ES2924696T3 - Calentador de gas, método para hacer funcionar el calentador de gas y una caldera de gas - Google Patents

Calentador de gas, método para hacer funcionar el calentador de gas y una caldera de gas Download PDF

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ES2924696T3 ES20161477T ES20161477T ES2924696T3 ES 2924696 T3 ES2924696 T3 ES 2924696T3 ES 20161477 T ES20161477 T ES 20161477T ES 20161477 T ES20161477 T ES 20161477T ES 2924696 T3 ES2924696 T3 ES 2924696T3
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Gazzo Marco Dal
Sebastiano Temperato
Paolo Zannoni
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Abstract

Un calentador de gas que comprende un quemador de premezcla, un canal de suministro para suministrar una mezcla de combustible gaseoso y aire al quemador, y una válvula de retención colocada en el canal de suministro aguas arriba del quemador. La válvula de retención comprende un cuerpo de válvula móvil que tiene una primera posición final en la que se abre la válvula de retención y una segunda posición final en la que se cierra la válvula de retención. En una primera condición de presión en la que la presión aguas arriba es mayor que la presión aguas abajo, el cuerpo de la válvula es forzado a la primera posición final. En una segunda condición de presión en la que la presión aguas arriba es menor que la presión aguas abajo, el cuerpo de la válvula es forzado a la segunda posición final. Después del cierre de la válvula de retención, la válvula de retención permanece cerrada durante un tiempo de retardo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Calentador de gas, método para hacer funcionar el calentador de gas y una caldera de gas
Campo
La invención se refiere a un calentador de gas para calentar un fluido tal como un gas o un líquido, un método para hacer funcionar el calentador de gas y una caldera de gas que comprende dicho calentador de gas.
Antecedentes
Los calentadores de gas tienen numerosas aplicaciones. Una de las posibles aplicaciones es el uso de un calentador de gas en una caldera para calentar agua, p. ej. para calefacción central y/o calentamiento de agua corriente. Los calentadores de gas convencionales se optimizan para combustionar gas natural, que es un combustible gaseoso que comprende principalmente metano (CH4). Un calentador de gas conocido comprende:
- un quemador de premezcla que tiene una plataforma de quemador; y
- un canal de suministro conectado para transmisión de fluidos a un suministro de combustible gaseoso, a un suministro de aire y al quemador para suministrar una mezcla del combustible gaseoso y el aire al quemador. El canal de suministro comprende una área de mezcla aguas arriba del quemador en dicha área, en funcionamiento, el combustible gaseoso y el aire empiezan a mezclarse.
Un quemador de premezcla tiene la ventaja de que la mezcla de combustible gaseoso y aire es muy uniforme cuando deja la plataforma de quemador, lo que conduce a una llama muy estable, bajas emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y una alta eficiencia del proceso de combustión. Debido a estas ventajas, prácticamente todos los calentadores de gas natural en la actualidad comprenden un quemador de premezcla. En un quemador de premezcla, la mezcla combustible que se alimenta al quemador también está presente en un canal de suministro aguas arriba del quemador. El documento WO 2018/122574 A1 divulga un calentador de gas que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Compendio de la invención
Uno de los principales gases de combustión resultantes de la combustión del gas natural es el dióxido de carbono (CO2). El dióxido de carbono es uno de los llamados gases de efecto invernadero y se considera uno de los principales contribuyentes al calentamiento global. Debido a esto, existe una búsqueda continua para reemplazar el gas natural como combustible para un calentador de gas. Una de esas soluciones es usar hidrógeno (H2) como combustible gaseoso. El hidrógeno tiene la ventaja de que se puede hacer a partir del agua (H2O), haciendo que el suministro sea prácticamente ilimitado. Además, los gases de combustión son principalmente nitrógeno (N2), vapor de agua y oxígeno (O2) y cuando el vapor de agua se condensa hay cero emisiones de gases de efecto invernadero.
El uso de hidrógeno conduce a nuevos desafíos. La mezcla se alimenta a través de la plataforma de quemador del quemador con una cierta velocidad de mezcla. La mezcla combustionará o arderá con cierta velocidad de llama. La velocidad de llama es la tasa medida de expansión del frente de llama en una reacción de combustión. Para que la llama permanezca sustancialmente en el mismo lugar con respecto al quemador, es decir, a una distancia fija de la plataforma de quemador, la velocidad de mezcla tiene que equilibrarse con la velocidad de llama. Con un desequilibrio entre la velocidad de mezcla y la velocidad de llama, la llama puede propagarse en la dirección de la plataforma de quemador. De hecho, la llama 'regresará' a la plataforma de quemador, a través de la plataforma de quemador hacia el quemador y el canal de suministro de mezcla. Esto se conoce como flashback (retroceso). Debido a la velocidad de llama muy alta de una mezcla de hidrógeno, es mucho más probable que se produzca un retroceso que cuando se quema una mezcla de gas natural cuya velocidad de llama es considerablemente menor. Un retroceso se puede desencadenar, p. ej. por un cambio en la proporción del combustible gaseoso al aire en la mezcla, por un cambio en la composición del combustible gaseoso, o por un cambio en la presión en la cámara de combustión, p. ej. provocad por una caída de presión en la salida de un canal de humos provocada por el viento u otras causas naturales. El retroceso también puede ser provocado por altas temperaturas locales de la superficie del quemador.
