ES2291348T3 - Dispositivo electrotermico para la ignicion y la deteccion de llama en quemadores de gas. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo electrotérmico para la ignición y la detección de llama en quemadores de gas, que comprende un termoelemento que incluye un par de elementos metálicos o cerámicos o cerámico-metálicos unidos (13, 13'', 14, 15), estando cada uno soportado en un reóforo (11, 12), pudiendo dichos elementos generar corrientes y voltajes termoeléctricos cuando la unión (AB) está dispuesta en un entorno con una temperatura diferente de la de los reóforos (11, 12), pudiendo dicho termoelemento encender el quemador de gas cuando los reóforos (11, 12) están conectados a una fuente de energía eléctrica.
Description
Dispositivo electrotérmico para la ignición y la
detección de llama en quemadores de gas.
La presente invención se refiere a un
dispositivo electrotérmico para la ignición y la detección de llama
en quemadores de gas.
Más específicamente, la presente invención se
refiere a un dispositivo electrotérmico para la ignición y la
detección continua de llama en quemadores que funcionan con gas
natural (principalmente con base metano), gas canalizado, LPG y
similar.
Como es conocido, la ignición automática de los
quemadores de gas tiene lugar por medio de un arco voltaico entre
un elemento conductor eléctrico, energizado adecuadamente, y el
propio quemador. De forma similar, la detección de la llama, si el
quemador se apaga accidentalmente, se lleva a cabo mediante un
termopar que automáticamente detiene el flujo de gas, por medio de
una válvula solenoide, cuando se enfría debido a que ya no se
calienta con la
llama.
llama.
Por lo tanto, en los quemadores tradicionales,
ya sean quemadores para cocinas de gas, calentadores o calderas,
las funciones de ignición y detección de llama se controlan mediante
dos dispositivos separados. Este hecho, además de resultar una
desventaja en sí mismo ya que requiere el control de dos
dispositivos, también adolece de desventajas relacionadas con la
ignición del arco, como la emisión electromagnética (los sistemas de
ignición por chispa son fuentes de radiación por pulsos) y el
riesgo de choques eléctricos en el caso de contacto con el
operario.
El documento FR 2 224 751 describe un detector
para dispositivos de seguridad termoeléctrica que comprende un
termopar con un conductor interno, un reóforo conectado al termopar
en su prolongación, un cable de cobre que se extiende axialmente en
el interior del reóforo y que está conectado de manera que forme la
prolongación del conductor interno del termopar, y una toma montada
externamente a y coaxialmente con por lo menos parte de dicho
reóforo, para conectar dicho termopar a una mordaza o placa de
carga.
El documento DE 39 27 413 da a conocer un
elemento de ignición que comprende un elemento de incandescencia
calentado eléctricamente con un par de cables de alimentación
asociados, en el que dicho elemento de incandescencia comprende un
bloque de grafito, o un metal o película de óxido metálico aplicado
a un soporte y se inserta un termopar en uno de los cables para el
elemento de incandescencia.
El documento US nº 3.070.645 describe un
dispositivo termopar para la generación de energía termoeléctrica,
provisto de un revestimiento de un material catalítico en su unión
caliente, en el que dicho material catalítico es capaz de conseguir
una reacción exotérmica de los reactivos del combustible que está en
contacto y los cable del termopar no son catalíticos con respecto a
la reacción.
El objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un dispositivo para la ignición y la detección de
llama para quemadores de gas que no presente las desventajas de los
dispositivos tradicionales descritos anteriormente.
Dicho objetivo lo ha alcanzado el solicitante,
que ha inventado un dispositivo sencillo para quemadores de gas
capaz de llevar a cabo tanto la ignición, como la detección de llama
cuando ésta se apaga accidentalmente.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención
es un dispositivo electrotérmico para la ignición y la detección de
llama en quemadores de gas, según la reivindicación 1.
Los elementos metálicos utilizados para producir
el dispositivo según la presente invención están generalmente
constituidos por filamentos de sección circular con un diámetro
entre 0,1 y 0,8 mm. Alternativamente, se pueden utilizar tiras
metálicas con un grosor entre 0,1 y 0,8 mm y una anchura entre 2 y
0,5 mm. Dichos elementos se soportan en reóforos que también son
metálicos, constituidos por acero inoxidable o aleaciones como latón
o bronce, resistentes a la corrosión.
Para producir este dispositivo se puede utilizar
cualquier par metálico que pueda generar corriente y voltaje
termoeléctrico, por ejemplo voltajes por encima de 0,03 voltios o
corrientes superiores a 3 mA, cuando únicamente el punto de unión
se encuentra en contacto con la llama de gas, o generar calor
gracias al efecto Joule. Algunos ejemplos de pares de dichos
metales son: platino, platino-rodio,
cromel-alumel.
