ITBO20010178A1 - BURNER - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention
La presente invenzione è relativa ad un bruciatore e ad un relativo boccaglio per bruciatore. The present invention relates to a burner and a corresponding burner blast tube.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione nel campo dei bruciatori per impianti di riscaldamento, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità. The present invention finds advantageous application in the field of burners for heating systems, to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality.
In particolare, la presente invenzione è relativa ad un bruciatore del tipo comprendente una testa di combustione atta ad essere montata all’ interno di una camera di combustione ed a sua volta comprendente un corpo tubolare per l’alimentazione di un fluido comburente all’ interno della detta camera di combustione, il detto corpo tubolare comprendendo una porzione di estremità definita da un boccaglio tubolare presentante una bocca centrale di uscita ed una parete anulare rastremata verso la detta bocca centrale di uscita, ed alloggiando almeno una conduttura di alimentazione di un fluido combustibile; la detta conduttura sfociando all’interno del detto boccaglio con almeno un condotto di uscita, e la detta parete anulare rastremata presentando almeno un intaglio raccordato alla detta bocca centrale di uscita. In particular, the present invention relates to a burner of the type comprising a combustion head adapted to be mounted inside a combustion chamber and in turn comprising a tubular body for feeding a comburent fluid inside the combustion chamber. said combustion chamber, said tubular body comprising an end portion defined by a tubular mouthpiece having a central outlet mouth and an annular wall tapered towards said central outlet mouth, and housing at least one supply duct for a combustible fluid; the said duct opening into the said mouthpiece with at least one outlet duct, and the said annular tapered wall presenting at least one notch connected to the said central outlet mouth.
Inoltre, la presente invenzione si riferisce ad un boccaglio per una testa di combustione presentante delle caratteristiche innovative. Furthermore, the present invention relates to a nozzle for a combustion head having innovative characteristics.
Tale boccaglio presenta una bocca centrale di uscita ed una parete anulare rastremata verso la bocca centrale di uscita, la parete anulare rastremata presentando degli intagli disposti radialmente rispetto alla bocca centrale di uscita; boccaglio caratterizzato dal fatto che ciascun intaglio presenta una forma sostanzialmente ad U ed è provvisto di una carenatura periferica sostanzialmente tubolare estendentesi verso Γ esterno da una superficie esterna della parete anulare rastremata. This mouthpiece has a central outlet mouth and an annular wall tapered towards the central outlet mouth, the annular tapered wall presenting notches arranged radially with respect to the central outlet mouth; mouthpiece characterized in that each notch has a substantially U-shape and is provided with a substantially tubular peripheral casing extending outwards from an external surface of the tapered annular wall.
Nel campo dei bruciatori per impianti di riscaldamento, è noto che la combustione porta alla formazione di sottoprodotti NOx, di per sé inquinanti, in quantità tanto maggiori quanto maggiore è la temperatura della fiamma prodotta. Per tale ragione, sono state proposte, per i bruciatori noti del tipo sopra descritto, delle soluzioni costruttive tendenti a ridurre la temperatura della fiamma prodotta. In the field of burners for heating systems, it is known that combustion leads to the formation of NOx by-products, which are polluting in themselves, in quantities that are greater the higher the temperature of the flame produced. For this reason, constructive solutions have been proposed for known burners of the type described above which tend to reduce the temperature of the flame produced.
Per esempio, nel brevetto US 5015174 viene descritto un bruciatore del tipo sopra descritto, nel quale la conduttura di alimentazione del combustibile è provvista di una pluralità di condotti di uscita assiali, le cui bocche di uscita, arretrate rispetto al boccaglio, sono disposte a monte di una piastra deviatrice, la quale definisce, con il boccaglio, una camera di accensione del combustibile e devia radialmente i flussi di combustibile in uscita dai condotti di uscita in modo da generare, all’ interno della camera di accensione, una turbolenza in grado di mescolare il combustibile ed il comburente nelle loro proporzioni stechiometriche corrette e determinare l’accensione sostanzialmente completa della miscela combustibile-comburente all’interno della camera di accensione, ossia a monte della bocca centrale di uscita del boccaglio. For example, in US patent 5015174 a burner of the type described above is described, in which the fuel supply duct is provided with a plurality of axial outlet ducts, the outlet openings of which, set back with respect to the blast tube, are arranged upstream of a diverter plate, which defines, with the blast tube, a fuel ignition chamber and radially diverts the fuel flows leaving the outlet ducts so as to generate, inside the ignition chamber, a turbulence capable of mix the fuel and the comburent in their correct stoichiometric proportions and determine the substantially complete ignition of the fuel-comburent mixture inside the ignition chamber, ie upstream of the central outlet of the blast tube.
