MX2007002972A - Deteccion de ldo de calentador de agua caldeado por combustible de aire secundario canalizado. - Google Patents

Abstract

Un quemador radiante dentro de la cámara de combustión de un calentador de agua caldeado por combustible se suministra con aire de combustión primario y secundario desde el exterior de la cámara de combustión. Se evita que una sección de malla que contiene llama del quemador se obture inaceptablemente por materia en partículas en el aire de combustión primario al provocar que el aire de combustión secundario entrante fluya secuencialmente a través de una sección de malla más fina y un conducto ahusado que incrementa la velocidad del aire de combustión secundario antes de que se haga chocar y enfríe un sensor de temperatura conectada a un controlador. La obturación de la sección de malla más fina disminuye el enfriamiento del sensor de temperatura, provocando así que el controlador termine la operación del quemador antes de que se obture inaceptablemente.

Description

DETECCIÓN DE LDO DE CALENTADOR DE AGUA CALDEADO POR COMBUSTIBLE DE AIRE SECUNDARIO CANALIZADO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención generalmente se refiere a un aparato de calentamiento caldeado por combustible y, en una modalidad ilustrada representativamente del mismo, más particularmente proporciona un calentador de agua caldeado por combustible que tiene incorporado en el mismo un sistema de detección de obturación y apagado del quemador . Los calentadores de agua caldeados por combustible operan, típicamente, en ubicaciones (tal como, por ejemplo, áticos, armarios, sótanos, cobertizos, etc.) las cuales no son limpiadas regularmente, y tienen un aire ambiente que contiene materia en partículas tal como pelusa, suciedad y/o aceite (comúnmente referido como "LDO") . Es este aire cargado de contaminantes el cual se entrega al calentador de agua como aire de combustión para su sistema quemador. La materia en partículas transportada por el aire en el aire de combustión puede, a través del tiempo, obturar el quemador del calentador de agua y aumentar indeseablemente su producción de monóxido de carbono . En vista de esto, sería deseable proporcionar un calentador de agua caldeado por combustible con un sistema de detección de obturación del quemador el cual pueda monitorear el grado de obturación del quemador provocado por la materia en partículas transportada por el aire absorbida por el quemador y evitar una combustión del quemador adicional en respuesta a la detección de un nivel predeterminado de obturación del quemador. Es a este propósito al que se dirige primariamente la presente invención. Al llevar a cabo los principios de la presente invención, de acuerdo con una modalidad preferida de la misma, se proporciona un aparato de calentamiento caldeado por combustible especialmente diseñado, representativamente, un calentador de agua caldeado por gas. El calentador de agua comprende un tanque para almacenar agua para ser calentada, y una cámara de combustión en comunicación térmica con el tanque, ün quemador de combustible, representativamente un quemador radiante, es operativo para crear productos de combustión calientes dentro de la cámara de combustión, el quemador de combustible puede ser obturado progresivamente por materia en partículas (tal como pelusa, suciedad y/o aceite) arrastrado en el aire de combustión primario que es entregado al mismo durante el encendido del quemador. Se proporciona una primera estructura de suministro de aire para suministrar aire de combustión primario al quemador de combustible desde el exterior de la cámara de combustión sin exponer el aire de combustión primario suministrado al interior de la cámara de combustión en su camino al quemador de combustible. Adicionalmente, se proporciona una segunda estructura de suministro de aire para recibir aire de combustión secundario desde el exterior de la cámara de combustión y descargar el aire de combustión secundario recibido dentro del interior de la cámara de combustión, a una velocidad de descarga, para fluir a través de la misma al quemador de combustible, la segunda estructura de suministro de aire puede ser obturado progresivamente a una tasa mayor que la del quemador de combustible, por la materia en partículas arrastrada en el aire de combustión secundario recibida en una manera que reduce progresivamente la velocidad de descarga del aire de combustión secundario. De acuerdo con un aspecto clave de la presente invención, se proporciona un sistema para monitorear la velocidad de descarga de aire de combustión secundario dentro de la cámara de combustión y finalizando, en respuesta, la operación del quemador de combustible cuando la velocidad de descarga disminuye a una magnitud predeterminada indicativa de un grado predeterminado de obturación de la segunda estructura de suministro de aire. De preferencia, tal sistema incluye un sensor de temperatura, representativo de un dispositivo de liberación térmica (TRD) , dispuesto dentro del interior de la cámara de combustión y ubicado para ser chocado por el aire de combustión secundario que es descargado dentro de la cámara de combustión desde la segunda estructura de suministro de aire. El sistema es operativo para monitorear la temperatura del sensor de temperatura (de este modo, también monitoreando indirectamente la velocidad de descarga del aire de combustión secundario) y, en respuesta, finalizando la operación del quemador de combustible cuando la temperatura alcanza una magnitud predeterminada indicativa de una reducción predeterminada en el enfriamiento del sensor de temperatura provocado por una reducción en la velocidad de descarga de aire de combustión secundario . De preferencia, el quemador de combustible se dispone dentro de la cámara de combustión, y la primera estructura de suministro de aire incluye un conducto de suministro de aire de combustión primario que se extiende a través de la cámara de combustión, desde una ubicación exterior a la misma, y operativamente conectada al quemador de combustible. La segunda estructura de suministro de aire incluye, de preferencia, una estructura perforada que puede obturarse dispuesta en una pared externa de la cámara de combustión, y además incluye un conducto dispuesto en la cámara de combustión y que tiene un extremo de entrada abierto conectado a la estructura perforada que puede obturarse, y un extremo de salida abierto a través del cual el aire de combustión secundario puede descargarse dentro de la cámara de combustión a la velocidad de descarga mencionada anteriormente . De acuerdo con un aspecto de la invención, el extremo de salida abierto del conducto de suministro de aire de combustión secundario tiene un área en sección transversal más pequeña que su extremo de entrada abierto, por el cual la velocidad de descarga de aire de combustión secundario es mayor que la velocidad del aire de combustión secundario a través de la estructura perforada que puede obturarse dispuesta sobre la pared externa de la cámara de combustión. En una modalidad preferida ilustrada de la misma, el calentador de agua caldeado por combustible además comprende un sistema de suministro de combustible que incluye un tubo de suministro de combustible conectado al quemador de combustible y que tiene una válvula de combustible conectada al mismo. El sensor de temperatura es operativo para producir una señal de control indicativa de la temperatura del sensor de temperatura que aumenta a una temperatura elevada predeterminada y que puede usarse para finalizar la combustión del quemador mediante, por ejemplo, cerrando el aire de combustión adicional o el flujo de combustible al sistema . De preferencia, el quemador radiante tiene una sección de pared de malla de metal que contiene llama, que puede obturarse y la estructura perforada que puede obturarse dispuesta sobre la pared externa de la cámara de combustión es una estructura de malla de metal de un tamaño de malla más fina que la sección de pared de malla de metal que contiene llama que puede obturarse del quemador radiante. