Quemador de premezcla de gas.

Un quemador de premezcla de comburente/gas combustible (110; 210;

310), incluyendo los componentessiguientes:

• medios de ventilación (112; 212; 312) para enviar el comburente y la mezcla de comburente/gas combustible a uncabezal de combustión (TC);

• medios (114; 214; 314) para regular la inmisión del gas combustible;

• un sistema de mezcla de comburente/gas combustible (111; 211; 311) incluyendo medios para la pérdida depresión localizada (111A; 211A; 311A); y

• un cabezal de combustión (TC), provisto de un dispositivo (17) para el encendido de la mezcla de comburente/gascombustible y para la detección de la presencia de la llama;

donde dicho sistema de mezcla (111; 211; 311):

dicho sistema de mezcla (111; 211; 311) se divide en dos canales de mezcla (CH1), (CH2) para mezclar elcomburente con el gas combustible; donde solamente uno (CH2) de dichos dos canales de mezcla (CH1, CH2) estáprovisto de medios de apertura/cierre (130; 230; 330) diseñados para regular los caudales de la mezcla a través dedichos dos canales de mezcla (CH 1, CH2), caracterizándose dicho quemador de premezcla (110, 210, 310) porquedicho sistema de mezcla (111, 211, 311) se divide en dichos canales de mezcla (CH1), (CH2) por un elementodeflector (120), estando conformado dicho elemento deflector (120) de tal forma que imparta a cada canal de mezcla(CH1), (CH2) la forma de un tubo Venturi.

Quemador de premezcla de gas

Campo técnico La presente invención se refiere a un quemador de premezcla de gas con premezcla total de gas/aire.

Antecedentes de la invención Como es conocido, los quemadores de premezcla con premezcla total de aire/gas se usan hoy día ampliamente para producir energía térmica en calderas de gas.

El uso de estos quemadores se está difundiendo rápidamente en sustitución de los quemadores atmosféricos tradicionales porque, en comparación con estos últimos, permiten:

[A] Emisiones más bajas de sustancias contaminantes (óxidos de nitrógeno y carbono) ;

[B] Alta eficiencia de intercambio térmico en todos los regímenes de potencia térmica y en particular a la potencia térmica mínima; y

[C] Alto rango de modulación entre la potencia térmica máxima y mínima del quemador.

Los quemadores de premezcla de aire/gas se obtienen hoy día predominantemente usando los componentes esenciales siguientes:

* un ventilador para la distribución de la mezcla de aire/gas a un cabezal de combustión;

* una válvula de gas accionada neumáticamente equipada con un regulador de flujo;

* un sistema de mezcla de aire/gas constituido por un tubo Venturi o por un diafragma que realice una función similar (véase a continuación) ; y

* un cabezal de combustión provisto del dispositivo para el encendido de combustión de la mezcla de aire/gas.

En estos sistemas, el dispositivo activo (también denominado “activador”) está representado por el ventilador, que, al ser alimentado eléctricamente de forma apropiada, suministra el aire de combustión al quemador en una cantidad directamente proporcional a la potencia térmica que se prevé suministrar al quemador y por lo tanto a la potencia térmica del cabezal del quemador. El dispositivo pasivo (también denominado “seguidor”) está representado por la válvula de gas, que es capaz de suministrar gas en una cantidad directamente proporcional a la cantidad de aire soplado al sistema debido al sistema de regulación ilustrado a continuación.

Las válvulas de gas se caracterizan porque, independientemente del valor de la presión del gas entrante (obviamente, dentro de los límites de operación permitidos por la válvula propiamente dicha y correspondientes a las presiones de distribución del suministro principal de gas) , suministran gas en salida a una presión igual a la presión ejercida en su “regulador”.

A continuación se explican con más detalle dichos conceptos generales con referencia a las figuras adjuntas, donde:

La figura 1 ilustra una primera realización de un quemador de premezcla tradicional.

Y la figura 2 representa una segunda realización de un quemador de premezcla de un tipo conocido.

En un quemador 10 ilustrado en la figura 1 se ha colocado una mezcladora de aire/gas del tipo de tubo Venturi 11 hacia abajo de un ventilador 12 con respecto a un flujo de aire (AF) . La mezcladora 11 incluye un dispositivo para pérdida de presión localizada 11A, constituido en este caso por un tubo Venturi.

Hacia arriba de la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11 está conectado un conducto 13 que envía una señal de presión P1 a una válvula de gas 14. Además, a la válvula de gas 14 entra un flujo de gas (FG) a la presión de la red de suministro Po.

