ITUB20155279A1 - Gruppo di scarico dei fumi di combustione di una stufa o simile - Google Patents

Description

GRUPPO DI SCARICO DEI FUMI DI COMBUSTIONE

DI UNA STUFA O SIMILE

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo di scarico dei fumi di combustione per una stufa o focolare chiuso, tipicamente del tipo a lento rilascio di calore.

La presente invenzione può vantaggiosamente trovare applicazione in tutti i casi in cui è richiesta la possibilità di garantire un tiraggio sufficiente al camino qualora questo non sia garantito in fase di prima accensione del focolare. In particolare è applicabile a sistemi del tipo "Kachelofen/Putzofen" o inserti per tali stufe, camini, stufe ad accumulo.

Background

L'invenzione riguarda un gruppo di scarico, in particolare un dispositivo di deviazione del flusso dei fumi della combustione di una stufa o focolare chiuso. Il suo azionamento consente o meno ai fumi di percorrere il canale da fumo in refrattario (girofumi).

I sistemi attualmente noti prevedono che i fumi derivanti dalla combustione della legna eseguano dei passaggi all'interno di un condotto (girofumi) tipicamente realizzato in materiale refrattario per consentire la cessione di una parte del calore prima della loro espulsione in atmosfera.

Il volume di materiale cosi riscaldato permette il riscaldamento per irraggiamento del locale nel quale la stufa è collocata.

Risulta evidente che tale recupero di calore è tanto più efficace quanto maggiore è il percorso che il fumo è costretto ad eseguire; ciò tuttavia è comunque limitato dalla capacità aspirante del sistema condotto-camino, che invece diminuisce all'aumentare della lunghezza e della tortuosità del percorso.

Le stesse normative in materia prendono come parametro di riferimento, al fine di determinare l’efficienza energetica della stufa, la temperatura media dei fumi all'uscita del canale da fumo in refrattario. E' ovvio che minore sarà questa temperatura e maggiore sarà l'efficienza energetica calcolata.

Pertanto, il panorama attuale è dominato dal tentativo di diminuire il più possibile la temperatura in uscita al camino, scontrandosi però con l'esigenza di un sufficiente tiraggio al camino stesso. Infatti, tanto più il girofumi è lungo e tortuoso, tanto più peggiorano le prestazioni del condotto di scarico in termini di depressione e quindi di tiraggio dei fumi.

Sommario dell’invenzione

Il problema posto e risolto dalla presente invenzione è quello fornire un gruppo di scarico dei fumi di combustione di una stufa che risolva il suesposto problema lasciata aperti dalla tecnica nota. Tale problema viene risolto mediante un gruppo di scarico come definito nella rivendicazione indipendente n. 1.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è una stufa (o simile) comprendente un gruppo di scarico secondo quanto qui descritto.

Ulteriori caratteristiche della presente invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Il vantaggio principale della presente invenzione è dato dal fatto che essa consente di modificare il percorso dei fumi dopo l’accensione della stufa, privilegiando, in base alla temperatura dei fumi stessi un percorso più diretto verso il camino, favorendo cosi il tiraggio, oppure un percorso più tortuoso, ad esempio nel refrattario, favorendo cosi la dispersione del calore.

Alcuni dei vantaggi derivanti dall’invenzione descritta sono i seguenti:

possibilità di far compiere ai fumi un percorso maggiore e più tortuoso

maggiore efficienza energetica, come specificato anche dalle normative (ad esempio EN15544:2009)

- flessibilità di utilizzo del focolare: se adeguatamente dimensionato, consente di utilizzare il focolare come camino chiuso senza dover necessariamente utilizzarlo come stufa a lento rilascio di calore costituisce intrinsecamente un dispositivo di sicurezza in quanto azionabile se, per improvvise e non prevedibili condizioni avverse, servisse uno scarico diretto dei fumi in atmosfera, evitando cosi la presenza di fumo nocivo all'interno del locale di installazione del focolare.

