ES2711877T3

ES2711877T3 - Dispositivo mezclador de aire y gas combustible

Info

Publication number: ES2711877T3
Application number: ES13166357T
Authority: ES
Inventors: Jochen Wriske; Matthias Wodtke; Nicole Schmidt; Gabriele Lange; Thomas Messerschmidt; Bernhard Zscheile
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2033-05-03
Also published as: TR201902325T4; EP2664849A3; DE102012009628A1; EP2664849A2; EP2664849B1

Abstract

Dispositivo (1) mezclador para un aparato de calefacción para mezclar gas combustible y aire en una relación de mezcla definida, que comprende una tobera (1) mezcladora, preferiblemente un tubo de Venturi, la cual contiene un primer canal (2) de aire con un primer suministro (4) de gas y un segundo canal (3) de aire con un segundo suministro (5) de gas, a través de la cual se puede conducir aire, que mediante una soplante con número de revoluciones modificable puede impulsar aire a través de la tobera (1) mezcladora, y comprendiendo un medio (6) de cierre, que incluye por lo menos una chapaleta (9), donde el medio (6) de cierre se ha configurado de tal modo que, en funcionamiento con caudales de aire bajos, la chapaleta (9) cierra en una posición de cierre el segundo canal (3) de aire y/o el segundo suministro (5) de gas, en donde el medio (6) de cierre se ha configurado de modo que la velocidad del aire en el segundo canal de aire en la zona del segundo suministro de gas, en la zona de transición, es tan reducida entre bajos caudales de aire y elevados caudales de aire es que no tiene lugar engrase ligero alguno de la mezcla de gas combustible y aire, caracterizado por que la chapaleta (9) presenta orificios (13), a través de los que puede fluir aire en la posición de cierre de la chapaleta (9) o en la proximidad de de la posición de cierre de la chapaleta (9), de manera que se reduzca la velocidad de la corriente en la zona del segundo suministro (5) de gas.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo mezclador de aire y gas combustible

La invencion se refiere a un dispositivo mezclador aire y gas combustible para un aparato de calefaccion. Dispositivos mezcladores del genera expuesto se basan en una tobera mezcladora, habitualmente un tubo de Venturi, en la que se impulsa aire por la tobera mediante una soplante. En la zona de la seccion transversal estrecha del tubo de Venturi, se suministra gas combustible ortogonalmente. Por medio de un estrangulador en la via del gas, se ajusta una cantidad de gas combustible necesaria en relacion con la cantidad de aire para una combustion limpia. El tubo de Venturi garantiza que, en una determinada zona del caudal masico de aire, la relacion de aire a gas combustible permanece constante con estrechas tolerancias.

Sin embargo, eso ya no sigue siendo valido por debajo de un valor lfmite, en el que la velocidad de la corriente se hace demasiado reducida. Para un aparato de calefaccion, resulta ventajoso si dicha relacion dispone de una amplia zona de modulacion, o sea una amplia relacion entre las potencias maxima y minima con carga nominal o bien carga parcial. No obstante, esos sistemas estan limitados en el sentido de que la perdida de presion a ajustar por el tubo de Venturi se comporta cuadraticamente desde la carga parcial a la carga nominal y, por ello, el sistema conjunto esta limitado en carga nominal por el aumento de presion maximo posible de la soplante utilizada.

Por esa razon, se conocen a partir del estado actual de la tecnica diversas soluciones, que tambien presentan en zona de carga parcial una relacion de gas combustible a aire suficientemente estrecha tolerada con potencias reducidas.

La solicitud de patente DE 19635974 Aldescribe un dispositivo mezclador de gas combustible y aire para aparatos de calefaccion, en el que la seccion transversal del orificio a la camara de combustion se adecua segun el caudal mediante una valvula de lanzadera sometida a la fuerza de la gravedad.

La patente EP 1183483 B1 describe un dispositivo mezclador para gas combustible y aire de combustion con dos toberas de aire paralelas en forma de tubos de Venturi. Una tobera de aire o alternativamente ambas toberas de aire pueden desconectarse por medio de mecanismos de bloqueo. Los mecanismos de bloqueo se han configurado como chapaletas, donde las chapaletas se detienen por medio de muelles en contra de la direccion de la corriente. El coeficiente de elasticidad determina, por tanto, la caractenstica de bloqueo.

