ITUB20155563A1 - Stufa pirolitica con camera di combustione perfezionata - Google Patents

Description

“Stufa pirolitica con camera di combustione perfezionata”

DESCRIZIONE DELL ’INVEN ZIONE

La presente invenzione riguarda una stufa, in particolare una stufa pirolitica.

La cellulosa, di cui è in buona parte composto il legno e le biomasse, quando raggiunge i 270°C circa durante il processo di combustione, si scinde rilasciando gas combustibili quali metano, idrogeno, metanolo ed altri.

Questi gas, incontrando e miscelandosi con l’ossigeno presente nell’aria, si incendiano e generano la fiamma.

La combustione tradizionale riesce a bruciare solo il 30% circa dei gas rilasciati, in quanto essi tendono a salire ed allontanarsi dalla zona di fiamma in modo rapido e turbolento.

Questo fenomeno provoca la perdita di gas incombusti rilasciati in atmosfera ad una temperatura di circa 300 °C, comportando sia una perdita energetica sia depositi carboniosi all’ interno delle canne fumarie.

Una soluzione al problema è data dal bruciare legno o simili attraverso un processo controllato di pirolisi.

La piròlisi (o piroscissione) è un processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto mediante Γ applicazione di calore e in completa assenza di un agente ossidante (manualmente ossigeno); riscaldato in condizioni anaerobiche (totale assenza di ossigeno) il materiale subisce la scissione dei legami chimici originari con formazione di molecole più semplici.

Con questo processo è possibile valorizzare e ottimizzare la biomassa legnosa, sia essa di pregio o di scarto.

Lo stato deH’arte presenta diversi dispositivi che alimentano il processo di pirolisi attraverso biomassa legnosa o simili; in particolare risulta vantaggiosa per piccole applicazioni o utenze, l’utilizzo di una stufa pirolitica.

Una stufa pirolitica usa vantaggiosamente biomasse, sfruttando la pirolisi, per riscaldare l’ambiente circostante.

Detta stufa è composta da una camera di combustione, destinata ad alloggiare il combustibile, e da una camicia (per camicia s’intende un elemento di rivestimento con funzioni protettive o d’isolamento) atta a definire un’intercapedine, essendo detta intercapedine disposta tra le pareti della camera di combustione e detta camicia.

Il principio di funzionamento di una stufa pirolitica è il seguente:

a) si accende il combustibile alloggiato nella camera di combustione, con metodi tradizionali;

b) si chiude l’apertura della camera di combustione, in modo da impedire all’ossigeno di venire in contatto conia biomassa;

c) si sfrutta l’effetto camino per richiamare aria fresca dall’estemo; questa attraversa rintercapedine della detta camicia, lambendo le pareti della camera di combustione;

d) l’aria riscaldandosi sale verso la parte superiore della camera di combustione, favorendo l’estrazione del gas caldo prodotto dalla biomassa;

e) il gas bmcia completamente, trattenendo la C02 all’interno della biomassa che lentamente si carbonizza dando vita al processo di pirolisi.

Lo svantaggio maggiore di detta stufa è dato dalla temperatura elevata delle sue superfici esterne, in particolare della superficie esterna della camicia, a causa del flusso d’aria che lambisce sia la camera di combustione sia le pareti di detta camicia.

Il problema non è di poco rilievo, in quanto la temperatura all’interno della camera di combustione varia tra i 400 ÷ 800 °C, e di conseguenza la temperatura della camicia può creare problemi di sicurezza, legati alla possibilità di ustionarsi toccandone la superficie.

In ambienti industriali, domestici, pubblici, privati, la presenza di una superfice ad alta temperatura può rappresentare una fonte di pericolo, infatti il contatto con detta superficie ad alta temperatura potrebbe causare ustioni a persone e/o animali o danni alle cose.

Ulterionnente l’estrazione del gas dalla camera di combustione è realizzata e/o favorita dal flusso d’aria che, riscaldandosi, sale dalla base alla sommità della camera di combustione.