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en corte transversal esquemática a través de una porción de extremo inferior de un calentador de agua caliente caldeada por combustible representativa que incorpora en el mismo un sistema de detección de obturación y apagado del quemador especialmente diseñado que incorpora principios de la presente invención; la FIGURA 2 es una vista en elevación de extremo inferior en escala ampliada del calentador de agua tomada a lo largo de la linea 2-2 de la FIGURA 1; y la FIGURA 3 es una vista en elevación interior en escala ampliada del calentador de agua tomada a lo largo de la linea 3-3 de la FIGURA 1. Esquemáticamente ilustrada en la FIGURA 1 en forma de corte transversal, es una porción de extremo inferior de un artefacto de calentamiento caldeado por combustible, representativamente, un calentador 10 de agua caldeado por gas de corriente natural, que incorpora principios de la presente invención. Aunque el artefacto de calentamiento es representativamente un calentador de agua, podria ser, alternativamente, un tipo diferente de artefacto de calentamiento caldeado por combustible, tal como, por ejemplo, una caldera caldeada por combustible u horno de calentamiento de aire sin apartarse de los principios de la presente invención. El calentador 10 de agua se muestra descansando en una superficie de soporte horizontal tal como el piso 12, sobre una pata 13 de soporte en elevación, e incluye un tanque 14 cilindrico de metal aislado que se extiende verticalmente en el cual se almacena una cantidad de agua 16 calentada presurizada para entregar en demanda en la manera usual a accesorios de plomerías (no mostrados) tal como fregaderos, regaderas, lavaplatos y similares. La pared inferior del tanque 14 define la pared 18 superior de una cámara 20 de combustión que está debajo del tanque 14. Extendiéndose hacia arriba de la pared 18, a través del agua 16, esta un tubo 22 de chimenea que se comunica con el interior de la cámara 20 de combustión. La cámara 20 de combustión tiene una pared 23 inferior. Un quemador 24 de gas principal, representativamente un quemador radiante, se dispone dentro del interior de la cámara 20 de combustión. Otros tipos de quemadores de combustible podrían utilizarse alternativamente sin apartarse de los principios de la presente invención. El encendido del quemador 24 crea productos 26 de combustión calientes que pasan hacia arriba a través del tubo 22 de chimenea y transfieren calor de combustión al agua 16 almacenada . El quemador 24 radiante tiene un cuerpo 28 hueco horizontalmente alargado con una sección 30 de pared perforada superior que contiene llama la cual es, ilustrativamente, de una construcción de malla de cable de metal. El interior del cuerpo 28 de quemador es suministrado con aire 32 de combustión de aire primario, mediante un canal 34, desde el exterior de la cámara 20 de combustión. El aire 32 de combustión primario entregado al cuerpo 28 del quemador se mezcla con el combustible suministrado a través del tubo 36 de suministro de combustible que tiene una válvula 38 de gas normalmente cerrada instalada en el mismo y que se mantiene abierta en una manera convencional adecuada durante el suministro de combustible al quemador 24. El combustible y el aire 32 de combustión primario se prenden adecuadamente para formar una llama 40 de quemador sobre la sección 30 de pared de malla que contiene llama del quemador 24, y crear asi los productos 26 de combustión calientes que atraviesan hacia arriba la chimenea 22. Durante el encendido del quemador 24, el aire 42 de combustión secundario desde el exterior de la cámara 20 de combustión es jalado dentro de la cámara 20 de combustión a través de la estructura perforada que puede obturarse en la forma de una sección 44 de malla de metal de la pared 23 de la cámara de combustión inferior. La malla 44 es de un tamaño de malla más fina que la malla 30 del quemador más gruesa, y, de este modo, es más rápidamente obturada por la materia en partículas (tal como pelusa, suciedad y/o aceite) arrastrada en el aire 42 de combustión secundario entrante comparado con la tasa de obturación de la malla 30 del quemador por la materia en partículas arrastrada en el aire 32 de combustión primario entrante. Como se usa en la presente, el término "aire de combustión primario" significa el aire el cual pasa a través del quemador 24 y es quemado con combustible para formar la llama 40 del quemador, y el término "aire de combustión secundario" significa el aire que es entregado externamente al quemador 24 para soportar la combustión de la llama 40 del quemador ya formada. La sección 44 de malla forma una porción de un sistema 46 de detección de obturación única mostrada en las FIGURAS 1-3, que incorpora principios de la presente invención y opera para cerrar el calentador 10 de agua previo a un grado predeterminado de obturación de la malla 30 que contiene llama del quemador. Además de la malla 44, el sistema 46 de detección de obturación incluye, de preferencia, un conducto 48 de entrega de aire, y un sensor 50 de temperatura dispuesto dentro de la cámara 20 de combustión . Representativamente, el sensor 50 de temperatura puede ser un dispositivo de liberación térmica (TRD) adecuado, o cualquier otro de una variedad de distintos dispositivos de detección de temperatura convencional, tal como un termopar, sin apartarse de los principios de la presente invención. El conducto 48 tiene un extremo 52 de entrada abierto acoplado a la sección 44 de malla, y es, de preferencia, de una configuración ahusada que proporciona al conducto con un extremo 54 de salida abierto de área sustancialmente más pequeña. Durante el encendido del calentador 10 de agua, el aire 42 de combustión secundario desde el exterior de la cámara 20 de combustión es jalado hacia arriba a través de la sección 44 de malla, a través del interior del conducto 48, y es descargado hacia fuera a través del extremo 54 de salida del conducto a un velocidad sustancialmente aumentada en relación a su velocidad de salida a través de la malla 44. El aire 42 de combustión secundario que sale del conducto 48 choca y enfria el sensor 50 de temperatura. Cuando la malla 44 de entrada de aire de combustión secundario empieza a obturarse con la materia en partículas que entra al conducto 48 con el aire 42 de combustión secundario entrante, la tasa de flujo y la velocidad de descarga del aire 42 de combustión secundario disminuyen, reduciendo así su enfriamiento del sensor 50 de temperatura.

