ES2283987T3 - Caldera de gas. - Google Patents
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Abstract
Una caldera de gas de combinación para la producción de agua de calefacción y agua doméstica, comprendiendo la caldera (1; 55) un circuito (7) de calefacción y un circuito (8) doméstico, un quemador de gas (9), un intercambiador de calor (10; 57) dispuesto a lo largo del circuito (8) doméstico, y al menos un tanque (20) de almacenamiento de agua doméstica dispuesto a lo largo del circuito (8) doméstico aguas abajo respecto a dicho intercambiador de calor (10; 57); estando la caldera (1; 55) caracterizada porque comprende una bomba (26) de recirculación incorporada en dicho tanque (20), y un ramal (21) de recirculación doméstica para conducir de modo selectivo agua doméstica desde el tanque (20) hasta dicho intercambiador de calor (10; 57).
Description
Caldera de gas.
La presente invención se refiere a una caldera
de gas.
Más específicamente, la presente invención se
refiere a una caldera de gas de combinación montada en la pared, es
decir, una caldera montada en la pared para suministrar tanto agua
caliente a un circuito de calefacción -a la que se hace referencia
en lo sucesivo como agua de calefacción- como agua caliente
doméstica.
Una caldera de gas de combinación montada en la
pared comprende normalmente un circuito de calefacción a lo largo
del cual se conduce el agua de calefacción caliente; y un circuito
doméstico, a lo largo del cual se conduce el agua doméstica. El
circuito de calefacción está conectado a un circuito de calefacción
externo equipado con radiadores; y el circuito doméstico está
conectado en un extremo a las cañerías de agua o a otra fuente de
agua doméstica y, en el otro lado, a un circuito para la
distribución de agua doméstica caliente a uno o más dispositivos de
usuario. Una caldera de gas de combinación montada en la pared
también comprende un quemador de gas y, al menos, un intercambiador
de calor para transferir el calor producido por el quemador al agua
de calefacción y al agua doméstica.
Cuando el agua doméstica caliente es absorbida
por un dispositivo de usuario, una caldera del tipo mencionado
anteriormente opera de la siguiente manera: al detectar el flujo de
agua doméstica, un flujómetro colocado a lo largo del circuito
doméstico enciende el quemador, y el agua doméstica es calentada a
medida que fluye a través del intercambiador de calor, y es
alimentada al dispositivo de usuario. La caldera de gas montada en
la pared descrita anteriormente tiene varias desventajas al no
suministrar al dispositivo de usuario de agua doméstica
inmediatamente con agua a una temperatura predeterminada. Es decir,
existe un periodo de transición durante el cual el agua doméstica
es suministrada a una temperatura que se incrementa gradualmente
antes de que se alcance la temperatura predeterminada entre el
momento en que se proporciona el agua y se alcanza una temperatura
predeterminada.
Para eliminar la desventaja mencionada
anteriormente, la patente EP 719,989 propone una caldera de gas de
combinación montada en la pared equipada con un tanque de
almacenamiento, colocado a lo largo del circuito doméstico,
corriente abajo desde el intercambiador de calor, y con un
dispositivo de calentamiento auxiliar para conservar el agua
doméstica dentro de un intervalo de temperatura dado dentro del
tanque. Según la patente mencionada anteriormente, y la solicitud
de la patente, el dispositivo de calentamiento auxiliar está
definido por una resistencia eléctrica dentro del tanque, un sensor
de temperatura y una unidad de control para activar la resistencia
como una función de la temperatura detectada. Esta solución es
práctica desde el punto de vista de la fabricación, pero es cara en
términos de consumo de electricidad. En una forma de realización
alternativa descrita tanto en la patente como en la solicitud de la
patente mencionadas anteriormente, el dispositivo de calentamiento
auxiliar comprende un intercambiador de calor auxiliar dentro del
tanque, un sensor de temperatura y una unidad de control para
derivar selectivamente agua caliente al intercambiador de calor
auxiliar, el cual está definido por una bobina alimentada por el
circuito de calefacción. Esta solución es más económica de
ejecutar, pero tiene desventajas relacionadas con la fabricación
real. Es decir, la derivación de un conducto desde el circuito de
calefacción al tanque complica el tanque e incrementa el número de
componentes para el ensamblado. En este sentido, se debería tener
en cuenta que las diferentes partes de los componentes montados han
de asegurar un sellado hidráulico correcto y conforme con las
estrictas regulaciones de seguridad. Adicionalmente, un orificio en
la bobina conectaría el circuito de calefacción con el circuito
doméstico, perjudicando de este modo seriamente a la caldera en su
conjunto
Es un objeto de la presente invención
proporcionar una caldera de gas de combinación equipada con un
tanque de almacenamiento, que se proporciona para mantener el agua
doméstica dentro del tanque de almacenamiento dentro de un
intervalo de temperatura dado de una manera sencilla, de bajo coste,
tanto desde el punto de vista funcional como desde el punto de vista
constructivo.