Resultan preferidos pares de metales en los que
por lo menos uno de los mismos presente propiedades catalíticas
para la oxidación del gas, como el platino, el paladio o el níquel.
Se prefieren estos pares de metales, ya que permiten temperaturas
de ignición de gas inferiores y una mayor duración de los materiales
o autocalentamiento del metal con la posibilidad consecuente de
reducir el diámetro de los elementos metálicos, ya que, una vez que
se haya excedido la temperatura de catálisis de la superficie, la
oxidación (combustión) incrementa la temperatura del metal,
permitiendo rápidamente que se prenda la totalidad del flujo
gaseoso.
También se pueden utilizar pares de metales
capaces de generar únicamente efecto Joule, en los que por lo menos
uno de dichos metales esté revestido por un metal con propiedades
catalíticas para la oxidación del gas.
De manera alternativa, el dispositivo
electrotérmico para la ignición y la detección de llama en
quemadores de gas puede estar constituido por un elemento
calentador en el que los elementos metálicos se sustituyan por un
elemento cerámico o cerámico-metálico en una forma
sólida o hueca cilíndrica, activado por polvo metálico con
actividad catalítica para la oxidación del gas. Esta solución
permite la miniaturización de la parte del presente dispositivo en
contacto con la llama (foco caliente).
El dispositivo electrotérmico para la ignición y
la detección de llama en quemadores de gas según la presente
invención se ilustra más claramente haciendo referencia a los
dibujos de las figuras adjuntas, que representan ejemplos no
limitativos de las formas de realización.
Haciendo referencia a los dibujos de la Figura
1, el presente dispositivo comprende (Figura 1-1)
los dos reóforos 11 y 12 que soportan los dos elementos metálicos
13 y 13' unidos en el punto AB que está en contacto con la llama F
del quemador no representado. Las Figuras 1-2 y
1-3 representan formas de realización alternativas
de la presente invención, en las que los elementos metálicos del
tipo cable 13 y 13' se sustituyen por un elemento cerámico 14 o
cermet 15, bien sólido o hueco.
La Figura 2 muestra otras formas de realización
alternativas de la presente invención.
En la Figura 2-1, uno de los
reóforos 11 presenta una forma básicamente cilíndrica o cilíndrica
truncada hueca, mientras que el otro reóforo 12 se representa por
medio de una barra vertical coaxial con respecto a la primera. En
esta forma de realización, el elemento metálico 13 soportado en el
reóforo con forma cilíndrica hueca 11 presenta una estructura en
forma de cúpula que alberga el punto de unión AB con el elemento
metálico 13' soportado en el reóforo coaxial 12.
La figura 2-2 muestra una forma
de realización similar pero provista de una ventana F en la que el
elemento metálico 13 forma una unión caliente con el cable
realizado en platino (o catalizador similar) que se calienta
mediante la llama a través de la ventana F.
Un aparato para la ignición por chispa en un
quemador de gas y que detecta continuamente la presencia de la
llama, que funciona con el dispositivo según la presente invención,
puede funcionar con un circuito de baja impedancia, del orden de
10-1000 m\Omega o con un circuito de alta
impedancia, del orden de 0,1-50 \Omega.
En el caso de un circuito de baja impedancia, el
aparato para la ignición por chispa y la detección de llama,
ilustrado en la Figura 3, comprende:
a. una unidad de control de ignición 1;
b. un temporizador 2;
c. un inversor de dos niveles 3 conectado al
temporizador;
d. un transformador 4 y un comparador 5
conectados a las salidas del inversor de dos niveles, y conectados
respectivamente al dispositivo de ignición y detección de llama 6 y
a un sistema de corte de gas 7.
Cuando se activa la unidad de control de
ignición 1, el temporizador 2 activa el inversor 3 a su nivel más
alto para transferir voltaje al transformador 4 y encender el
dispositivo de ignición (termoelemento) 6 que, simultáneamente, se
encuentra en contacto con el gas que se va a encender. Una vez
finalizado el tiempo de activación, con la ignición del gas, el
inversor reduce el nivel de energía enviada al transformador,
conmutando el nivel de control. En esta fase, la llama está
encendida y mantiene la unión de termoelemento AB a la temperatura
requerida, produciendo así una corriente termoeléctrica. Después de
la generación de la corriente termoeléctrica, la impedancia del
termoelemento se lee y se compara con un valor en la memoria por
medio del comparador 5. Si el valor de impedancia medido es el
mismo o superior que el de la memoria, significa que la llama está
encendida. Cuando el valor de impedancia medido cae, significa que
la intensidad de la corriente termoeléctrica está cayendo como
resultado de la reducción en la temperatura de la unión del
termoelemento AB, debido a la extinción de la llama. Esta medición
activa el sistema de corte 7 que bloquea el suministro de gas.
