ES2293768A1 - Cuerpo de caldeo polivalente. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo de caldeo polivalente, que comprende una cámara pre-quemador (1) que recibe la mezcla gas-aire de una cámara mezcladora (7) provista de una entrada de gas (8) y una entrada de aire (9), un ventilador soplante (6) que insufla el aire en la cámara mezcladora (7), un quemador poroso de fibras cerámicas (2), una cámara de combustión (3), un intercambiador de calor (4) con una entrada de agua fría (10) y una salida de agua caliente (11), y una cámara de salida de humos (5) resultantes de la combustión, caracterizado porque la cámara pre-quemador (1) tiene una pared (12) que está enfrentada al quemador (2) y que, desde su acoplamiento con la cámara mezcladora (7) hasta su extremo opuesto, esta pared (12) se extiende con un conveniente ángulo (13) de convergencia con el propio quemador (2) que es de un material poroso de fibras cerámicas de muy baja pérdida de carga, tiene una distribución de perforaciones no homogénea en toda su superficie.
Description
Cuerpo de caldeo polivalente.
Esta invención concierne a un cuerpo de caldeo
que está destinado para equipar calentadores de agua y calderas a
gas, de las empleadas en aparatos e instalaciones de calefacción y
calentamiento de agua, y que, con respecto al sentido de la
circulación interna del flujo gaseoso entre la entrada de los
componentes de la combustión, aire y gas, y la salida de los humos
resultantes de la misma, este cuerpo de caldeo tiene una
constitución general que comprende un ventilador y una
electroválvula de gas que insuflan el aire y el gas respectivamente
en la cámara mezcladora que está provista de una entrada de aire y
una entrada de gas, una cámara pre-quemador que
distribuye la mezcla gas-aire bajo el quemador, un
quemador poroso de fibra cerámica, una cámara de combustión, un
intercambiador de calor que tiene una entrada de agua fría y una
salida de agua caliente, y un colector de salida de los humos
resultantes de la combustión.
En particular la invención concierne a un cuerpo
de caldeo concebido de manera que con unos mínimos cambios va a
poder ser adaptado para su empleo en calderas de
no-condensación y en calderas de condensación.
En este campo se distinguen dos tipos de
calderas: las de no-condensación y las de
condensación.
Las primeras son las más tradicionales y, con
relación al cuerpo de caldeo, su constitución consiste en una
cámara de combustión que tiene un quemador de ramas en su parte
inferior y un intercambiador de calor en su parte superior; encima
del intercambiador de calor está el colector de humos y un
ventilador de aspiración de humos que los impulsa a través de la
chimenea; al quemador le llega el gas a través de los inyectores de
las ramas y el aire de combustión por la depresión producida por el
ventilador. Como su propio nombre indica, el funcionamiento de este
tipo de caldera implica que los humos de la combustión no sean
enfriados por debajo de su temperatura de rocío y salgan con un
considerable calor residual. Para este tipo de calderas es posible
emplear un intercambiador similar a un radiador de automóvil que
está confeccionado en cobre especial y según el proceso registrado
Cupro-Braze; esto ha sido llevado a cabo por
primera vez por el propio Titular de la presente invención,
consiguiendo un intercambiador que recibe los humos de la llama y
transfiere el calor de los mismos a un flujo de agua que circula por
el interior de los tubos del intercambiador. Este intercambiador
resiste saltos tan bruscos de temperatura como el que va desde los
4ºC del agua interior hasta los 750ºC de los humos, y ello haciendo
compatible el máximo rendimiento en todo el rango de potencias (es
decir, que no haya condensación de humos y que no hierva el agua en
el interior de los tubos del radiador), y logrando estas condiciones
en un intercambiador lo más pequeño y ligero posible.
A diferencia de éstas, las calderas de
condensación están diseñadas para aprovechar el calor residual de
los humos de la combustión enfriándolos por debajo de su punto de
rocío y condensando el vapor de agua contenido en los mismos, lo
que proporciona un rendimiento calorífico muy superior al de dichas
calderas de no-condensación. La constitución del
cuerpo de caldeo es en este caso inversa a la anterior: ahora el
quemador está en la parte superior de la cámara de combustión; el
intercambiador de calor está en la parte inferior de la misma; la
cámara que recibe la mezcla gas-aire está sobre el
quemador, en este caso de premezcla, y es alimentada desde una
cámara mezcladora en la que el aire es impulsado por un ventilador
soplante; y el colector de salida de humos está bajo el
intercambiador de calor.