Cuando se produce un retroceso, el frente de llama de retroceso pasará por la plataforma de quemador y continuará propagándose a través de dicho canal de suministro. Debido a la rápida combustión de la mezcla en el canal de suministro, la rápida expansión de la llama de retroceso puede provocar un estallido explosivo. Debido a que el canal de suministro generalmente es estrecho, el frente de llama aumentará de velocidad dentro del canal de suministro. Cuando se utiliza hidrógeno como combustible gaseoso, esta velocidad puede incluso alcanzar el nivel sónico, lo que da como resultado un estallido aún mejor audible. Ambos estallidos son los más indeseados.
Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar un calentador de gas que alivia los problemas mencionados anteriormente.
Con ese fin, la invención proporciona un calentador de gas según la reivindicación 1. Más particularmente, la invención proporciona un calentador de gas que comprende un quemador de premezcla, un canal de suministro y una válvula de retención. El quemador tiene una plataforma de quemador. El canal de suministro se conecta para transmisión de fluidos a un suministro de combustible gaseoso, a un suministro de aire y al quemador para suministrar una mezcla del combustible gaseoso y el aire al quemador. El canal de suministro comprende una área de mezcla aguas arriba del quemador en dicha área de mezcla, en funcionamiento, el combustible gaseoso y el aire empiezan a mezclarse. La válvula de retención se coloca en el canal de suministro aguas abajo del área de mezcla y aguas arriba del quemador. La válvula de retención comprende un asiento de válvula y un cuerpo de válvula móvil. El cuerpo de válvula tiene una primera posición final en la que la válvula de retención está abierta y en la dirección en la que se obliga el cuerpo de válvula en una primera condición de presión en la que la presión aguas arriba de la válvula es mayor que la presión aguas abajo de la válvula. El cuerpo de válvula tiene una segunda posición final en la que la válvula de retención está cerrada y a la que se obliga el cuerpo de válvula en caso de retroceso de llama. La configuración de la válvula de retención es tal que, después del cierre de la válvula de retención debido al retroceso, la válvula de retención permanece cerrada durante un tiempo de retraso.
Una solución para evitar un retroceso sería aumentar la velocidad de mezcla, es decir, la velocidad de flujo de la mezcla cuando fluye a través de la plataforma de quemador. Esto tiene dos desventajas. En primer lugar, aumenta las posibilidades de un escape. Un escape es una ocasión en donde la llama de combustión se expulsa de la plataforma de quemador. Como consecuencia, la llama se apagará o se producirá una combustión incompleta.
Una segunda desventaja de una mayor velocidad de mezcla sería que se debe aumentar la presión de la mezcla suministrada al quemador. Esto requiere sopladores más pesados.
Con la solución según la invención no se necesitan sopladores adicionales o más pesados, ni aumentan las posibilidades de un escape. Mediante el uso de la válvula de retención colocada en el canal de suministro, los frentes de llama que se desplazan aguas arriba se detendrán efectivamente en la válvula de retención.