Según la presente invención, se proporciona una
caldera de gas de combinación para producir agua de calefacción y
agua caliente, comprendiendo la caldera un circuito de calefacción y
un circuito doméstico, un quemador de gas, un intercambiador de
calor colocado a lo largo del circuito doméstico y, al menos, una
tanque de almacenamiento de agua doméstica colocado corriente abajo
desde dicho intercambiador de calor, caracterizándose la caldera
por comprender una bomba incorporada en dicho tanque, y un ramal de
recirculación doméstica para conducir de modo selectivo el agua
doméstica desde el tanque hasta dicho intercambiador de calor.
Según la presente invención, no se proporcionan
dispositivos de calentamiento auxiliares, formando éstos parte ya
de la caldera usada. Adicionalmente, la integración de la bomba en
el tanque simplifica de un modo considerable el ramal de
recirculación, y minimiza el número de partes de los componentes y
el trabajo de montaje requerido para implementar la
recirculación.
La presente invención también se refiere a un
procedimiento para operar una caldera de gas.
Según la presente invención, se proporciona un
procedimiento de operación de una caldera de gas tal y como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en la que
un sensor de temperatura está dispuesto a lo largo del circuito
doméstico entre dicho intercambiador de calor y dicho tanque;
estando caracterizado el procedimiento por comprender las siguientes
etapas:
- -
- recirculación de agua doméstica a través de dicho tanque y de dicho intercambiador de calor en intervalos de tiempo predeterminados;
- -
- adquisición de una primera temperatura, referida a la temperatura del agua doméstica, por medio de dicho sensor de temperatura durante la etapa de recircula-ción;
- -
- comparación de la primera temperatura con una temperatura dada;
- -
- encendido del quemador cuando la primera temperatura está por debajo de la temperatura dada y continuación de la recirculación del agua doméstica.
Un número de formas de realización no
limitadoras de la presente invención se describe a continuación
mediante un ejemplo que hace referencia a los dibujos anexos, en los
que:
La Figura 1 muestra una vista esquemática, con
algunas partes eliminadas por razones de claridad, de una caldera de
gas según la presente invención, y conectada a circuitos
externos;
La Figura 2 muestra una vista a mayor escala en
perspectiva de un tanque de almacenamiento de la caldera de la
Figura 1;
La Figura 3 muestra una sección a mayor escala,
con algunas partes eliminadas por razones de claridad, de un detalle
del tanque de la Figura 2;
Las Figuras 4 y 5 muestran vistas en explosión a
mayor escala y en perspectiva de un detalle del tanque de la Figura
2;
La Figura 6 muestra una vista esquemática, con
algunas partes eliminadas por razones de claridad, de una variante
de la caldera de la Figura 1.
El número 1 en la Figura 1 indica, en su
conjunto, una caldera de gas de combinación montada en la pared para
suministrar agua de calefacción caliente y agua doméstica caliente.
