ES2258691T3 - Dispositivo de regulacion de la relacion gas/aire para un aparato de combustion de premezcla. - Google Patents
Dispositivo de regulacion de la relacion gas/aire para un aparato de combustion de premezcla.Info
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Abstract
Dispositivo de regulación de la relación gas/aire para un aparato de combustión de premezcla, que comprende - un regulador mecánico (3) que mantiene constante la relación entre la presión en una tubería de gas (1) y la presión en una tubería de aire (2), - un aparato de mezcla (4) dispuesto aguas abajo del regulador (3) y que presenta las características siguientes: una cámara de mezcla (7) que se ensancha a modo de tobera venturi en la dirección del flujo desde su abertura de entrada, una tobera (8) conectada a la tubería de aire (2) y que penetra en la abertura de entrada de la cámara de mezcla (7), una rendija anular (10) conectada a la tubería de gas (1) y que está formada entre el borde (9) de la abertura de entrada de la cámara de mezcla (7) y la tobera (8) conectada a la tubería de aire (2), caracterizado porque - en la tubería de aire (2) está dispuesto un cono (11) que, en función de una señal de un sensor, es desplazable en dirección axial con relación a la tobera (8) conectada ala tubería de aire (2), y - un soplante (5) controlable en su número de revolucio nes transporta la mezcla de la cámara de mezcla (7) al aparato de combustión.
Description
Dispositivo de regulación de la relación
gas/aire para un aparato de combustión de premezcla.
La invención concierne a un dispositivo de
regulación de la relación gas/aire para un aparato de combustión de
premezcla.
Para minimizar las emisiones de contaminantes y
optimizar el rendimiento de aparatos de combustión se aspira a
mantener la relación gas/aire en un punto óptimo.
Se conocen hasta ahora sistemas con
interconexión neumática y sistemas con interconexión
electrónica.
En los sistemas con interconexión neumática
(véase, por ejemplo, el documento US 4 385 887) se mantiene el
caudal volumétrico del gas en una relación constante con el caudal
volumétrico del aire. Esto se efectúa por medio de un regulador
controlado en presión dispuesto en la vía del gas. Se aprovecha en
este caso una diferencia de presión como presión de control para
regular el caudal volumétrico de gas, concretamente en dependencia
directa del caudal volumétrico aspirado del aire. La presión de
control para el regulador es generada en un aparato de mezcla o en
un diafragma dispuesto en la vía de aire.
Los sistemas con interconexión neumática no
necesitan componentes eléctricos o electrónicos. Su estructura
mecánica es muy sencilla y trabaja con mucha rapidez. Estos
necesitan entonces solamente pocas piezas móviles. La preparación de
la mezcla con interconexión neumática tiene la ventaja de reaccionar
muy rápidamente a fluctuaciones de presión o de caudal volumétrico
en la instalación de combustión y de mantener constante la relación
gas/aire dentro de un rango de modulación grande. Por tanto, estos
robustos sistemas se han acreditado en muchas instalaciones.
Sin embargo, algunas magnitudes de influencia,
tales como la calidad del gas, la presión del aire y la temperatura
del aire comburente, no pueden ser reguladas completamente por estos
sistemas y requieren un reajuste en las instalaciones. Debido a la
liberalización del mercado del gas hay que contar con mayores
fluctuaciones de la calidad del gas, las cuales hacen necesario un
reajuste constante en estos sistemas.
Además, los sistemas con interconexión neumática
y con un rango de modulación grande pasan a ser poco precisos en el
intervalo de potencia inferior, especialmente después de un largo
tiempo de funcionamiento. Por este motivo, para garantizar la
calidad de combustión a largo plazo, la potencia mínima ajustada no
puede estar, según la ejecución, por debajo de un valor de 15 a
20%.
En sistemas con interconexión electrónica se
mide por medio de un sensor la composición de los gases de escape
de combustión en la llama o después de la llama o bien la
temperatura de la llama. El sensor genera una señal que es evaluada
por un regulador electrónico. Este activa un órgano de ajuste que
determina la cantidad de gas. Estos sistemas con interconexión
electrónica son más lentos en la regularización de una variación de
la cantidad de aire. Los sensores empleados son sensibles y de vida
útil limitada. Para lograr un funcionamiento seguro de la
instalación de combustión es necesaria una señal de sensor
impecable. No obstante, no se pueden regularizar fluctuaciones de
la calidad del gas, la presión del aire y la
temperatura del aire comburente.
temperatura del aire comburente.
