ITUD20070235A1 - Stufa a combustibile liquido per il riscaldamento domestico e relativo procedimento di combustione del combustibile liquido - Google Patents

Description

"STUFA A COMBUSTIBILE LIQUIDO PER IL RISCALDAMENTO DOMESTICO E RELATIVO PROCEDIMENTO DI COMBUSTIONE DEL COMBUSTIBILE LIQUIDO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad una stufa di riscaldamento per uso domestico per produrre energia termica mediante la combustione di un combustibile liquido, in particolare, ma non limitatamente, alcool etilico. In particolare, il presente trovato è applicabile ad unità abitative di media-piccola grandezza, tipo appartamenti e mini-appartamenti.

Il presente trovato riguarda anche il relativo procedimento di combustione del combustibile liquido per l'utilizzo nel riscaldamento domestico.

STATO DELLA TECNICA

È noto realizzare stufe a combustibile liquido, per la cottura di cibo od il riscaldamento, le quali sono di tipo trasportabile, ad esempio per imbarcazioni o camper. Il combustibile liquido generalmente impiegato è alcool etilico, oppure un idoneo idrocarburo come il cherosene, od altri combustibili liquidi adatti.

L'alcool è un combustibile liquido particolarmente vantaggioso per tali stufe, grazie al suo basso rischio d'esplosione, alla stabilità nel trasporto e nello stoccaggio, all'assenza di fumi soffocanti ed in generale al basso livello di pericolo in caso di perdita di combustibile. L'alcool, inoltre, è relativamente economico e facilmente reperibile.

Un inconveniente che si ha nelle stufe di cui si discute è legata alla difficoltà di ottenere una buona ed efficace combustione del combustibile liquido. La soluzione tradizionale a tale difficoltà è di vaporizzare il combustibile liquido e miscelare il combustibile vaporizzato all'aria per generare una ottimale miscela di combustione.

In particolare, l'alcool viene vaporizzato riscaldandolo alla sua temperatura d'ebollizione di circa 78 - 79 °C.

Comunque, la vaporizzazione del combustibile presenta un serio problema nelle partenze a freddo, poiché è necessario prevedere una fonte di calore ausiliaria, come ad esempio l'utilizzo di un gas infiammabile da bruciare inizialmente od altre fonti di calore, per vaporizzare il combustibile liquido.

Tale inconveniente porta anche ad allungare i tempi in cui la stufa nota diventa effettivamente operativa in riscaldamento.

Inoltre, la necessità di ebollizione dell ' alcool rappresenta anche un serio rischio di sicurezza, soprattutto nel caso in cui si volesse utilizzare le stufe note nel riscaldamento domestico.

Un altro inconveniente da non trascurare è legato al consumo energetico per riscaldare il combustibile liquido e portarlo a condizioni di vapore.

Altra soluzione nota nella tecnica è fornire il serbatoio di combustibile liquido di una pompa per porre in pressione l'alcool, e di opportuni iniettori nella camera di combustione. La pressione è necessaria per realizzare un'appropriata alimentazione e vaporizzazione dell'alcool al bruciatore.

Tuttavia, anche questo tipo di soluzione non permette un'ottimale combustione, a causa delle difficoltà di formazione di una corretta miscela tra l'aria di combustione ed il combustibile vaporizzato e del limitato tempo a disposizione che si ha per la formazione della miscela, dovuto all'elevata pressione e velocità con cui viene iniettato il combustibile

Inoltre, inconvenienti comuni alle soluzioni di stufe note nella tecnica di cui si discute, in particolare che impiegano l'alcool, sono legate alla instabilità e fluttuazione della fiamma, alla scarsa possibilità di regolazione del calore generato, alla limitata capacità massima di riscaldamento della fiamma.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare una stufa a combustibile liquido, particolarmente ad alcool, per il riscaldamento domestico, che permetta un'ottimale combustione, che sia di semplice realizzazione, sicura, quindi senza l'esigenza di far bollire il combustibile liquido e/o di utilizzare contenitori a pressione per l'iniezione a pressione del combustibile liquido, ed affidabile.

Altro scopo è mettere a punto un procedimento per la combustione di un combustibile liquido in una stufa a combustibile liquido che sia efficiente, sicuro ed affidabile.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti.

Le relative rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, una stufa a combustibile liquido per il riscaldamento domestico secondo il presente trovato comprende un dispositivo di combustione provvisto di:

- un contenitore atto a contenere il combustibile liquido ed avente al suo interno una camera di miscelazione in cui è atta ad avvenire la miscelazione del combustibile liquido con aria di combustione,

- mezzi di adduzione associati al contenitore per immettere, all'interno della camera di miscelazione, un flusso d'aria di combustione atta a miscelarsi con il combustibile;

- mezzi di convogliamento, montati sul contenitore ed atti a convogliare il combustibile miscelato al flusso d'aria dalla camera di miscelazione verso una zona di combustione.

In accordo con un aspetto caratteristico del presente trovato, il contenitore comprende mezzi di preriscaldamento, i quali sono atti a pre-riscaldare il combustibile liquido presente nella camera di miscelazione, ad una predeterminata temperatura, inferiore alla temperatura di ebollizione del combustibile liquido.

In accordo con il presente trovato, sono previsti, inoltre, mezzi di nebulizzazione del tipo ad ultrasuoni atti a nebulizzare il combustibile.

Tali mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni sono normalmente immersi nel combustibile e determinano una voluta agitazione del combustibile per realizzarne la nebulizzazione.

Secondo il presente trovato, un'unità di controllo è prevista per controllare il funzionamento almeno dei mezzi di pre-riscaldamento e dei mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni.

I mezzi di pre-riscaldamento sono impostati per riscaldare il combustibile liquido ad una opportuna temperatura, od intervallo di temperature, ben distanti dalla temperatura d'ebollizione.