Il flusso d’aria crea un effetto camino che richiama altra aria asportando e convogliando il gas verso la zona di fiamma.

Detta estrazione potrebbe risultare non ottimale, generando problemi di combustione.

Ad esempio una combustione non regolare e incostante può portare a variazioni di temperatura e fluttuazioni nel processo di pirolisi, a discapito dell’ efficienza e del rendimento energetico.

Scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo di riscaldamento, in particolare una stufa pirolitica, che permetta un processo di pirolisi ottimale con elevata efficienza.

Scopo particolare, di almeno una variante della presente invenzione, è fornire una stufa pirolitica che limiti o elimini i problemi di sicurezza legati alla temperatura delle sue superfici.

Questi e altri scopi, che risulteranno chiari in seguito, si conseguono con una stufa pirolitica, illustrata nella seguente descrizione e nelle rivendicazioni annesse, che costituiscono parte integrante della descrizione medesima.

Ulteriori caratteristiche del presente trovato risulteranno meglio evidenziate dalla seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione, conforme alle rivendicazioni brevettuali e illustrata, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle allegate tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 mostra una vista schematica della camera di combustione di una stufa secondo lo stato dell’ arte;

- la figura 2 mostra una vista schematica della stufa di Fig. 1 provvista della camicia;

- la figura 3 mostra una vista schematica della stufa secondo la presente invenzione, provvista di una seconda camicia;

- la figura 4 mostra una vista di una possibile forma realizzati va della stufa secondo la presente invenzione;

- la figura 5 mostra una vista schematica in sezione di una possibile variante della stufa secondo la presente invenzione;

- la figura 6 mostra in sezione la medesima stufa rappresentata in Fig. 5, contenente biomassa e in funzione;

- la figura 7 mostra una vista schematica in sezione di una seconda possibile variante della stufa secondo la presente invenzione;

- la figura 8 mostra in sezione la medesima stufa rappresentata in Fig. 7, contenente biomassa e in funzione.

Salvo ove altrimenti precisato, nella presente relazione qualsiasi eventuale riferimento spaziale quale i termini “in alto/in basso, anteriore/posteriore, destro/sinistro ecc.” si riferisce alla posizione in cui gli elementi sono rappresentati nelle figure allegate.

Con lo scopo di evidenziare talune caratteristiche piuttosto che altre, non necessariamente quanto riportato nei disegni allegati è in scala.

Si descrivono ora le caratteristiche del trovato, avvalendosi dei riferimenti contenuti nelle figure.

Con riferimento alle figure 3, 4, 5 e 6 si illustra una possibile variante realizzativa della stufa pirolitica secondo la presente invenzione, da qui in poi chiamata stufa, portata a titolo esemplificativo e non limitativo.

Con riferimento alle figure 1 e 2, si descrive brevemente una stufa pirolitica in accordo con Farte nota.

La stufa 1 è provvista di una camera di combustione 10 definita dalle pareti 100, essendo dette pareti provviste di una prima pluralità di passaggi superiori 101 disposte in prossimità del bordo superiore, e di una seconda pluralità di passaggi inferiori 102 disposte in prossimità dell’estremità inferiore. Preferibilmente dette pluralità di passaggi superiori 101 e inferiori 102 comprendono dei fori.

Vantaggiosamente detta stufa 1 può essere provvista di una base d’appoggio 14 su cui è posizionata la camera di combustione 10.

Detta camera di combustione 10 è destinata ad alloggiare il combustibile, in genere biomasse opportunamente trattate (il combustibile deve essere secco o con un contenuto d’acqua inferiore al 35%), e a favorire il processo di pirolisi.

La prima pluralità di fori 101 facilita la fuoriuscita e l’estrazione del gas prodotto dalla pirolisi, dalla camera di combustione 10.

In accordo con una prima variante dell’invenzione, detta camera di combustione 10 oltre a essere provvista, come da arte nota, di un’apertura superiore 103 e di una prima camicia 11 destinata a definire una prima intercapedine 110, presenta ulteriormente una seconda camicia 12 atta a definire una seconda intercapedine 120.