Cuando se produce un retroceso, el frente de onda de llama que se traslada en la dirección aguas arriba da como resultado un aumento de la presión aguas abajo de la válvula de retención que conduce a una segunda condición de presión, en la que la presión aguas abajo de la válvula de retención es más alta que la presión aguas arriba de la válvula de retención. Este aumento de presión cerrará rápidamente la válvula de retención de modo que la mezcla combustible aguas arriba de la válvula de retención no pueda encenderse y no entre en combustión. Cuando la válvula de retención está cerrada, la mezcla combustible aguas abajo de la válvula de retención continuará combustiendo y la presión aguas abajo de la válvula de retención volverá a disminuir. Aguas arriba de la válvula de retención, se seguirá suministrando la mezcla provocando un aumento de presión aguas arriba en dicho lado de la válvula de retención. Debido a este suministro continuo, la presión en el lado de aguas arriba de la válvula de retención será rápidamente más alta que la presión en el lado de aguas abajo, obligando a la válvula de retención en la dirección de la primera posición final, en la que la válvula de retención está abierta. Cuando la válvula de retención se abra inmediatamente después de la reversión de la segunda condición de presión a la primera condición de presión, o debido al rebote del cuerpo de válvula en el asiento, la válvula de retención se abriría antes de que toda la mezcla combustible aguas abajo de la válvula de retención haya combustionado. El combustible ardiendo que todavía está presente aguas abajo de la válvula de retención en el canal de suministro puede encender la mezcla aguas arriba de la válvula de retención y hacer que el retroceso se propague aguas arriba. Esto haría que la válvula de retención fuera menos eficaz. Este efecto de propagación continua del retroceso se ve mitigado por la característica de que la válvula de retención permanece cerrada durante un tiempo de retraso. Este tiempo de retraso puede elegirse de modo que toda la mezcla combustible aguas abajo de la válvula de retención se combustiona realmente antes de que la válvula de retención se abra de nuevo. De esta forma, el retroceso puede detenerse eficazmente en la válvula de retención.
Además, al cerrar rápidamente la válvula de retención, se puede detener la propagación adicional de la onda de retroceso antes de que pueda alcanzar una velocidad sónica. Por lo tanto, tampoco se produce el estallido indeseado de romper la barrera del sonido.
Los términos aguas arriba y aguas abajo utilizados en esta descripción se utilizan en relación con el flujo normal de gases dentro del calentador de gas, es decir, sin que se produzca un retroceso.
La invención proporciona además una caldera de gas para calentar agua, p. ej. para calefacción central y/o calentamiento de agua corriente. La caldera de gas comprende un calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1-13 y un intercambiador de calor con una cámara de combustión. El quemador de premezcla del calentador de gas se conecta al intercambiador de calor. La plataforma de quemador se posiciona en la cámara de combustión.
Los efectos y ventajas de la caldera de gas son los mismos que los efectos y ventajas del calentador de gas.
La invención también se refiere a un método según la reivindicación 15. Más particularmente, la invención se refiere a un método para hacer funcionar un calentador de gas según la invención. El método comprende:
- proporcionar un calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1-13;
- suministrar aire y combustible gaseoso al canal de suministro;
- mezclar el aire y el combustible gaseoso y suministrar el aire y el combustible gaseoso al menos parcialmente mezclados a través de la válvula de retención al quemador de premezcla,
en donde, durante el funcionamiento normal, en el que prevalece una primera condición de presión en la que la presión aguas arriba de la válvula de retención es mayor que la presión aguas abajo de la válvula de retención, la válvula de retención está abierta;
en donde, en caso de retroceso, el cuerpo de válvula es obligado a la segunda posición final en la que la válvula de retención está cerrada; y,
en donde después del cierre de la válvula de retención debido al retroceso, la válvula de retención permanece cerrada durante un tiempo de retraso.
Los efectos y ventajas de estos métodos son los mismos que los efectos y ventajas descritos anteriormente en relación con el calentador de gas según la invención.
La presente invención se aclarará adicionalmente con referencia a las figuras de realizaciones ejemplares. Las realizaciones se pueden combinar o se pueden aplicar por separado unas de otras.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 muestra una sección transversal esquemática de un ejemplo de una caldera de gas;
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de un canal de suministro que comprende una válvula de retención según la invención;
La figura 3 muestra una vista delantera del ejemplo de la figura 2;
La figura 4 muestra una vista en sección transversal del canal de suministro de la figura 3 a lo largo de la línea IV-IV con la válvula de retención visible;
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de un cuerpo de válvula y un tope de cuerpo de válvula según la invención;
La figura 6 muestra una vista en perspectiva del cuerpo de válvula de la figura 5.
Descripción detallada de las figuras
En esta solicitud, las características similares o correspondientes se indican mediante signos de referencia similares o correspondientes. La descripción de las diversas realizaciones no se limita al ejemplo que se muestra en las figuras y los números de referencia utilizados en la descripción detallada y las reivindicaciones no pretenden limitar la descripción de las realizaciones, sino que se incluyen para aclarar las realizaciones haciendo referencia al ejemplo mostrado en las figuras.