Nel caso dell'alcool, il pre-riscaldamento avviene vantaggiosamente ad una temperatura compresa tra circa 35 °C e 50 °C, preferibilmente tra circa 38 °C e 46 °C, quindi ben distante dalla temperatura d'ebollizione dell'alcool di circa 78 °C — 79 °C.

I mezzi di pre-riscaldamento sono, ad esempio, una resistenza di tipo termoregolato, con una predeterminata temperatura massima di riscaldamento, oltre la quale si disattiva, temperatura vantaggiosamente coincidente con il limite superiore dell'intervallo di temperatura di pre-riscaldamento necessitato.

Vantaggiosamente, il pre-riscaldamento del combustibile liquido sia favorisce la nebulizzazione da parte degli ultrasuoni ed il moto convettivo della miscela di combustione dal basso verso l'alto, sia mantiene il combustibile liquido ad una temperatura tale da consentire l'accensione della miscela tra combustibile liquido ed aria di combustione. Ciò evita che il combustibile liquido si raffreddi al di sotto di un determinato valore di temperatura, eventualità che, particolarmente nel caso di alcool, porterebbe allo spegnimento della fiamma e quindi al non funzionamento della stufa.

Vantaggiosamente, essendo i volumi di combustibile liquido coinvolti relativamente bassi, circa compresi tra 400 mi e 800 mi, la fase di pre-riscaldamento dura indicativamente solo 5— 8 minuti.

II trovato utilizza vantaggiosamente alcool etilico, denaturato o meno. Tuttavia, secondo le esigenze, altri combustibili liquidi adatti, tipo idrocarburi come il cherosene, possono essere impiegati.

L'alcool ha il vantaggio che la sua combustione non produce sottoprodotti di combustione dannosi o che necessitano di essere scaricati nell'ambiente. La stufa secondo il presente trovato, così, non necessita, per la sua installazione in ambienti chiusi, del montaggio della canna fumaria per lo scarico dei fumi di combustione, traducendosi ciò in un indubbio vantaggio di rapidità ed economicità di installazione, anche in unità abitative che non consentirebbero agevolmente la realizzazione di condotti di scarico dei fumi .

II presente trovato trae vantaggio dal fatto di realizzare la nebulizzazione, mediante gli ultrasuoni, operando sostanzialmente a pressione ambiente, senza la necessità di portare ad ebollizione il combustibile liquido. Si ha, così, sia un'adeguata miscelazione del nebulizzato con l'aria, che risale ad una velocità idonea lungo la Cerniera di miscelazione, sia un evidente risparmio energetico, non necessitandosi di energia termica per vaporizzare il combustibile liquido, e sia un'efficacia molto maggiore della stufa soprattutto nelle partenze a freddo, poiché il limite della tecnica nota dell'inerzia termica necessaria per la vaporizzazione del combustibile liquido è superato utilizzando il pre-riscaldamento di cui sopra e la successiva nebulizzazione ad ultrasuoni.

Secondo il presente trovato, infatti, la camera di miscelazione è operativa sostanzialmente a pressione ambiente, così come il combustibile liquido vi viene immesso a pressione ambiente, senza cioè che sia atomizzato a pressione durante l'immissione.

La miscela di combustibile liquido nebulizzato ed aria di combustione si realizza in modo efficace, grazie alla adeguatamente lenta risalita verso l'alto per convezione del combustibile nebulizzato.

Il presente trovato, così, permette un'ottimale combustione, in quanto la miscela di combustione che si ottiene si realizza in modo corretto. Infatti, al contrario delle stufe note in cui il combustibile viene iniettato a pressione, e quindi il tempo di miscelazione con l'aria è molto breve e può essere insufficiente a creare una corretta miscela, con il presente trovato si dà tutto il tempo necessario, correlato alla risalita del combustibile nebulizzato per convezione, al combustibile nebulizzato stesso di miscelarsi all'aria di combustione nelle proporzioni volute.

Il presente trovato è, inoltre, di semplice realizzazione, sicuro ed affidabile.

L'ottimale miscela di combustione, vantaggiosamente con caratteristiche sostanzialmente costanti nel tempo, o selettivamente regolabili dall'utente, consente, infatti, una buona stabilità di fiamma ed un'elevata resa termica del combustibile liquido impiegato.

Grazie all'innovativa nebulizzazione a mezzo degli ultrasuoni, il presente trovato mantiene anche i vantaggi dell'atomizzazione propri della tecnica tradizionale di vaporizzazione, a caldo e/o a pressione, utilizzata nelle stufe a combustibile liquido, con in più superando gli inconvenienti della tecnica nota di cui si è detto.

I mezzi d'adduzione dell'aria sono vantaggiosamente calibrati, cioè con una porzione forata di immissione dell'aria con un predeterminato diametro nominale, per il passaggio di una determinata portata di aria di combustione, la cui quantità è direttamente correlata alla quantità di combustibile liquido nebulizzato ed alla necessità di ottimizzare la miscela di combustione per un'ottimale combustione.

Secondo una variante, il presente trovato è provvisto di una pluralità di misure di sicurezza, le quali sono atte ad impedire il ritorno di fiamma dalla zona di combustione verso la camera di miscelazione. In particolare, si ha che i mezzi di convogliamento hanno tubi di convogliamento verticale con estremità sagomate in diagonale, del tipo a "fetta di salame" o "a becco di flauto", le quali, nel determinato intervallo di diametro nominale dei tubi impiegati nella stufa secondo il trovato, impediscono il propagarsi della fiamma.

I mezzi di convogliamento hanno, inoltre, uno spazio di risalita in cui è presente un elemento sensibile alla temperatura, ad esempio di tipo elettromeccanico, come una lamina bimetallica, il quale, in caso di propagazione della fiamma in tale spazio, si deforma conseguentemente a causa dell'aumento di temperatura, ad esempio oltre i 70 °C, tale deformazione determinando l'attivazione di un interruttore che toglie l'alimentazione elettrica che fa funzionare la stufa stessa e mettendo in sicurezza il tutto.