La caldera 1 comprende una carcasa indicada por una línea
discontinua de puntos y rayas en la Figura 1, y está conectada a un
circuito 2 de calefacción externo equipado con radiadores, indicado
esquemáticamente con 3, a las cañerías de agua 4, a un dispositivo
de usuario 5 de agua doméstica y a las cañerías de gas 6. Dentro de
la carcasa, la caldera 1 comprende un circuito de calefacción 7, un
circuito doméstico 8, un quemador 9 y un intercambiador bitérmico 10
para intercambiar calor generado por combustión tanto con el agua
de calefacción que circula en el circuito 7 como con el agua
doméstica que circula en el circuito doméstico 8.
El circuito de calefacción 7 comprende un ramal
de suministro 11, un ramal de retorno 12 y ramas 11 y 12 que
conectan un ramal de derivación 13. El ramal de retorno 12 está
equipado con una bomba 14 de circulación de agua de calefacción, y
con un recipiente de expansión 15, y el ramal 13 está equipado con
una válvula de derivación 16.
El circuito doméstico 8 comprende un ramal 17
para alimentar agua doméstica fría al intercambiador 10, un ramal
18 para alimentar agua doméstica caliente desde el intercambiador 10
al dispositivo de usuario 5, un flujómetro 19 a lo largo del ramal
17, un tanque de almacenamiento 20 a lo largo del ramal 18, y un
ramal de recirculación doméstica 21 dispuesto entre el tanque 20 y
el ramal 17. Es decir, el ramal 21 conecta el tanque 20
directamente al ramal 17, y comprende una válvula de no retorno 22,
de manera que el agua doméstica fluye únicamente desde el tanque 20
al ramal 17. El circuito 8 también comprende un sensor de
temperatura 23 dispuesto a lo largo del ramal 18, entre el
intercambiador de calor 10 y el tanque 20; y la caldera 1 comprende
una envoltura 24 aislante rodeando al tanque 20.
Haciendo referencia a la Figura 2, el tanque 20
se extiende a lo largo del eje A, y comprende un cuerpo 25 en forma
de copa abierto en un extremo, y una bomba 26 montada, para
conformar la cubierta del cuerpo en forma de copa 25. El cuerpo en
forma de copa 25 está fabricado con un material plástico, se
extiende a lo largo del eje A, y comprende una pared terminal 27,
una pared 28 lateral en forma de cono truncado (con una inclinación
con un ángulo cercano a cero), nervios de refuerzo 29 longitudinales
y nervios de refuerzo 30 transversales. Tres piezas de conexión 31,
32, 33 están situadas a lo largo del cuerpo 25 en forma de copa para
conectar el tanque 20 con las ramas 18 y 21. Más específicamente,
la pieza de conexión 31 está dispuesta a lo largo de la pared 28,
cercana a la pared 27, para conectar el tanque 20 con el ramal 18
desde el intercambiador 10, y debido a ello define una entrada de
agua doméstica del tanque 20; la pieza de conexión 32 está dispuesta
en la bomba 26 para conectar el ramal 18 que suministra al
dispositivo de usuario 5, y define una salida de agua doméstica del
tanque 20; y la pieza de conexión 33 está dispuesta en el lado
opuesto a la pieza de conexión 32 y en la bomba 26 para conectar el
tanque 20 al ramal 21 de recirculación, y define otra salida de agua
doméstica del tanque 20. Haciendo referencia a las Figuras 3 y 4,
el cuerpo 25 comprende, en el extremo abierto, una brida 34 que
tiene, en su interior, un talón 35 perpendicular al eje A, una pared
36 cilíndrica, y una acanaladura 36A (Figura 4) que se extiende a
lo largo de la pared 36 y paralelamente al eje A, para conformar un
asiento 37 para la bomba 26.