En general, la invención se refiere a un calentador de gas. En la figura 1 se muestra una representación esquemática de un ejemplo de un calentador de gas, en este ejemplo colocado en una caldera de gas 10. El calentador de gas según la invención también se puede utilizar para muchos propósitos, por ejemplo, para calentar un líquido, un gas u otras aplicaciones donde se requiere calor, como hornos, cafés al aire libre, etc. El calentador de gas comprende un quemador de premezcla 16, un canal de suministro 20 y una válvula de retención 24. El quemador 16 tiene una plataforma de quemador 18. El canal de suministro 20 se conecta para transmisión de fluidos a un suministro 21 de combustible gaseoso, a un suministro 23 de aire, y al quemador 16 para suministrar una mezcla del combustible gaseoso y el aire al quemador 16. El canal de suministro 20 comprende un área de mezcla 22 aguas arriba del quemador 16 en la que el área de mezcla 22, en funcionamiento, el combustible gaseoso y el aire empiezan a mezclarse. La válvula de retención 24 se coloca en el canal de suministro 20 aguas abajo del área de mezcla 22 y aguas arriba del quemador 16. La válvula de retención 24 comprende un asiento de válvula 26 y un cuerpo de válvula móvil 28. El cuerpo de válvula 28 tiene una primera posición final en la que la válvula de retención 24 está abierta y en la dirección en la que se obliga el cuerpo de válvula 28 en una primera condición de presión en la que la presión aguas arriba de la válvula de retención 24 es mayor que la presión aguas abajo de la válvula de retención 24. El cuerpo de válvula 28 tiene una segunda posición final en la que la válvula de retención 24 está cerrada y a la que se obliga el cuerpo de válvula 28 en caso de retroceso. La configuración de la válvula de retención 24 es tal que, después del cierre de la válvula de retención 24 debido al retroceso, la válvula de retención 24 permanece cerrada durante un tiempo de retraso.
Los efectos y ventajas de la caldera de gas 10 se han descrito en la sección de compendio y estos efectos y ventajas se insertan aquí como referencia.
En uso normal, la válvula de retención 24 no siempre tiene que estar completamente abierta, es decir, el cuerpo de válvula 28 no siempre tiene que estar en la primera posición final. Incluso cuando la válvula de retención 24 está parcialmente abierta, es decir, el cuerpo de válvula 28 está cerca de la primera posición final, la válvula de retención 24 permitirá que la mezcla fluya a través de la válvula de retención 24.
El área de mezcla en el canal de suministro 20 comienza donde se une el combustible gaseoso y el aire y continúa aguas abajo del mismo. El área de mezcla puede estar provista de un dispositivo de mezcla 56, configurado para formar la mezcla del combustible gaseoso y el aire. Entonces, el área de mezcla puede comenzar en el dispositivo de mezcla 56. El combustible gaseoso y el aire también pueden unirse sin el uso de un dispositivo de mezcla dedicado 56. El aire y el combustible gaseoso pueden simplemente unirse aguas arriba o aguas abajo de un ventilador 54. Incluso puede unirse en el ventilador 54.
En una realización, el tiempo de retraso es suficiente para quemar el combustible gaseoso en la mezcla que está presente en el quemador 16 y una parte del canal de suministro 20 que está aguas abajo de la válvula de retención 24. El tiempo de retraso se elige de tal manera que sustancialmente toda la mezcla combustible aguas abajo de la válvula de retención 24 se combustiona de hecho antes de que la válvula de retención se abra de nuevo. De esta forma, el retroceso puede detenerse en la válvula de retención 24.
En una realización, el calentador de gas se configura para usar combustible gaseoso que comprende hidrógeno (H2) en una concentración en masa de al menos el 10 %, preferentemente al menos el 50 %, más preferentemente el 100 %. El calentador de gas según la invención no se limita al uso de combustibles gaseosos que comprenden hidrógeno. Como combustible se puede utilizar cualquier tipo de gas combustible, p. ej. gas natural, metano, etileno, propano, butano, gas de carbón, biogás, etc. En esta realización, el combustible gaseoso también comprende hidrógeno. Se puede utilizar cualquier combinación de hidrógeno con p. ej. gas natural.
En una realización, el cuerpo de válvula 28 tiene un recorrido de movimiento continuo 34 (véase la figura 4) que se extiende desde la primera posición final 35 hasta la segunda posición final 37. El recorrido de movimiento continuo 34 incluye una primera parte de recorrido de movimiento 36 que se extiende desde la segunda posición final 37 en dirección a la primera posición final 35 hasta una posición intermedia 37, en dicha primera parte de recorrido de movimiento 36 la válvula de retención está sustancialmente cerrada. El tiempo de retraso se realiza mediante un tiempo de movimiento del cuerpo de válvula 28 a lo largo de la primera parte de recorrido de movimiento 36 desde la posición intermedia 39 hasta la segunda posición final 37 y de regreso a la posición intermedia 39. El recorrido de movimiento continuo 34 del cuerpo de válvula 28 puede incluir una segunda parte de recorrido de movimiento 38 que se extiende desde la primera posición final 35 en dirección a la segunda posición final 37 hasta la posición intermedia 39, en dicha segunda parte de recorrido de movimiento 38 la válvula de retención 24 está abierta.