La cantidad de gas liberado por la válvula de gas 14 a la mezcladora 11 es correlacionada a la diferencia de presión existente entre una presión P2 en la salida de la válvula de gas 14 (presión P2 igual al valor de la presión P1) y una presión P3 existente en el punto más estrecho (dispositivo de pérdida de presión localizada 11A) de la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11.

Un regulador de flujo 15 colocado en un tubo 16 para conexión entre la válvula de gas 14 y la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11 permite la regulación de la cantidad de gas suministrada de manera que tenga una relación óptima de aire/gas para combustión de la mezcla en un cabezal de combustión (TC) .

El sistema, una vez calibrado mediante la regulación del regulador de flujo 15, permite obtener una relación de aire/gas constante en todo el rango operativo del quemador 10.

De hecho, es evidente que, para cualquier valor del caudal de aire generado por el ventilador 12, la diferencia de presión (P1-P3) , generada por el caudal de aire, y medida entre la entrada y la sección más estrecha de la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11, será la misma que la que generará la tasa de gas que salga de la válvula de gas 14, dado que la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11 es un elemento mecánico rígido e indeformable.

La mezcla de gas/aire es enviada según un flujo (MF) hacia el cabezal de combustión (TC) . El quemador 10 se completa con un dispositivo 17 para el encendido de la llama y la detección de su presencia, y por una unidad electrónica de control (CNT) , que controla la operación del ventilador 12, de la válvula de gas 14, y del dispositivo 17 propiamente dicho.

En una segunda realización conocida en la técnica anterior e ilustrada en la figura 2, la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11 está situada hacia arriba del ventilador 12.

Se deberá indicar a propósito que, en la segunda realización de la figura 2, se ha usado la misma numeración de la figura 1 para designar elementos que son idénticos o similares a los que aparecen en la figura 1.

En esta segunda realización, el tipo de señal de presión P1* coincide con la presión atmosférica Pa que actúa simultáneamente en el regulador 15 de la válvula de gas y en la boca de entrada de la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11.

La cantidad de gas liberada por la válvula de gas 14 se correlaciona con la diferencia de presión existente entre la presión de salida P2* (igual, en este caso, a la presión atmosférica Pa y a la presión P1*) y la presión P3” existente en el punto más estrecho de la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11.

También en este caso, el regulador de flujo 15 colocado en el conducto 16 para conexión entre la válvula de gas 14 y la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11 permite la regulación de la cantidad de gas suministrada de manera que tenga una relación óptima de aire/gas para la combustión.

El sistema, una vez calibrado por medio del regulador 15, permite obtener una relación de aire/gas constante en todo el rango operativo del quemador 10.

De hecho, es evidente que, para cualquier valor de caudal de aire generado por el ventilador 12, la diferencia de presión (Pa-P3*) (siendo Pa igual a la presión ambiente) generada por el flujo de aire (AF) y medida entre la entrada y la sección más estrecha de la mezcladora de aire/gas de tubo Venturi 11 será la misma que la que genere el caudal de gas que sale de la válvula de gas 14.

De hecho, con el fin de mejorar la combustión, la relación de aire/gas no se mantiene intencionadamente rigurosamente constante en todo el rango de modulación, sino que se varía unas pocas décimas partes de punto porcentual.

Sin embargo, dado que esta variación es muy pequeña, no tiene ningún efecto al objeto del tratamiento presente.

Una variante posible (no ilustrada) con respecto a ambos sistemas ilustrados en las figuras 1 y 2 se representa mediante la utilización de diafragmas como una alternativa al uso de una mezcladora de aire/gas del tipo de tubo Venturi.

Sin embargo, los quemadores de premezcla de los tipos descritos con referencia a las figuras 1 y 2 presentan las desventajas siguientes:

* un rango de modulación que varía de 100% a 20% (relación 1:5) de la potencia térmica nominal; y

* altas pérdidas del cabezal a la potencia térmica máxima. En consecuencia, se ha sentido la necesidad de:

* aumentar el rango de modulación con el fin de llegar a valores mínimos de 10% (relación 1:10) e incluso inferiores; y

* reducir las pérdidas del cabezal de los sistemas de mezcla actuales.

El primer requisito surge del hecho de que los locales a calentar presentan dispersiones de calor cada vez más

bajas, mientras que los usuarios tienen necesidades de comodidad cada vez más altas relativas a la producción de agua caliente para fines sanitarios.