Nel bruciatore noto sopra descritto, i gas in uscita dalla camera di accensione, interagendo con i profili della bocca centrale di uscita e di intagli, che sono ricavati lungo la parete anulare rastremata del boccaglio in numero indipendente dal numero dei condotti di uscita del combustibile, generano, a valle del boccaglio e tutt’ attorno al boccaglio stesso, una depressione capace di richiamare verso il boccaglio i gas combusti, più freddi, presenti all’ interno della camera di combustione. In the known burner described above, the gases leaving the ignition chamber, interacting with the profiles of the central outlet mouth and notches, which are formed along the tapered annular wall of the blast tube in a number independent of the number of fuel outlet ducts, they generate, downstream of the nozzle and all around the nozzle itself, a depression capable of drawing the colder burnt gases present inside the combustion chamber towards the nozzle.
L’obiettivo che la struttura nota sopra descritta si propone di raggiungere è quello di mescolare il flusso dei gas combusti più freddi richiamati verso il boccaglio con il flusso dei gas in combustione più caldi fuoriuscenti dal boccaglio in modo da abbattere la temperatura della fiamma prodotta e, quindi, la produzione di NOx. Tuttavia, poiché nel bruciatore noto sopra descritto l’accensione del combustibile avviene, come precedentemente detto, in modo sostanzialmente completo all’ interno della camera di accensione, ossia a monte della bocca centrale di uscita del boccaglio, la velocità di fuoriuscita dei gas in combustione dal boccaglio e la loro violenta espansione a valle del boccaglio stesso si oppongono al desiderato mescolamento dei citati due flussi a diverse temperature, che viene ottenuto solo agendo meccanicamente sui citati due flussi disponendo, immediatamente a valle del boccaglio, un tubo di fiamma formante, con la superficie esterna del boccaglio stesso, una feritoia anulare, attraverso la quale i gas combusti più freddi possono essere richiamati per poter essere mescolati, all’interno del tubo di fiamma, con i gas in combustione. The objective that the known structure described above aims to achieve is that of mixing the flow of the colder burnt gases drawn towards the mouthpiece with the flow of the hottest combustion gases coming out of the mouthpiece in order to reduce the temperature of the flame produced and hence the production of NOx. However, since in the known burner described above, the ignition of the fuel takes place, as previously mentioned, substantially completely inside the ignition chamber, i.e. upstream of the central outlet mouth of the blast tube, the speed at which the combustion gases escape from the mouthpiece and their violent expansion downstream of the mouthpiece itself oppose the desired mixing of the aforementioned two flows at different temperatures, which is obtained only by mechanically acting on the aforementioned two flows by placing, immediately downstream of the mouthpiece, a flame tube forming, with the external surface of the mouthpiece itself, an annular slot, through which the colder burnt gases can be drawn in order to be mixed, inside the flame tube, with the combustion gases.
Scopo della presente invenzione è di realizzare un bruciatore, la cui testa di combustione presenti una struttura tale da permettere il mescolamento dei citati due flussi senza la necessità di utilizzare un tubo di fiamma disposto immediatamente a valle del boccaglio della testa di combustione stessa. The object of the present invention is to provide a burner, the combustion head of which has a structure such as to allow mixing of the aforementioned two flows without the need to use a flame tube located immediately downstream of the blast tube of the combustion head itself.
