ES2229249T3 - Quemador de radiacion de gas con una placa de quemador de material fibroso y produccion de ruido reducida. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN QUEMADOR DE GAS COMO OBJETIVO, CON UNA CARCASA COMO CAMARA DE QUEMADOR, UN TUBO DE MEZCLA PARA LA AFLUENCIA DE LA MEZCLA DE GAS/AIRE A LA CAMARA DEL QUEMADOR, CON UNA PLACA DE QUEMADOR A BASE DE MATERIAL DE FIBRA, CON EQUIPOS DE REGULACION PARA LA AFLUENCIA DE GAS, UN SOPLADOR PARA LA AFLUENCIA DE AIRE, ASI COMO CON LOS EQUIPOS DE SUPERVISION DE TEMPERATURA, SEGURIDAD, ENCENDIDO HABITUALES, DONDE LA PLACA DE QUEMADOR ESTA UNIDA CON LA CARCASA DE LA CAMARA DE QUEMADOR NO SOLAMENTE EN LA ZONA DEL BORDE CONJUNTA. EL DESARROLLO DE RUIDO SE ENCUENTRA EN UNA DEPRESION COMPLETA EN LA FASE DE ARRANQUE PRACTICA DEL QUEMADOR Y SE EVITA UNA CAIDA DE PRESION EN LA CAMARA DEL QUEMADOR.

Description

Quemador de radiación de gas con una placa de quemador de material fibroso y producción de ruido reducida.

La presente invención concierne a un quemador de radiación de gas con una carcasa metálica como cámara del quemador, un tubo mezclador para la alimentación de la mezcla de gas/aire a la cámara del quemador, una placa de quemador de material fibroso, dispositivos de regulación para la alimentación de gas, un soplante para la alimentación de aire y dispositivos usuales de encendido, seguridad y vigilancia de la temperatura.

Se conocen quemadores de radiación de gas para su empleo en calefacciones, calderas de agua caliente y sistemas de secado.

Igualmente, tales quemadores son usuales para aparatos de cocción. Así, por ejemplo, en la patente alemana DE 24 40 701 C3 se describe una cocina de gas con varios quemadores de puesto de cocción que están construidos como quemadores de radiación calentados por gas con placas de cerámica perforadas, en cuya superficie se quema el gas sin llama. Éstas se encuentran dispuestas a cierta distancia por debajo de una placa de vitrocerámica común a todos los quemadores. El espacio que rodea a los quemadores está cerrado aquí por todos los lados, excepto por fuera de la placa de vitrocerámica y de aberturas alejadas del lado de maniobra de la cocina de gas para evacuar los gases de combustión, y cada quemador presenta un dispositivo de encendido accionable desde fuera y un seguro de encendido para protección contra la salida de gas no quemado. Esta invención se caracteriza porque entre la placa de vitrocerámica y la superficie de radiación de cada placa de cerámica de quemador se ha elegido una pequeña distancia de aproximadamente 10 mm a 15 mm, porque cada quemador está subdividido en al menos dos cámaras y porque cada una de estas cámaras está equipada con un inyector de gas que aspira el aire comburente.

El documento DE 24 40 701 C3 se basa en el problema de crear una cocina de gas que posea un alto rendimiento y que, conservando este alto rendimiento, permita, no obstante, una buena posibilidad de regulación con respecto a una demanda de calor diferente.

Se pueden deducir de la patente US 4,673,349 unos quemadores de radiación de gas con placas de quemador de cerámica porosa que presentan un volumen de poros de más de 30% en volumen y un diámetro medio de poros de 25-500 \mum. Además, estas placas de quemador poseen una pluralidad de canales continuos distanciados 2-30 mm uno de otro con diámetros hidráulicos de 0,05-5,0 mm, que discurren perpendicularmente a la superficie de combustión.

La cerámica porosa consiste aquí especialmente en un material compuesto que puede contener 2-50% en peso de fibras inorgánicas, especialmente cerámicas, resistentes al calor.