Ulteriori aspetti vantaggiosi, unitamente alle caratteristiche costruttive e funzionali della presente invenzione, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

Breve descrizione delle figure

Per la descrizione dell’invenzione verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, che mostrano quanto segue:

- la Figura 1 è una schematizzazione di una prima forma di realizzazione di un gruppo di scarico secondo la presente invenzione; e

- la Figura 2 è una schematizzazione di una seconda forma di realizzazione di un gruppo di scarico secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite

La presente invenzione sarà di seguito descritta facendo riferimento alle figure suindicate, riportate a titolo esemplificativo.

Facendo riferimento innanzitutto alla figura 1, questa mostra un gruppo di scarico 1 secondo una sua prima forma di realizzazione.

In particolare, il gruppo 1 comprende innanzitutto una prima porzione 2 di condotta di tiraggio dei fumi da una camera di combustione di una stufa 100 verso un camino di scarico 5.

Come già indicato precedentemente, questo tipo di stufa presenta tipicamente una porzione di condotta di scarico conformata secondo un percorso tortuoso, detto anche girofumi. Senza perdita di generalità, si può considerare che tale prima porzione di condotta 2 corrisponda appunto al girofumi normalmente presente in una stufa.

Secondo la presente invenzione, il gruppo di scarico 1 comprende inoltre una seconda porzione 3 di condotta di tiraggio dei fumi dalla camera di combustione della stufa 100 verso il camino di scarico 5.

Vantaggiosamente, tale seconda porzione di condotta 3 è conformata in maniera tale da definire un percorso per i fumi sostanzialmente diretto verso il camino, privo di particolari tortuosità.

Inoltre, secondo la presente invenzione, tale seconda porzione di condotta 3 è montata in parallelo alla prima porzione di condotta 2, ed il gruppo comprende inoltre mezzi di intercettazione 20 del flusso dei fumi all’interno di dette prima e seconda porzione di condotta 2, 3.

In altre parole, la seconda porzione di condotta 3 è montata in maniera tale da realizzare un condotto di bypass rispetto alla prima porzione di condotta 2. Le due porzioni di condotta 2, 3 si raccordano in un punto di intercettazione 10 secondo un angolo a, il cui valore non è particolarmente rilevante. Secondo una forma di realizzazione preferita, tale angolo è minore o uguale a 90°.

I mezzi di intercettazione 20 consentono dunque di interrompere/consentire il flusso dei fumi nell’una e/o nell’altra porzione di condotta, in funzione di specifiche modalità operative che saranno chiarite nel seguito.

In particolare, il principio alla base della presente invenzione, è quello di forzare il passaggio dei fumi nella condotta di bypass, cioè la seconda porzione di condotta 3, che presenta un percorso sostanzialmente senza tortuosità fino al camino 5, per far si che il tiraggio dei fumi sia innescato facilmente e con sufficiente energia, anche se i fumi non hanno ancora raggiunto una temperatura particolarmente elevata. Il tiraggio è favorito in questo caso dalla geometria del condotto di bypass che è, come già detto, privo di particolari tortuosità.

In un secondo momento, sulla base di modalità che saranno descritte di seguito, agendo sui mezzi di intercettazione 20, si può consentire ai fumi di accedere alla prima porzione di condotta 2, cioè al tipico condotto girofumi, lungo e tortuoso, per riscaldarlo. Tale percorso può ad esempio essere inserito in una struttura in materiale refrattario per favorire lo scambio di calore con l’ambiente circostante.

Avendo a questo punto il camino raggiunto una temperatura operativa ottimale, permette di avere una depressione sufficiente per estrarre i fumi vincendo le resistenze fluidodinamiche del condotto tortuoso e permettendo una maggiore efficienza energetica del sistema di riscaldamento.

L'effetto prodotto da un gruppo come quello qui descritto è una fase di riscaldamento iniziale della canna fumaria (fase di "starter"). Poi, azionando i mezzi di intercettazione 20, vengono messi in comunicazione un condotto in cui è presente aria non ancora riscaldata (all'interno della prima porzione di condotta 2, ad esempio in refrattario) ed un condotto già in precedenza riscaldato (condotto di bypass). Il noto teorema di Bernouilli chiarisce come l'aria ancora non riscaldata viene letteralmente "aspirata" da quella più calda presente all'interno del camino.

Secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione, i mezzi di intercettazione 20 comprendono una prima valvola 6 disposta all’interno della seconda porzione 3 di condotta, cioè la condotta di bypass. La valvola 6 potrà vantaggiosamente essere azionata tramite un dispositivo di attuazione 21, manuale e/o automatico.

L’apertura/chiusura di questa prima valvola 6 favorisce/impedisce il passaggio dei fumi nella condotta di bypass e/o nel girofumi.

Infatti, quando la valvola 6 è aperta il fumo derivante della combustione viene estratto direttamente dalla seconda porzione di condotta 3 (di bypass) verso il camino e immesso in atmosfera. Tale posizione si impiega in fase di accensione del fuoco e il funzionamento dell'intera stufa è quindi paragonabile ad un focolare tradizionale. Il camino si porta ad una temperatura sufficientemente alta da consentire il successivo passaggio.

Quando la valvola 6 viene chiusa, il fumo è costretto a passare attraverso la prima porzione 2 di condotta (il girofumi) prima di accedere al camino. L'adescamento del fumo è consentito proprio dalla temperatura raggiunta dal camino nella prima fase.

Vantaggiosamente può essere prevista, in una forma di realizzazione alternativa mostrata schematicamente in figura 2, una seconda valvola 7 disposta all’interno di detta prima porzione 2 di condotta.

I mezzi di intercettazione 20 possono comprendere dispositivi di attuazione 21 di dette prima e seconda valvola 6, 7. Questi dispositivi, secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, sono tali da comandare le due valvole 6, 7 in maniera tale che esse risultino alternativamente aperte.

E’ da intendersi che le valvole 6, 7 potranno essere realizzate secondo le tecniche disponibili e secondo le esigenze costruttive. A puro titolo esemplificativo, sono state raffigurate come valvole a farfalla o simili.

E’ anche da intendersi che la costruzione può essere tale che le due valvole 6 e 7, se e quando presenti entrambe, facciano parte di un medesimo gruppo valvolare, posto ad esempio in corrispondenza del punto di congiunzione iniziale 10 delle due porzioni di condotta 2, 3.

Come per il punto di intercettazione 10, le due porzioni di condotta 2, 3 si raccordano nel punto di congiunzione 11 secondo un angolo β. Il valore di tale angolo non è particolarmente rilevante, anche se, in una forma di realizzazione preferita assume valori minori di 90°.

Inoltre, è anche da intendersi che i dispositivi di attuazione 21 delle valvole può essere completamente manuale, lasciando quindi all’attenzione dell’operatore la scelta del momento più opportuno per deviare il flusso dei fumi da un condotto all’altro o viceversa. Tuttavia, l’azionamento può anche essere automatizzato, in tutto o in parte, come sarà spiegato di seguito.

Ad esempio, secondo un’ulteriore forma di realizzazione, il gruppo di scarico può comprendere sensori atti a misurare valori di temperatura e/o di flusso dei fumi all’interno delle condotte di scarico.

Tali valori di temperatura e/o di flusso possono semplicemente essere mostrati all’operatore attraverso display o strumenti, oppure forniti ad una un’unità di controllo del gruppo configurata per acquisire detti valori di temperatura e/o di flusso e comandare i dispositivi di attuazione 21 in funzione di tali valori.

Delle modalità di realizzazione di una tale unità di controllo non si ritiene di dover fornire una descrizione dettagliata, essendo certamente alla portata di un esperto del settore provvedere alla realizzazione di un’unità programmabile (ad es. a microprocessore) per il controllo di sensori e la conseguente attuazione di valvole di intercettazione.

Sarà sufficiente chiarire che, ad esempio, l’unità di controllo potrà implementare una logica secondo la quale ai fumi sarà consentito di fluire lungo la prima porzione di condotta 2 (il girofumi), quando la temperatura ed il flusso dei fumi sono entro certi limiti che garantiscono comunque un buon tiraggio, mentre saranno fatti fluire entro la seconda porzione di condotta 3 (il condotto di bypass), all’accensione della stufa e/o in tutti i momenti in cui temperatura e flusso dei fumi non garantirebbero un corretto tiraggio tramite il girofumi.