In particolare detta camera di combustione 10, detta prima camicia 11 e detta seconda camicia 12 sono disposte concentriche e coassiali l’una rispetto all’altra.

La camicia 11 comprende una pluralità di fori inferiori 112 disposti in prossimità della sua estremità inferiore, mentre la camicia 12 prevede almeno due pluralità di fori superiori e inferiori 121 e 122 disposte rispettivamente in prossimità delle sue estremità superiore e inferiore.

Detta pluralità di fori superiori 101 e 121 e detta pluralità di fori inferiori 102, 112 e 122 (delle rispettive camera di combustione 10 e prima e seconda camicia 11 e 12) realizzano opportuni passaggi per la circolazione del flusso d’aria e del gas.

Ulteriormente detta camera di combustione 10 è provvista di un anello di bloccaggio 13, che mantiene stabili e bloccate dette camicie 11 e 12 e favorisce l’estrazione del gas.

Detto anello di bloccaggio 13 è provvisto di almeno una prima apertura 130, pennettendo il passaggio del flusso d’aria che attraversa la prima intercapedine 110 e del gas prodotto in camera di combustione 10 fino a raggiungere la zona di fiamma (non illustrata) posta al di sopra del detto anello di bloccaggio 13.

Ulterionnente detto anello di bloccaggio 13 è provvisto di una pluralità di aperture 131 atte a permette l’uscita del flusso d’aria che attraversa la seconda intercapedine 120.

Inoltre la base d’appoggio 14, di almeno una variante costruttiva della stufa 1 secondo la presente invenzione, può vantaggiosamente essere provvista di un’apertura 140 atta ad alloggiare un cassetto di raccolta (non illustrato).

Detto cassetto di raccolta riceve i residui del processo di pirolisi o gasificazione, permettendo una pulizia della camera di combustione 10 rapida e agevole.

Infatti le attuali stufe prevedono di estrarre la camera di combustione 10 dalla base d’appoggio 14 e sversame il contenuto, sostanzialmente ceneri e residui di carbone; ciò comporta tempi di pulizia più lunghi e richiede maggior fatica all’utente (ad esempio una persona anziana sarà più agevolata nella quotidiana manutenzione della stufa 1 estraendo un cassetto piuttosto che la camera di combustione).

Con il numerale 30 viene indicato la biomassa combustibile, mentre con il numerale 31 viene indicata la biomassa combusta.

Il principio di funzionamento della stufa pirolitica 1 è il seguente:

a) si accende il combustibile alloggiato nella camera di combustione, con metodi tradizionali;

b) si chiude Γ apertura superiore 103 della camera di combustione 10, in modo da impedire all’ ossigeno di venire in contatto con la biomassa; c) Taria fresca richiamata dai fori inferiori 122, 112 e 102 delle rispettive seconda camicia 12 e prima camicia 11, attraversa le intercapedini 120 e 110;

d) il flusso d’aria che attraversa la seconda intercapedine 120, si riscalda sottraendo calore alla prima camicia 11, sale verso l’anello di bloccaggio 13 e fuoriesce attraverso la pluralità di passaggi 122 e attraverso le aperture 131 del detto anello di bloccaggio 13; e) il flusso d’aria che attraversa la prima intercapedine 110, passando dalla pluralità di passaggi 101, va ad incontrare il gas caldo prodotto dalla biomassa convogliandolo verso l’apertura 130 dell’anello di bloccaggio 13;

f) il gas, giunto alla zona di fiamma, bmcia completamente trattenendo la C02 all’interno della biomassa, che lentamente si carbonizza dando vita alla vera pirolisi ottimizzata.

Riassumendo quindi:

- il flusso d’aria che attraversa la prima intercapedine 110, si riscalda a contatto con le pareti 100 della camera di combustione 10, sale verso l’alto richiamando altra aria dall’esterno, esce in prossimità dell’apertura 103 e proseguendo verso l’apertura 130 delfanello di bloccaggio 13 richiama, estraendolo, il gas prodotto;

- il flusso d’aria che attraversa la seconda intercapedine 120, si riscalda sottraendo calore alla prima camicia 11, e salendo verso l’anello di bloccaggio 13 richiama altra aria dall’esterno, permettendo di mantenere basse le temperature delle superfici esterne della stufa 1.