Además, como se ha indicado, hay un uso cada vez más difundido de calderas de tipo combinado (también denominado “calderas de tipo combi”) , es decir, las que son capaces de suministrar calor al agua del sistema de calefacción y, cuando sea preciso, al agua caliente para usos sanitarios.

Sin embargo, este tipo de caldera debe tener la capacidad de suministrar... [Seguir leyendo]

1. Un quemador de premezcla de comburente/gas combustible (110; 210; 310) , incluyendo los componentes siguientes:

* medios de ventilación (112; 212; 312) para enviar el comburente y la mezcla de comburente/gas combustible a un cabezal de combustión (TC) ;

* medios (114; 214; 314) para regular la inmisión del gas combustible;

* un sistema de mezcla de comburente/gas combustible (111; 211; 311) incluyendo medios para la pérdida de presión localizada (111A; 211A; 311A) ; y

* un cabezal de combustión (TC) , provisto de un dispositivo (17) para el encendido de la mezcla de comburente/gas combustible y para la detección de la presencia de la llama;

donde dicho sistema de mezcla (111; 211; 311) :

dicho sistema de mezcla (111; 211; 311) se divide en dos canales de mezcla (CH1) , (CH2) para mezclar el comburente con el gas combustible; donde solamente uno (CH2) de dichos dos canales de mezcla (CH1, CH2) está provisto de medios de apertura/cierre (130; 230; 330) diseñados para regular los caudales de la mezcla a través de dichos dos canales de mezcla (CH 1, CH2) , caracterizándose dicho quemador de premezcla (110, 210, 310) porque dicho sistema de mezcla (111, 211, 311) se divide en dichos canales de mezcla (CH1) , (CH2) por un elemento deflector (120) , estando conformado dicho elemento deflector (120) de tal forma que imparta a cada canal de mezcla (CH1) , (CH2) la forma de un tubo Venturi.

2. El quemador de premezcla (110; 210) según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de apertura/cierre (130; 230) prevén un peso y una forma adecuados para la apertura del paso para aire, o para la mezcla de aire/gas, a valores de diferencia de presión más altos que un mínimo preestablecido.

3. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho sistema de mezcla (111; 211; 211) tiene un eje vertical (Y) .

4. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, caracterizado porque dicho sistema de mezcla (111; 211; 211) tiene un eje horizontal (X) .

5. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, caracterizado porque dicho sistema de mezcla (111; 211; 311) tiene un eje inclinado una cantidad deseada con respecto a un eje horizontal (X) o un eje vertical (Y) .

6. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dichos medios de apertura/cierre (130; 230; 330) se mueven durante la apertura bajo el empuje de los fluidos (aire o mezcla de aire/gas) , y se vuelven a cerrar automáticamente debido a su propio peso durante el cierre.

7. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos medios de apertura/cierre (130; 230; 330) están articulados a una bisagra (HG) fijada a una pared (WL) .

8. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos medios de apertura/cierre (130; 230; 330) incluyen un elemento flotante de apertura/cierre tal que el movimiento hacia arriba sea completamente libre y sea guiado de forma única por el empuje fluidodinámico del fluido que pasa a su través.

9. El quemador de premezcla (110;210; 310) según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las dimensiones de las secciones mínimas de los canales (CH1, CH2) para la mezcla de los fluidos son las mismas con el fin de generar, dado el mismo flujo de aire que pasa a su través, la misma diferencia de presión.

10. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según las reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizado porque las dimensiones de las secciones mínimas de los canales (CH1, CH2) para la mezcla de los fluidos son diferentes con el fin de generar, dado el mismo flujo de aire que pasa a su través, una diferencia de presión diferente y preestablecida.

11. El quemador de premezcla (310) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema de mezcla (311) incluye al menos dos diafragmas (340, 350) contenidos en los dos canales (CH1, CH2) y que tiene un agujero central respectivo (340A, 350A) que permite el flujo del aire empujado por los medios de ventilación (312) ; siendo dichos medios de apertura/cierre (330) de un peso y forma adecuados para la apertura del paso del aire, o de la mezcla de aire/gas, en secuencia y a valores de diferencia de presión más altos que un mínimo preestablecido.

12. El quemador de premezcla (110; 210; 310) según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque contempla secciones de entrada de gas (Q1, Q2) en el sistema de mezcla (111; 211; 311) ; estando configuradas dichas secciones de entrada de gas (Q1, Q2) de tal forma que proporcionen la resistencia fluidodinámica necesaria para obtener la relación de aire/gas apropiada.