Por tanto, según el estado de la técnica se emplean como placas de quemador unas placas de cerámica porosas perforadas o unos trenzados de fibras de cerámica o metal. Estas placas de quemador cierran hacia arriba la cámara de mezclado o la cámara de quemador a la que se aporta la mezcla de gas/aire. En la capa más superior de la placa de quemador no arden llamas con las cuales se pongan incandescentes las placas de quemador y actúen como radiadores de calentamiento. La temperatura de la placa de quemador radiante está entre aproximadamente 900 y 950ºC.

Quemadores de radiación de gas del mismo tipo se utilizan también en la calefacción de locales, en preparadores de agua caliente y en sistemas de secado. En general, se hace que se ilumine toda la superficie de la placa del quemador; únicamente en quemadores de dos circuitos se hacen funcionar por separado un disco circular interior y un quemador anular exterior.

En quemadores de radiación de gas con placas de quemador de material fibroso es desventajoso el hecho de que en la fase de arranque de los quemadores, es decir, dentro de los primeros 15 segundos después del encendido, se presenta un fenómeno acústico que puede ser oído claramente como un fuerte zumbido por el usuario. Este zumbido no constituye ciertamente ningún riesgo para la seguridad, pero tiene su repercusión sobre la aptitud de uso y la vida útil de la placa del quemador.

Este fenómeno se produce de la manera siguiente:

El gas es disparado hacia dentro de un tubo mezclador a través de una boquilla. Debido a la alta velocidad del gas se produce en el entorno inmediato del disparo una depresión, por lo que se aspira aire hacia dentro del tubo mezclador. Esta mezcla de gas/aire entra en la cámara del quemador, atraviesa la placa del quemador en forma homogéneamente distribuida y se enciende en el lado superior. La placa del quemador sirve así como soporte de la llama para fijar las llamas en el lado superior de la placa del quemador. Las llamas ceden entonces energía a la placa del quemador. Ésta es suficiente para poner incandescente las capas fibrosas superiores de la placa del quemador. La energía de radiación así obtenida puede ser cedida ahora al medio que se haya de calentar.

Ahora bien, durante la fase de arranque de los quemadores, es decir, dentro de los primeros 15 segundos después del encendido, no se presenta aún una mezcla de gas/aire óptima. Es decir, poco después de que se abra la válvula de gas y entre gas disparado en el tubo mezclador, se impulsa primero una columna de aire de mayor contenido de oxígeno hacia dentro del quemador antes de que la mezcla de gas/aire haya alcanzado su mezclado óptimo y se presente finalmente como homogéneamente mezclada en la placa del quemador. En esta fase inicial las llamas, que están más frías debido al exceso de aire, se elevan separándose de la placa del quemador. Si se hace entonces más rica la mezcla, es decir que se hace mayor la proporción del gas combustible, las llamas ahora más calientes retornan a la placa del quemador y ceden allí energía, es decir que se enfrían allí para volverse a elevar después. Este proceso se repite, por un lado, hasta que la mezcla se presente en forma homogéneamente distribuida y con menor exceso de aire en la placa del quemador y, por otro lado, la temperatura de las fibras y la temperatura de la llama sean aproximadamente iguales. La frecuencia con la que se elevan y retroceden las llamas hace que vibren la placa del quemador y, por tanto, una columna de aire. Estas vibraciones están en el dominio audible.

Usualmente, este problema se elimina hoy en día de modo que en la propia cámara del quemador se instalan chapas perforadas. Estas chapas tienen como consecuencia una caída de presión que es mayor en aproximadamente el factor 5 a 10 que la caída de presión en la propia placa del quemador. Gracias a esta medida, se generan dos recintos con densidades de aire diferentes. Las ondas acústicas que se presentan son atenuadas en este volumen más denso y se suprime así también la producción de ruido.

En este procedimiento tiene una repercusión desventajosa la caída de presión adicional en el quemador. El soplante tiene que trabajar contra ésta para poder aportar suficiente aire comburente. Sin embargo, esto presupone un soplante que pueda establecer una presión estática de la misma magnitud y que, como consecuencia de ello, posea un mayor tamaño de construcción.