Haciendo referencia a las Figuras 4 y 5, la
bomba 26 comprende una disposición de motor 38 y un difusor 39, que
están adaptados al cuerpo 25 en forma de copa para conformar el
tanque 20. La disposición de motor 38 comprende un motor 40
eléctrico síncrono, un eje 41 (Figura 3), una rueda de accionamiento
42 de hoja radial, y un soporte 43 de una pieza que incorpora el
motor 40, y desde el que el eje 41 se proyecta parcialmente, y la
rueda de accionamiento 42 se proyecta completamente. La disposición
de motor 38 comprende un rotor 44 incorporado en el soporte 43. En
otras palabras, el soporte 43 comprende una envoltura 43A que
encierra el rotor 44, y una brida 45 desde la que se proyecta la
rueda de accionamiento 42, y a lo largo de la cual está dispuesta
una proyección 46 cilíndrica que se extiende por el eje A. Es decir,
la envoltura 43A y la brida 45 están conformadas en una pieza sin
aberturas, y están elaboradas de material plástico permeable a ondas
electromagnéticas, de manera que, además de soportar las partes de
los componentes de la disposición de motor 38, el soporte 43
también actúa como una cubierta para el cuerpo 25 en forma de
copa.
El difusor 39 está conformado en una pieza de
material plástico, tiene forma de copa, y comprende una pared 47
plana perpendicular al eje A, y desde ésta proyecta una pared 48
exterior cilíndrica que presenta un nervio 49 paralelo al eje A. El
difusor 39 comprende también una espiral 50 que se proyecta en el
lado opuesto a la pared 48, y que comprende un orificio 51 de
succión central coaxial al eje A, y un orificio 52 de suministro
lateral para conectar la espiral 50 con la pieza de conexión 33. El
difusor 39 está alojado dentro del asiento 37 con la pared 47
descansando sobre el talón 35, con la pared 36 conectándose con la
pared 48, y con el nervio 49 enganchándose con la acanaladura 36A
para definir un acoplamiento prismático y una única posición del
difusor 39 respecto al cuerpo 25 con forma de copa, con la
finalidad de mantener el orificio 52 de suministro de cara a la
pieza de conexión 33, y conectado con ésta. La brida 45 de la
disposición del motor 38 está adaptada a la brida 34 del cuerpo 25
en forma de copa, de manera que la rueda de accionamiento 42 está
alojada en el interior de la espiral 50, y la proyección 46
cilíndrica hace contacto con la cara interior de la pared 48, y de
tal modo que el extremo superior de la pared 48, la pared 36, la
brida 45, y la proyección 46 conforman una cavidad cerrada que aloja
un sello 53.
Haciendo referencia a la Figura 1, la caldera 1
también comprende una unidad de control 54 que recibe señales del
flujómetro 19 y del sensor 23, proporciona un control de apagado y
encendido del quemador 9 y del motor 40 de la bomba 26, y
proporciona datos externos para el ajuste, tales como la temperatura
del agua caliente doméstica deseada.
En su uso real, la caldera 1 opera de la
siguiente manera. Cuando no se está absorbiendo agua por parte del
dispositivo de usuario 5, el tanque 20 contiene una masa de agua
doméstica relativamente caliente calentada en el curso de la
absorción previa. Como consecuencia de las inevitables pérdidas de
calor, la temperatura del agua doméstica en el tanque 20 cae
gradualmente. Así pues, en intervalos regulares se activa la bomba
26, y el agua doméstica es recirculada a través del intercambiador
10 y el tanque 20, mientras que el sensor 23 detecta una
temperatura T_{R} relacionada con la temperatura del agua
doméstica. En esta etapa, los valores de temperatura T_{R} son
comparados con un valor de ajuste T_{SET}, y, cuando la
temperatura detectada T_{R} está por debajo de la temperatura de
ajuste T_{SET}, se enciende el quemador 9, y la bomba 26 sigue
funcionando hasta que la temperatura T_{R} alcanza la temperatura
de ajuste T_{SET}. Cuando esto ocurre, se apaga el quemador 9, y
la bomba 26 sigue recirculando el agua durante un tiempo
predeterminado para adquirir el calor residual del intercambiador
10. En invierno, simplemente la recirculación del agua doméstica a
través del intercambiador 10 bitérmico puede ser suficiente para
volver a llevar al agua a la temperatura ajustada. La etapa de
recirculación para determinar si el calor del intercambiador 10 es
suficiente para restaurar las condiciones de temperatura requeridas
dura aproximadamente 30 segundos. En caso de que, dentro de este
tiempo, no se restaure la temperatura, tal y como determine el
sensor 23, entonces la unidad de control 54 se ocupa de encender el
quemador 9 durante un periodo de tiempo dependiendo de la capacidad
del tanque 20 y de la bomba 26, y la bomba 26 continúa recirculando
el agua doméstica tal y como se ha descrito previamente. Por el
contrario, si el agua está siendo absorbida por el dispositivo de
usuario 5, la señal del flujómetro 19 para la bomba 26 o impide que
se inicien las operaciones de restauración de la temperatura.