Inoltre, subito a monte della zona di combustione ed a valle dei mezzi di convogliamento, si hanno griglie metalliche ed elementi a fibra metallica, i quali hanno funzione di taglia fiamma.

Vantaggiosamente, gli elementi a fibra metallica fungono anche da omogeneizzatori della miscela tra combustibile liquido nebulizzato ed aria di combustione, determinando un'uniforme formazione della fiamma.

Anche la previsione di un organo sensore di temperatura nel contenitore del combustibile liquido permette che, nel caso di ritorno di fiamma direttamente nella camera di miscelazione, il corrispondente notevole aumento di temperatura sia rilevato ed fornisca un segnale di interruzione del funzionamento della stufa.

Inoltre, i mezzi di adduzione dell'aria di combustione, essendo vantaggiosamente calibrati, determinano un limitato passaggio dell'aria che, nel caso di ritorno di fiamma nella camera di miscelazione, comunque impedisce l'infiammabilità del combustibile liquido, in quanto l'atmosfera che ne risulta sarebbe povera d'ossigeno.

Un procedimento secondo il presente trovato per la combustione di un combustibile liquido in una stufa a combustibile liquido per riscaldamento domestico, comprende le seguenti fasi:

- una prima fase in cui si effettua una immissione di una determinata quantità di combustibile liquido in una camera di miscelazione, mediante mezzi d'immissione; ad esempio, tale immissione può essere fatta con mezzi di pompaggio, nel caso di serbatoio del combustibile liquido posto al livello od al di sotto del contenitore della camera di miscelazione, o per caduta libera eventualmente regolata da elettrovalvola, nel caso di serbatoio del combustibile liquido posto al di sopra della camera di miscelazione; - una seconda fase in cui si effettua un preriscaldamento del combustibile liquido ad una temperatura compresa in un determinato intervallo, al di sotto della temperatura d'ebollizione del combustibile liquido, mediante mezzi di pre-riscaldamento, vantaggiosamente, nel caso di alcool, ad una temperatura compresa tra circa 35 °C e 50 °C, preferibilmente tra circa 38 °C e 45 °C;

- una terza fase in cui, una volta raggiunto il predeterminato valore di temperatura di preriscaldamento del combustibile, si effettua una nebulizzazione del combustibile nella camera di miscelazione mediante mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni; - una quarta fase in cui, nella camera di miscelazione, si determina la miscelazione del combustibile nebulizzato con un determinato flusso d'aria, immesso mediante mezzi d'adduzione;

- una quinta fase in cui si determina il passaggio del combustibile nebulizzato e miscelato al flusso d'aria dalla camera di miscelazione verso una camera di combustione, attraverso mezzi di convogliamento, per effettuare la combustione;

- una sesta fase in cui, nella camera di combustione e mediante mezzi riscaldanti d'accensione, si determina l'accensione del combustibile nebulizzato e miscelato al flusso d'aria.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 è una vista laterale di una stufa schematizzata di una stufa secondo il presente trovato;

- la fig. 2 è una sezione schematizzata di parte della stufa di fig. 1;

- la fig. 3 è una sezione di un dettaglio ingrandito di fig. 2.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alla fig. 1, una stufa 10 ad alcool per il riscaldamento domestico, secondo il presente trovato, comprende un telaio di supporto 13 in cui è alloggiato un dispositivo di combustione 11. Il dispositivo di combustione 11 è atto a bruciare alcool, in una camera di combustione 19, per il riscaldamento domestico.

Una presa 15 dell'aria entrante, aspirata da una ventola 31 consente l'entrata dell'aria dell'ambiente nella stufa 10, la quale viene preriscaldata in uno scambiatore di calore 21 a contatto con la camera di combustione 19 e scaldata dall'aria calda di combustione uscente dalla camera di combustione 19. In particolare, l'aria calda di combustione, a circa 250 °C, frecce G e l'aria pre-riscaldata, a circa 50 °C, freccia F, si miscelano ed escono a circa 80 °C, per moto convettivo, da un'uscita 17, per riscaldare l'ambiente.

La camera di combustione 19 è separata dalla zona d'uscita E dell'aria calda da una parete 25 su cui è installato un dispositivo d'aspirazione 27 ad effetto Venturi che determina un restringimento nella sezione di passaggio dell'aria calda proveniente dalla camera di combustione 19 e quindi una sua accelerazione ed aspirazione verso l'alto e l'esterno della stufa 10. Ciò determina, vantaggiosamente in cooperazione con la ventola 31, un flusso d'aria dal basso verso l'alto anche nei primi secondi o minuti di funzionamento della stufa 10, in cui l'effetto di convenzione naturale può non essere rilevante per la risalita dell'aria calda.

Il dispositivo di combustione 11 comprende un contenitore 12, di tipo scatolare realizzato con pareti laterali e di fondo in acciaio inox di spessore di circa 4 min, oppure in materiale plastico termoresistente, avente al suo interno una camera 14 di miscelazione per l'alcool 16, ad esempio della capacità di circa 500 — 700 mi (fig. 2). Al di sopra del contenitore 12, ed in comunicazione fluidica con esso, è previsto un collettore antiscoppio 38, lungo il quale viene convogliata la miscela di combustione verso una zona di accensione D, nella camera di combustione 19, di cui si dirà meglio nel prosieguo, in cui la combustione viene selettivamente innescata da una resistenza di accensione 56, per generare una fiamma 58 di riscaldamento.

L'alcool 16 viene immesso all'interno della camera 14 a mezzo di una pompa 18 dosatrice ad impulsi, la quale da un lato è collegata, mediante un condotto 22 d'aspirazione, ad un serbatoio 20 dell'alcool, sottostante il contenitore 12, ad esempio della capacità di circa 5 litri, e dall'altro lato è collegata, mediante un condotto 24 di mandata, alla camera 14.

