BR112012024866B1 - queimador com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos - Google Patents

Abstract

Queimador com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos. Queimador (1) com alta estabilidade de chama, particularmente para p tratamento térmico de artigos cerâmicos, que compreende um corpo de sustentação (2) equipado com pelo menos uma primeira porta (4) para o fluxo de entrada de um fluido oxidante e com pelo menos uma segunda porta (5) para o fluxo de entrada de um fluido combustível e uma cabeça de combustão (7) que é associada ao corpo de sustentação (2) e é equipada, na sua região central, com meios de bucal (8) que são associados à segunda porta, para o fluxo de saída do fluido combustível em uma região de combustão (9) e, na sua região periférica, com um difusor anular (14) equipado com uma série de aberturas (15) para orientar o fluxo do fluido oxidante em direção à região de combustão. Pelo menos uma das aberturas (15) compreende uma fenda (15a) que é formada no interior do difusor (14) e possui uma extensão ao longo de uma primeira dimensão transversal que é substancialmente maior que a extensão ao longo de uma segunda direção que é transversal à primeira direção.

Description

Campo da Técnica

[001] A presente invenção refere-se a um queimador com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos.

Antecedentes da Técnica

[002] Particular, mas não exclusiva mente com referência ao setor cerâmico, sabe-se que os aparelhos de tratamento térmico de artigos, tais como fornos e secadores, geralmente utilizam queimadores a gás de ar soprado para aquecimento da câmara e processamento desses artigos.

[003] Esses queimadores são geralmente constituídos por um corpo de sustentação que define uma câmara de entrada que se comunica com uma câmara de combustão por meio de uma cabeça de combustão. A câmara de entrada é equipada com uma porta conectada à fonte de ar e corre em volta de um condutor para fornecer o gás combustível que termina na cabeça de combustão, que é equipada com uma série de bocais para o fluxo de saída do gás combustível. O próprio ar flui livremente em volta do condutor para fornecer o gás em direção à cabeça de combustão mencionada acima, que compreende um difusor que é equipado com uma série de aberturas para orientar o fluxo de ar que flui para o interior da câmara de combustão para obter a mistura com o gás combustível que flui para fora dos bocais da cabeça de combustão.

[004] O difusor da cabeça de combustão é geralmente constituído por uma placa anular que é disposta sobre um plano perpendicular ao condutor para fornecer o gás combustível. Uma primeira face da placa é frontal, portanto, à câmara de entrada, enquanto a segunda face, sobre o lado oposto à primeira face, é frontal à câmara de combustão. As aberturas mencionadas acima penetram em toda a espessura do difusor, correndo da primeira para a segunda face.

[005] No centro do difusor, a cabeça de combustão possui um elemento tubular, do qual uma extremidade é unida ao condutor de fornecimento de gás e a outra extremidade, frontal para a câmara de combustão, é fechada e equipada com uma série de bocais para o fluxo de saída do gás. Esse elemento tubular pode ser integral com o próprio difusor ou pode ser conectado de forma removível, para permitir a montagem de elementos de conexão alternativos com formato diferente de acordo com o tipo de gás combustível empregado.

[006] O difusor geralmente é equipado com uma série de orifícios circulares, dispostos ao longo de pelo menos uma circunferência próxima ao centro, cujos eixos correspondentes são inclinados de forma a convergir na extensão do eixo longitudinal do condutor de fornecimento de gás ao longo da câmara de combustão, o que permite fluxo linear do ar na câmara de combustão.

[007] O difusor também possui uma série de ranhuras formadas sobre a sua região periférica de acordo com planos que são inclinados com relação ao eixo longitudinal, para fornecer à quantidade de ar que passa através delas um movimento helicoidal ao longo da câmara de combustão.

[008] Esses queimadores podem ser equipados com um condutor posterior que é aberto em uma extremidade, associado ao corpo de sustentação, dentro do qual é acomodada a cabeça de combustão e que forma a câmara de combustão. Pode também ser fornecido, no interior do corpo de sustentação, um elemento tubular para conduzir o ar em direção à cabeça de combustão. Um queimador com as características especificadas no preâmbulo da reivindicação 1 é conhecido em DE 19925276 Al.

[009] Esses queimadores do tipo conhecido não escapam de desvantagens, dentre as quais encontra-se o fato de que elas não possibilitam a obtenção de mistura ideal do ar e do gás combustível, particularmente com fluxos de gás reduzidos, o que causa a formação de substâncias não queimadas com conseqüente rendimento ineficiente da combustão, e não garantem a estabilidade da chama em situações em que o sistema de combustão opera com fluxos de gás que estão próximos do nível mínimo. Além disso, os orifícios formados perto do centro do difusor tendem a ficar sujos e tornam-se obstruídos ao longo do tempo, devido ao uso de ar recuperado e não filtrado, de forma a necessitar de atividades de manutenção periódica e/ou substituição e, desta forma, exibem rápido declínio dos níveis de desempenho entre uma intervenção e a seguinte.