En el caso de un circuito de alta impedancia, el
equipo para la ignición por chispa y la detección de la llama,
ilustrado en la Figura 4, comprende:
e. una unidad de control de ignición 1;
f. un temporizador 2;
g. una unidad de conmutación 8 conectada al
dispositivo de ignición y detección de llama 6; y
h. un comparador 5, conectado a un sistema de
corte de gas 7.
El equipo para la ignición por chispa y la
detección de llama funciona como en el caso anterior, con la
excepción de que utiliza una unidad de conmutación en lugar de una
unidad inversora/transformadora. Una vez que ha transcurrido el
tiempo de activación, la unidad de conmutación 8 detecta la fuerza
electromotora en los extremos del termoelemento 6, comparándola con
el valor de referencia. Si la fuerza electromotora anterior está por
debajo del valor de referencia, el comparador activa el sistema de
corte de gas que bloquea el suministro del gas.
El dispositivo electrotérmico para la ignición y
la detección de llama en quemadores de gas según la presente
invención ofrece las ventajas siguientes:
- no existe emisión electromagnética (los
sistemas de ignición por chispa son fuentes de radiación por
pulsos);
- detección de llama virtualmente inmediata
(bajo tiempo de respuesta con respecto al termoelemento);
- no existen choques eléctricos en caso de
contacto con el operario;
- no existe ruido durante la ignición;
- ignición inmediata (dada la energía disponible
para la activación);
- presencia de un único elemento capaz de llevar
a cabo tanto la ignición como el control de llama;
- posibilidad de formar el foco caliente en un
punto del dispositivo que no pueda entrar en contacto con el
operario;
- control central de varios quemadores por medio
de la conexión a una unidad de control que controla a su vez el
corte de suministro de gas;
- posibilidad de detectar la fuga de gas
accidental permanentemente y en varios quemadores.
Claims (11)
1. Dispositivo electrotérmico para la ignición y
la detección de llama en quemadores de gas, que comprende un
termoelemento que incluye un par de elementos metálicos o cerámicos
o cerámico-metálicos unidos (13, 13', 14, 15),
estando cada uno soportado en un reóforo (11, 12), pudiendo dichos
elementos generar corrientes y voltajes termoeléctricos cuando la
unión (AB) está dispuesta en un entorno con una temperatura
diferente de la de los reóforos (11, 12), pudiendo dicho
termoelemento encender el quemador de gas cuando los reóforos (11,
12) están conectados a una fuente de energía eléctrica.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que los elementos son elementos metálicos (13, 13') constituidos
por filamentos de sección circular con un diámetro de entre 0,1 y
0,8 mm.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que los elementos son elementos metálicos (13, 13') constituidos
por tiras metálicas con un grosor de entre 0,1 y 0,8 y una anchura
de entre 2 y 0,5 mm.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los elementos metálicos (13,
13') se soportan en reóforos (11, 12) que son asimismo metálicos,
constituidos por acero inoxidable o aleaciones resistentes a la
corrosión.
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el par de elementos metálicos
(13, 13') genera voltajes superiores a 3 mV o corrientes superiores
a 3 mA cuando únicamente el punto de unión (AB) está en contacto con
la llama de gas.
6. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos uno de los
metales del par de elementos metálicos (13, 13') presenta
propiedades de superficie catalíticas para la oxidación del gas.
7. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 5, que comprende pares metálicos que
pueden generar únicamente el efecto Joule en el que por lo menos
uno de los metales está revestido con un metal que presenta
propiedades de superficie catalíticas para la oxidación del gas.
8. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los elementos son elementos
cerámicos o cerámico-metálicos (14, 15) en una forma
cilíndrica hueca o sólida, mezclados o revestidos con polvo
metálico con actividad catalítica para la oxidación del gas.
9. Utilización del dispositivo según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores en un aparato para la ignición
por chispa en un quemador de gas y para detectar continuamente la
presencia de la llama.
10. Aparato para la ignición por chispa en un
quemador de gas y para la detección continua de la presencia de la
llama que funciona con un circuito de baja impedancia, que
comprende:
a. una unidad de control de ignición (1);
b. un temporizador (2);
c. un inversor de dos niveles (3) conectado al
temporizador;
d. un transformador (4) y un comparador (5)
conectados a las salidas del inversor de dos niveles, y conectados
respectivamente al dispositivo de ignición y detección de llama (6),
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, y a un
sistema de corte de gas (7).
11. Aparato para la ignición por chispa en un
quemador de gas y la detección continua de la presencia de la llama
que funciona con un circuito de alta impedancia, que comprende:
e. una unidad de control de ignición (1);
f. un temporizador (2);
g. una unidad de conmutación (8) conectada al
dispositivo de ignición y detección de llama (6), según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores 1 a 8; y
h. un comparador (5), conectado a un sistema de
corte de gas (7).
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