La invención se basa en el problema de
materializar en un sistema con interconexión neumática, sin
anulación de las ventajas allí logradas, las ventajas de los
sistemas con interconexión electrónica.
Para resolver este problema, la invención crea
un dispositivo de regulación de la relación gas/aire para un
aparato de combustión de premezcla, que comprende
- un regulador neumático que mantiene constante
la relación entre la presión en una tubería de gas y la presión en
una tubería de aire,
- un aparato de mezcla dispuesto aguas abajo del
regulador y que presenta las características siguientes:
- \bullet
- una cámara de mezcla que se ensancha a manera de tobera venturi desde su abertura de entrada en la dirección del flujo,
- \bullet
- una tobera conectada a la tubería de aire y que penetra en la abertura de entrada de la cámara de mezcla,
- \bullet
- una rendija anular conectada a la tubería de gas y que está formada entre el borde de la abertura de entrada de la cámara de mezcla y la tobera conectada a la tubería de aire, y
- \bullet
- un cono dispuesto en la tubería de aire y que, en función de una señal de un sensor, puede ser desplazado en dirección axial con relación a la tobera conectada a la tubería de aire, y
- un soplante controlable en su número de
revoluciones que transporta la mezcla desde la cámara de mezcla
hasta el aparato de combustión.
El regulador representa la interconexión
neumática del sistema y el sensor suministra la señal que hace
posible una regularización de las fluctuaciones de la cantidad del
gas, la presión del aire y la temperatura del aire comburente. El
cono, accionable preferiblemente por un motor lineal, se desplaza en
función de esta señal y penetra entonces más o menos profundamente
en la tobera conectada a la tubería de aire. Por tanto, se puede
garantizar de una manera extremadamente sencilla que el aparato de
combustión trabaje siempre con una relación gas/aire óptima.
El sensor puede captar la composición y/o la
temperatura de los gases de escape de combustión y la electrónica
puede establecer a partir de estos datos los valores existentes de
calidad del gas, la presión del aire y temperatura del aire
comburente, con lo que se hace posible una regulación
correspondiente por medio del desplazamiento del cono. Debido a las
relaciones de presión y de flujo modificadas de esta manera en la
cámara de mezcla ensanchada a modo de tobera venturi es posible
variar la relación gas/aire dentro de un amplio intervalo, sin
prescindir de la interconexión neumática.
Debido a la introducción del cono en la tobera
conectada a la tubería de aire aumenta la velocidad al entrar el
aire en la cámara de mezcla. Se origina así en la rendija anular
conectada a la tubería de gas una mayor depresión que permite
aumentar la cantidad de gas que entra en la cámara de mezcla. Al
mismo tiempo, debido al estrechamiento de la sección transversal de
la tobera conectada a la tubería de aire, se reduce la cantidad de
aire entrante. Como resultado, se transporta más gas con menos aire
hacia la cámara de mezcla.
Asimismo, se incrementa según la invención el
grado de modulación, con lo que se pueden regularizar faltas de
precisión incluso a pequeñas potencias.
Si se para el aparato de combustión, el cono
puede cerrar completamente la tobera conectada a la tubería de aire.
Por tanto, cuando el aparato de combustión está conectado a una
instalación de gas de escape en la que están disponibles otros
aparatos de combustión que trabajan con sobrepresión en el gas de
escape, se impide de esta manera que retorne gas de escape a la
tubería de aire del aparato de combustión desconectado.
En caso de fallo de sensor, el cono se sale
completamente de la tobera conectada a la tubería de aire. La
potencia mínima del aparato de combustión es elevada hasta que la
combustión se mantenga dentro de un rango de funcionamiento que no
requiera ineludiblemente la intervención del sensor. Por ejemplo, se
eleva la potencia mínima hasta aproximadamente 20%. El ajuste básico
del regulador neumático garantiza entonces que, con las clases de
gas, temperaturas de aire y posiciones en altura que son de esperar,
se mantenga un exceso de aire suficientemente alto. En esta posición
del cono la regulación corresponde a una interconexión neumática
convencional. La instalación de combustión no tiene que pararse, y
las emisiones de contaminantes se mantienen por debajo de los
valores límite prescritos. Los sistemas conocidos hasta ahora con
interconexión electrónica tienen que pararse al seleccionar el
sensor.
