 12 e 13, anche i suddetti condotti 24 e 25 sono muniti di raccordi, di per sè convenzionali non rappresentati, per il collegamento con un circuito esterno di distribuzione dell'acqua calda sanitaria alle varie utenze, a loro volta muniti di corrispondenti raccordi, anch'essi non illustrati, destinati ad essere innestati a tenuta su di essi.
In accordo con una forma di realizzazione preferita, l'unità 8 di accumulo ed espansione dell'acqua calda primaria comprende un serbatoio 26 all'interno del quale è convenzionalmente supportata una membrana 27 del tipo cosiddetto a sacco.
Secondo l'invenzione, proprio all'interno della membrana 27, destinata a compensare le dilatazioni termiche dell'acqua primaria, è definita una zona 28 per l'accumulo di un volume prefissato di acqua calda primaria, la cui temperatura è costantemente rilevata da un termostato 30 di tipo convenzionale.
Tra la membrana 27 ed il serbatoio 26 viene inoltre definita una intercapedine a volume variabile 29 includente aria, eventualmente in pressione, o altro gas appropriato.
il funzionamento della caldaia 1 sopra descritta è il seguente.
In assenza di prelievo di acqua sanitaria, ed in modalità di riscaldamento ambienti, la pompa 23 promuove la circolazione di fluido dal condotto 13 al condotto 10 di mandata allo scambiatore primario 4 ed intercetta il condotto 19, mentre la valvola a tre vie 17 chiude il condotto 16.
In accordo con questa modalità operativa, l'acqua calda primaria circola esclusivamente nel percorso di fluido 9 così da cedere agli elementi radianti 6 una quota parte del calore ad essa fornito dallo scambiatore primario 4. In assenza di prelievo di acqua sanitaria, inoltre, la temperatura dell'acqua calda primaria accumulata nell'unità 8 viene mantenuta ad un valore costante grazie all'intervento del termostato 30.
Tale termostato interviene ad ogni abbassamento di temperatura dell'acqua accumulata e comanda il bruciatore della caldaia così da erogare la massima potenza termica verso lo scambiatore di calore primario 4, interrompe la circolazione di fluido nel percorso 9 tramite la pompa 23 e commuta la valvola a tre vie 17 così da consentire la circolazione dell'acqua primaria dal condotto 16 verso il condotto 18.
In tal modo, l'acqua primaria circola nel solo percorso di fluido 14 by-passando sia gli elementi radianti 6, sia lo scambiatore secondario 7.
Non appena si preleva acqua calda per uso sanitario, l'azionatore 31 con sensore di flusso incorporato interviene sulla pompa 23 e sulla valvola a tre vie 17, così da consentire la circolazione dell'acqua primaria dal condotto 16 verso il condotto 21 e cioè, dall'unità 8 di accumulo ed espansione verso lo scambiatore secondario 7 e da questo allo scambiatore primario 4.
In questa modalità operativa, quindi, l'acqua primaria circola esclusivamente nel percorso di fluido 20 bypassando gli elementi radianti 6.
In tal modo, l'acqua calda primaria accumulata nell'unità 8 viene immediatamente inviata verso lo scambiatore secondario 7, laddove cede il proprio calore all'acqua fredda prelevata dalla rete idrica, consentendo così una pronta erogazione di acqua calda dalla caldaia 1.
Secondo l'invenzione, l'acqua primaria riscaldata ad opera dello scambiatore di calore primario 4 viene inviata nell'unità 8, provvedendo al reintegro dell'acqua calda di accumulo erogata verso lo scambiatore di calore secondario 7 ad opera della pompa 23.
In accordo con una vantaggiosa caratteristica dell'invenzione, regolando la portata erogata dalla pompa 23 è possibile prelevare dall'unità 8 la minima quantità di acqua calda primaria necessaria al raggiungimento della temperatura desiderata dell'acqua sanitaria.
Questa regolazione può essere vantaggiosamente effettuata mediante un termostato, non rappresentato, previsto sul condotto 25, che provvede a regolare la portata della pompa 23 ed eventualmente anche la potenza termica erogata dal bruciatore verso lo scambiatore di calore primario 4.
Quando il prelievo di acqua sanitaria è terminato ed a seconda della temperatura rilevata dal termostato 30, la caldaia si riporta nelle condizioni di funzionamento preesistenti o provvede all'accumulo di nuova acqua calda primaria nell'unità 8 in accordo con le modalità più sopra esposte.
Va da sè che in tutte le modalità operative più sopra illustrate, l'unità 8 oltre ad esplicare l'importante funzione di accumulatore di calore fornendo acqua calda di pronta utilizzazione allo scambiatore secondario 7, compensa tutte le dilatazioni-contrazioni termiche dell'acqua primaria assicurando un corretto funzionamento della caldaia 1.
