ES2236853T3 - Caldera de premezcla de condensacion mejorada para sistemass de calefaccion y agua sanitaria. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UNA CALDERA DE PREMEZCLA DE CONDENSACION, MEJORADA PARA SISTEMAS DE AGUA SANITARIA Y DE CALEFACCION QUE COMPRENDE AL MENOS UN INTERCAMBIADOR DE CALOR PROVISTO DE ALETAS CUYAS ALETAS (4) ESTAN PROVISTAS DE MUESCAS SITUADAS HACIA LA PARTE INFERIOR E INCLINADAS PARA DIRIGIR EL GOTEO DEL FLUIDO CONDENSADO SEPARANDOLO DE LA HOJA DEL TUBO (2) DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR, LA HOJA DEL TUBO (2) SUMINISTRA, JUNTO CON LAS ALETAS ESPECIFICAMENTE CONTORNEADAS (4), UNA PLURALIDAD DE ETAPAS DE INTERCAMBIO TERMICO (5, 6, 7); Y AL MENOS UN QUEMADOR CERAMICO PROVISTO DE UN BLOQUEO DE PREMEZCLA (9) QUE INCLUYE AL MENOS UNA PESTAÑA (10) Y UNA O MAS TOBERAS CALIBRADAS (11), CON UNA PLURALIDAD DE PLACAS PERFORADAS (14, 15) CORRIENTE ARRIBA DE LAS PLACAS CERAMICAS (16, 17) EN DONDE SE PRODUCE LA COMBUSTION, Y QUE ESTA ADAPTADA PARA ASEGURAR UNA DISTRIBUCION UNIFORME DE LA MEZCLA DE AIRE-GAS A TRAVES DE TODAS LA SUPERFICIE DEL QUEMADOR, ASI COMO UN ELEMENTO DE SOPORTE QUE TIENE UNA JUNTA DE SELLAMIENTO(18) QUE PERMITE QUE SE EXPANDAN LAS PLACAS CERAMICAS (16, 17).

Description

Caldera de premezcla de condensación mejorada para sistemas de calefacción y agua sanitaria.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a una caldera de premezcla de condensación mejorada para sistemas de calefacción y agua sanitaria.

Como es conocido, la producción de agua caliente para usos generales y, en particular, para uso doméstico, ha despertado en el último año un interés creciente tanto por los usuarios finales como por los fabricantes de medios de calefacción para satisfacer las recientes existencias del mercado en relación con las reglas de ejecución, los consumos, emisiones nocivas, tamaño, costes, etc.

En consecuencia, la caldera de calefacción, que constituye el elemento básico de cualquier sistema de calefacción, se ha sometido, en los últimos años, a varios intentos de rediseño por las industrias del sector, con el fin de satisfacer las exigencias de un mercado cada vez más riguroso.

Por otro lado, las calderas disponibles, aunque resuelven el anterior problema técnico, tienen los inconvenientes siguientes.

Tienen un tamaño comparativamente grande lo que suele deberse a un diseño insatisfactorio en relación con la disposición general del aparato.

Aunque las emisiones nocivas han sido muy reducidas con respecto a las calderas anteriores, frecuentemente no cumplen las nuevas normas legales que son cada vez más restrictivas tanto a escala nacional como a escala comunitaria.

Además, las calderas mencionadas tienen un consumo de potencia comparativamente alto, debido a un rendimiento de combustión deficiente así como altos costes de explotación y fabricación, debido a la gran cantidad de materiales usados y a un diseño no completamente óptimo desde el punto de vista de la simple construcción.

Otro inconveniente es la duración comparativamente pequeña de las calderas anteriores, lo que se debe a una alteración en el tiempo de las características de los principales componentes de dichas calderas, tales como, por ejemplo, los intercambiadores de calor.

Por último, los modernos requisitos, tanto legales como del tipo explotación, exigen un control capilar de cada parámetro relacionado con la explotación de la caldera, lo que aumenta, en gran medida, la complejidad de la electrónica de control que, si no se diseña adecuadamente, puede constituir un punto débil del sistema de calefacción total.

A partir del documento DE - U - 9212347 se conoce una caldera de premezcla de condensación según el preámbulo de la reivindicación 1. Los quemadores de cerámica se conocen a partir de, por ejemplo, los documentos US - A - 5570659 o GB - A - 2223838.

Resumen de la invención

En consecuencia, el objetivo de la presente invención es superar el inconveniente anteriormente mencionado de la técnica anterior.