Scopo ulteriore della presente invenzione è di realizzare un bruciatore, la cui testa di combustione presenti una struttura tale da permettere di ritardare quanto più possibile l’accensione del combustibile in modo da spostare una radice della fiamma prodotta verso una posizione molto prossima alla bocca centrale di uscita del boccaglio in modo da permettere al flusso di gas combusto di penetrare correttamente il flusso dei gas in combustione senza l’ausilio di un tubo di fiamma. A further object of the present invention is to provide a burner, the combustion head of which has a structure such as to allow the ignition of the fuel to be delayed as much as possible so as to move a root of the flame produced towards a position very close to the central opening. mouthpiece outlet so as to allow the combustion gas flow to correctly penetrate the combustion gas flow without the aid of a flame tube.
Scopo ulteriore della presente invenzione è di realizzare un bruciatore, la cui testa di combustione presenti una struttura tale da permettere di mescolare fra loro i citati due flussi sostanzialmente all’atto dell’innesco del processo di ossidazione del combustibile in modo da abbattere la temperatura della fiamma prodotta non solo mescolando fra loro i citati due flussi a temperatura diversa, ma anche “diluendo” nello spazio l’accensione del combustibile tramite la formazione di una miscela comburente-combustibile-gas combusti sostanzialmente povera di ossigeno. A further object of the present invention is to provide a burner, the combustion head of which has a structure such as to allow the aforementioned two flows to be mixed together substantially when the fuel oxidation process is triggered in order to reduce the temperature of the fuel. flame produced not only by mixing the aforementioned two flows at different temperatures, but also by "diluting" the ignition of the fuel in the space through the formation of a comburent-fuel-combustion gas mixture substantially poor in oxygen.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un bruciatore comprendente una testa di combustione atta ad essere montata all’interno di una camera di combustione ed a sua volta comprendente un corpo tubolare per l’alimentazione di un fluido comburente all’ interno della detta camera di combustione, il detto corpo tubolare comprendendo una porzione di estremità definita da un boccaglio tubolare presentante una bocca centrale di uscita ed una parete anulare rastremata verso la detta bocca centrale di uscita, ed alloggiando almeno una conduttura di alimentazione di un fluido combustibile; la detta conduttura sfociando all’ interno del detto boccaglio con almeno un condotto di uscita, e la detta parete anulare rastremata presentando almeno un intaglio raccordato alla detta bocca centrale di uscita, caratterizzato dal fatto che il detto condotto di uscita è divergente rispetto ad un asse longitudinale del detto corpo tubolare e presenta una bocca di uscita, la quale è disposta all’ interno del detto boccaglio in posizione adiacente alla detta parete anulare rastremata, ed è orientata verso la detta parete anulare rastremata e verso il detto intaglio. According to the present invention, a burner is provided comprising a combustion head adapted to be mounted inside a combustion chamber and in turn comprising a tubular body for feeding a comburent fluid inside said combustion chamber, said tubular body comprising an end portion defined by a tubular mouthpiece having a central outlet mouth and an annular wall tapered towards said central outlet mouth, and housing at least one supply duct for a combustible fluid; said duct opening into said mouthpiece with at least one outlet duct, and said annular tapered wall having at least one notch connected to said central outlet mouth, characterized in that said outlet duct diverges with respect to an axis longitudinal section of said tubular body and has an outlet mouth, which is arranged inside said mouthpiece in a position adjacent to said tapered annular wall, and is oriented towards said tapered annular wall and towards said notch.
Secondo una preferita forma di attuazione del bruciatore sopra definito, il detto intaglio è provvisto di una carenatura periferica sostanzialmente tubolare estendentesi verso l’esterno da una superficie esterna della detta parete anulare rastremata in una direzione sostanzialmente parallela al detto asse longitudinale. According to a preferred embodiment of the burner defined above, said notch is provided with a substantially tubular peripheral casing extending outwards from an external surface of said annular wall tapered in a direction substantially parallel to said longitudinal axis.
Preferibilmente, il bruciatore sopra definito comprende una pluralità di detti condotti di uscita distribuiti attorno al detto asse longitudinale; la detta parete anulare rastremata presentando una pluralità di detti intagli pari, in numero, a quello dei detti condotti di uscita, e la bocca di uscita di ciascun detto condotto di uscita essendo affacciata ad un rispettivo detto intaglio. Preferably, the burner defined above comprises a plurality of said outlet ducts distributed around said longitudinal axis; said tapered annular wall having a plurality of said notches equal, in number, to that of said outlet ducts, and the outlet mouth of each said outlet duct facing a respective said notch.