Secondo una variante, schematizzata sempre in fig.

1, ma rappresentata in tratteggio, invece del serbatoio 20 sottostante, è possibile realizzare il serbatoio al di sopra del contenitore 12, in modo che l'alcool scenda per gravità o caduta libera all'interno della camera di miscelazione 14. Una elettrovalvola 121 controlla il flusso di alcool dall'alto verso il basso.

Come dettagliatamente illustrato nel prosieguo della descrizione, l'alcool 16 nella camera di miscelazione 14 viene pre-riscaldato da una resistenza 28 e nebulizzato da un nebulizzatore ad ultrasuoni 26. Il nebulizzato si miscela ad un flusso d'aria A entrante nella camera 14, per formare una miscela di combustione ad aerosol 34 che sale verso la camera di combustione 19 dove viene accesa.

Il dispositivo di combustione 11 opera, così, a "batch", nel senso che, in combustione, consuma predeterminate quantità di alcool 16 immesse di volta in volta nella camera di miscelazione 14. La pompa 18, oppure analogamente l'apertura dell'elettrovalvola 121, provvede alla prima carica di alcool 16, così come ai successivi reintegri.

Infatti, l 'alcool 16 , che si consuma man mano durante l'uso, viene alimentato nella camera 14 fino a che raggiunge un predeterminato livello operativo massimo all'interno della camera 14 stessa.

Un sensore di livello 36 rileva il livello dell'alcool 16 nella camera e trasmette un relativo segnale ad un'unità di controllo 60, collegata alla pompa 18. Il sensore 36 opera tra due livelli, minimo Lmine massimo L , i quali sono vicini tra loro, in modo da avere un'elevata sensibilità nella rilevazione del livello. Ad esempio, la differenza di volume tra il volume al livello LMxed al livello Lminè di circa 40 — 60 mi. Ciò significa che, una volta bruciata tale quantità, il sensore 36 rileva un livello insufficiente, trasmette un relativo segnale all'unità 60, che comanda il rabbocco di alcool 16. L'unità di controllo 60, sulla base del segnale di livello ricevuto dal sensore 36, comanda automaticamente l'alimentazione o rabbocco dell'alcool, in modo da riempire o mantenere a livello la camera 14 al voluto valore L. L'alimentazione dell'alcool viene arrestata quando si raggiunge il voluto livello LmxLa pompa 18, o l'elettrovalvola 121, verrà nuovamente attivata quando il livello di alcool 16 è inferiore ad un determinato livello minimo operativo Lmin. Ad esempio, con le quantità sopra indicate, si può avere un rabbocco di alcool 16 circa ogni 10 — 20 minuti di funzionamento standard.

Se il sensore 36 rileva un livello insufficiente per un tempo superiore ad un prefissato valore, ad esempio circa 1— 2 minuti, manda un segnale che viene interpretato come allarme di sicurezza dall'unità di controllo 60.

In particolare, nella parte della camera 14 indicata con la lettera B, la parte normalmente riempita di alcool 16, al di sotto del livello L, è previsto il dispositivo di nebulizzazione 26 ad ultrasuoni, di tipo in sé noto, il quale è immerso nell'alcool 16 e, quando è in funzione, lo nebulizza o atomizza generando la nube di aerosol 34. La potenza di agitazione ed eccitazione dell'alcool 16 da parte del dispositevo ad ultrasuoni 26 può essere selettivamente regolabile e la regolazione è fatta mediante l'unità di controllo 60.

E' chiaro che, a seconda delle esigenze, si potrebbero installare anche due o più dispositivi ad ultrasuoni 16.

Tale aerosol 34 sale verso l'alto nella parte della camera 14 indicata con la lettera C, dove si miscela intimamente con il flusso d'aria A proveniente dall'esterno della camera 14, in particolare attraverso un condotto 30. Nel condotto 30 è prevista una valvola 32 di tipo apri/chiudi, con la funzione, determinata dalla unità di controllo 60, di consentire od impedire il flusso d'aria A nella camera 14. A valle della valvola 32 è previsto un foro calibrato 33, che si apre nella camera di miscelazione 14 e che consente il passaggio di una portata d'aria di combustione con un valore predeterminato a priori in fase di progetto, in funzione delle caratteristiche di combustione che si vuole dare alla stufa 10.

La parte C della camera di miscelazione 14 ha dimensioni in altezza e pianta progettate in modo che il tempo di risalita del nebulizzato sia tale da consentire un'ottimale formazione, nelle proporzioni volute, della miscela di combustione con il flusso d'aria A.

In particolare, la resistenza 28 di preriscaldamento, del tipo termoregolato fino ad una temperatura massima di riscaldamento ad esempio di circa 50 °C, è immersa nell'alcool 16, nella parte B della camera 14, disposta tra il dispositivo di nebulizzazione 26 ed livello minimo Lmi di operatività dell'alcool 16.

Tale resistenza 28 serve per pre-riscaldare l'alcool 16 in modo da coadiuvare la nebulizzazione e formazione dell'aerosol 34, il moto convettivo dal basso verso l'alto e la successiva combustione, vantaggiosamente ad una temperatura compresa tra circa 35 °C e 50 °C, preferibilmente tra circa 38 °C e 45 °C. Tale resistenza 28 ha funzione propedeutica alla successiva combustione, consentendo che la miscela di combustione abbia una temperatura sufficiente per un'efficace combustione.

Regolando la temperatura di pre-riscaldamento si regola ed ottimizza, così, la resa termica della stufa 10, cioè, in sostanza, la temperatura dell'aria che esce dall'apertura d'uscita 17.

La temperatura dell'alcool 16 ed il funzionamento della resistenza 28 sono controllati da una sonda di temperatura 29 montata nella camera 14, collegata all'unità di controllo 60 per rendere automatica la gestione del riscaldamento, anche in funzione del livello dell'alcool 16.

