ES2977360T3 - Radiador oscuro - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un radiador oscuro, con un quemador (1), un ventilador (3) y un tubo de chorro (4), donde el quemador (1) está conectado a un suministro de gas combustible, donde el ventilador (3) está diseñado para suministrar aire de combustión al quemador (1), en donde el quemador (1) está diseñado para emitir una llama (6) en el tubo de chorro (4), en donde el suministro de gas combustible (2) está conectado a una fuente de hidrógeno como fuente de gas combustible y tiene una boquilla de gas (21) y en el que un dispositivo de encendido (11) está dispuesto a una distancia de la boquilla de gas (21) sin la presencia de un portallamas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Radiador oscuro

La invención se refiere a un radiador oscuro con un quemador, un ventilador y un tubo radiante, en el que el quemador está conectado a un suministro de gas combustible, en el que el ventilador está dispuesto para suministrar aire de combustión al quemador y en el que el quemador está configurado para emitir una llama en el tubo radiante.

En los sectores comercial e industrial, los radiadores oscuros se usan a menudo para calentar las instalaciones de producción y de almacenamiento. Los radiadores oscuros tienen uno o más tubos radiantes como elementos de radiación, a los que se asigna al menos un quemador. La combustión de una mezcla de gas combustible y aire en el interior del quemador produce una llama que puede distribuirse por toda la longitud del tubo radiante con ayuda de un ventilador. Los tubos radiantes se conectan regularmente al quemador en forma lineal o de U y deben irradiar el calor generado por la llama de manera uniforme en toda la longitud del tubo. El tubo radiante es calentado uniformemente por la llama y genera una radiación de calor que se emite sobre una zona que hay que calentar. A menudo se usan reflectores para aumentar la eficacia. Los gases de escape producidos por la combustión se eliminan del tubo radiante con la ayuda del ventilador, por ejemplo a través de tubos de escape, hacia el aire exterior.

Como gas combustible se usa gas natural o gas licuado (gas propano o biogás), que se mezclan con aire de combustión en una proporción predeterminada dentro de una cámara de mezcla, tras lo cual se introducen en la cámara de combustión a través de una placa de quemador provista de canales de paso y se enciende. La placa del quemador, que suele ser de cerámica, sirve para detener el retroceso de la llama y mantenerla. Alternativamente, también se usan rejillas o mallas metálicas como supresores del retroceso de la llama y soportes de llama a través de los cuales se conduce la mezcla de combustible y aire. Un radiador oscuro de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento EP 2014980 A1 y en el documento EP 2708814 A1.

Los quemadores de los radiadores oscuros conocidos hasta ahora son cada vez más complejos. Ello se debe, entre otras cosas, al esfuerzo constante por conseguir una relación estequiométrica óptima entre el gas combustible y el aire para lograr una combustión lo más completa posible y minimizar las emisiones contaminantes.

Un radiador oscuro genérico es conocido del documento DE 1064671 B.

Aquí es donde entra en juego la presente invención. La invención se basa en el objetivo de proporcionar un radiador oscuro que sea de diseño sencillo y barato de fabricar. Según la invención, este objetivo se consigue mediante las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

Con la invención se proporciona un radiador oscuro construido de manera sencillo y de fabricación económica. El hecho de que el suministro de gas combustible esté conectado a una fuente de hidrógeno como fuente de gas combustible y tenga una boquilla de gas, por lo que un dispositivo de encendido está dispuesto a una cierta distancia de la boquilla de gas sin la presencia de un soporte de llama, da lugar a una configuración sencilla con un número reducido de componentes. Sorprendentemente, el uso del hidrógeno como gas combustible ha demostrado que no es necesaria la premezcla con el aire de combustión. Debido al hecho de que la corriente de hidrógeno que emerge de la boquilla bajo presión se enciende tras entrar en contacto con el aire de combustión por delante de la boquilla cuando se alcanza la proporción de mezcla requerida, se forma una llama estable a una distancia suficiente de la boquilla, que es autosostenida sin riesgo de retroceso de la llama en la boquilla. No se necesita el soporte de la llama usado en la técnica anterior, que también funciona como un supresor de retroceso de la llama. Esto también se traduce en una reducción de las emisiones contaminantes. Dado que el hidrógeno no contiene carbono, los gases de escape no contienen teóricamente ningún contaminante que contenga carbono, tales como monóxido de carbono, dióxido de carbono o hidrocarburos.