Por tanto, resumiendo, se pueden lograr con la
invención las ventajas siguientes:
Se pueden regular fluctuaciones de la calidad
del gas, la presión del aire y la temperatura del aire comburente
sin prescindir de las ventajas de la interconexión neumática, es
decir, la rápida capacidad de reacción a variaciones de potencia y
fluctuaciones de presión.
El aparato de combustión funciona también en
caso de fallo del sensor, ya que la interconexión neumática en la
que se basa la regulación continúa siendo apta para funcionar.
Una regulación con interconexión neumática, que
presenta una cámara de mezcla ensanchada a modo de tobera venturi,
puede ser equipada también posteriormente con un cono controlado por
sensor.
Aumenta el rendimiento debido a que la
combustión se regula a un valor más próximo al estequiométrico. Se
obtiene así más condensado para un punto de rocío más alto, y se
tiene que calentar necesariamente menos aire comburente. En
regulaciones neumáticas sin regulación por sensor se tiene que
mantener un alto exceso de aire para que, en caso de fluctuaciones
de la calidad del gas, la presión del aire y la temperatura del aire
comburente, se mantenga suficiente distancia respecto del valor
estequiométrico. Solamente así se puede impedir fiablemente en estos
sistemas la generación de monóxido de carbono tóxico.
Se incrementa el grado de modulación debido a
que se puede ajustar una potencia mínima más baja. En el caso de una
interconexión puramente mecánica no se garantiza, para potencias tan
pequeñas, una estabilidad suficiente de la relación gas/aire.
Se minimizan las emisiones de arranque/parada
debido a que, a causa de la potencia mínima más baja, son necesarias
menos conmutaciones.
El aparato de combustión puede conectarse con
otras instalaciones de combustión a una instalación de gas de escape
común que trabaje con sobrepresión, sin que exista el riesgo de que,
al parar el aparato de combustión, retorne gas de escape al espacio
de montaje del mismo, ya que el cono puede cerrar completamente la
tubería de aire.
Ventajosamente, el ángulo de abertura de la
tobera conectada a la tubería de aire corresponde sustancialmente al
ángulo del cono. Esto contribuye a que la tobera conectada a la
tubería de aire pueda ser cerrada completamente por el cono, tal
como está previsto en un perfeccionamiento de la invención.
Se ha comprobado a este respecto que es
especialmente ventajoso que el cono esté provisto de un ángulo de
menos de 30º. Este ángulo hace posible un desplazamiento muy
sensible del cono y, por tanto, una regulación muy sensible. Sin
embargo, en ciertas circunstancias, son posibles también conos con
un ángulo de más de 30º.
En lo que sigue, se explica la invención con más
detalle ayudándose de un ejemplo de realización preferido en
relación con el dibujo adjunto. Muestran en este dibujo:
La figura 1, un esquema de conexiones del
dispositivo según la invención; y
La figura 2, una sección axial a través de un
componente representado esquemáticamente en la figura 1.
El dispositivo según la figura 1 presenta una
tubería de gas 1 y una tubería de aire 2. Entre las dos tuberías
trabaja un regulador neumático 3 que controla la presión de la
tubería de gas 1 en función de la presión de la tubería de aire 2.
La tubería de gas 1 y la tubería de aire 2 desembocan conjuntamente
en un aparato de mezcla 4. Aguas abajo del aparato de mezcla 4 está
dispuesto un soplante 5 controlable en su número de revoluciones,
el cual transporta la mezcla hasta un aparato de combustión no
representado.
La figura 2 muestra en particular la
construcción del aparato de mezcla 4, al cual está conectado
directamente el soplante 5. Este último es accionado por un motor 6
controlable en su número de revoluciones.
El aparato de mezcla 4 presenta una cámara de
mezcla 7 que se ensancha a modo de tobera venturi en la dirección
de flujo desde su abertura de entrada. En la abertura de entrada de
la cámara de mezcla 7 penetra una tobera 8 que está conectada a la
tubería de aire 2. La tobera 8 forma con el borde 9 de la abertura
de entrada de la cámara de mezcla 7 una rendija anular 10 que está
conectada a la tubería de gas 1.