El recorrido de movimiento continuo 34 del cuerpo de válvula 28 proporciona una cantidad ilimitada de posiciones intermedias entre la primera posición final 35 y la segunda posición final 37. En una primera parte 36 de este recorrido 34, la válvula de retención 24 está sustancialmente cerrada. Sustancialmente significa que la válvula de retención 24 se cierra de facto, pero debido a la naturaleza de un miembro de válvula móvil 28 pueden ocurrir fugas muy pequeñas a través de la válvula de retención 24. Así, cuando el cuerpo de válvula 28 se mueve dentro de esta primera parte de recorrido de movimiento 36, la válvula de retención 24 se cierra y permanece cerrada. El recorrido de movimiento continuo 34 también puede comprender la segunda parte de recorrido de movimiento 38 parte en la que la válvula de retención 24 está abierta. Así, cuando el cuerpo de válvula 28 se mueve dentro de esta segunda parte de recorrido de movimiento 38, la válvula de retención 24 se abre y permanece abierta. Cuando el cuerpo de válvula 28 se mueve desde la segunda parte de recorrido de movimiento 38 a la primera parte de recorrido de movimiento 36, la válvula de retención 24 está cerrada, y cuando el cuerpo de válvula 28 se mueve desde la primera parte de recorrido de movimiento 36 a la segunda parte de recorrido de movimiento 38, la válvula de retención 24 está abierta. El tiempo de retraso es, por lo tanto, el tiempo que tarda el cuerpo de válvula 28 en moverse desde la posición intermedia 39 a la segunda posición final 37 y de nuevo a la posición intermedia 39, que forma el comienzo de la segunda parte de recorrido de movimiento 38.
En una realización, la válvula de retención 24 tiene una abertura de entrada 40 que está delimitada por el asiento de válvula 26. El cuerpo de válvula 28 (véase la figura 6) comprende una parte de cubierta 42, que en la segunda posición final del cuerpo de válvula 28 se acopla con el asiento de válvula 26. El cuerpo de válvula 28 comprende además una guía 44 conectada a la parte de cubierta 42. La guía 44 encaja ajustadamente dentro de la abertura de entrada 40 y permite el movimiento del cuerpo de válvula 28 con respecto al asiento de válvula 26. La guía 44 comprende al menos una abertura de paso de gas 46 que se posiciona a una distancia 48 de la parte de cubierta 42, de modo que durante el movimiento del cuerpo de válvula 28 desde la segunda posición final 37 a la primera posición final 35 dicha guía 44 se desliza en la abertura de entrada 40 haciendo que la válvula de retención 24 permanezca cerrada durante el tiempo de retraso hasta que la al menos una abertura de paso de gas 46 pase por un lado de aguas abajo del asiento de válvula 26. En una realización, la distancia 48 entre la al menos una abertura de paso de gas 46 y la parte de cubierta 42 puede definir la primera parte de recorrido de movimiento 36 y por lo tanto el tiempo de retraso.
En esta realización específica de la invención, que se muestra en las figuras 3 a 5, el movimiento de la guía 44 en la abertura de entrada 40 y más allá del asiento de válvula 26 provoca el tiempo de retraso. Cuando el cuerpo de válvula 28 está en la segunda posición final 37, la parte de cubierta 42 se acopla al asiento de válvula 26, cerrando así la abertura de entrada 40. Esto hace que la válvula de retención 24 se cierre. Cuando el cuerpo de válvula 28 está en la primera posición final 35, la parte de cubierta 42 está separada del asiento de válvula 26 y el combustible gaseoso puede pasar por la abertura de entrada 40, la al menos una abertura de paso de gas 46 para fluir hacia el quemador 16. Cuando el cuerpo de válvula 28 se mueve desde la segunda posición final 37 hacia la primera posición final 35, la guía 44 se deslizará en la abertura de entrada 40. Debido a que la guía 44 encaja ajustadamente dentro de la abertura de entrada 40, la guía 44 cierra dicha abertura de entrada 40. Esto hace que la válvula de retención 24 permanezca inicialmente cerrada durante el movimiento del cuerpo de válvula 28 en dirección a la primera posición final. Cuando el cuerpo de válvula 28 se haya movido la distancia 48 entre la al menos una abertura de paso de gas 46 y la parte de cubierta 42, la abertura de paso de gas 46 habrá alcanzado el lado de aguas abajo del asiento de válvula 26. Cuando el cuerpo de válvula 28 se mueve más, la abertura de paso de gas 46 pasará por dicho lado de aguas abajo del asiento de válvula 26 y la mezcla puede pasar el cuerpo de válvula 28 fluyendo a través de al menos una abertura de paso de gas 46 hacia el quemador 16. En esta realización, el movimiento de la válvula cuerpo 26 en la distancia 48 entre la al menos una abertura de paso de gas 46 y la parte de cubierta 42 es igual al movimiento del cuerpo de válvula 26 en la primera parte de recorrido de movimiento 36. La válvula de retención 24 también puede comprender un tope de cuerpo de válvula 30. El tope de cuerpo de válvula 30 se coloca de tal manera que en la primera posición final 35 el cuerpo de válvula 28 hace tope con el tope de cuerpo de válvula 30 de modo que el cuerpo de válvula 28 no pueda alejarse más de la segunda posición final 37. El tope de cuerpo de válvula 30 así limita el recorrido de movimiento continuo 34 y determina el lugar de la segunda posición final. El tope de cuerpo de válvula 30 se puede plasmar como una jaula en la que puede moverse la parte de cubierta 42 del cuerpo de válvula 26. La jaula puede comprender una leva o viga contra la cual topa la parte de cubierta 42 limitando el movimiento del cuerpo de válvula 26.