Il funzionamento della sonda di temperatura 29 è sincronizzato con il sensore di livello 36, in modo da evitare la situazione in cui la resistenza 28 non è completamente immersa nell'alcool, ed impedire, così, surriscaldamenti e danni alla stufa 10.

L'aerosol 34 così formato, miscelato all'aria A di combustione, risale quindi per convezione e/o per l'effetto Venturi del dispositivo d'aspirazione 27, attraverso il collettore 38, in particolare mediante una serie di tubi 40 di convogliamento, disposti su tre file, i quali convogliano verso l'alto l'aerosol 34, dalla camera 14 verso la resistenza d'accensione 56. Tali tubi 40 si sviluppano in verticale all'interno del collettore 38 in una apposita zona di convogliamento 46 (figg. 2 e 3).

Il collettore 38 è collegato al contenitore 12 mediante una piastra 42, che funge da copertura della camera 14. La piastra 42 è appositamente sagomata per il montaggio in verticale dei tubi 40.

Il collettore 38, subito dopo la zona di convogliamento 46, prevede una zona di risalita 48 che conduce l'aerosol 34 miscelato all'aria A verso la resistenza di accensione 56.

La zona di risalita 48 è provvista di un sensore a lamina bimetallica 43 (fig. 2), il quale, se si ha un ritorno di fiamma ed un violento aumento di temperatura nella zona 48 stessa, si deforma corrispondentemente, andando a chiudere, meccanicamente, un circuito di alimentazione che arresta, per motivi di sicurezza, l'alimentazione elettrica della stufa 10.

La zona di convogliamento 46 e quella di risalita 48 sono realizzate come due corpi scatolari affiancati e sfalsati verso l'alto, aperti l'uno verso l'altro, in modo che le estremità 44 superiori dei tubi 40 siano all'incirca a metà dell'altezza della zona di risalita 48 e la miscela di combustione possa passare dall'una zona 46 all'altra zona 48 (fig. 3).

In particolare, le estremità 44 dei tubi 40 sono tagliate a becco di flauto e si aprono proprio verso la zona di risalita 48. Tale profilo sagomato riduce i rischi di ritorno di fiamma.

Inoltre, la sezione traversale e la lunghezza di tali tubi 40 è calibrata in modo voluto. Tale disposizione geometrica delle zone 46 e 48, nonché la particolare geometria e calibrazione dei tubi 40 e la loro sagoma all'estremità 44 sono tutti accorgimenti che consentono di realizzare un convogliamento dell'aerosol 34 miscelato all'aria di combustione A che impedisce ritorni di fiamma verso la camera 14 di miscelazione .

Prima di giungere alla resistenza 56 nella zona di combustione D, l'aerosol 34 miscelato all'aria A e proveniente dalla zona 48, passa attraverso un separatore in fibra metallica 50, del tipo a paglietta metallica, sostenuto da una griglia di tenuta inferiore 52 e da una griglia di tenuta superiore 54. Le griglie 52 e 54 hanno vantaggiosa funzione di taglio di fiamma.

II separatore in fibra metallica 50 ha funzione sia di omogeneizzare la miscela di combustione che sale dal collettore 38, per avere un'uniforme generazione di fiamma, sia di taglio della fiamma, creando condizioni sfavorevoli al propagarsi di un ritorno di fiamma verso la camera 14 di miscelazione.

Subito al di sopra della griglia di tenuta superiore 54, in corrispondenza della sua superficie esterna, è prevista la resistenza d'accensione 56, operante a circa 480 °C, dove avviene l'accensione dell'aerosol.

Il funzionamento della stufa 10 è molto efficiente, in quanto con circa 5 litri di alcool etilico, denaturato o meno, si ha un funzionamento in riscaldamento di circa 24 ore, ossia circa 4— 5 ore con un litro d'alcool.

La generazione della fiamma 58 può venire interrotta in qualsiasi momento agendo sulla valvola 32 per interrompere il flusso d'aria A.

Riassumendo, la stufa 10 prevede vantaggiosamente una pluralità di misure di sicurezza per impedire il ritorno di fiamma nella camera di miscelazione 14, cioè :

- sagoma del profilo 44 dei tubi 40;

sensore a lamina bimetallica 43;

- griglie metalliche 52 e 54;

- separatore a fibra metallica 50.

Inoltre, come sicurezza aggiuntiva oltre alla termoregolazione della resistenza 28, che pre-riscalda fino ad un determinato valore di temperatura, si ha che la sonda di temperatura 29 rileva eventuali ano mali innalzamenti della temperatura, ad esempio dovuti a ritorno di fiamma, nella camera di miscelazione 14, eventualmente trasmettendo un adeguato segnale all'unità 60, che arresta il funzionamento della stufa 10

Ulteriore sicurezza è data dal foro calibrato 33, che immette aria solo per determinate condizioni di miscela di combustione, determinate a progetto. Un ritorno di fiamma od altre anomalie di funzionamento non comporterebbero, comunque, un'accensione dell'alcool, in quanto verrebbe a mancare un apporto di ossigeno adeguato alle condizioni anomale.

Inoltre, il volume di alcool 16 nel contenitore 12 è relativamente basso ed un suo innesco, ammesso che ci sia un adeguato apporto d'ossigeno, provocherebbe eventualmente la sua combustione fino a consumo, senza pericolo per l'ambiente esterno alla stufa 10.

La stufa 10 è complessivamente funzionante ad elettricità, essendo previsto un interruttore di accensione /spegnimento generale, accessibile dall'utente, che avvia o termina il funzionamento del tutto.

L'unità di controllo 60 è vantaggiosamente di tipo multifunzionale, nel senso che controlla accensione, livello, dispositivo ad ultrasuoni 26, la ventola 31, la resistenza di pre-riscaldamento 28 e di accensione 56, la sonda di temperatura 29, la sicurezza del funzionamento e l'automatismo di accensione e spegnimento del tutto in base ad eventuali allarmi o malfunzionamenti.