Descrição Resumida da Invenção

[010] O objeto da presente invenção é o de eliminar as desvantagens do estado da técnica mencionadas acima, fornecendo um queimador com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos, que possibilita a obtenção de mistura ideal do ar e do gás combustível, independentemente da razão dos fluxos fornecidos, e que garante estabilidade de chama mesmo sob condições de operação com fluxos de gás mínimos.

[011] Dentro deste objetivo, um objeto da presente invenção é ser eficiente e duradouro, mesmo com o uso de ar quente recuperado.

[012] Um objeto adicional da presente invenção é o de fornecer uma estrutura simples que possui implementação relativa mente fácil e prática, uso seguro e operação eficaz, bem como custos relativamente baixos.

[013] Este objetivo e estes e outros objetos que se tornarão mais evidentes a seguir são atingidos pelo queimador de acordo com o presente com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos, que compreende um corpo de sustentação equipado com pelo menos uma primeira porta para o fluxo de entrada de um fluido oxidante e com pelo menos uma segunda porta para o fluxo de entrada de um fluido combustível e uma cabeça de combustão que é associada ao mencionado corpo de sustentação e é equipada, na sua região central, com meios de bocal que são associados à mencionada segunda porta, para o fluxo de saída do fluido combustível em uma região de combustão e, na sua região periférica, com um difusor anular equipado com uma série de aberturas para orientar o fluxo do fluido oxidante em direção à região de combustão, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das mencionadas aberturas compreende uma fenda, que é fornecida no interior do mencionado difusor e possui uma extensão ao longo de uma primeira dimensão transversal que é substancial mente maior que a extensão ao longo de uma segunda direção transversal à primeira direção.

Breve Descrição das Figuras

[014] Características e vantagens adicionais da presente invenção tornar-se-ão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir de uma realização preferida, mas não exclusiva, de um queimador com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos, ilustrado por meio de exemplo não limitador nas figuras anexas, nas quais: - a Figura 1 é uma vista de projeção em perspectiva esquemática de um queimador de acordo com a presente invenção; - a Figura 2 é uma vista em seção cruzada longitudinal esquemática do queimador da Figura 1; - a Figura 3 é uma vista de projeção em perspectiva esquemática da cabeça de combustão do queimador de acordo com a presente invenção; - a Figura 4 é uma vista frontal esquemática do difusor da cabeça de combustão do queimador de acordo com a presente invenção; e - a Figura 5 é uma vista plana esquemática do difusor da Figura 4.

Formas de Condução da Invenção

[015] Com referência às figuras, o algarismo de referência 1 designa, de forma geral, um queimador com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos.

[016] De fato, o queimador 1 é especifica mente projetado para aplicação em aparelhos de tratamento térmico de artigos cerâmicos, tais como fornos e secadores.

[017] O queimador 1 compreende um corpo de sustentação 2 que é internamente oco, de maneira a formar uma câmara de entrada 3.

[018] O corpo de sustentação 2 é equipado com pelo menos uma primeira porta 4 para o fluxo de entrada de um fluido oxidante e com pelo menos uma segunda porta 5 para o fluxo de entrada de um fluido combustível.

[019] A primeira porta 4 pode ser conectada a um sistema de ventilação para sopro do fluido oxidante, geralmente constituído por ar, possivelmente reciclado pelo mesmo aparelho no qual é aplicado o queimador 1.

[020] O fluido combustível encontra-se preferencialmente no estado gasoso, tal como metano e similares.

[021] O corpo de sustentação 2 é fixado a um flanco 6 para fixação à estrutura do aparelho ao qual é aplicado o queimador 1.

[022] O queimador 1 também compreende uma cabeça de combustão 7 que é equipada, na sua região central, com meios de bocal 8 que são associados à segunda porta 5, para o fluxo de saída do fluido combustível em uma região de combustão 9 pelos meios 10 para fornecimento desse fluido.

[023] Os meios de fornecimento 10 são substancialmente constituídos por um condutor 11 que é inserido através do lado interno do corpo de sustentação 2 e em volta do qual corre a câmara de entrada 3.