A partir de la solicitud de patente EO 2012/007823 A1, se conoce un dispositivo mezclador, en el que una chapaleta en la via de aire disminuye asimismo la seccion transversal de la corriente a carga parcial. Una chapaleta adicional accionada por la presion del aire cierra la via del gas combustible.

A partir de la memoria de la patente US 4465,456, se conoce estrangular un canal de aire con aporte de gas en un quemador con una chapaleta comun.

La solicitud de patente EP 1445451 A2 revela una chapaleta para un segundo canal en un sistema de escape de gas de vehuculos motorizados.

Los dispositivos mezcladores conocidos a partir de la solicitud de patente WO 2012/007823 A1 tienen, no obstante, el inconveniente de que, con pequenas cargas, se mezcla adicionalmente en la zona de transicion una cantidad de gas demasiado elevada, lo que da lugar a un ligero engrasado de la mezcla. Por ejemplo, dicha zona de transicion puede quedar, en una zona de modulacion total de 3,5 kW a 35 kW, en la region de entre 7 kW y 15 kW. Zonas de potencia por debajo de la zona de transicion dan lugar a corrientes de caudales masicos demasiado bajos. El ligero engrasado de la mezcla es achacable a que la chapaleta presenta en la zona de transicion unos estados de apertura indefinidos y, con ello, reinan condiciones de corriente indefinidas en el borde de la chapaleta, por lo cual ya no se puede garantizar mas la relacion de mezcla prevista.

Es por ello mision de la invencion perfeccionar un dispositivo de mezcla segun la solicitud de patente WO 2012/007823 A1 en el sentido de que no se produzca engrasado ligero alguno en la zona de transicion.

Dicha mision se solventa segun la invencion por que el medio de cierre, que comprende la chapaleta, se configure de tal modo que en la zona de transicion no tenga lugar engrasado ligero alguno de la mezcla de gas combustible y aire. Para ello, la chapaleta presenta orificios. Con ello, el aire puede fluir a traves de los orificios en estado parcialmente cerrado de la chapaleta. Con ello, se evita que en la zona del segundo suministro de gas se presenten elevadas velocidades de corriente.

Segun la invencion, el medio de cierre comprende un medio de enclavamiento, que en caso de caudales masicos de aire bajos asf como en la zona de transicion bloque caudales masicos de aire demasiado elevados. Con ello queda la chapaleta fiablemente en la posicion de cierre. En una variante, el medio de enclavamiento puede ser un accionamiento como, por ejemplo, un motor paso a paso. En una variante alternativa, el medio de enclavamiento puede ser un electroiman. Con ello es posible activar el medio de enclavamiento directamente mediante un mando. En otra variante, el medio de enclavamiento es un pestillo, que bloquea pasivamente la chapaleta. Eso tiene lugar por medio de un cuerpo que actua aerodinamicamente. Ese cuerpo esta previsto en la corriente de aire del primer canal de aire. La accion aerodinamica puede provocarse por fuerza ascensional o resistencia del aire. Preferiblemente, el cuerpo de accion aerodinamica se configura de modo que el pestillo solo abra la chapaleta cuando el caudal masico de aire sea suficientemente grande para abrir la chapaleta.

El efecto de que en la zona del segundo suministro de gas aparezcan elevadas velocidades de corriente se consigue por que el segundo canal de aire, en la zona de la chapaleta, asf como la propia chapaleta esten conformados de modo que, con pequenos angulos de apertura de la chapaleta, la abertura entre la chapaleta y el segundo canal de aire se abra mas rapidamente que en la zona del segundo suministro de gas, dentro de la zona exterior del segundo suministro de gas. Tambien se evita por que en la zona del segundo suministro de gas aparezcan elevadas velocidades de corriente.

En un metodo segun la invencion, se acciona el medio de enclavamiento en funcion del numero de revoluciones de una soplante, que esta incluida en el dispositivo mezclador. En una variante especialmente ventajosa del metodo, tiene lugar el accionamiento en forma de una histeresis.

La invencion se explica detalladamente a base de las figuras.