Preferibilmente, inoltre, i detti intagli si estendono in direzione sostanzialmente radiale rispetto alla detta bocca centrale di uscita; ciascuna detta carenatura tubolare definendo, con ciascuna carenatura tubolare adiacente e con la detta parete anulare rastremata, un passaggio rastremato verso la detta bocca centrale di uscita. Furthermore, said notches preferably extend in a substantially radial direction with respect to said central outlet mouth; each said tubular fairing defining, with each adjacent tubular fairing and with said tapered annular wall, a tapered passage towards said central outlet mouth.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
- la figura 1 illustra schematicamente ed in sezione assiale parziale una preferita forma d’attuazione del bruciatore secondo la presente invenzione; - Figure 1 schematically illustrates and in partial axial section a preferred embodiment of the burner according to the present invention;
- la figura 2 illustra in scala ingrandita un particolare della figura i; Figure 2 illustrates on an enlarged scale a detail of Figure 1;
- la figura 3 è una vista frontale ingrandita del particolare della figura 2; e Figure 3 is an enlarged front view of the detail of Figure 2; And
- la figura 4 illustra in vista prospettica un particolare della figura 3. - figure 4 is a perspective view of a detail of figure 3.
Nella figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un bruciatore comprendente una testa di combustione 2 estendentesi attraverso un foro ricavato attraverso una parete 3 terminale di una camera di combustione 4. In Figure 1, the number 1 indicates as a whole a burner comprising a combustion head 2 extending through a hole made through an end wall 3 of a combustion chamber 4.
La testa di combustione 2 comprende un corpo tubolare 5 esterno, il quale presenta una flangia 6 esterna di fissaggio alla parete 3 ed è collegato ad una linea di alimentazione (di tipo noto e non illustrata) per convogliare aria all’ interno della camera di combustione 4. Il corpo tubolare 5 comprende una porzione di estremità definita da un boccaglio 7 tubolare presentante una bocca centrale di uscita 8 ed una parete 9 anulare, di forma tronco-conica, rastremata verso la bocca centrale di uscita 8 stessa e giacente su di un piano A ortogonale ad un asse B longitudinale del corpo tubolare 5. The combustion head 2 comprises an external tubular body 5, which has an external flange 6 for fixing to the wall 3 and is connected to a supply line (of a known type and not shown) to convey air inside the combustion chamber. 4. The tubular body 5 comprises an end portion defined by a tubular mouthpiece 7 having a central outlet mouth 8 and an annular wall 9, of truncated cone shape, tapered towards the central outlet mouth 8 itself and lying on a plane A orthogonal to a longitudinal axis B of the tubular body 5.
La parete 9 rastremata presenta una pluralità di intagli 10 (che nell’esempio illustrato nella figura 3 sono in numero di dieci), i quali sono disposti radialmente rispetto alla bocca centrale di uscita 8 e sono distribuiti uniformemente attorno all’asse B longitudinale. Ciascun intaglio 10 presenta una forma sostanzialmente ad U lateralmente raccordata alla bocca centrale di uscita 8, ed è provvisto di una carenatura 11 periferica, la quale è sostanzialmente tubolare e si estende verso l’esterno da una superficie 12 esterna della parete 9 rastremata in una direzione sostanzialmente parallela all’asse B longitudinale del corpo tubolare 5. Ciascuna carenatura 11 è rastremata verso l’esterno, termina in corrispondenza del piano A e definisce, con ciascuna carenatura 11 adiacente, un passaggio 13 sostanzialmente radiale e rastremato verso la bocca centrale di uscita 8. The tapered wall 9 has a plurality of notches 10 (which in the example shown in Figure 3 are ten in number), which are arranged radially with respect to the central outlet mouth 8 and are uniformly distributed around the longitudinal B axis. Each notch 10 has a substantially U-shape laterally connected to the central outlet mouth 8, and is provided with a peripheral fairing 11, which is substantially tubular and extends outwards from an external surface 12 of the wall 9 tapered into a direction substantially parallel to the longitudinal axis B of the tubular body 5. Each fairing 11 is tapered towards the outside, ends in correspondence with the plane A and defines, with each adjacent fairing 11, a passage 13 substantially radial and tapered towards the central mouth of exit 8.