De lo expuesto se desprende que en las calderas
de no-condensación la circulación de humos se
produce según la natural tendencia ascendente, por lo que el
ventilador requerido es de pequeña potencia, alimentado en
corriente alterna, y barato; por el contrario, en las calderas de
condensación la circulación de los humos tiene lugar en el sentido
contrario al natural y se requiere que el ventilador soplante sea
de mucha mayor potencia, y alimentado en corriente continua, lo que
resulta bastante más caro.
Uno de los problemas que afectan en general a
este tipo de producto son las pérdidas de carga que se traducen en
una considerable penalización de la potencia térmica máxima
disponible. A este respecto, se constata que es usual que, aguas
arriba del quemador de premezcla, se disponga una especie de filtro
o rejilla con el fin de mejorar la uniformidad en el suministro de
la mezcla combustible gas-aire al quemador, para
que también sea uniforme la distribución de la llama producida.
Esta solución produce una gran pérdida de carga que tiene mucha
trascendencia en las calderas de no-condensación y
que, como es lógico, no tiene tanta en las calderas de
condensación, donde la gran potencia del ventilador soplante
requerido permite compensarla, aunque suponga siempre una pérdida
de eficiencia energética. Por lo tanto, la búsqueda de una solución
a este problema tiene origen en las calderas de
no-condensación.
Otro problema detectado en este tipo de producto
es la aparición de ruidos inaceptables. Estudios y ensayos
realizados al efecto en laboratorio han llevado a concluir que los
mismos no se deben a vibraciones de las paredes metálicas, sino que
este sonido es de una frecuencia única y todos sus armónicos, y que
resulta de inestabilidades de la llama que se acoplan con alguna
frecuencia propia del volumen de humos en la cámara de combustión;
su baja frecuencia permite descartar que el origen de tal sonido
pudiera estar en la resonancia de la propia llama.
Frente a este estado de cosas, la presente
invención propugna un cuerpo de caldeo polivalente que, utilizando
un quemador de premezcla de fibras cerámicas, sirve tanto para
calderas de no-condensación como para calderas de
condensación. El cuerpo de caldeo comprende en general los
elementos indicados en el campo de la invención arriba reseñado y
presenta una constitución en la que dicha cámara
pre-quemador tiene una pared que está enfrentada al
quemador y que, desde su acoplamiento con la cámara mezcladora
hasta su extremo opuesto, esta pared se extiende con un conveniente
ángulo de convergencia con el propio quemador. Dicho quemador, de
muy baja pérdida de carga, tiene una distribución de perforaciones
no homogénea en toda su superficie. La particular geometría de la
cámara pre-quemador se ha comprobado de gran
eficacia para asegurar una muy homogénea distribución de la mezcla
aguas arriba del quemador, una buena distribución de la llama y una
importante reducción de la pérdida de carga. Además de emplearse un
quemador poroso y perforado de fibras cerámicas, de reducida
pérdida de carga, según la invención la distribución de
perforaciones de este quemador no se extiende de modo homogéneo en
toda su superficie, sino que son generadas zonas perforadas que
están convenientemente alternadas con otras porosas pero no
perforadas; de este modo se logra que la llama no sea de altura
uniforme en toda la superficie del quemador, sino que esté
distribuida por zonas, lo cual ha permitido eliminar los
inaceptables ruidos del citado acoplamiento entre la frecuencia de
la llama y la debida al volumen de humos en la cámara de
combustión.
Las soluciones adoptadas han permitido conseguir
unas pérdidas de carga tan bajas que su aplicación para calderas de
condensación permite el empleo eficaz de ventiladores soplantes de
corriente alterna y baja presión que son muy económicos (como los
empleados para las calderas de no-condensación) en
comparación con los precisados hasta ahora al respecto. Lo que
posibilita la enorme ventaja de que un mismo cuerpo de caldeo sea
aplicable para ambos tipos de calderas, de condensación y de
no-condensación, sin más que realizar cambios tan
sencillos como poner el intercambiador adecuado a cada caso y
voltear el aparato para que, cuando se trata de caldera de
condensación, el agua condensada caiga por gravedad.