Con riferimento alle Fig. 5, 6, 7 e 8 le frecce con stelo diritto indicano il percorso dei flussi d’aria, mentre quelle con lo stelo a zig zag indicano il gas prodotto.

Questa circolazione d’aria permette di ovviare alle problematiche dello stato dell’arte sopra descritto in quanto:

a) consente un miglior isolamento termico della camera di combustione 10;

b) favorisce il richiamo di nuova aria fresca dall’ esterno;

c) mantiene la temperatura delle superfici esterne della stufa 1 al di sotto dei 50°C, essendo detto valore sicuro per l’incolumità e la salvaguardia di persone, animali e cose .

Infatti l’aria che attraversa Γ intercapedine 120 permette di mantenere la temperatura superficiale della detta seconda camicia 12 intorno ai 40°C, temperatura che comporta ridotti e limitati rischi per persone, animali e cose.

La stufa 1 , quindi, presenta:

a) una temperatura della camera di combustione 10 compresa ha 400 ÷ 800 °C;

b) una temperatura della prima camicia 11, più bassa rispetto a quella della camera di combustione 10, ed in genere compresa tra 200 ÷ 400 °C;

c) una temperatura della seconda camicia 12, più bassa rispetto a quella della prima camicia 11 , ed in genere compresa tra 40 ÷ 50 °C; essendo detti valori di temperatura ottenuti da prove sperimentali.

Vantaggiosamente la stufa secondo la presente invenzione può prevedere una pluralità di camicie coassiali e concentriche tra loro atte a definire una pluralità di intercapedini.

Un’ulteriore variante esecutiva della stufa pirolitica secondo la presente invenzione è rappresentata nelle Fig. 7 e 8.

Premettendo che a numerali uguali corrispondono parti uguali, in questa forma esecutiva, la camera di combustione 10 della stufa 1 comprende delle pareti interne 200 provviste di una pluralità di fori 201, atte a definire il condotto 20, in particolare dette pareti interne 200 sono disposte concentriche e coassiali rispetto alle pareti 100.

In generale detta camera di combustione 10 comprende almeno un condotto 20; in base al tipo di applicazione la stufa 1 può essere provvista di una pluralità di condotti 20.

In questo caso Γ anello di bloccaggio 13, oltre alle dette prima e seconda camicia 11 e 12, blocca e mantiene stabili anche gli uno o più condotti 20.

In questa variante l’aria attraversa anche il condotto 20, favorendo l’estrazione del gas prodotto; ciò risulta vantaggioso per camere di combustione di notevoli dimensioni dove un passaggio interno di aria può conferire un miglior controllo delle temperature e un’estrazione del gas più efficacie.

In particolare il condotto 20, in base alle sue dimensioni, può intervenire anche sul processo di pirolisi, permettendo un processo di gassificazione.

Infatti se il flusso d’aria che attraversa detto condotto 20 supera un determinato valore, si ha rintroduzione di una piccola percentuale d’ossigeno aH’intemo della biomassa, che date le condizioni chimico fisiche aH’intemo della camera di combustione 10, subirà un processo di gassificazione.

La gassificazione è un processo chimico che permette di convertire materiale ricco in carbonio, quale carbone o biomasse, in monossido di carbonio, idrogeno e altri composti gassosi.

Il processo di degradazione tennica avviene a temperature elevate (superiori a 700-800 °C), in presenza di una percentuale sotto- stechiometrica di un agente ossidante, tipicamente aria (ossigeno).