[024] O condutor 11 possui uma primeira extremidade unida à segunda porta 5 e uma segunda extremidade oposta à primeira, conectada ao meio de bocal 8. No presente relatório descritivo, o eixo longitudinal A do queimador 1 destina-se a ser o eixo ao longo do qual corre o condutor 11.

[025] Os meios de bocal 8 compreendem um elemento terminal 12 que é substancialmente cilíndrico, do qual uma extremidade é aberta e conectada à segunda extremidade do condutor 11 cuja outra extremidade é fechada. Perto da extremidade fechada, sobre a parede lateral do elemento terminal 12, são formados diversos orifícios 13 que são orientados radialmente e distribuídos ao longo de uma circunferência, para o fluxo de saída do fluido combustível.

[026] A cabeça de combustão 7 também compreende, na sua região periférica, um difusor anular 14 que é equipado com uma série de aberturas 15 para orientar o fluxo de fluido oxidante que, a partir da câmara de entrada 3, chega à área de combustão 9 passando através das aberturas.

[027] O plano do difusor 14 é perpendicular com relação ao eixo longitudinal A.

[028] Pelo menos uma das aberturas 15 compreende uma fenda 15a que possui um perímetro fechado e é formada no interior do difusor 14, que possui uma extensão ao longo de uma primeira direção que é substancialmente maior que a extensão ao longo de uma segunda dimensão que é transversal à primeira.

[029] Convenientemente, o formato alongado da fenda 15a possibilita a redução das perdas de cabeça pelo fluido oxidante, com relação às cabeças de combustão tradicionais, garantindo capacidade adequada e velocidade de fluxo do fluido. Além disso, a largura da fenda 15a reduz o fenômeno da sua poluição e obstrução, de forma a possibilitar o fornecimento ao queimador 1 de ar recuperado e não filtrado sem a necessidade de intervenções freqüentes para limpar e/ou substituir a cabeça de combustão 7.

[030] A extremidade fechada do elemento terminal 12 protubera-se axial mente em direção à área de combustão 9 com relação ao difusor 14, de tal forma que os orifícios 13 sejam posicionados para a frente com relação ao difusor 14 em direção à área de combustão.

[031] Mais precisamente, o difusor 14 é equipado com um primeiro grupo de aberturas 15 em posição próxima aos meios de bocal 8 que compreendem a fenda mencionada acima 15a que possui formato tal a definir um arco de circunferência centralizado sobre o eixo longitudinal A. Essa fenda 15a possui uma extensão angular de 90° a 150° e, preferencialmente, 120°.

[032] Além disso, a fenda 15a é formada de acordo com uma parede cônica que converge sobre o eixo longitudinal A, na área de combustão 9, com um ângulo compreendido entre 2o e 5o, de forma a orientar o fluxo de fluido oxidante em direção a esse eixo.

[033] Preferencial mente, duas das fendas mencionadas acima 15a deste primeiro grupo de aberturas 15 são dispostas sobre lados diametralmente opostos dos meios de bocal 8 e diversos orifícios 15b são interpostos entre eles e distribuídos ao longo da circunferência traçada pelas fendas.

[034] Os orifícios 15b também são formados de acordo com eixos que são inclinados com relação ao eixo longitudinal A, com o ângulo mencionado acima compreendido entre 2o e 5o e convergente sobre a área de combustão 9.

[035] A passagem através das fendas 15a e dos orifícios 15b fornece ao fluxo de fluido oxidante uma progressão linear.

[036] Convenientemente, o difusor 14 também é equipado com um segundo grupo de aberturas 15 que são formadas na sua região periférica e cada uma delas é constituída por uma ranhura 15c que é formada de acordo com um plano que é inclinado com relação ao plano do difusor em um ângulo compreendido entre 30° e 60° e, preferencial mente, 45°.

[037] Essas ranhuras 15c orientam o fluxo do fluido oxidante que passa através delas com movimento helicoidal, de forma a otimizar a mistura na área de combustão 9.

[038] Dever-se-á observar que os queimadores 1 são projetados para uso principalmente em aparelhos que são equipados com sistemas de ventilação de fluxo fixo do fluido oxidante (ar) e sistemas de distribuição de fluxo variável do fluido combustível. O que deve ser obtido, portanto, é um fluxo de fluido oxidante na área de combustão 9 que é adaptado para garantir fornecimento de oxigênio suficiente para atingir combustão completa para qualquer fluxo de fluido combustível.

[039] Além disso, caso seja utilizado ar quente recuperado como fluido oxidante, devem ser fornecidos fluxos com volumes maiores que no caso do uso de ar limpo, de forma a obter o mesmo fornecimento de oxigênio na área de combustão 9.