Estas y otras particularidades del invento son
ilustradas en la descripción detallada que sigue, referida a los
dibujos que se acompañan.
Para comprender mejor la naturaleza del presente
invento, en los dibujos adjuntos representamos una forma preferente
de realización industrial, la cual tiene carácter de ejemplo
meramente ilustrativo y no limitativo.
La figura 1 es una vista en alzado lateral de un
cuerpo de caldeo según la invención que está aplicado para una
caldera de no-condensación. En esta figura está
incorporado un detalle que muestra la vista lateral izquierda
correspondiente a la vista anterior.
La figura 2 es una ampliación de la planta
superior del intercambiador (4), en correspondencia con el detalle
II que está circundado en el propio detalle incorporado en la
figura 1.
La figura 3 es una ampliación correspondiente a
la vista lateral izquierda del intercambiador (4), según el detalle
III que está circundado en el propio detalle incorporado en la
figura 1 y que está referido a ilustrar el acodamiento en la
entrada de agua fría (10) a este intercambiador (4).
La figura 4 es una vista en planta
correspondiente a un modo de ejecución de la manta cerámica porosa
que constituye el quemador poroso de fibras cerámicas (2) según la
invención.
La figura 5 es una vista en alzado lateral de un
cuerpo de caldeo según la invención que está aplicado para una
caldera de condensación.
La figura 6 es la vista lateral derecha
correspondiente a la figura 5.
En estas figuras están indicadas las siguientes
referencias:
- 1.-
- Cámara pre-quemador
- 2.-
- Quemador poroso de fibras cerámicas o manta cerámica porosa
- 3.-
- Cámara de combustión
- 4.-
- Intercambiador de calor
- 5.-
- Colector de salida de humos
- 6.-
- Ventilador soplante
- 7.-
- Cámara mezcladora
- 8.-
- Entrada de gas
- 9.-
- Entrada de aire
- 10.-
- Entrada de agua fría
- 11.-
- Salida de agua caliente
- 12.-
- Pared de cámara pre-quemador (1)
- 13.-
- Ángulo de pared (12)
- 14.-
- Franjas de perforaciones en el quemador de manta cerámica (2)
- 15.-
- Descarga del agua condensada
- 16.-
- Chimenea de humos
Con relación a las figuras y referencias arriba
indicadas, se ilustra en los planos adjuntos un modo de ejecución
preferente para un cuerpo de caldeo polivalente, que puede ser
empleado para calderas de no-condensación y de
condensación, el cual tiene una conjunción de elementos que,
respecto del sentido de la circulación interna del flujo gaseoso
entre la entrada de la mezcla combustible gas-aire
y la salida de los humos resultantes de la combustión, comprende
una cámara pre-quemador (1) que recibe la mezcla
gas-aire de una cámara mezcladora (7) que está
provista de una entrada de gas (8) y una entrada de aire (9), un
ventilador soplante (6) que insufla el aire en la cámara mezcladora
(7), un quemador poroso de fibras cerámicas (2), una cámara de
combustión (3), un intercambiador de calor (4) que tiene una
entrada de agua fría (10) y una salida de agua caliente (11), y un
colector de salida de humos (5) resultantes de la combustión.
De acuerdo con la invención, en el cuerpo de
caldeo preconizado dicha cámara pre-quemador (1)
tiene una pared (12) que está enfrentada al quemador (2) y que,
desde su acoplamiento con la cámara mezcladora (7) hasta su extremo
opuesto, esta pared (12) se extiende con un conveniente ángulo (13)
de convergencia con el propio quemador (2); y porque dicho quemador
(2), que es de un material poroso de fibras cerámicas de muy baja
pérdida de carga, tiene una distribución de perforaciones no
homogénea en toda su superficie. Esta constitución propugnada está
ilustrada en la figura 1 para una caldera de
no-condensación y, según lo reseñado anteriormente,
tiene unas pérdidas de carga tan pequeñas que su extrapolación al
caso de una caldera de condensación permite el empleo de un
ventilador soplante (6) de corriente alterna, baja presión y bajo
precio; lo cual posibilita que para este caso puedan ser empleados
básicamente los mismos elementos que integran la ejecución de la
figura 1, para construir una ejecución como la de las figuras 5 y
6, que resulta de voltear la ejecución de la figura 1 y no es otra
cosa que la disposición de un cuerpo de caldeo propio de una
caldera de condensación. A este respecto, obsérvese que la misma
pieza que antes hacía la función de salida de humos (5) sirve ahora
para la descarga del agua condensada (15) que cae por gravedad; a
esta última pieza es preciso simplemente acoplarle una chimenea
(16) de escape de los humos; también será preciso que el
intercambiador (4) sea el adecuado para este tipo de caldera. Con
estos sencillos cambios resulta posible que la caldera de
no-condensación y de condensación puedan utilizar
básicamente un mismo cuerpo de caldeo.