Infine, sarebbe preferibile che in ogni caso, i dispositivi di attuazione delle valvole di intercettazione siano azionabili manualmente in caso di emergenza, in maniera tale da scongiurare l’eventuale presenza di fumo nocivo all'interno del locale di installazione del focolare.

Naturalmente, ogni parte del gruppo di scarico potrà vantaggiosamente essere dotata di coibentazione e di tutti i dispositivi, previsti dalle normative nazionali, per consentire l'accesso e l'ispezione dei condotti, nonché tutti i sistemi necessari alla regolazione del tiraggio e all'esercizio in sicurezza del dispositivo di riscaldamento.

Di seguito si riportano, a titolo esemplificativo, i dati sperimentali ricavati da misure effettuate su una stufa secondo la presente invenzione.

La stufa analizzata presenta le seguenti caratteristiche:

- camera di combustione: 40 x 75 x 45.5 [cm]

- camino:

lunghezza totale: 3m

0 tubo: 160 mm

Spessore parete: 0.5 mm

Materiale: ACCIAIO INOX

% tratto interno: 75.9%

tratto esterno coibentato: 24.1%

- girofumi:

sezione passaggio fumi: 21 x 16 cm

lunghezza sviluppo: 11 m

n° cambiamenti di direzione: 25 x 90°

- condotto di adduzione (by-pass):

lunghezza totale: 0.5m

0 tubo: 160mm

Spessore parete: 0.5 mm

Materiale: ACCIAIO INOX

Discontinuità: 2x60°

La procedura si è svolta rispettando le seguenti fasi:

I. Si è provveduto inizialmente a valutare la temperatura esterna mediante rilevazione temperatura della parete esterna del tubo terminale del camino.

II. Si è posizionata la valvola di comando in posizione "aperta", vale a dire escludendo il girofumi.

III. Si è pesata una quantità di legna di faggio stagionata per valutare la massa della carica iniziale.

IV. Si è misurata la temperatura della parete esterna del tubo nel tratto iniziale del camino.

V. Si è misurata la temperatura dell'imbocco del tubo di espulsione fumi all'interno della camera di combustione.

VI. Si è rilevata la temperatura del locale in cui è stata alloggiata la stufa, mediante lettura del termostato a muro [temperatura del locale],

VII. Si è acceso il fuoco utilizzando completamente la carica pesata, rilevando l'orario nel momento di sviluppo della fiamma.

Vili. Si sono misurate le temperature di cui ai punti I, IV, V, ad intervalli fino al raggiungimento di una soglia significativa.

IX. Si è provveduto a girare la valvola in posizione "chiusa", vale a dire costringendo i fumi a seguire il percorso in refrattario prima di entrare nel camino di espulsione.

X. Si sono rilevate le temperature di cui ai punti I, IV, V, fino alla stabilizzazione.

XI. SI è misurata la temperatura della parete della stufa dopo circa 12 ore dall'accensione.

Per “Misurazione della temperatura", si intende una misura presa attraverso la lettura del display di un termometro ad infrarosso in dotazione.

In corrispondenza dell'imbocco del tubo di espulsione fumi la problematica principale è stata la portata dello strumento: il vigore della fiamma comportava una lettura fuori scala e quindi i valori sono risultati validi solo all'inizio. In tabella la dicitura "f.s." indicherà i dati fuori scala.

Nelle sezioni iniziale e terminale del camino la temperatura è stata misurata facendo incidere il fascio sulla parete esterna del tubo del camino. Tale tubo è realizzato in acciaio inox con spessore di parete 0.5 mm. Per le caratteristiche geometriche e del materiale, l'incidenza del fascio laser ha talvolta comportato alcuni problemi di ripetibilità della misura, per cui si è convenuto di eseguire più misurazioni indicandone, dove conveniente, la media. Nelle misure si è avuta cura di posizionare il fascio in modo il più possibile perpendicolare al tubo e sempre nella stessa sezione.

La temperatura di parete della stufa dopo 12 ore di funzionamento è stata rilevata facendo incidere il fascio sulla parete esterna in muratura, nei pressi della sezione iniziale del camino.