Por lo tanto, la invención se refiere concretamente a una caldera de premezcla de condensación mejorada, específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria, de alto contenido tecnológico, que permite reducir, en gran medida, las dimensiones y costes totales, al mismo tiempo que proporciona un funcionamiento muy fiable y reduce, además, las emisiones nocivas.

En resumen, para conseguir el objetivo antes mencionado y otros objetivos, la invención se refiere a una caldera de premezcla de condensación mejorada, concretamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria, que comprende al menos un intercambiador de calor de aletas, cuyas aletas están provistas de muescas inclinadas y dispuestas hacia abajo para dirigir el condensado de goteo alejándose de la placa tubular de dicho intercambiador de calor, proporcionando dicha placa tubular, en cooperación con los contornos de aletas específicamente diseñados, una pluralidad de etapas de intercambio térmico y al menos un quemador de cerámica que comprende un bloque de premezcla que tiene al menos una brida y una o más toberas calibradas, una pluralidad de placas perforadas corriente arriba de las placas de cerámica, donde se realiza la combustión, adaptada para asegurar una distribución uniforme de la mezcla de aire - gas sobre toda la superficie de dicho quemador y un elemento de soporte que comprende una junta de sellado que permite la expansión de dichas placas de cerámica.

La caldera de premezcla de condensación mejorada, específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria, según la invención, está caracterizada por las propiedades estipuladas en la reivindicación 1.

La caldera de premezcla de condensación mejorada, específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria según la invención, proporciona las ventajas siguientes.

Las características constructivas del intercambiador de calor usado permiten obtener un muy alto intercambio térmico para la superficie unitaria y una muy alta duración y mantenimiento en el tiempo de las características de dicho intercambiador de calor.

Debido al alto rendimiento de la caldera objetivo, es posible reducir el peso del intercambiador de calor con un porcentaje del 25 al 40%, con una duración mínima o vida útil de 15 años y esto se debe también a una configuración específicamente diseñada de la caldera que elimina las denominadas "zonas muertas", donde la temperatura podría aumentar así el daño al intercambiador de calor.

El "desgaste" inicial o los fenómenos de corrosión causados por los gases o humos de combustión sobre la parte superior del intercambiador de calor y por el material condensado en su parte inferior se reducen a muy bajos niveles.

Las emisiones nocivas, en particular las emisiones de óxido de nitrógeno, se reducen a muy pequeños niveles, si se compara con las de las calderas anteriores que tienen la misma potencia.

Un funcionamiento sin ruido, una buena flexibilidad de operación a través de una amplia gama de potencias, junto con las dimensiones muy reducidas de la cámara de combustión, constituyen importantes ventajas adicionales de la caldera mejorada según la invención.

Además, la provisión de soluciones constructivas particulares ha proporcionado una reducción del 30% del material cerámico necesario para fabricar el quemador.

El tamaño total se redujo, en gran medida, con respecto a las calderas de potencia anteriores, debido a un diseño adecuado de la disposición general de la caldera, cuyos componentes individuales han sido integrados y optimizados.

El funcionamiento de la caldera, según la invención, se puede controlar continuamente de forma adecuada utilizando cuidadosamente los modernos medios de lógica de control disponibles en el mercado.

A partir de lo anteriormente expuesto, debe resultar fácilmente evidente que la caldera, según la invención, proporciona relaciones óptimas de coste / rendimiento y coste / duración, con grandes ventajas tanto para el fabricante de la caldera como para el usuario final.

Breve descripción de los dibujos

Otras características, ventajas y detalles de la caldera de premezcla de condensación mejorada, concretamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria, según la invención, se harán más evidentes a partir de la siguiente revelación, con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran, a modo de ejemplo indicativo, pero no limitativo, una realización preferida de dicha caldera.

En los dibujos:

La Figura 1 es una vista en sección trasversal vertical de un trozo de tubo o conducto incluido en la placa tubular del intercambiador de calor de la caldera según la invención.

La Figura 2 es una vista en sección trasversal parcial de las etapas de intercambio térmico del intercambiador de calor incluido en la caldera según la invención.

La Figura 3 es una vista en sección trasversal del bloque de mezcla de aire - gas incluido en el quemador de la caldera según la invención.

La Figura 4 es una vista frontal de la caldera de premezcla de condensación mejorada, específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria, según la invención y

La Figura 5 es una vista lateral de la caldera ilustrada en la Figura 4.