II funzionamento della stufa 10 secondo il presente trovato è il seguente.

Preliminarmente, si riempie il contenitore 12 con l'alcool 16, mediante la pompa 18 o l'apertura selettiva dell'elettrovalvola 121, fino a che raggiunge il livello massimo operativo L^, segnalato dal sensore di livello 36. Raggiunto tale livello, l'unità 60 comanda l'arresto dell'alimentazione dell'alcool 16.

Dopo avere avviato il funzionamento della stufa 10 con l'interruttore di cui sopra, l'unità 60 controlla il livello di alcool 16 nella camera di miscelazione 14, e se è il caso, comanda un rabbocco. In seguito, l'unità 60 comanda l'avvio del pre-riscaldamento con la resistenza 28, per portare l'alcool a circa 38 — 45 °C, fase che ad esempio può durare 6— 8 minuti. Contemporaneamente, la resistenza d'accensione 56 viene azionata, per portarsi alla voluta temperatura d'accensione di circa 480 °C.

Una volta che l'alcool 16 è alla voluta temperatura, l'unità 60 comanda l'apertura della valvola 32 e si ha un determinato flusso d'aria A che entra nella camera di miscelazione 14, attraverso il foro calibrato 33.

Inoltre, l'unità 60 fa partire la ventola 31 che aspira l'aria ambiente da scaldare dall'entrata 15 all'uscita 17. Si crea un flusso d'aria in uscita, inizialmente freddo, favorito sia dall'effetto Venturi del dispositivo 27, sia dalla ventola 31.

A questo punto, l'unità 60 attiva la nebulizzazione dell'alcool 16, a questo punto avente la voluta temperatura di pre-riscaldo, mediante il dispositivo ad ultrasuoni 26. L'aerosol 34 che così si forma inizia a salire lungo i tubi 40 del collettore 38, fino a che giunge nella zona di combustione D, dove la resistenza d'accensione 56, già opportunamente a temperatura, ne determina l'innesco e si ha l'avvio della combustione .

Nella camera di combustione 19 è montata una sonda di temperatura 39, la quale, se la temperatura nella camera di combustione 19 supera un determinato valore, ad esempio circa 150 °C, trasmette un relativo segnale all'unità di controllo 60, indicativo della presenza di fiamma e quindi dell'avvio della combustione. Dopo un determinato intervallo temporale di stabilizzazione, ad esempio circa 1 minuto, l'unità 60 può, così, spegnere la resistenza d'accensione 56, evitandone il precoce consumo.

Se la temperatura va sotto il determinato valore, la sonda 29 trasmette un diverso segnale all'unità 60, che provoca l'allarme di malfunzionamento della stufa 10 e la sua disattivazione, per motivi di sicurezza.

L'aria calda che sale, per effetto Venturi e poi anche per convezione, scalda man mano la camera di combustione 19, sì da ottenere il voluto scambio termico con il flusso d'aria ambiente F entrante nello scambiatore di calore 21.

Si raggiunge, così, il voluto equilibrio termico tra i flussi d'aria entrante, uscente ed aria di combustione.

La temperatura e la quantità di calore generati dalla stufa 10 sono regolabili agendo sulla temperatura di pre-riscaldamento dell'alcool 16. Ad esempio, la resistenza 28, essendo termoregolabile, può preriscaldare l'alcool a tre o più valori di temperatura diversi, in modo da definire un relativo e voluto profilo di temperatura per il riscaldamento. Tale regolazione può essere determinata dall'utente che agisce tramite un'interfaccia a display e pulsantiera associata all'unità di controllo 60. E' chiaro che il profilo di temperatura può essere programmabile in modo automatico, per definire volute temperature in un determinato arco temporale.

È chiaro che alla stufa 10 a combustibile liquido per il riscaldamento domestico e relativo procedimento di combustione del combustibile liquido fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti e/o fasi, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di stufa a combustibile liquido per il riscaldamento domestico e relativo procedimento di combustione del combustibile liquido, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (41)