Ovviamente, in ciscuna delle suddette modalità operative il bruciatore asservito allo scambiatore primario 4 e/o la pompa 23 vengano avviati - con modalità di per sè note - qualora si trovino in stato di attesa (stand-by).
in accordo con una seconda forma di realizzazione illustrata in figura 2, la caldaia dell'invenzione consente una pronta erogazione di acqua calda sanitaria con spazi ridotti al minimo, anche installando l'unità 8 di accumulo ed espansione al di fuori dell'involucro 2. In una ulteriore forma di realizzazione della caldaia 1, non rappresentata, sia l'unità 8 di accumulo ed espansione sia lo scambiatore di calore secondario 7, con relativi condotti di ingresso ed uscita, possono essere installati al di fuori dell'involucro 2.
Queste ulteriori varianti consentono - ove richiesto -l'installazione in ambienti separati del corpo caldaia e dell'unità 8 ed eventualmente dello scambiatore secondario 7 e raggiungono, pur se in misura minore, la desiderata riduzione delle dimensioni complessive della caldaia .
Da quanto più sopra descritto ed illustrato risultano immediatamente evidenti i molteplici vantaggi conseguiti dal presente trovato.
Da un punto di vista funzionale, la caldaia dell'invenzione consente di ottenere, oltre ad una pronta erogazione di acqua calda sanitaria con tempi di attesa ridotti al minimo, anche uno sfruttamento graduale e comunque ridotto all'essenziale dell'acqua primaria immagazzinata nell'unità 8 dì accumulo ed espansione. La caldaia dell'invenzione consente pertanto un ottimale sfruttamento del calore accumulato, il quale può essere dosato per far fronte in modo estremamente flessibile e duraturo alle più varie esigenze di prelievo dell'acqua calda sanitaria.
L'accorpamento delle funzioni di accumulo ed espansione in una stessa unità consente inoltre di ottenere la desiderata pronta erogazione di acqua calda sanitaria pur utilizzando una caldaia di dimensioni e peso estremamente contenuti .
In una forma di realizzazione preferita, le dimensioni della caldaia vengono ridotte al minimo incorporando l'unità Θ di accumulo ed espansione all'interno del corpo caldaia.
Vantaggiosamente, inoltre, l'intercapedine 29 definita tra la membrana a sacco 27 ed il serbatoio 26 contribuisce ad isolare termicamente la membrana 27 consentendo di ridurre e, in taluni casi addirittura eliminare, gli strati di coibente normalmente previsti all'esterno dei serbatoi di accumulo della tecnica nota. Accorpando le funzioni di accumulo ed espansione nella unità 8 si raggiunge l'ulteriore rilevante vantaggio di un "autoadeguamento" stagionale della capacità di accumulo di acqua primaria nella membrana 27.
In inverno, quando l'acqua primaria raggiunge la sua temperatura massima e quindi anche il massimo grado di espansione volumetrica, la capacità di accumulo all'interno della zona 28 è al suo massimo livello consentendo così di compensare ampiamente la maggior inerzia termica dello scambiatore di calore secondario 7 e le maggiori dispersioni termiche a carico dei vari condotti.
Viceversa, in estate, quando la caldaia 1 opera nella modalità di sola erogazione dì acqua calda sanitaria e l'acqua primaria scende al minimo grado di espansione volumetrica, la capacità di accumulo all’interno della zona 28 è al suo livello minimo, in perfetto allineamento con la minor inerzia termica dello scambiatore di calore secondario 7 e le minori dispersioni termiche a carico dei vari condotti.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Caldaia in particolare del tipo cosiddetto combinato comprendente un primo scambiatore di calore gas-acqua (4) per la produzione di acqua calda primaria per il riscaldamento ambienti, in relazione di scambio termico con un secondo scambiatore di calore acqua-acqua (7) per la produzione di acqua calda sanitaria tramite un circuito idraulico primario (5), caratterizzata dal fatto di comprendere, in detto circuito idraulico primario (5), una unità (8) di accumulo ed espansione di detta acqua calda per il riscaldamento ambienti, mezzi essendo previsti per porre in comunicazione di fluido detta unità (8) con detto secondo scambiatore di calore acqua-acqua (7).
- 2. Caldaia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta unità (8) di accumulo ed espansione dell’acqua calda primaria è interposta tra detto primo scambiatore di calore gas-acqua (4) e detto secondo scambiatore di calore acqua-acqua (7).
- 3. Caldaia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta unità comprende un serbatoio (26) di accumulo ed espansione di detta acqua calda primaria.
- 4. Caldaia secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto serbatoio (26) comprende una membrana (27) a sacco in cui è definita una zona (28) di accumulo di detta acqua calda primaria.
- 5. Caldaia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi destinati a consentire la comunicazione di fluido tra detta unità (8) di accumulo ed espansione dell'acqua calda primaria e detto secondo scambiatore di calore acqua-acqua (7) comprendono almeno un condotto (16, 21) munito di rispettivi mezzi valvolari ( 17 ) .
- 6. Caldaia secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi valvolari (17) sono comandati da un azionatore (31), con sensore di flusso incorporato, montato su un condotto (24) per l'alimentazione di acqua sanitaria fredda a detto secondo scambiatore di calore acqua-acqua (7).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 0001 | Granted | ||
| TA | Fee payment date (situation as of event date), data collected since 19931001 |
Effective date: 19970731 |