Descripción de la realización preferida

Con referencia a los números de las Figuras anteriormente descritas, la caldera de premezcla de condensación mejorada 1, concretamente diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria según la presente invención, comprende, además de los diversos elementos de conexión y soporte conocidos, un intercambiador de calor de aletas, preferiblemente fabricado de una aleación de aluminio, un quemador de cerámica, del tipo de premezcla, así como un sistema de control de microprocesador.

De forma ventajosa, el tubo o placa tubular 2 y las aletas 4 de dicho intercambiador de calor están dispuestas de modo que proporcionan, verticalmente a través de la aleta, tres etapas de intercambio térmico 5, 6, 7. En particular, la etapa de intercambio térmico 5 es una etapa de alta temperatura, la etapa de intercambio térmico 6 es una etapa de transición de condensación parcial y la etapa de intercambio térmico 7 es una etapa de condensación total.

Las aletas 4 están provistas de cortes o muescas de diseño específico, cuyas posiciones, dimensiones e inclinación hacia abajo harán que el material condensado goteante se dirija a las zonas que serían muy ventajosas para una operación de alto rendimiento global del intercambiador de calor, por ejemplo, alejándose de la placa tubular 2, para optimizar la operación de las aletas 4, cuya temperatura es más baja en la proximidad inmediata de cada tubo 3 y para limitar la formación, alrededor de dichos tubos 3, de una película líquida susceptible de reducir el intercambio térmico.

Además, el espaciado de las aletas 4 impediría que las cotas de condensado entren en contacto simultáneamente con dos superficies, impidiendo así cualquier fenómeno de re-evaporación susceptible de reducir el rendimiento.

Además, los tubos y las aletas 4 tienen un gran espesor, para evitar así el "desgaste" prematuro o fenómenos de corrosión debido a los humos en la parte superior del intercambiador de calor y debido al material de condensado en su parte inferior, cuyo material de condensado causaría una reacción muy ácida.

La disposición de la placa tubular 2 en varias hileras, con sus tubos desplazados con respecto al flujo de humos y la configuración ondulada de las partes superior e inferior de las aletas proporcionarán ventajosamente un enfriamiento constante y uniforme a través de la superficie total provista de aletas, impidiendo así cualquier posible formación de "zonas muertas" de probablemente alta temperatura, para impedir que se deteriore el intercambiador de calor.

Desde el punto de vista de la construcción, las aletas 4 serán moldeadas junto con elementos de collar 8 para aumentar la sección trasversal de contacto del tubo 3, al mismo tiempo que definen distancias de las aletas.

Después de montar el conjunto de las aletas, los tubos 3 son sometidos a una operación de expansión en mandril de paso múltiple interior, que dilata progresivamente los tubos 3 haciendo que entren en contacto forzado con la disposición de aletas, proporcionando así una transmisión térmica perfecta. Además, la operación de expansión del mandril deformará los tubos 3 para aumentar la turbulencia interior del agua que fluye dentro de dichos tubos o conductos 3, incrementando así el intercambio térmico entre el agua y los tubos 3.

El quemador de cerámica de premezcla comprende un bloque de premezcla 9 que incluye una brida calibrada 10 que tiene un orificio central redondo 13 a través del cual se suministra el aire soplado con un ventilador 12 mientras que una tobera calibrada 11, dispuesta en la parte superior y transversalmente a dicha brida 10, funciona para suministrar el gas; de este modo, una premezcla de aire - gas perfecta y un tamaño reducido están asegurados.

Corriente arriba de las placas de cerámica del quemador 16, 17 están dispuestas dos placas perforadas estrechamente espaciadas 14, 15 que proporcionan una distribución perfectamente uniforme de la mezcla de aire - gas que se suministra por el bloque de premezcla 9 a la primera placa perforada 14 a través de un conducto 19, en cuya parte inferior están conectadas la brida calibrada 10 y la tobera 11.

En una realización ventajosa, la superficie de las placas de cerámica 16, 17, donde se realiza la combustión, tiene un perfil ondulado que incrementa la sección trasversal de formación de llama y que reduce simultáneamente las interacciones mutuas de las zonas frontales de llama única.

Por último, el quemador incluido en la caldera 1, según la invención, comprende un elemento de soporte de una junta adecuadamente contorneada 18 que permite la expansión de las placas de cerámica 16, 17, mientras mantiene la condición sellada.

La caldera mejorada 1, según la invención, comprende, además, un sistema de microprocesador de control. Este sistema controlará la velocidad de funcionamiento del ventilador que suministra la mezcla de aire - gas, la detección de los parámetros físicos en las partes interior y exterior de la caldera 1, encendido - apagado del quemador de la caldera así como los elementos electromecánicos y el funcionamiento seguro de la caldera total 1.