[040] Neste particular, a geometria do difusor 14 foi otimizada e, preferencialmente, o conjunto de ranhuras 15c afeta uma parte que é igual a 20%-30% (preferencialmente 25%) da superfície anular do difusor.

[041] Dever-se-á observar que, considerando a inclinação das ranhuras 15c, a largura máxima de circunferência deve ser determinada com relação à espessura do difusor 14, para evitar a passagem direta do fluxo de fluido oxidante na direção axial.

[042] O queimador 1, nesta realização, permite mistura combinada, axial e centrífuga, na área de combustão 9.

[043] Não se exclui a possibilidade, entretanto, que o difusor 14 seja equipado com aberturas 15 que são exclusiva mente do tipo fenda 15a, de forma a obter uma mistura que seja puramente axial.

[044] O queimador 1 também é equipado com um eletrodo de ignição 16 e com um sensor 17 para monitorar a combustão, ambos do tipo tradicional e, portanto, não descrito em detalhes.

[045] O eletrodo de ignição 16 e o sensor de monitoramento 17 são dispostos em alinhamento com o eixo longitudinal A e inseridos através do difusor 14 em assentos correspondentes 18, terminando na área de combustão 9.

[046] Em um dos orifícios 15b, pode ser inserido um anel metálico, que não é exibido, protubera-se em direção à área de combustão 9 e coopera com o eletrodo de ignição 16 para manutenção da chama.

[047] O queimador 1 possui preferencial mente um elemento tubular 19 para confinar a área de combustão 9, que é associada ao corpo de sustentação 2 e ao longo do qual é disposta a cabeça de combustão 7.

[048] O elemento tubular 19 estende-se ao longo do eixo longitudinal A e sua extremidade aberta 20 é projetada para que seja disposta no interior da câmara aquecida do aparelho no qual é montado o queimador 1.

[049] O posicionamento longitudinal da cabeça de combustão 7 ao longo do elemento tubular 19 pode ser diferente, ou seja, mais próximo ou mais distante da extremidade aberta 20, conforme as necessidades da aplicação específica. Além disso, podem ser fornecidos meios de ajuste da posição longitudinal da cabeça de combustão 7 ao longo do elemento tubular 19, que não são exibidos nas figuras.

[050] O queimador 1 pode também possuir um elemento de condução 21 que é associado no interior do corpo de sustentação 2, de forma a dirigir o fluxo do fluido oxidante em direção ao difusor 14.

[051] Este elemento de condução 21 pode ser constituído por uma camisa tubular que é disposta no interior da câmara de entrada 3 ao longo do eixo longitudinal A e estende-se no interior do elemento tubular 19, com uma extremidade conectada ao fundo 2a do corpo de sustentação 2 e a outra extremidade encaixada sobre o difusor 14.

[052] Na primeira porta 4, a parede lateral do elemento de condução 21 possui uma série de fendas 22 que são distribuídas de forma anular para permitir a passagem do fluxo de fluido oxidante da primeira porta 4 em direção ao difusor 14, passando, sucessiva mente, através da câmara de entrada 3, das fendas 22 e do lado interno do elemento de condução 21.

[053] Em uma realização alternativa, que não é exibida, o elemento de condução 21 pode ser fixado ao corpo de sustentação 2 no flanco 6, deixando livre a câmara de entrada 3, e possuir uma série de fendas 22 que são distribuídas de forma anular para permitir a passagem do fluxo de fluido oxidante da câmara de entrada 3 para o espaço formado entre a parede externa do elemento de condução e a parede interna do elemento tubular 19. Desta forma, é possível obter a ventilação de qualquer excesso de fluido oxidante, de acordo com as perdas de cabeça que tenham ocorrido na passagem através das aberturas 15, de forma a evitar fenômenos de separação de chama que poderiam ocorrer se o fluxo de fluido oxidante atingisse a área de combustão 9 com velocidade excessiva, e o elemento tubular 19 é resfriado.

[054] Na prática, descobriu-se que o queimador de acordo com a presente invenção conforme descrito, atinge o objetivo e os objetos pretendidos e, particularmente, chama- se a atenção para o fato de que o queimador de acordo com a presente invenção garante estabilidade de chama sob qualquer condição de operação e permite mistura ideal de ar e gás combustível e, portanto, um processo de combustão que é eficiente.

[055] Além disso, o queimador é particularmente adaptado para uso em sistemas cerâmicos que executam processos de secagem ou ignição e que fornecem ar recuperado com fluxo fixo.

[056] A presente invenção concebida desta forma é susceptível de numerosas modificações e variações, todas as quais encontram-se dentro do escopo das reivindicações anexas.