En la realización descrita anteriormente, la guía 44 y la abertura de entrada 40 pueden tener una forma rectangular. Una forma rectangular es particularmente ventajosa para la colocación dentro del canal de suministro 20 de la mayoría de las calderas de gas disponibles actualmente. Además, el cuerpo de válvula (28) puede tener una forma de contorno aguas arriba aerodinámicamente favorable para guiar la mezcla hacia al menos una abertura de paso de gas 46. Tal forma de contorno disminuye la resistencia al flujo del cuerpo de válvula 28 y, por lo tanto, disminuye la fuerza del flujo de combustible gaseoso ejercida sobre el cuerpo de válvula 26. Esto puede aumentar el tiempo de retraso reduciendo así el cambio de un retroceso que se propaga más allá de la válvula de retención 24 en la dirección aguas arriba.
En una realización, el cuerpo de válvula 28 se predispone hacia la segunda posición final 37. La primera posición final 35 del cuerpo de válvula 28 se puede situar a un nivel más alto que la segunda posición final 37. La predisposición de la válvula de retención 24 se puede lograr por la acción de la gravedad sobre el cuerpo de válvula 28.
Al predisponer el cuerpo de válvula 28 en la segunda posición final, la válvula de retención está cerrada por defecto. Esto proporciona una medida de seguridad adicional además del tiempo de retraso. Al usar la gravedad para la predisposición, no se necesitan componentes adicionales y el diseño o disposición de la válvula de retención puede seguir siendo simple, lo que es preferible en términos de costes.
En una realización, la válvula de retención 24 se posiciona cerca de una entrada de mezcla 52 del quemador 16, de modo que el volumen que está presente en el quemador 16 y una parte del canal de suministro 20 que está aguas abajo de la válvula de retención 24 es suficientemente pequeño para evitar un estallido sustancial en caso de un retroceso. De esta forma la cantidad de combustible gaseoso dentro de dicha parte del canal de suministro 20 es la menor posible. Tal configuración tiene la ventaja de que el retroceso se detendrá antes como sería el caso con un mayor volumen aguas abajo de la válvula de retención 24 porque habría más mezcla presente en un mayor volumen.
En una realización, el calentador de gas comprende además un ventilador 54 para suministrar el aire o la mezcla al quemador 16. El ventilador 54 puede colocarse aguas arriba del área de mezcla 22 y suministra el aire al área de mezcla 22. La invención también se refiere a una caldera de gas 10 para calentar agua, p. ej. para calefacción central y/o calentamiento de agua corriente. La caldera de gas 10 comprende un calentador de gas según la invención y un intercambiador de calor 12 con una cámara de combustión 14. El quemador de premezcla 16 del calentador de gas se conecta al intercambiador de calor 12, y la plataforma de quemador 18 se posiciona en la cámara de combustión 14.
Los efectos y ventajas de la caldera de gas se han descrito en el apartado de compendio.
Finalmente, la invención se refiere a un método para hacer funcionar un calentador de gas según la invención. El método comprende:
- proporcionar un calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1-13;
- suministrar aire y combustible gaseoso al canal de suministro 20;
- mezclar el aire y el combustible gaseoso y suministrar el aire y el combustible gaseoso al menos parcialmente mezclados a través de la válvula de retención 24 al quemador de premezcla 16,
en donde, durante el funcionamiento normal, en el que prevalece una primera condición de presión en la que la presión aguas arriba de la válvula de retención 24 es mayor que la presión aguas abajo de la válvula de retención 24, la válvula de retención 24 está abierta;
en donde, en caso de retroceso, el cuerpo de válvula 28 es obligado a la segunda posición final 37 en la que la válvula de retención 24 está cerrada; y,
en donde después del cierre de la válvula de retención 24 debido al retroceso, la válvula de retención 24 permanece cerrada durante un tiempo de retraso.