In un gassificatore il materiale carbonioso subisce diversi differenti processi:

a) processo di pirolisi, che avviene riscaldando in assenza di ossigeno il combustibile (ad esempio biomasse), liberando composti gassosi quali idrogeno e metano;

b) processo di combustione, che avviene quando i prodotti volatili reagiscono con l'ossigeno formando diossido e monossido di carbonio (ossidazione parziale), liberando il calore necessario per le successive reazioni di gassificazione;

c) processo di gassificazione, che avviene quando il carbone reagisce col diossido di carbonio e col vapor d'acqua producendo monossido di carbonio e idrogeno: C COi → 2 CO ; C H2O → CO H2.

In pratica dopo l'iniziale pirolisi, viene introdotta nella camera di combustione 10 una quantità limitata di ossigeno, in modo che parte del materiale organico bruci producendo monossido di carbonio ed energia, utile per la reazione successiva che converte ulteriore materiale organico in idrogeno e altro monossido di carbonio, entrambi totalmente bruciati nella zona di fiamma. La stufa secondo la presente invenzione permette di realizzare un dispositivo per il riscaldamento d’ambienti interni e/o esterni, industriali e/o domestici, in grado di sfruttare il processo di pirolisi garantendo la sicurezza e l’incolumità delle persone.

Ulteriormente detta stufa 1 garantisce un’estrazione dei gas più efficace. Quanto esposto è possibile grazie aH’intercapedine 120 realizzata dalla seconda camicia 12, che permette un’adeguata circolazione dell’aria e un raffreddamento delle superficie esterne della stufa più efficace.

Vantaggiosamente la stufa secondo la presente invenzione può prevedere una pluralità di camicie coassiali e concentriche tra loro atte a definire una pluralità di intercapedini.

Inoltre la stufa secondo la variante di Fig. 7 e 8 della presente invenzione permette di combinare, in un dispositivo di dimensioni ridotte e contenute, il processo di pirolisi e gasificazione, mantenendo i valori delle emissioni gassose ben al di sotto dei tennini previsti dalle norme attualmente in vigore.

Ulteriormente nelle figure allegate i vari componenti della stufa 1, in particolare la camera di combustione 10, la prima e seconda camicia 11 e 12, la base d’appoggio 14 e l’anello di bloccaggio 13, sono rappresentati a sezione circolare, ma nulla vieta che possano essere realizzati in altre fonne compatibili con la sua fùnzionalità e gli scopi prefissati.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI Riv. 1 Dispositivo di riscaldamento, in particolare una stufa pirolitica, comprendente almeno una camera di combustione (10) destinata ad alloggiare il combustibile, una prima camicia (11) atta a definire una prima intercapedine (110), una base d’appoggio (14), caratterizzata dal fatto che: detta camera di combustione (10) comprende delle pareti interne (200), provviste di una pluralità di fori (201), atte a definire uno o più condotti (20) per il passaggio dell’aria. Riv.
2. 2 Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, in cui dette pareti interne (200) di uno di detti condotti (20) sono disposte concentriche e coassiali rispetto alla camera di combustione (10). Riv.
3. 3 Dispositivo di riscaldamento secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta stufa può comprendere almeno una seconda camicia (12), circondante almeno in parte detta prima camicia (11), atta a definire almeno una seconda intercapedine (120); essendo dette prima e seconda intercapedine (110; 120) attraversabili da un flusso d’aria, grazie ad opportuni passaggi (101; 102; 112; 121; 122). Riv.
4. 4 Dispositivo di riscaldamento secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta camera di combustione (10) è provvista di un anello di bloccaggio (13), che mantiene stabili e bloccate dette prima e seconda camicia (11; 12) e anche gli uno o più condotti (20), e favorisce l’estrazione del gas. Riv.
5. 5 Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione precedente, in cui detto anello di bloccaggio (13) è provvisto di almeno una prima apertura (130) che permette il passaggio del flusso d’aria che atraversa deta prima intercapedine (110) e di almeno una seconda apertura (131) che permette l’uscita del flusso d’aria che attraversa deta seconda intercapedine (120). Riv.
6. 6 Dispositivo di riscaldamento secondo le rivendicazione precedenti, in cui deta base d’appoggio (14) è provvista di un’apertura (140) ata ad alloggiare un casseto di raccolta.