Por lo que se refiere a la variación en la
Figura 6, el número 55 indica una caldera que comprende, en su
mayor parte, partes de componentes similares a las de la caldera 1,
y que están indicadas en la Figura 6 utilizando los mismos números
de referencia que en la Figura 1.
La caldera 55 difiere sustancialmente de la
caldera 1 en tanto que el intercambiador 10 bitérmico es reemplazado
por un intercambiador 56 primario el cual se ocupa únicamente del
calentamiento de agua, y por un intercambiador 57 secundario para
la transferencia de calor desde el circuito 7 de calentamiento al
circuito 8 doméstico. En este caso, el tanque 20 y el sensor 23
están dispuestos a lo largo del ramal 18 del circuito 8 doméstico,
aguas abajo respecto al intercambiador 57 secundario. El circuito 7
de calefacción comprende un ramal 58 de recirculación conectando el
ramal 11 al intercambiador 57; un ramal 59 conecta al intercambiador
50 al ramal 12; y una válvula 60 de tres vías controlada
eléctricamente en la unión de las ramas 59 y 12. En esta variante,
la unidad de control 54 está conectada a la válvula de tres vías 60
y a la bomba 14 para regular la recirculación y calentamiento del
agua de calefacción a través de intercambiadores 56 y 57. En el
intercambiador 57, el agua de calefacción entrega calor al agua
doméstica.
La operación difiere de la descrita
anteriormente en tanto que la temperatura en el tanque 20 se
mantiene por medio de la recirculación del agua de calefacción y
del agua doméstica. En todos los otros aspectos, la temperatura del
agua en el tanque 20 se mantiene tal y como se ha descrito tomando
como referencia el modo de realización anterior.
Se ha encontrado que los mejores resultados se
han conseguido usando un tanque 20 de preferencia de 2 a 5 litros
de capacidad, una bomba 26 de 2 a 6 litros/minuto de capacidad, y un
motor 40 eléctrico síncrono de aproximadamente 20 W, el cual
proporciona ciclos de restauración de temperatura extremadamente
cortos con un consumo eléctrico muy reducido.
Además de las ventajas ya mencionadas, se ha de
indicar que el tanque 20, al incorporar la bomba 26, también tiene
la ventaja de que la comprobación hidráulica del tanque 20 comprende
también una comprobación hidráulica de la bomba 26. Adicionalmente,
el tanque 20 es compacto y está fabricado de material plástico.
Claims (20)
1. Una caldera de gas de combinación para la
producción de agua de calefacción y agua doméstica, comprendiendo la
caldera (1; 55) un circuito (7) de calefacción y un circuito (8)
doméstico, un quemador de gas (9), un intercambiador de calor (10;
57) dispuesto a lo largo del circuito (8) doméstico, y al menos un
tanque (20) de almacenamiento de agua doméstica dispuesto a lo largo
del circuito (8) doméstico aguas abajo respecto a dicho
intercambiador de calor (10; 57); estando la caldera (1; 55)
caracterizada porque comprende una bomba (26) de
recirculación incorporada en dicho tanque (20), y un ramal (21) de
recirculación doméstica para conducir de modo selectivo agua
doméstica desde el tanque (20) hasta dicho intercambiador de calor
(10; 57).
2. Una caldera según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho tanque (20) comprende un cuerpo en
forma de copa (25), y una cubierta definida por la bomba de
recirculación (26) mencionada.
3. Una caldera según la reivindicación 2,
caracterizada porque el cuerpo (25) en forma de copa
comprende una primera brida (34) la cual se adapta en dicha bomba
(26) de recirculación.