Para conocer las ventajas del método, se hace referencia a la descripción del mismo en la sección de compendio anterior.
En una realización, el tiempo de retraso se puede elegir de modo que sustancialmente toda la mezcla combustible aguas abajo de la válvula de retención 24 se combustiona antes de que la válvula de retención se abra de nuevo. Por ejemplo, el tiempo de retraso puede ser de al menos 10 ms. Este tiempo de retraso es lo suficientemente largo para cancelar el retroceso.
Las diversas realizaciones que se describen anteriormente pueden implementarse independientemente unas de otras y pueden combinarse entre sí de diversas maneras. Los números de referencia utilizados en la descripción detallada y las reivindicaciones no limitan la descripción de las realizaciones ni limitan las reivindicaciones. Los números de referencia se utilizan únicamente para aclarar.
Leyenda
10 - caldera de gas
12 - intercambiador de calor
14 - cámara de combustión
16 - quemador
18 - plataforma de quemador
20 - canal de suministro
21 - suministro de combustible gaseoso
22 - área de mezcla
23 - suministro de aire
24 - válvula de retención
26 - asiento de válvula
28 - cuerpo de válvula
30 - tope de cuerpo de válvula
34 - recorrido de movimiento continuo
35 - primera posición final
36 - primera parte de recorrido de movimiento
37 - segunda posición final
38 - segunda parte de recorrido de movimiento
39 - posición intermedia
40 - abertura de entrada
42 - parte de cubierta
44 - guía
46 - abertura de paso de gas
48 - distancia
52 - entrada de mezcla (del quemador)
54 - ventilador
56 - dispositivo de mezcla

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Un calentador de gas que comprende:
- un quemador de premezcla (16) que tiene una plataforma de quemador (18);
- un canal de suministro (20) conectado para transmisión de fluidos a un suministro (21) de combustible gaseoso, a un suministro de aire (23) y al quemador (16) para suministrar una mezcla del combustible gaseoso y el aire al quemador (16), en donde el canal de suministro (20) comprende una área de mezcla (22) aguas arriba del quemador (16) en dicha área de mezcla (22), en funcionamiento, el combustible gaseoso y el aire comienzan a mezclarse; y
- una válvula de retención (24) colocada en el canal de suministro (20) aguas abajo del área de mezcla (22) y aguas arriba del quemador (16), la válvula de retención (24) comprende un asiento de válvula (26) y un cuerpo de válvula móvil (28), en donde el cuerpo de válvula (28) tiene una primera posición final (35) en la que la válvula de retención (24) está abierta y en la dirección en la que se obliga al cuerpo de válvula (28) en una primera condición de presión en la que una presión aguas arriba de la válvula de retención (24) es mayor que una presión aguas abajo de la válvula de retención (24), en donde el cuerpo de válvula (28) tiene una segunda posición final (37) en la que la válvula de retención (24) está cerrada y a la que se obliga al cuerpo de válvula (28) en caso de retroceso, caracterizado por que
la configuración de la válvula de retención (24) es tal que, después del cierre de la válvula de retención (24) debido al retroceso, la válvula de retención (24) permanece cerrada durante un tiempo de retraso.
2. El calentador de gas según la reivindicación 1, en donde el tiempo de retraso es suficiente para quemar el combustible gaseoso en la mezcla que está presente en el quemador (16) y una parte del canal de suministro (20) que está aguas abajo de la válvula de retención (24).
3. El calentador de gas según la reivindicación 1 o 2, en donde la caldera de gas (10) se configura para usar combustible gaseoso que comprende hidrógeno (H2) en una concentración en masa de al menos el 10 %, preferentemente al menos el 50 %, más preferentemente el 100 %.
4. El calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo de válvula (28) tiene un recorrido de movimiento continuo (34) que se extiende desde la primera posición final (35) hasta la segunda posición final (37), en donde el recorrido de movimiento continuo (34) incluye una primera parte de recorrido de movimiento (36) que se extiende desde la segunda posición final (37) en dirección a la primera posición final (35) hasta una posición intermedia (39), en dicha primera parte de recorrido de movimiento (36) la válvula de retención (24) está sustancialmente cerrada, en donde el tiempo de retraso se realiza mediante un tiempo de movimiento del cuerpo de válvula (28) a lo largo de la primera parte de recorrido de movimiento (36) desde la posición intermedia (39) hasta la segunda posición final (37) y de vuelta a la posición intermedia (39).