Dicho sistema está, además, provisto de lógicas de control PI y PID, respectivamente para los sistemas de calefacción y agua sanitaria así como para series que conectan un PC y para un dispositivo de control remoto así como para dispositivo de ajuste climático de doble sonda y pantallas de usuarios con medios de interconexión de usuarios y diagnóstico relacionados.

A este respecto, debe señalarse que la totalidad de los componentes han sido revisados y mejorados para poder optimizar, en un grado máximo, la explotación del espacio disponible, proporcionando así una caldera que tiene el mismo rendimiento que las calderas anteriores, con un espacio volumétrico reducido en más del 50%.

La forma y tamaño de varios elementos que constituyen la caldera de premezcla de condensación mejorada, completamente diseñados para sistemas de calefacción y agua sanitaria, según la presente invención, pueden cambiar evidentemente dependiendo de las necesidades, sin desviarse del objeto inventivo anteriormente descrito.

Durante el funcionamiento, después de haber activado el ventilador 12 y el quemador mediante una orden de control relacionada procedente del medio de lógica de control, los humos comenzarán a pasar a través del intercambiador de calor.

En la primera etapa de intercambio térmico 5, los humos serán principalmente enfriados, en la segunda etapa 6 serán enfriados todavía más para iniciar su condensación y en la tercera etapa 7, los humos estarán completamente condensados.

De este modo, es posible limitar para las aletas 4 los efectos de transmisión del calor y calentamiento automático desde la parte superior a la inferior, por lo que en la tercera etapa 7 será posible proporcionar una baja temperatura que asegure una condensación de humos completa y eficiente. Mientras tanto, será posible mantener una gran diferencia de temperatura en el agua de enfriamiento dentro del conjunto de aletas.

Un último aspecto a considerar es que la combustión se realiza sobre las amplias superficies porosas de las placas de cerámica, formando la llama una especie de "alfombra" muy uniforme y compacta, adaptada para limitar al máximo las emisiones nocivas.

Claims (8)

1. Caldera de condensación con premezcla, para aplicaciones con agua potable y con un sistema de calefacción, que comprende un intercambiador de calor de aletas incluyendo un conjunto de placa tubular (2) - aleta (4), provisto de una placa tubular y una pluralidad de aletas, definiendo dichas aletas (4) una pluralidad de muescas dispuestas inclinadas hacia abajo, adaptadas para alejar de dicha placa tubular (2) un material de condensación que gotea y un quemador de cerámica, caracterizada porque dicho quemador de cerámica comprende un bloque de premezcla (9) que tiene una brida calibrada (10) con un orificio central calibrado de entrada de aire de combustión (13) y una tobera de entrada de gas de combustión (11) dispuesta transversalmente con respecto a dicha brida calibrada (10), un conducto de transporte mezcla de gas - aire (9) que tiene una de sus extremidades en comunicación con dicha brida (10) y otra de sus extremidades acoplada a placas de combustión de cerámica (16, 17) soportadas por un conjunto de medios de soporte - junta estática (18), incluyendo dicho conjunto una junta estática que permite a dichas placas de cerámica (16, 17) extenderse y porque dicho quemador de cerámica comprende, además, corriente arriba de dichas placas de cerámica (16, 17) dos placas perforadas ligeramente espaciadas (14, 15) adaptadas para asegurar una distribución uniforme de dicha mezcla de gas - aire a través de dichas placas de combustión de cerámica (16, 17).

2. Caldera según la reivindicación 1 caracterizada porque dichas aletas (4) están moldeadas íntegramente con elementos de collar (8) que espacian dichas aletas las unas con las otras.

3. Caldera según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha placa tubular (2) comprende una pluralidad de tubos (3) acoplados al intercambiador de calor mediante una operación de expansión al mandril, de modo que dichas aletas estén acopladas a dichos tubos mediante dicha operación.

4. Caldera según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dichos tubos (3) de dicha placa tubular (2) están dispuestos en hileras de tubos desplazados con respecto a la circulación de los humos y porque dichas aletas (4) tienen lados superior e inferior ondulados.

5. Caldera según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho intercambiador está hecho de una aleación de aluminio.

6. Caldera según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha caldera comprende, además, un ventilador (12) que se comunica con dicha brida calibrada (10)

7. Caldera según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dichas placas de cerámica (16, 17) están onduladas.

8. Caldera según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha caldera (1) está adaptada para ser controlada por un sistema de control de microprocesador que comprende medios de control separados para un sistema de agua potable y el sistema de calefacción.