En un perfeccionamiento de la invención, el ventilador está dispuesto de tal manera que el tubo radiante se inunda con aire de combustión al menos en la dirección de la llama detrás de la boquilla de gas. Esto garantiza un suministro adecuado de aire de combustión a la zona situada por delante de la boquilla, cuyo flujo favorece la mezcla con el hidrógeno que sale de la boquilla. Preferentemente, el ventilador está dispuesto de tal manera que la boquilla de gas está rodeada de aire de combustión.

En una configuración de la invención, el ventilador está conectado en el lado de succión a un tubo de escape conectado al tubo radiante. Esto permite que parte de los gases de escape de la combustión se devuelvan al aire de combustión, lo que significa que se puede ajustar la temperatura de la llama, contrarrestando así la emisión de óxidos de nitrógeno.

En otra configuración de la invención, el ventilador está conectado por el lado de aspiración a un eyector, cuya conexión de aspiración está conectada al conducto de gases de escape, por lo que el aire de combustión aspirado por el ventilador sirve como medio propulsor, de tal modo que el ventilador suministra al quemador una mezcla de gases de escape y aire de combustión. De este modo se garantiza la alimentación de un caudal definido de gases de escape al caudal de aire de combustión con la consiguiente mezcla por medio del ventilador.

En un perfeccionamiento de la invención, el eyector o el tubo de escape están provistos de un dispositivo de ajuste mediante el cual se puede ajustar la relación de mezcla del caudal de gases de escape y el caudal de aire de combustión. Esto permite un ajuste continuo de la temperatura de la llama.

En una configuración de la invención, se dispone un sensor óptico que está configurado para detectar al menos un parámetro de llama de la llama. El sensor óptico es preferentemente un sensor UV. Sorprendentemente, se ha demostrado que las propiedades de la llama invisible de un proceso de combustión de hidrógeno pueden determinarse de forma fiable mediante sensores ópticos, pudiendo usarse un sensor UV para detectar otros parámetros además de la temperatura de la llama. El sensor óptico está ventajosamente alineado con la base de la llama.

En otra configuración de la invención, el sensor UV está configurado para espectroscopia de absorción de resonancia UV. Esto permite detectar el contenido de NOX de la llama y de los gases de escape de la combustión que la rodean. Ventajosamente, el sensor está conectado, a través de un módulo de control, al dispositivo de ajuste para ajustar la relación de mezcla del caudal de gases de escape y el caudal de aire de combustión. Esto permite controlar la temperatura de la llama controlando esta relación de mezcla mediante un valor nominal de NOX.

En un perfeccionamiento de la invención, el sensor óptico está conectado a un dispositivo de ajuste conectado al suministro de gas combustible para interrumpir y/o ajustar el suministro de hidrógeno. Así se evita que el hidrógeno se escape cuando se apaga la llama.

En una configuración de la invención, el dispositivo de control está conectado a un módulo de control y regulación que está configurado para regular las propiedades de la llama, sobre la base de los parámetros nominales almacenados, cambiando las cantidades de hidrógeno y/o de aire de combustión. Por ejemplo, un sensor óptico realizado como sensor de espectroscopia de absorción de resonancia UV puede conectarse a través del módulo de control y regulación al dispositivo de ajuste para ajustar la relación de mezcla del caudal de gases de escape y el caudal de aire de combustión, lo que permite regular la temperatura de la llama controlando esta relación de mezcla mediante la especificación de un valor nominal de NOX.

Otros perfeccionamientos y configuraciones de la invención se dan en las restantes reivindicaciones dependientes. En los dibujos se muestran ejemplos de realizaciones de la invención, que se describen en detalle a continuación. Se muestra:

Figura 1 la representación esquemática de un radiador oscuro;

Figura 2 la representación esquemática de un radiador oscuro en otra forma de realización y

Figura 3 la representación esquemática de un radiador oscuro en una tercera forma de realización.