5. El calentador de gas según la reivindicación 4, en donde el recorrido de movimiento continuo (34) del cuerpo de válvula (28) incluye una segunda parte de recorrido de movimiento (38) que se extiende desde la primera posición final (35) en dirección a la segunda posición final (37) hasta la posición intermedia (39), en dicha segunda parte de recorrido de movimiento (38) la válvula de retención (24) está abierta.
6. El calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la válvula de retención (24) tiene una abertura de entrada (40) que está delimitada por el asiento de válvula (26), en donde el cuerpo de válvula (28) comprende una parte de cubierta (42), que en la segunda posición final del cuerpo de válvula (28) engancha el asiento de válvula (26), y en donde el cuerpo de válvula (28) comprende además una guía (44) conectada a la parte de cubierta (42), dicha guía (44) encaja ajustadamente dentro de la abertura de entrada (40) y permite el movimiento del cuerpo de válvula (28) en relación con el asiento de válvula (26), en donde la guía (44) comprende al menos una abertura de paso de gas (46) que se posiciona a una distancia (48) de la parte de cubierta (42), tal que durante el movimiento del cuerpo de válvula (28) desde la segunda posición final (37) a la primera posición final (35) dicha guía (44) se desliza en la abertura de entrada (40) haciendo que la válvula de retención (24) permanezca cerrada durante el tiempo de retraso hasta que la al menos una abertura de paso de gas (46) pase por un lado de aguas abajo del asiento de válvula (26).
7. El calentador de gas según la reivindicación 6 y que incluye las características de la reivindicación 4, en donde la distancia (48) entre la al menos una abertura de paso de gas (46) y la parte de cubierta (42) define la primera parte de recorrido de movimiento (36).
8. El calentador de gas según la reivindicación 6 o 7, en donde el cuerpo de válvula (28) tiene una forma aerodinámicamente favorable de contorno aguas arriba para guiar la mezcla hacia al menos una abertura de paso de gas (46).
9. El calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo de válvula (28) se predispone a la segunda posición final (37).
10. El calentador de gas según la reivindicación 9, en donde la primera posición final (35) del cuerpo de válvula (28) se sitúa a un nivel más alto que la segunda posición final (37), y en donde la predisposición de la válvula de retención (24) se logra por la acción de la gravedad sobre el cuerpo de válvula (28).
11. El calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y que incluye las características de la reivindicación 2, en donde la válvula de retención (24) se posiciona cerca de una entrada de mezcla (52) del quemador (16), de modo que un volumen que está presente en el quemador (16) y una parte del canal de suministro (20) que está aguas abajo de la válvula de retención (24) es lo suficientemente pequeña para evitar un estallido importante en caso de retroceso de llama.
12. El calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un ventilador (54) para suministrar el aire o la mezcla al quemador (16).
13. El calentador de gas según la reivindicación 12, en donde el ventilador (54) se coloca aguas arriba del área de mezcla (22) y suministra aire al área de mezcla (22).
14. Una caldera de gas (10) para calentar agua, p. ej. para calefacción central y/o calentamiento de agua corriente, en donde la caldera de gas (10) comprende:
- un calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1-13; y
- un intercambiador de calor (12) con una cámara de combustión (14)
en donde el quemador de premezcla (16) del calentador de gas se conecta al intercambiador de calor (12), y en donde la plataforma de quemador (18) se posiciona en la cámara de combustión (14).
15. Método para hacer funcionar un calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el método comprende:
- proporcionar un calentador de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1-13;
- suministrar aire y combustible gaseoso al canal de suministro (20);
- mezclar el aire y el combustible gaseoso y suministrar el aire y el combustible gaseoso al menos parcialmente mezclados a través de la válvula de retención (24) al quemador de premezcla (16), en donde, durante el funcionamiento normal, en el que prevalece una primera condición de presión en la que una presión aguas arriba de la válvula de retención (24) es mayor que una presión aguas abajo de la válvula de retención (24), la válvula de retención (24) está abierta;
en donde, en caso de retroceso de llama, el cuerpo de válvula (28) es obligado a la segunda posición final (37) en la que la válvula de retención (24) está cerrada; y,
en donde después del cierre de la válvula de retención (24) debido al retroceso, la válvula de retención (24) permanece cerrada durante un tiempo de retraso.
16. El método según la reivindicación 15, en donde el tiempo de retraso se elige de manera que sustancialmente toda la mezcla combustible aguas abajo de la válvula de retención (24) se combustione antes de que la válvula de retención se abra de nuevo.
17. El método según la reivindicación 16, en donde el tiempo de retraso es al menos 10 ms.
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