4. Una caldera según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizada porque el cuerpo (25) mencionado en forma de
copa comprende una pieza de conexión (31) de entrada, una primera
pieza de conexión (32) de salida, y una segunda pieza de conexión
(33) de salida.
5. Una caldera según las reivindicaciones 3 y 4,
caracterizada porque la primera y la segunda piezas de
conexión (32, 33) de salida están dispuestas en la primera brida
(34) mencionada.
6. Una caldera según la reivindicación 5,
caracterizada porque la pieza de conexión (31) de entrada
está dispuesta a lo largo del cuerpo (25) en forma de copa
mencionado, en el extremo opuesto a la primera brida (34)
mencionada.
7. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque ese cuerpo (25)
mencionado en forma de copa está fabricado de material plástico.
8. Una caldera según la reivindicación 7,
caracterizada porque el cuerpo (25) en forma de copa
comprende nervios de refuerzo (29, 30).
9. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 8, caracterizada porque dicha bomba (26)
de recirculación comprende una disposición de motor (38) y un
difusor (39), que están adaptados al mencionado cuerpo (25) en forma
de copa.
10. Una caldera según la reivindicación 9,
caracterizada porque dicho cuerpo (25) en forma de copa
comprende un asiento (37) en dicha primera brida (34) para el
alojamiento de dicho difusor (39).
11. Una caldera según la reivindicación 10,
caracterizada porque el difusor (39) mencionado comprende un
orificio (51) de succión central y un orificio (52) de suministro
lateral.
12. Una caldera según la reivindicación 11,
caracterizada porque el asiento (37) mencionado y el difusor
(39) mencionado comprenden elementos respectivos para definir un
acoplamiento (36, 36A, 48, 49) prismático y alinear el orificio (52)
de suministro con la segunda pieza de conexión (33) de salida.
13. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque la disposición
de motor (38) mencionada comprende un miembro de soporte (43) que
presenta una segunda brida (45) que se puede conectar a dicha
primera brida (34).
14. Una caldera según la reivindicación 13,
caracterizada porque comprende un sello (53) interpuesto
entre el cuerpo (25) en forma de copa, el difusor (39) y la
disposición de motor (38).
15. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha
bomba de recirculación (26) está accionada por un motor (40)
eléctrico síncrono.
16. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho
intercambiador de calor es un intercambiador (10) bitérmico.
17. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho
intercambiador de calor es un intercambiador (57) secundario para la
transferencia de calor desde el circuito (7) de calefacción al
circuito (8) doméstico.
18. Una caldera según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por comprender un
ramal de alimentación (17) para la alimentación de agua doméstica al
mencionado intercambiador de calor (10; 57), conectando dicho ramal
(21) de recirculación doméstica el tanque (20) directamente a dicho
ramal (17) de alimentación.
19. Una caldera según la reivindicación 18,
caracterizada por comprender una válvula (22) sin retorno a
lo largo de dicho ramal (21) de recirculación doméstica, de manera
que el agua doméstica es alimentada únicamente a lo largo de dicho
ramal (21) de recirculación doméstica desde el tanque (20) al
mencionado intercambiador (10; 57) de calor.
20. Un procedimiento para la operación de una
caldera de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19,
en el que un sensor de temperatura (23) está dispuesto a lo largo
del circuito (8) doméstico entre dicho intercambiador (10; 57) de
calor y dicho tanque (20), estando caracterizado por
comprender las siguientes etapas:
- -
- recirculación de agua doméstica a través de dicho tanque (20) y de dicho intercambiador de calor (10; 57) en intervalos de tiempo predeterminados;
- -
- adquisición de una primera temperatura (T_{R}), referida a la temperatura del agua doméstica, por medio de dicho sensor (23) durante la etapa de recirculación;
- -
- comparación de la primera temperatura (T_{R}) con una temperatura dada (T_{SET});
- -
- encendido del quemador (9) cuando la primera temperatura (T_{R}) está por debajo de la temperatura dada (T_{SET}), y continuación de la recirculación del agua doméstica.
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