De acuerdo con una ejecución preferente, dicho
ángulo (13) formado por la pared (12) con el quemador (2) tiene un
valor que está comprendido entre 8 y 20 grados. Es decir, de
acuerdo con la invención, para la aplicación del cuerpo de caldeo a
una caldera de no-condensación la cámara
pre-quemador (1) está situada por debajo del
quemador (2), el quemador (2) está en la parte inferior de la
cámara de combustión (3), el intercambiador de calor (4) está en la
parte superior de la cámara de combustión (3), la salida de humos
(5) está por encima del intercambiador de calor (4), y la cámara
mezcladora (7) forma un codo que tiene una boca inferior de
acoplamiento con la cámara pre-quemador (1) y una
boca superior de acoplamiento con el ventilador soplante (6); en
cambio, en su aplicación para una caldera de condensación, dicha
cámara pre-quemador (1) está situada por encima del
quemador (2), el quemador (2) está en la parte superior de la
cámara de combustión (3), el intercambiador de calor (4) está en la
parte inferior de la cámara de combustión (3), por debajo del
intercambiador de calor (4) hay una descarga del agua condensada
(15) que está formada por la posición invertida de arriba abajo de
la propia salida de humos (5) correspondiente a la aplicación del
cuerpo de caldeo para una caldera de
no-condensación, la cámara mezcladora (7) forma un
codo que tiene una boca superior de acoplamiento con la cámara
pre-quemador (1) y una boca inferior de
acoplamiento con el ventilador soplante (6), y acoplada lateralmente
con dicha salida de agua condensada (15) existe una chimenea (16)
de evacuación de los humos de la combustión.
Como se ha indicado anteriormente, para suprimir
los inaceptables ruidos que aparecen al emplear un quemador poroso
(2) de tan baja pérdida de carga y tanta uniformidad de llama como
los elegidos para esta invención, de acuerdo con la invención,
dicho quemador (2) es una manta cerámica porosa rectangular o
cuadrada que tiene perforaciones distribuidas según franjas (14)
que son paralelas entre sí y que están rodeadas por zonas no
perforadas de esta manta cerámica porosa.
De este modo la llama al tener una fluencia de
combustible diferente entre el que atraviesa sus propios poros y el
que fluye por las perforaciones no homogéneamente repartidas en
toda su superficie, origina que el frente conjunto de llama no sea
plano (uniforme) sino que presente irregularidades entre zonas de
llama baja (la de los poros) y zonas de llama alta (la de las
perforaciones) y esta irregularidad de llama evita la formación de
frecuencias que se acoplen y produzcan vibraciones ruidosas.
Una solución preferente al respecto es la de la
figura 4, donde las franjas perforadas (14) son paralelas a uno
cualquiera de los lados de dicha manta cerámica porosa. Otra
posibilidad es que las franjas perforadas (14) sean oblicuas
respecto de los lados de dicha manta cerámica porosa.
En otro orden de cosas, las figuras 2 y 3
ilustran una solución de la invención consistente en que dicha
entrada de agua fría (10) es mediante un conducto vertical que está
acoplado en una de las caras mayores y horizontales del
intercambiador de calor (4). De este modo el agua entrante choca
contra la pared superior del intercambiador (4) y se abre en forma
de abanico haciendo que la diferencia de caudales entre el tubo más
favorecido y el más perjudicado (de los múltiples tubos que
integran el intercambiador) sea del orden del 7%, mientras que
cualquier otra configuración supone diferencias muy acusadas, lo
que redunda en la posibilidad de que en los tubos de menos caudal
pudiera producirse una ebullición inaceptable del agua.