Lo representan las figuras:

Figura 1 un dibujo en seccion de un dispositivo mezclador segun la invencion.

Figura 2 un dibujo en seccion de una variante de realizacion de un dispositivo mezclador segun la invencion. Figura 3 un dibujo en seccion de otra variante de realizacion adicional de un dispositivo mezclador segun la invencion.

Las figuras 1 a 3 muestran un dibujo en seccion de una forma de realizacion del dispositivo mezclador segun la invencion. Desde la izquierda fluye aire a traves de la tobera 1 mezcladora, que se ha configurado como tubo de Venturi. La tobera 1 mezcladora se divide en un primer canal 2 de aire y un segundo canal 3 de aire. El segundo canal 3 de aire puede bloquearse mediante un medio 6 de cierre en forma de una chapaleta 9. Ademas, la chapaleta 9 esta configurada de modo que, al mismo tiempo, tambien el segundo suministro 5 de gas pueda bloquearse. Con elevado caudales masicos de aire, se abre la chapaleta 9 por la presion de retencion. Al mismo tiempo, se abre tambien el segundo suministro 5 de gas.

En la figura 1, la chapaleta 9 esta unida por medio de un arbol 7 con un accionamiento 8. Con ello, la chapaleta 9 puede abrirse eficazmente de modo que se evite una apertura parcial indeseada de la chapaleta 9.

En la figura 2, se ha representado un electroiman 10, que coopera con la chapaleta 9. Dicho electroiman puede ser activado de modo que la chapaleta 9 se bloquee con caudales de aire bajos y en la zona de transicion. Solo con caudales masicos de aire suficientemente elevados, el electroiman 10 libera la chapaleta 9 de manera que la abra entonces fiablemente.

La figura 3 muestra un pestillo 11, que bloquea la chapaleta 9 en una posicion cerrada. El pestillo 11 esta unido con un accionamiento 12 del pestillo cargado elasticamente por un muelle, que se ha dispuesto en la corriente de aire del primer canal 2 de aire. Elevados caudales masicos de aire provocan que el accionamiento 12 del pestillo, configurado como superficie de soporte en este ejemplo, se accione de tal modo que el pestillo 11 libere la chapaleta 9. Accionamiento 12 de pestillo y chapaleta 9 se han sintonizado mutuamente ademas de modo que con ese caudal masico de aire abra fiablemente la chapaleta 9.

La figura 4 muestra un dibujo en seccion de otra forma de realizacion mas del dispositivo mezclador segun la invencion. La chapaleta 9 presenta varios orificios 13, a traves de los que puede fluir el aire. Igualmente, se ha configurado una abertura 14 entre la chapaleta 9 y el segundo canal 3 de aire. El contorno del segundo canal 3 de aire y el borde exterior de la chapaleta 9 estan configurados de tal modo que, con pequenos angulos de apertura de la chapaleta 9, la abertura fuera de la zona del segundo suministro 5 de gas abra mas rapidamente que en la zona del segundo suministro 5 de gas. Eso se puede conseguir, por ejemplo, por que el segundo canal de aire en esa zona no presente ninguna seccion transversal simetrica en rotacion. Mas bien, se ensancha la seccion transversal fuera de la zona del segundo suministro 5 de gas mas ampliamente que en la zona del segundo suministro 5 de gas. La figura 5 representa una trayectoria medida de la relacion de gas combustible a aire en toda la zona de potencia de un aparato de calefaccion. Un valor de la relacion de gas combustible a aire mayor que 1 corresponde a un exceso de aire, un valor menor que 1 corresponde a falta de aire. En el sentido de una combustion pobre en sustancias contaminantes, se considera un valor de 1,3 como optimo.

La curva 15 de medicion se tomo con un dispositivo mezclador segun el estado actual de la tecnica. En la zona de potencia del aparato de calefaccion entre 7 y 15 kW, se registra una cafda del valor de la relacion gas combustible a aire, lo que corresponde a un ligero engrasado de la mezcla y, por tanto, da lugar a mayores emisiones de sustancias contaminantes.

La curva 16 de medicion se tomo con un mecanismo medidor segun la figura 4 de acuerdo con la invencion. El engrasado de la mezcla puede reducirse en este caso claramente.