El radiador oscuro seleccionado como ejemplo de realización según la figura 1 comprende un quemador 1 que está conectado a un ventilador 3 y al que está conectado un tubo radiante 4. El tubo radiante 4 sólo se indica en la figura 1; el tubo radiante 4 puede extenderse a lo largo de varios metros y estar formado por varios elementos de tubo radiante. En el ejemplo de realización, el tubo radiante 4 está realizado como un tubo de acero inoxidable altamente resistente al calor. También se pueden usar aceros especiales con una capa de óxido de aluminio aplicada térmicamente. En el ejemplo de realización, el tubo radiante 4 está rodeado por un reflector -no representado- que en el ejemplo de realización está hecho de chapa de aluminio estructurada superficialmente y que tiene placas de mamparo a ambos lados para reducir las pérdidas por convección.

El quemador 1 comprende una boquilla de gas 21 que está conectada a un suministro de hidrógeno 2. Un electrodo de encendido 11 está dispuesto en el quemador 1 a una cierta distancia de la boquilla de gas 21. El ventilador 3 está situado en el lado del quemador 1 opuesto al electrodo de encendido 11, de tal manera que hace circular el aire de combustión alrededor de la boquilla de gas 21. Para ello, el ventilador está conectado a una entrada de aire de combustión 31 en el lado de aspiración.

La corriente de hidrógeno que sale a presión de la boquilla de gas 21 hacia el quemador 1 se mezcla con la corriente de aire de combustión que fluye alrededor de la boquilla de gas 21 y, cuando se alcanza la relación de mezcla requerida, es encendida por el electrodo de encendido 11 dispuesto a una cierta distancia de la boquilla de gas 21, con lo que se forma una llama 6 a una distancia T de la boquilla de gas 21 , que se extiende hacia el interior del tubo radiante 4 a lo largo del mismo. En la zona no inflamable 22 del flujo de hidrógeno, que no tiene una relación de mezcla suficiente con el aire de combustión, no hay formación de llama.

En el ejemplo de realización mostrado en la figura 2, el ventilador 3 está conectado en su lado de aspiración a un eyector 32, cuya conexión de propulsión está conectada a un suministro de aire de combustión 31 y cuya conexión de aspiración está conectada a un suministro de gases de escape 33. El suministro de gases de escape se realiza mediante un tubo de gases de escape -no representado- que está conectado al tubo radiante 4 por el lado de los gases de escape. El aire de combustión aspirado por el ventilador 3 sirve aquí como medio propulsor, que provoca la aspiración de los gases de escape. En el lado de presión, el ventilador 3 suministra a la boquilla de gas 21 una mezcla de gases de escape y aire de combustión, que fluye alrededor de la boquilla de gas 21. La mezcla de gases de escape y aire de combustión tiene un contenido reducido de oxígeno, lo que da lugar a una llama con una temperatura reducida. Debido a la alta reactividad del hidrógeno, incluso un bajo contenido de oxígeno en la mezcla de gases de escape y aire de combustión es suficiente para la encendido, que genera una llama 6 que se extiende a través del tubo radiante 4.

En el ejemplo de realización según la figura 3, se proporciona un soporte de sensor 13 en la carcasa 12 del quemador 1, que tiene una ventana 14. En el soporte de sensor 13 se inserta un sensor UV 5, que está conectado a través de una línea eléctrica 51 a un dispositivo de ajuste -no representado- para interrumpir el suministro de hidrógeno 2. En el ejemplo de realización, el sensor UV 5 está centrado en la base 61 de la llama 6. Si el sensor UV 5 no detecta ninguna llama 6, la unidad de control interrumpe el suministro de hidrógeno. El dispositivo de accionamiento, o un módulo de control y regulación conectado al mismo, también pueden conectarse adicionalmente al electrodo de encendido 11 y configurarse de tal manera que, si no se detecta ninguna llama, se active primero el electrodo de encendido 13 y el suministro de hidrógeno sólo se interrumpa tras una nueva ausencia de llama.