En la tubería de aire 2 está dispuesto un cono
11 que es desplazable en dirección axial por un motor lineal 12 con
relación a la tobera 8. El cono 11 es controlado por un sensor no
representado que en el presente caso capta la composición de los
gases de escape de la combustión. Suministra una señal que
representa la calidad existente del gas.
En la posición según la figura 2 el cono 11,
cuyo ángulo asciende en este ejemplo de realización a menos de 30º
y coincide con el ángulo de abertura de la tobera 8, penetra en esta
última. Cuando varía la calidad del gas en dirección a un poder
calorífico más bajo, el motor lineal 12 desplaza el cono 11 hacia la
izquierda más hacia dentro de la tobera 8. Se incrementa así la
velocidad con la que el aire entra en la cámara de mezcla 7. Por
consiguiente, se transporta más gas al interior de la cámara de
mezcla 7. Al mismo tiempo, disminuye la cantidad de aire que entra
en la cámara de mezcla 7. Como resultado, menos aire transporta más
gas hacia la cámara de mezcla 7. Esto compensa el poder calorífico
descendente.
Al aumentar el poder calorífico, la regulación
trabaja en dirección contraria. Mediante el desplazamiento del cono
11 se pueden compensar fluctuaciones de la presión del aire y de la
temperatura del aire comburente.
La invención combina las ventajas de una
interconexión neumática con las ventajas de una interconexión
electrónica, aumentando al mismo tiempo el grado de modulación. La
potencia mínima del aparato de combustión puede reducirse sin
mermas de estabilidad.
Cuando se para el aparato de combustión, el cono
11 puede ser introducido en la tobera 8 hasta que cierre esta
última. Esto impide un retorno de gas de escape a la tubería de aire
2, siempre que el aparato de combustión esté conectado a un sistema
de gas de escape que es solicitado con sobrepresión por otros
aparatos de combustión.
Cuando falla el sensor que controla el motor
lineal 12 del cono 11, este cono 11 es trasladado hacia la derecha
hasta que deja completamente libre la sección transversal de la
tobera 8. El aparato de combustión es regulado entonces única y
exclusivamente a través del regulador neumático 3, es decir, a la
manera convencional de una interconexión neumática. Es recomendable
a este respecto elevar la potencia mínima del aparato de
combustión.
Dentro del ámbito de la invención existen
ciertamente posibilidades de variación. Así, el regulador neumático
3 puede tomar también la presión de control para controlar la
presión de la tubería de gas 1 en un sitio distinto de la tubería
de aire 2, por ejemplo en la cámara de mezcla 7. El sensor que
controla al motor lineal 12 puede captar también, por ejemplo,
únicamente la temperatura del aire comburente y/o la presión del
aire o la calidad del gas.
Claims (4)
1. Dispositivo de regulación de la relación
gas/aire para un aparato de combustión de premezcla, que
comprende
- un regulador mecánico (3) que mantiene
constante la relación entre la presión en una tubería de gas (1) y
la presión en una tubería de aire (2),
- un aparato de mezcla (4) dispuesto aguas abajo
del regulador (3) y que presenta las características siguientes:
- \bullet
- una cámara de mezcla (7) que se ensancha a modo de tobera venturi en la dirección del flujo desde su abertura de entrada,
- \bullet
- una tobera (8) conectada a la tubería de aire (2) y que penetra en la abertura de entrada de la cámara de mezcla (7),
- \bullet
- una rendija anular (10) conectada a la tubería de gas (1) y que está formada entre el borde (9) de la abertura de entrada de la cámara de mezcla (7) y la tobera (8) conectada a la tubería de aire (2),
caracterizado porque
- en la tubería de aire (2) está dispuesto un
cono (11) que, en función de una señal de un sensor, es desplazable
en dirección axial con relación a la tobera (8) conectada a la
tubería de aire (2), y
- un soplante (5) controlable en su número de
revoluciones transporta la mezcla de la cámara de mezcla (7) al
aparato de combustión.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el cono (11) es accionable por un motor
lineal (12).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la sección transversal de la abertura de
la tobera (8) conectada a la tubería de aire (2) está adaptada a la
sección transversal del cono (11) de tal manera que la tobera (8)
puede ser cerrada completamente con el cono (11).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque el ángulo del cono (11) asciende
a menos de 30º.
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