Este fenómeno se presenta sustancialmente en todos los quemadores de radiación, pero sobre todo en los quemadores asistidos por soplante. En tales quemadores se presenta este efecto con mayor intensidad todavía, ya que en la fase de arranque, en comparación con quemadores que trabajan a presión atmosférica, se impulsa más aire hacia dentro del tubo mezclador y transcurre así más tiempo hasta que se alcance una distribución óptima y homogénea de la mezcla.

En el documento US 5 306 140 A se describe un quemador de radiación de gas con dos placas de quemador colindantes en zonas de borde que están unidas en sus zonas de borde con la carcasa de la cámara del quemador. Una abrazadera común a las dos placas del quemador sirve aquí para unir las zonas de borde colindantes con el fondo de la carcasa. En las zonas centrales ambas placas del quemador están al descubierto.

Por tanto, el cometido de la presente invención consiste en proporcionar un sencillo quemador de radiación de gas con producción de ruido reducida o nula que reduzca la caída de presión de todo el quemador a un valor mínimo y que pueda ser alimentado así con suficiente aire comburente incluso con soplantes de menor potencia de transporte y menor tamaño de construcción.

El problema de la invención se resuelve por el hecho de que la placa del quemador está unida con la carcasa de la cámara del quemador no sólo en la zona de borde común, sino también en la zona central.

En efecto, como se ha indicado ya más arriba, se había visto que la placa del quemador es ella misma hecha vibrar también y contribuye así primordial y sensiblemente a la producción de ruido. Si se suprime la vibración de la placa del quemador según la invención, se elimina entonces también, como consecuencia de ello, la producción de ruido.

La zona de unión no se pone entonces ella misma en estado incandescente, lo cual puede ser enteramente ventajoso:

En la práctica, es favorable incluso un descenso de la potencia específica en el centro del quemador, ya que, en caso contrario, se produce durante el funcionamiento un fuerte aumento de la temperatura en el centro del quemador. Las piezas de vajilla empleadas en el uso práctico se asientan en el borde del fondo y están abombadas hacia arriba en el centro del fondo, con lo que se produce un fino cojín de aire. Debido a este cojín de aire, la evacuación de calor en el centro es menor que en el borde y se produce una punta de temperatura cuando la distribución de potencia del quemador es uniforme. En elementos de calentamiento para zonas de cocción que operan eléctricamente se reduce, por este motivo, la potencia del quemador en el centro en comparación con la potencia media específica.

La unión de la placa del quemador con la cámara de éste se puede materializar de maneras diferentes según la invención.

Así, para la unión centrada o en lugar de ella pueden estar formados aún en varios sitios unos lugares de contacto puntiformes y/o lineales y/o circulares que unan la placa del quemador con la carcasa de la cámara del mismo.

Sin embargo, hay que tener en cuenta a este respecto que como máximo el 50% de la superficie total de la placa del quemador esté unido con la carcasa, ya que, en caso contrario, se formaría nuevamente, al igual que en las placas perforadas del estado de la técnica, una caída de presión que haría necesarias mayores potencias del soplante.

En una forma de ejecución preferida la placa del quemador está unida indirectamente con la carcasa de la cámara del mismo mediante un material que amortigua las vibraciones que provocan el ruido de zumbido, forma puente bajo ligero pretensado y/o se une por pegadura a al menos una de las superficies de contacto.

A este fin, son adecuados como amortiguadores de vibraciones materiales de cerámica, vidrio o metal, pero especialmente materiales elásticos, tales como materiales fibrosos que entrañan también en grado mínimo el riesgo de que resulte dañada la sensible placa del quemador.

El diámetro del material configurado como amortiguador de vibraciones preferiblemente en forma circular o anular y colocado en posición centrada en la cámara del quemador no deberá ser de menos de 20 mm, especialmente 22 mm, siendo en este caso de 210 mm el diámetro de la cámara del quemador.

En una forma de ejecución muy preferida la placa del quemador está unida directamente, bajo un ligero pretensado, con la carcasa de la cámara del mismo mediante una configuración correspondiente de la carcasa de la cámara del quemador o una conformación correspondiente, por ejemplo "en forma de seta", de la cámara del quemador.