Internamente ad un tratto 14 del corpo tubolare 5 disposto immediatamente a monte del boccaglio 7 è disposta una parete 15 tubolare coassiale al corpo tubolare 5 stesso e collegata alla flangia 6 tramite una staffa 15 provvista di un dispositivo di regolazione 17, di tipo noto, atto a regolare la posizione assiale della parete 15 rispetto al corpo tubolare 5. A tubular wall 15 coaxial to the tubular body 5 itself and connected to the flange 6 by means of a bracket 15 provided with an adjustment device 17, of a known type, is arranged inside a section 14 of the tubular body 5 arranged immediately upstream of the mouthpiece 7. to adjust the axial position of the wall 15 with respect to the tubular body 5.
Internamente al corpo tubolare 5 e ad una camera 19 delimitata esternamente dalla parete 15 si estende una conduttura 18 atta a convogliare il combustibile dall’esterno all’interno della camera di combustione 4. La conduttura 18 è fissata alla flangia 6 ed è collegata ad una linea di alimentazione (di tipo noto e non illustrata) del combustibile attraverso un condotto 20, il quale è trasversale alla conduttura 18 stessa ed è dotato di un dispositivo 21 di regolazione (di tipo noto) del flusso. Inside the tubular body 5 and a chamber 19 delimited externally by the wall 15 extends a duct 18 designed to convey the fuel from the outside to the inside of the combustion chamber 4. The duct 18 is fixed to the flange 6 and is connected to a feed line (of a known type and not shown) of the fuel through a duct 20, which is transversal to the duct 18 itself and is equipped with a device 21 for regulating the flow (of a known type).
Alla superficie esterna della conduttura 18 è fissato un setto 22 anulare, il quale è posizionato trasversalmente all’asse longitudinale B ed è provvisto di aperture 23 per il passaggio dell’aria. A valle del setto 22, la conduttura 18 presenta una corona di fori 24 radiali atti ad alimentare un flusso di combustibile ad un dispositivo di accensione 25 montato attraverso il setto 22 e supportato dallo stesso. An annular septum 22 is fixed to the external surface of the duct 18, which is positioned transversely to the longitudinal axis B and is provided with openings 23 for the passage of air. Downstream of the septum 22, the duct 18 has a ring of radial holes 24 suitable for supplying a flow of fuel to an ignition device 25 mounted through the septum 22 and supported by the same.
Internamente alla conduttura 18 e lungo l’asse longitudinale B è montato un tubo 26, che è fissato al condotto 20 tramite un elemento di fissaggio 27 e definisce, con la conduttura 18, un condotto anulare 28 chiuso, ad una propria estremità rivolta verso il boccaglio 7 e disposta all’intemo del corpo tubolare 5 a valle del setto 22, da una corona 29 solidale ad una estremità della conduttura 18 rivolta verso il boccaglio 7 ed impegnata da una corrispondente estremità del tubo 26. A tube 26 is mounted inside the conduit 18 and along the longitudinal axis B, which is fixed to the conduit 20 by means of a fastening element 27 and defines, with the conduit 18, a closed annular conduit 28, at one end facing the mouthpiece 7 and arranged inside the tubular body 5 downstream of the septum 22, by a crown 29 integral with one end of the duct 18 facing the mouthpiece 7 and engaged by a corresponding end of the tube 26.
Attraverso la corona 29 sono ricavati dei fori 30, che sono uniformemente distribuiti attorno all’asse B, sono in numero pari a quello degli intagli 10 ed alloggiano, ciascuno, l’estremità di un rispettivo condotto 31 di uscita, il quale comunica con il condotto anulare 28 e presenta una porzione terminale disposta all’interno del boccaglio 7. In particolare, ciascun condotto 31 di uscita si estende lungo un asse 32, il quale diverge rispetto all’asse B, passa attraverso un rispettivo intaglio 10 intercettando la relativa carenatura 11, e presenta una bocca 33 di uscita disposta in posizione immediatamente adiacente alla parete 9 anulare rastremata ed affacciata al rispettivo intaglio 10. Through the crown 29 holes 30 are obtained, which are uniformly distributed around the axis B, are equal in number to that of the notches 10 and each house the end of a respective outlet duct 31, which communicates with the annular duct 28 and has an end portion arranged inside the mouthpiece 7. In particular, each outlet duct 31 extends along an axis 32, which diverges with respect to the axis B, passes through a respective notch 10 intercepting the relative fairing 11, and has an outlet mouth 33 arranged in a position immediately adjacent to the tapered annular wall 9 and facing the respective notch 10.