[057] Além disso, todos os detalhes podem ser substituídos por outros elementos tecnicamente equivalentes.

[058] Na prática, os materiais empregados, bem como as formas e dimensões contingentes, podem ser quaisquer de acordo com as necessidades, mas sem, por esta razão, abandonar o escopo de proteção das reivindicações anexas.

[059] As revelações do Pedido de Patente Italiano n° M02010A000087, do qual o presente pedido reivindica prioridade, são incorporadas ao presente como referência.

[060] Quando características técnicas mencionadas em qualquer reivindicação forem seguidas por sinais de referência, esses sinais de referência foram incluídos para o único propósito de aumentar a inteligibilidade das reivindicações e, consequentemente, esses sinais de referência não possuem nenhum efeito limitador sobre a interpretação de cada elemento identificado, por exemplo, por esses sinais de referência.

Claims (10)

1. Queimador (1) com alta estabilidade de chama, particularmente para o tratamento térmico de artigos cerâmicos, que compreende: um corpo de sustentação (2) equipado com pelo menos uma primeira porta (4) para o fluxo de entrada de um fluido oxidante e com pelo menos uma segunda porta (5) para o fluxo de entrada de um fluido combustível; e uma cabeça de combustão (7) que é associada ao mencionado corpo de sustentação (2) e é equipada, na sua região central, com meios de bocal (8) que são associados à mencionada segunda porta (5), para o fluxo de saída do fluido combustível em uma região de combustão (9) e, na sua região periférica, com um difusor anular (14) equipado com uma série de aberturas (15) para orientar o fluxo do fluido oxidante em direção à mencionada região de combustão; em que os meios de bocal (8) compreendem um elemento terminal (12) possuindo uma extremidade fechada e uma parede lateral em que, perto da extremidade fechada, são formados diversos orifícios (13) que são orientados radialmente e distribuídos ao longo de uma circunferência, para o fluxo de saída do fluido combustível; em que o mencionado difusor (14) compreende um segundo grupo das mencionadas aberturas (15), que são dispostas na sua região periférica e cada uma delas compreende uma ranhura correspondente (15c), que é formada ao longo de um plano que é inclinado com relação ao plano de disposição do mencionado difusor; caracterizado por pelo menos uma das mencionadas aberturas (15) compreender uma fenda (15a) que é formada no interior do mencionado difusor (14) e possui uma extensão ao longo de uma primeira dimensão transversal que é substancialmente maior que a extensão ao longo de uma segunda direção que é transversal à primeira direção; dita fenda (15a) possuindo um perímetro fechado e um formato alongado definindo um arco de circunferência centrado no eixo longitudinal (A) do queimador (1).

2. Queimador (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a mencionada fenda (15a) possuir uma extensão angular compreendida entre 90° e 150°.

3. Queimador (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a mencionada fenda (15a) ser moldada de acordo com uma parede cônica que converge em direção a um eixo que é perpendicular ao plano de disposição do mencionado difusor (15) em um ângulo compreendido entre 2o e 5o.

4. Queimador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o mencionado primeiro grupo de aberturas (15) compreender duas das mencionadas fendas (15a), que são dispostas sobre lados diametral mente opostos com relação aos mencionados meios de bocal (8) e uma pluralidade de orifícios (15b), que são interpostos entre elas e distribuídos ao longo da circunferência traçada pelas mencionadas fendas.

5. Queimador (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma das mencionadas ranhuras (15c) ser formada ao longo de um plano que é inclinado com relação ao plano de disposição do mencionado difusor (14) em um ângulo compreendido entre 30° e 60°.

6. Queimador (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado por o conjunto de ranhuras (15c) afetar uma porção que é de 20% a 30% da superfície anular do mencionado difusor (14).

7. Queimador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os mencionados meios de bocal (8) são conectados de forma destacável ao mencionado difusor (14).

8. Queimador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um elemento tubular (19) para confinar a região de combustão (9), que possui uma extremidade associada ao mencionado corpo de sustentação (2) e ao longo do qual é disposta a mencionada cabeça de combustão (7).

9. Queimador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um elemento de condução (21), que é associado no interior do mencionado corpo de sustentação (2), de forma a dirigir o fluxo do mencionado fluido oxidante em direção ao mencionado difusor (14).

10. Queimador (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o mencionado elemento de condução (21) compreender uma camisa tubular, a qual uma extremidade é associada ao corpo de sustentação (2) e cuja extremidade oposta é encaixada sobre o difusor (14), sobre cuja parede lateral existe uma pluralidade de ranhuras distribuídas de forma anular (22).

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