1. RIVENDICAZIONI 1. Stufa a combustibile liquido per il riscaldamento domestico comprendente un dispositivo di combustione (11), provvisto di: - un contenitore (12) atto a contenere il combustibile liquido (16) ed avente al suo interno una camera di miscelazione (14) in cui avviene la miscelazione del combustibile liquido (16) con aria di combustione - mezzi di adduzione (30) associati al contenitore (12) i quali sono atti ad immettere, all'interno della camera di miscelazione (14), un flusso d'aria (A) di combustione la quale è atta a miscelarsi con il combustibile (16); - mezzi di convogliamento (38), montati sul contenitore (12) ed atti a convogliare il combustibile (16) miscelato al flusso d'aria (A) dalla camera di miscelazione (14) verso una camera di combustione (19), caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende mezzi di pre-riscaldamento (28), i quali sono atti a pre-riscaldare il combustibile liquido (16) presente nella camera di miscelazione (14), ad una predeterminata temperatura, inferiore alla temperatura di ebollizione del combustibile liquido (16) stesso,e mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni (26) montati nella camera di miscelazione (14) ed atti a nebulizzare il combustibile (16) preriscaldato per consentirne la miscelazione con il flusso d'aria (A).
2. 2. Stufa come nella rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il combustibile liquido è a base di alcool.
3. 3. Stufa come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende un'unità di controllo (60) atta a controllare il funzionamento almeno dei mezzi di preriscaldamento (28) e dei mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni (26).
4. 4. Stufa come nella rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende mezzi sensori di livello (36) montati sul contenitore (12) ed atti a rilevare il livello del combustibile (16) nella camera di miscelazione (14) ed a trasmettere un relativo segnale all'unità di controllo (60).
5. 5. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende mezzi di immissione (18, 121) per immettere il combustibile (16) da un serbatoio (20) esterno al contenitore (12) all' interno della camera di miscelazione ( 14 ) .
6. 6. Stufa come nella rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che i mezzi di immissione comprendono una pompa (18).
7. 7. Stufa come nella rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che i mezzi di immissione comprendono una elettrovalvola (121) atta a regolare il flusso per caduta libera del combustibile (16) da un serbatoio soprelevato rispetto al contenitore (12).
8. 8. Stufa come nelle rivendicazione 4 e 5, caratterizzata dal fatto che l'unità di controllo (60) è atta a controllare il funzionamento dei mezzi di immissione (18, 121) sulla base almeno di un segnale di livello fornito dai mezzi sensori di livello (36), in modo da mantenere il livello di combustibile (16) nella camera di miscelazione (14) ad un voluto valore, compreso tra un valore di livello operativo massimo (Lmax) ed uno di livello operativo minimo (Lmin).
9. 9. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende mezzi di intercettazione di fluido (32) associati ai mezzi d'adduzione (30) ed atti a consentire/impedire selettivamente il flusso d'aria (A).
10. 10. Stufa come nella rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende una via di passaggio calibrata (33) associata ai mezzi d'adduzione (30) ed in comunicazione fluidica con l'interno della camera di miscelazione (14), la quale, in cooperazione con i mezzi di intercettazione di fluido (32), determina un voluto valore della portata di flusso d'aria (A) di combustione all'interno della camera di miscelazione (14).
11. 11. Stufa come nella rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende mezzi sensori di temperatura (29) montati sul contenitore (12) ed atti a rilevare la temperatura almeno del combustibile (16) nella camera di miscelazione (14) ed a trasmettere un relativo segnale di temperatura all'unità di controllo (60).
12. 12. Stufa come nella rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che l'unità di controllo (60) è atta a controllare il funzionamento dei mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni (26) sulla base di un segnale di temperatura ricevuto dai mezzi sensori di temperatura (29) atti.
13. 13. Stufa come nella rivendicazione 9 e 11, caratterizzata dal fatto che l'unità di controllo (60) è atta a controllare il funzionamento dei mezzi di intercettazione di fluido (32) sulla base di un segnale di temperatura ricevuto dai mezzi sensori di temperatura ( 29 )
14. 14. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la camera di miscelazione (14) presenta due parti (B, C) in diretta comunicazione l'una con l'altra, di cui una prima parte (B) inferiore in cui è normalmente presente il combustibile (16) ed in cui i mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni (26) sono normalmente immersi in detto combustibile (16), ed una seconda parte (C) superiore, in cui viene immesso il flusso d'aria (A) dai mezzi d'adduzione (30) ed in cui avviene la miscelazione tra il combustibile (16) nebulizzato ed il flusso d'aria (A).
15. 15. Stufa come nella rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che le dimensioni della parte (C) sono correlate al tempo di risalita del combustibile (16) nebulizzato, in modo da consentire un'ottimale formazione della miscela di combustione con il flusso d'aria (A).
16. 16. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende un elemento riscaldante d'accensione (56) in una zona di combustione (D) della camera di combustione (19).
17. 17. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i mezzi di convogliamento comprendono un collettore (38) montato al di sopra del contenitore (12) ed in comunicazione fluidica con la camera di miscelazione (14) a mezzo di tubi di convogliamento (40) disposti in verticale, i quali sono atti a convogliare il combustibile (16) nebulizzato e miscelato al flusso d'aria (A) verso la camera di combustione (19).
18. 18. Stufa come nella rivendicazione 17, caratterizzata dal fatto che i tubi (40) sono disposti in file composte da un predeterminato numero di tubi (40) all'interno di una prima zona di convogliamento (46) del collettore (48).
19. 19. Stufa come nella rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che l'estremità di uscita (44) dei tubi (40) si affaccia verso una zona di risalita (48) del collettore (38), sostanzialmente a valle della zona di convogliamento (46) ed a monte della zona di combustione (D).
20. 20. Stufa come nella rivendicazione 18 o 19, caratterizzata dal fatto che l'estremità di uscita (44) dei tubi (40) è sagomata in modo da impedire un ritorno di fiamma verso la camera di miscelazione (14).
21. 21. Stufa come nella rivendicazione 20, caratterizza ta dal fatto che l'estremità di uscita (44) dei tubi (40) è sagomata a becco di flauto.
22. 22. Stufa come nella rivendicazione 3 e 19, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di combustione (11) comprende un elemento sensore (43) di tipo elettromeccanico e sensibile alla temperatura, montato nella zona di risalita (48) atto a determinare un segnale d'arresto, da trasmettere all'unità di controllo (60), in relazione ad un determinato aumento di temperatura nella zona di risalita (48).