Esta forma de ejecución garantiza un montaje especialmente sencillo del quemador.

En esta forma de ejecución es también ventajoso unir y fijar la superficie de contacto entre la placa del quemador y la carcasa por medio de pegadura.

La placa de quemador según la invención consiste en fibras o filamentos resistentes a la temperatura, especialmente fibras cerámicas del sistema Al_{2}O_{3}-SiO_{2}, fibras de SiC o fibras metálicas.

En las figuras 1 a 3 se representan formas de ejecución preferidas:

la figura 1 muestra una placa de quemador 1 colocada sobre un amortiguador de vibraciones 2 con un diámetro de 210 mm. Se ha visto que el diámetro del amortiguador 2 no deberá ser inferior a 20 mm, siendo de 22 mm en una forma de ejecución preferida. El material deberá ser algo flexible. Se ofrece para esto material a base de fibras cerámicas (como, por ejemplo, papel de fibras cerámicas). El propio amortiguador 2 se pega a la carcasa de la cámara 3 del quemador con un pegamento 4 resistente a la temperatura.

La figura 2 muestra, análogamente a la figura 1, una placa de quemador 2 pegada también a un amortiguador de vibraciones 2. En esta forma de ejecución el amortiguador 2 puede ser de metal o material cerámico.

La figura 3 muestra una cámara de quemador 3 en cuya chapa de fondo 3a se ha conformado hacia fuera el amortiguador 2. La propia placa 1 del quemador se pega entonces a la chapa de fondo 3a en la zona del centro.

Se fabrican chapas de quemador según la invención, como las que vende y distribuye, por ejemplo, la firma Global Environmental Solutions, Can Clemente, California, a base de fibras de SiC (Nicalon®, Nippon Carbon o Tyranno®, UBE Industries) con un espesor de 15 \mum, que se ligan unas a otras con SiC por el procedimiento CVD para obtener un cuerpo moldeado. Tales placas de quemador tienen un espesor de 4 mm, un diámetro de 145 ó 180 ó 210 mm y una porosidad del 90%.

Con quemadores de radiación de gas según la presente invención se ha logrado, por un lado, suprimir de forma prácticamente completa la producción de ruido en la fase de arranque de tales quemadores y, por otro lado, evitar una caída de presión que requeriría soplantes de mayor potencia.

Claims (7)

1. Quemador de radiación de gas con una carcasa como cámara del quemador, un tubo mezclador para la alimentación de la mezcla de gas/aire a la cámara del quemador, una placa de quemador a base de material fibroso, dispositivos de regulación para la alimentación de gas, un soplante para la alimentación de aire y dispositivos usuales de encendido, seguridad y vigilancia de la temperatura, caracterizado porque la placa del quemador está unida con la carcasa de la cámara del mismo no sólo en la zona de borde común, sino también en la zona central.

2. Quemador de radiación de gas según la reivindicación 1, caracterizado porque la placa del quemador está unida con la carcasa de la cámara del mismo en varios sitios en forma de puntos y/o en forma de líneas y/o en forma de círculos.

3. Quemador de radiación de gas según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque un 50% como máximo de la superficie total de la placa del quemador está unido con la carcasa.

4. Quemador de radiación de gas según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la placa del quemador está unida indirectamente con la carcasa de la cámara del mismo por medio de un material de puenteo a base de cerámica o cerámica fibrosa o vidrio o metal, por pegado de al menos una superficie de contacto entre la placa del quemador, el material y la carcasa.

5. Quemador de radiación de gas según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la placa del quemador está unida directamente con la carcasa de la cámara del mismo mediante una configuración correspondiente de la carcasa de la cámara del quemador o una conformación correspondiente de la propia placa del quemador.

6. Quemador de radiación de gas según la reivindicación 5, caracterizado porque la placa del quemador está unida con la carcasa de la cámara del mismo por medio de pegadura.

7. Quemador de radiación de gas según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la placa del quemador consiste en fibras resistentes a la temperatura, especialmente fibras cerámicas del sistema Al_{2}O_{3}-SiO_{2}, fibras de SiC o fibras metálicas.