Si el ventilador 3 está conectado a un eyector en el lado de admisión según el ejemplo de realización mostrado en la figura 2, a través del cual se mezcla un flujo de gases de escape con el flujo de aire de combustión, el eyector o el conducto de suministro de gas de escape que lo alimenta en el lado de admisión pueden estar provistos de un dispositivo de ajuste, a través del cual se puede ajustars la relación de mezcla del flujo de gases de escape y el flujo de aire de combustión. Si el sensor UV está configurado para espectroscopia de absorción de resonancia UV, es posible controlar la temperatura de la llama en función del contenido de NOX detectado por el sensor UV. Para ello, el sensor está convenientemente conectado a un módulo de control cuyo valor nominal es un valor NOX nominal predeterminado, por lo que el valor NOX real es suministrado por el sensor UV. En función de la diferencia entre el valor nominal y el valor real, la relación de mezcla del caudal de gases de escape y del caudal de aire de combustión puede ser ajustada mediante el control del dispositivo de ajuste, lo que provoca un cambio en la temperatura de la llama 6, que a su vez provoca un cambio en el valor real de NOX.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Radiador oscuro, que tiene un quemador (1), un suministro de gas combustible (2), una fuente de gas combustible, un dispositivo de encendido (11), un ventilador (3) y un tubo radiante (4), siendo la fuente de gas combustible una fuente de hidrógeno, estando el suministro de gas combustible (2) conectado a la fuente de gas combustible, y estando el quemador (1) conectado al suministro de gas combustible, en donde el ventilador (3) está configurado para suministrar aire de combustión al quemador (1), en donde el quemador (1) está configurado para emitir una llama (6) en el tubo radiante (4),caracterizado porqueel suministro de gas combustible (2) presenta una boquilla de gas (21), y porque el dispositivo de encendido (11) está dispuesto a una cierta distancia de la boquilla de gas (21) sin la presencia de un soporte de llama.

2. Radiador oscuro según la reivindicación 1,caracterizado porqueel ventilador (3) está dispuesto de tal manera que el tubo radiante (4) se inunda con aire de combustión al menos en la dirección de la llama detrás de la boquilla de gas (21).

3. Radiador oscuro según la reivindicación 2,caracterizado porqueel ventilador (3) está dispuesto de tal manera que el aire de combustión es impulsado alrededor de la boquilla de gas (21).

4. Radiador oscuro según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueel ventilador (3) está conectado por el lado de aspiración a un tubo de gases de escape conectado al tubo radiante (4).

5. Radiador oscuro según la reivindicación 4,caracterizado porqueel ventilador (3) está conectado por el lado de aspiración a un eyector (32), cuya conexión de aspiración está unida al conducto de gases de escape, sirviendo el aire de combustión aspirado por el ventilador (3) como medio impulsor, de tal modo que por medio del ventilador (3) se suministra al quemador (1) una mezcla de gases de escape y aire de combustión.

6. Radiador oscuro según las reivindicaciones 4 o 5,caracterizado porqueel eyector (32) o el conducto de gases de escape está provisto de un dispositivo de ajuste, mediante el cual se puede ajustar la relación de mezcla del flujo de gases de escape y el flujo de aire de combustión.

7. Radiador oscuro según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquehay dispuesto un sensor óptico configurado para detectar al menos un parámetro de llama de la llama (6).

8. Radiador oscuro según la reivindicación 7,caracterizado porqueel sensor óptico es un sensor UV (5).

9. Radiador oscuro según las reivindicaciones 7 u 8,caracterizado porqueel sensor óptico está alineado con la base de llama (61) de la llama (6).

10. Radiador oscuro según una de las reivindicaciones 7 a 9,caracterizado porqueel sensor UV (5) está configurado para espectroscopia de absorción de resonancia UV.

11. Radiador oscuro según uno de los apartados 7 a 10,caracterizado porqueel sensor óptico está conectado a un dispositivo de ajuste conectado al suministro de gas combustible para interrumpir y/o ajustar el suministro de hidrógeno (2).

12. Radiador oscuro según la reivindicación 11,caracterizado porqueel dispositivo de ajuste está conectado a un módulo de control y regulación que está configurado para ajustar las propiedades de la llama (6), sobre la base de parámetros nominales almacenados, cambiando las cantidades de hidrógeno y/o aire de combustión.