23. 23. Stufa come nella rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che nella zona di risalita (48), subito prima della camera di combustione (19), è montato un organo separatore (50) atto a ridurre od impedire un ritorno di fiamma verso la camera di miscelazione (14).
24. 24. Stufa come nella rivendicazione 23, caratterizzata dal fatto che l'organo separatore (50) è a base di fibra metallica.
25. 25. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la camera di combustione (19) è associata ad un dispositivo d'aspirazione (27) ad effetto Venturi, per determinare l'aspirazione verso l'alto, in uscita dalla camera di combustione (19), dell'aria calda di combustione.
26. 26. Stufa come nella rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la camera di combustione (19) è provvista di una sonda di temperatura (39), la quale è atta a trasmettere un segnale di temperatura all'unità di controllo (60) per determinare almeno il funzionamento dell'elemento riscaldante d'accensione (56).
27. 27. Stufa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi d'aspirazione (31) per aspirare un flusso d'aria (F) dall'ambiente esterno, attraverso una presa d'aria (15) e miscelarlo con l'aria calda derivata dalla combustione nella camera di combustione (19), e determinarne, così, l'uscita, attraverso un'apertura d'uscita (17), ad una temperatura maggiore.
28. 28. Stufa come nella rivendicazione 27, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi a scambiatore termico (21) per pre-riscaldare il flusso d'aria (F) sfruttando il calore generato nella camera di combustione (19).
29. 29. Dispositivo di combustione per una stufa (10) a combustibile liquido per il riscaldamento domestico comprendente : - un contenitore (12) atto a contenere il combustibile liquido (16) ed avente al suo interno una camera di miscelazione (14) in cui avviene la miscelazione del combustibile liquido (16) con aria di combustione; - mezzi di adduzione (30) associati al contenitore (12) i quali sono atti ad immettere, all'interno della camera di miscelazione (14), un flusso d'aria (A) di combustione la quale è atta a miscelarsi con il combustibile (16); - mezzi di convogliamene (38), montati sul contenitore (12) ed atti a convogliare il combustibile (16) miscelato al flusso d'aria (A) dalla camera di miscelazione (14) verso una camera di combustione (19), caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di pre-riscaldamento (28), i quali sono atti a preriscaldare il combustibile liquido (16) presente nella camera di miscelazione (14), ad una predeterminata temperatura, inferiore alla temperatura di ebollizione del combustibile liquido (16) stesso e mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni (26) montati nella camera di miscelazione (14) ed atti a nebulizzare il combustibile (16) pre-riscaldato per consentirne la miscelazione con il flusso d'aria (A).
30. 30. Procedimento per la combustione di un combustibile liquido (16) in una stufa (10) a combustibile liquido per il riscaldamento domestico, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - una prima fase in cui si effettua una immissione di una determinata quantità di combustibile (16) liquido in una camera di miscelazione (14), mediante mezzi d'immissione (18, 121); una seconda fase in cui si effettua un preriscaldamento del combustibile (16) liquido ad una temperatura compresa in un determinato intervallo, al di sotto della temperatura d'ebollizione del combustibile liquido, mediante mezzi di pre-riscaldamento ( 28 ) - una terza fase in cui, una volta raggiunto il predeterminato valore di temperatura di preriscaldamento del combustibile (16), si effettua una nebulizzazione del combustibile (16) nella camera di miscelazione (14) mediante mezzi di nebulizzazione ad ultrasuoni (26); - una quarta fase in cui, nella camera di miscelazione (14), si determina la miscelazione del combustibile (16) nebulizzato con un determinato flusso d'aria (A), immesso mediante mezzi d'adduzione (30); - una quinta fase in cui si determina il passaggio del combustibile (16) nebulizzato e miscelato al flusso d'aria (A) dalla camera di miscelazione (14) verso una camera di combustione (19), attraverso mezzi di convogliamento (38), per effettuare la combustione; stione - una sesta fase in cui, nella camera di combustione (19) e mediante mezzi riscaldanti d'accensione (56), si determina l'accensione del combustibile (16) nebulizzato e miscelato al flusso d'aria (A).
31. 31. Procedimento come nella rivendicazione 30, caratterizzato dal fatto che il combustibile (16) è a base di alcool.
32. 32. Procedimento come nella rivendicazione 31, caratterizzato dal fatto che il pre-riscaldamento della seconda fase avviene ad una temperatura compresa tra circa 35 °C e 50 °C.
33. 33. Procedimento come nella rivendicazione 30, 31 o 32, caratterizzato dal fatto che, almeno in funzione della diminuzione del livello del combustibile (16) nella camera di miscelazione (14), la prima fase viene ripetuta, in modo da riempire la camera di miscelazione ad un voluto valore di livello massimo (Lmax).
34. 34. Procedimento come nella rivendicazione 33, caratterizzato dal fatto che, durante la combustione, il livello di combustibile (16) nella camera di miscelazione (14) diminuisce fino ad un predeterminato valore di livello minimo (L^ ), la prima fase venendo avviata al raggiungimento del livello minimo (Lmin) e condotta fino nuovamente al raggiungimento del livel lo massimo (Lmax), il livello minimo (Lmin) ed il livello massimo (Ιmax) essendo rilevati da mezzi sensori di livello (36), almeno l'avvio della prima fase essendo comandato e controllato da un'unità di controllo (60).
35. 35. Procedimento come nella rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che la seconda fase avviene solo se i mezzi sensori di livello (36) inviano, all'unità di controllo (60), un segnale corrispondente ad un livello di combustibile (16) nel contenitore (12) compreso tra il livello minimo (Lm ) ed il livello massimo (Lmx), detto segnale venendo interpretato dall'unità di controllo (60) come segnale di consenso per l'avvio della seconda fase.
36. 36. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 30 alla 35, caratterizzato dal fatto che il voluto flusso d'aria (A) della quarta fase viene determinato, mediante mezzi di intercettazione di fluido (32) in cooperazione con una via di passaggio calibrata (33) associati ai mezzi d'adduzione (30), in modo da avere una miscela con il combustibile (16) nebulizzato con predeterminate proprietà di combustione .
37. 37. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 30 alla 36, caratterizzato dal fatto che l'immissione del flusso d'aria (A) nella quarta fase ha inizio prima della terza fase.
38. 38. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 30 alla 36, caratterizzato dal fatto che l'immissione del combustibile (16) nella camera di miscelazione (14), nel corso della prima fase, avviene sostanzialmente a pressione ambiente.
39. 39. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 30 alla 38, caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti d'accensione (56) sono attivati prima della terza fase, per definirne un'adeguata temperatura operativa.
40. 40. Procedimento come nella rivendicazione 39, caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti d'accensione (56) sono attivati contestualmente alla seconda fase.
41. 41. Stufa a combustibile liquido per il riscaldamento domestico e relativo procedimento di combustione del combustibile liquido, sostanzialmente come descritti, con riferimento agli annessi disegni.