LISTADO DE SIGNOS DE REFERENCIA

Tobera mezcladora

Primer canal de aire

Segundo canal de aire

Primer suministro de gas

Segundo suministro de gas

Medio de cierre

Arbol

Accionamiento

Chapaleta

Iman

Pestillo

Accionamiento del pestillo

Orificio

Abertura

Valores de medicion utilizando una chapaleta sin orificios

Valores de medicion utilizando una chapaleta con orificios

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (1) mezclador para un aparato de calefaccion para mezclar gas combustible y aire en una relacion de mezcla definida, que comprende una tobera (1) mezcladora, preferiblemente un tubo de Venturi, la cual contiene un primer canal (2) de aire con un primer suministro (4) de gas y un segundo canal (3) de aire con un segundo suministro (5) de gas, a traves de la cual se puede conducir aire, que mediante una soplante con numero de revoluciones modificable puede impulsar aire a traves de la tobera (1) mezcladora, y comprendiendo un medio (6) de cierre, que incluye por lo menos una chapaleta (9), donde el medio (6) de cierre se ha configurado de tal modo que, en funcionamiento con caudales de aire bajos, la chapaleta (9) cierra en una posicion de cierre el segundo canal (3) de aire y/o el segundo suministro (5) de gas, en donde el medio (6) de cierre se ha configurado de modo que la velocidad del aire en el segundo canal de aire en la zona del segundo suministro de gas, en la zona de transicion, es tan reducida entre bajos caudales de aire y elevados caudales de aire es que no tiene lugar engrase ligero alguno de la mezcla de gas combustible y aire, caracterizado por que la chapaleta (9) presenta orificios (13), a traves de los que puede fluir aire en la posicion de cierre de la chapaleta (9) o en la proximidad de de la posicion de cierre de la chapaleta (9), de manera que se reduzca la velocidad de la corriente en la zona del segundo suministro (5) de gas.

2. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 1, donde el medio (6) de cierre comprende ademas un medio (8, 10, 11) de enclavamiento y donde el medio (8, 10, 11) de enclavamiento se ha configurado de tal modo que la chapaleta (9) con caudales masicos de aire bajos, especialmente en la zona de transicion a elevados caudales masicos de aire, se detenga en la posicion de cierre de modo que se evite una apertura parcial de la chapaleta.

3. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 2, donde el medio de enclavamiento es un accionamiento (8), es en especial un motor paso a paso, que esta unido con la chapaleta (9) mediante un arbol (7).

4. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 2, donde el medio de enclavamiento es un iman (10), en especial un electroiman.

5. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 2, donde el medio de enclavamiento es un pestillo (11), que coopera con un accionamiento (12) de pestillo de modo que el pestillo (11) enclava la chapaleta en caso de caudales masicos de aire bajos.

6. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 5, donde el accionamiento (12) del pestillo es un cuerpo operante aerodinamicamente dispuesto en el primer canal (2) de aire.

7. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 6, donde el accionamiento (12) del pestillo esta configurado de tal modo que sufra un empuje ascendente en la corriente de aire y, con ello, desenclave el pestillo (11).

8. Dispositivo mezclador segun la reivindicacion 6, donde el accionamiento (12) del pestillo se ha configurado de modo que experimente una fuerza en la corriente de aire debido a la resistencia del aire y, por ello, desenclave el pestillo (11).

9. Dispositivo mezclador segun una de las reivindicaciones 5 a 8, donde el accionamiento (12) del pestillo y la chapaleta (9) cooperen de tal modo que en funcionamiento el accionamiento (12) del pestillo solo abra el pestillo (11) cuando el caudal de aire sea suficientemente grande para abrir fiablemente la chapaleta (9).

10. Metodo para hacer funcionar un dispositivo mezclador segun una de las reivindicaciones 3 a 4, caracterizado por que el accionamiento (8) o el iman (10) se activa de tal modo que la chapaleta (9) se enclave por debajo de un primer numero de revoluciones y se desenclave por encima de un segundo numero de revoluciones.

11. Metodo segun la reivindicacion 10, donde el primero y el segundo numeros de revoluciones son identicos.

12. Metodo segun la reivindicacion 10, donde el primer numero de revoluciones es menor que el segundo numero de revoluciones.