Dalla descrizione che precede è possibile rilevare che, data la posizione delle bocche di uscita 33 e dei relativi intagli 10, la corretta miscelazione del comburente con il combustibile avviene in una porzione estremamente ridotta all’ interno del boccaglio 7 e nella massima parte sostanzialmente in corrispondenza del piano A, sul quale sono disposte la bocca centrale di uscita 8 e le estremità esterne delle carenature 11. In definitiva, quindi, la radice della fiamma 34 prodotta, in uso, dall’accensione del combustibile si colloca in una posizione molto prossima al piano A, ossia in una posizione molto prossima a quella in cui un flusso 35 di gas combusto, richiamato verso l’asse B dalla depressione dovuta a vortici stazionari generati da un flusso 36 dalla miscela aria-combustibile in uscita dalla bocca centrale di uscita 8 e dai canali definiti dalle carenature 11, si mescola con il flusso 36 stesso. From the above description it can be seen that, given the position of the outlets 33 and of the relative notches 10, the correct mixing of the comburent with the fuel takes place in an extremely small portion inside the mouthpiece 7 and for the most part substantially in correspondence of plane A, on which the central outlet 8 and the external ends of the fairings 11 are arranged. Ultimately, therefore, the root of the flame 34 produced, in use, by the ignition of the fuel is placed in a position very close to the plane A, i.e. in a position very close to that in which a flow 35 of burnt gas, drawn towards axis B by the depression due to stationary eddies generated by a flow 36 from the air-fuel mixture leaving the central outlet 8 and from the channels defined by the fairings 11, it mixes with the flow 36 itself.
A proposito di quanto sopra esposto è opportuno, inoltre, considerare il fatto che, date la posizione della radice della fiamma 34 e la presenza delle carenature 11, il flusso 35 di gas combusto tende ad approssimarsi al piano A lambendo la superficie esterna 12 della parete 9 rastremata del boccaglio 7 e fluendo, di conseguenza, lungo i passaggi 13, la cui rastrematura accelera i gas combusti favorendo Tintimo rimescolamento dei flussi 35 e 36 sostanzialmente in corrispondenza della radice della fiamma 34. With regard to the above, it is also appropriate to consider the fact that, given the position of the root of the flame 34 and the presence of the fairings 11, the flue gas flow 35 tends to approximate the plane A, touching the external surface 12 of the wall. 9 tapered of the mouthpiece 7 and consequently flowing along the passages 13, the tapering of which accelerates the burnt gases favoring the intimate mixing of the flows 35 and 36 substantially in correspondence with the root of the flame 34.
In definitiva, quindi, nel bruciatore 1 descritto, la temperatura della fiamma 34 prodotta viene abbattuta mescolando i gas in combustione più caldi ai gas combusti più freddi e, inoltre, “diluendo” la fiamma 34 stessa lungo l’asse B sia spostando la radice della fiamma 34 verso l’esterno del boccaglio 7, sia rimescolando i flussi 35 e 36 sostanzialmente all’ inizio della combustione in modo tale che la maggior parte della combustione stessa avvenga in un’atmosfera sostanzialmente povera di ossigeno. Ultimately, therefore, in the burner 1 described, the temperature of the flame 34 produced is lowered by mixing the hotter combustion gases with the colder burned gases and, furthermore, by "diluting" the flame 34 itself along the axis B and by moving the root of the flame 34 towards the outside of the mouthpiece 7, both by stirring the flows 35 and 36 substantially at the start of combustion so that most of the combustion itself takes place in an atmosphere substantially poor in oxygen.
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