Claims (8)
1. Cuerpo de caldeo polivalente, que, respecto
del sentido de la circulación interna del flujo gaseoso entre la
entrada de la mezcla combustible gas-aire y la
salida de los humos resultantes de la combustión, comprende una
cámara pre-quemador (1) que recibe la mezcla
gas-aire de una cámara mezcladora (7) que está
provista de una entrada de gas (8) y una entrada de aire (9), un
ventilador soplante (6) que insufla el aire en la cámara mezcladora
(7), un quemador poroso de fibras cerámicas (2), una cámara de
combustión (3), un intercambiador de calor (4) que tiene una
entrada de agua fría (10) y una salida de agua caliente (11), y una
cámara de salida de humos (5) resultantes de la combustión,
caracterizado porque dicha cámara
pre-quemador (1) tiene una pared (12) que está
enfrentada al quemador (2) y que, desde su acoplamiento con la
cámara mezcladora (7) hasta su extremo opuesto, esta pared (12) se
extiende con un conveniente ángulo (13) de convergencia con el
propio quemador (2); y porque dicho quemador (2), que es de un
material poroso de fibras cerámicas de muy baja pérdida de carga,
tiene una distribución de perforaciones no homogénea en toda su
superficie.
2. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
la primera reivindicación, caracterizado porque dicho ángulo
(13) formado por la pared (12) con el quemador (2) tiene un valor
que está comprendido entre 8 y 20 grados.
3. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque dicho
quemador (2) es una manta cerámica porosa y perforada rectangular o
cuadrada que tiene sus perforaciones distribuidas según franjas
(14) que son paralelas entre sí y que están rodeadas por zonas no
perforadas de esta manta cerámica porosa.
4. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
la tercera reivindicación, caracterizado porque las franjas
perforadas (14) son paralelas a uno cualquiera de los lados de
dicha manta cerámica porosa.
5. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
la tercera reivindicación, caracterizado porque las franjas
perforadas (14) son oblicuas respecto de los lados de dicha manta
cerámica porosa.
6. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
la primera reivindicación, caracterizado porque la entrada
de agua fría (10) es mediante un conducto vertical que está
acoplado en una de las caras mayores y horizontales del
intercambiador de calor (4).
7. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque, en su
aplicación para una caldera de no-condensación, la
cámara pre-quemador (1) está situada por debajo del
quemador (2), el quemador (2) está en la parte inferior de la
cámara de combustión (3), el intercambiador de calor (4) está en la
parte superior de la cámara de combustión (3), la salida de humos
(5) está por encima del intercambiador de calor (4), y la cámara
mezcladora (7) forma un codo que tiene una boca inferior de
acoplamiento con la cámara pre-quemador (1) y una
boca superior de acoplamiento con el ventilador soplante (6).
8. Cuerpo de caldeo polivalente, de acuerdo con
las reivindicaciones primera a sexta, caracterizado porque,
en su aplicación para una caldera de condensación, dicha cámara
pre-quemador (1) está situada por encima del
quemador (2), el quemador (2) está en la parte superior de la
cámara de combustión (3), el intercambiador de calor (4) está en la
parte inferior de la cámara de combustión (3), por debajo del
intercambiador de calor (4) hay una descarga del agua condensada
(15) que está formada por la posición invertida de arriba abajo de
la propia salida de humos (5) correspondiente a la aplicación del
cuerpo de caldeo para una caldera de
no-condensación, la cámara mezcladora (7) forma un
codo que tiene una boca superior de acoplamiento con la cámara pre-
quemador (1) y una boca inferior de acoplamiento con el ventilador
soplante (6), y acoplada lateralmente con la descarga del agua
condensada (15) existe una chimenea (16) de evacuación de los humos
de la combustión.
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|---|---|---|---|
| ES200500840A ES2293768B1 (es) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Cuerpo de caldeo polivalente. |
| EP06112484A EP1712851A2 (fr) | 2005-04-11 | 2006-04-11 | Corps de chauffe polyvalent |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200500840A ES2293768B1 (es) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Cuerpo de caldeo polivalente. |
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ID=36587286
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200500840A Withdrawn - After Issue ES2293768B1 (es) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Cuerpo de caldeo polivalente. |
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| ES (1) | ES2293768B1 (es) |
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