La massa di legna utilizzata per la combustione è stata stagionata per circa 2 anni e tagliata a listelli di varie dimensioni ma funzionali per una combustione veloce. La qualità è il faggio.

Facendo riferimento alla normativa EN 15544:2009, che propone uno standard europeo per il dimensionamento di stufe tradizionali, le dimensioni del braciere della stufe in questione comportano una carica max di 18.29 kg.

La carica utilizzata per la verifica costituisce quindi il 65.6% della massima consentita da questa norma.

La partenza del fuoco non ha subito impedimenti e la combustione si è sviluppata visivamente in maniera regolare. Il registro dell'aria primario è stato aperto al massimo finché si è conclusa la rilevazione dei tempi, per poi essere chiuso impedendo quindi un possibile raffreddamento a combustione ultimata.

I dati rilevati sono riportati nelle seguenti tabelle.

Condizioni inziali:

DATO LETTURA MEDIA

carica legna

13 5 X 13 9 X

142 X

t locale 20 2 X

216 X 21 6 X

20 2 X 202 X

140 X 140 X

Inizio combustione: ore 22,19

orario tempo tl [°C] t2 [”C] t3 [°C] progressivo [min]

22:19<.>0<.>21 6<.>20 2<.>-<.>

22:23 4 126 min 55.8

140 max

22:26 ? 159 min 60.8

_ 160 max _

22:36<.>17<.>213<.>76 min<.>56 min

80 max 65 max 22:37<.>18<.>GIRO VALVOLA<.>

22:39 20 263 [f.s.J 35.8 min 28 min 36 max_ 30 max 22:43<.>30<.>27Ò<~>[f7s.j<.>30 min<.>25 min

32 max 22 max 23:15<.>56<. ">CHIUSURA REGiSTRO ARIA PRIMARIA<.>

10:00 - t parete stube = 30 °C

successivo)

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. E’ da intendersi che le soluzioni tecniche implementate nelle forme di realizzazione preferite, qui descritte a titolo esemplificativo, potranno vantaggiosamente essere diversamente combinate tra loro, per dar luogo ad altre forme di realizzazione, che afferiscono al medesimo nucleo inventivo e tutte comunque rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo (1) di scarico dei fumi di combustione di una stufa (100) o simile, comprendente una prima porzione (2) di condotta di tiraggio dei fumi da una camera di combustione di detta stufa (100) verso un camino di scarico (5), ed una seconda porzione (3) di condotta di tiraggio dei fumi da una camera di combustione di detta stufa (100) verso un camino di scarico (5), detta seconda porzione di condotta (3) essendo montata in parallelo a detta prima porzione di condotta (2), detto gruppo comprendendo inoltre mezzi di intercettazione (20) di un flusso di detti fumi in dette prima e seconda porzione di condotta (2, 3).
2. 2. Gruppo secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima porzione (2) di condotta comprende un girofumi.
3. 3. Gruppo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta prima porzione (2) di condotta è inseribile, almeno in parte, in una struttura in materiale refrattario.
4. 4. Gruppo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di intercettazione (20) comprendono una prima valvola (6) disposta all'interno di detta seconda porzione (3) di condotta.
5. 5. Gruppo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di intercettazione (20) comprendono una seconda valvola (7) disposta all’interno di detta prima porzione (2) di condotta.
6. 6. Gruppo secondo le rivendicazioni 4 e 5, in cui detti mezzi di intercettazione (20) comprendono dispositivi di attuazione (21) di dette prima e seconda valvola (6, 7).
7. 7. Gruppo secondo la rivendicazione 6, in cui detti dispositivi di attuazione (21) sono tali da comandare dette prima e seconda valvola (6, 7) in maniera tale che risultino alternativamente aperte.
8. 8. Gruppo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente sensori atti a misurare valori di temperatura e/o di flusso di detti fumi.
9. 9. Gruppo secondo le rivendicazioni 7 e 8, comprendente un’unità di controllo configurata per acquisire detti valori di temperatura e/o di flusso e comandare detti dispositivi di attuazione (21) in funzione di tali valori.
10. 10. Stufa (100), comprendente un gruppo di scarico (1) dei fumi di combustione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.