Cuando la malla 44 está obturada sustancialmente por completo (en un punto de tiempo mucho antes de que la malla 30 del quemador sustancialmente más gruesa sea obturada inaceptablemente) la temperatura del sensor 50 de temperatura aumenta a una temperatura provocada predeterminada la cual provoca, en respuesta, que el sensor 50 de temperatura produzca una señal 58 de cierre a un controlador 56. En respuesta, el controlador 56 produce una señal 60 de cierre usada para finalizar la combustión del quemador. La señal 60 puede usarse, en una manera convencional conocida, para finalizar el flujo de aire de combustión adicional dentro de la cámara 20 de combustión, o (como se representa esquemáticamente en la FIGURA 1) que sea transmitido a la válvula 38 de gas provocando que regrese a su posición normalmente cerrada y cerrar el flujo de gas adicional al quemador 24. De esta manera, el sistema 46 de detección de obturación funciona (mediante su monitoreo de la temperatura del sensor 50 de temperatura) como un sistema de apagado para monitorear indirectamente la velocidad de descarga del aire 42 de combustión secundario que sale del conducto 48 y finalizando, en respuesta, la operación del quemador 24 de combustible cuando tal velocidad de descarga de aire de combustión secundario disminuye a una magnitud predeterminada . Aunque es preferible que la salida 54 del conducto 48 sea más pequeña que su entrada 52, para aumentar asi la velocidad del aire 42 de combustión secundario que es descargado desde el conducto 48 y choca el sensor 50 de temperatura, la salida 54 podría ser, alternativamente, en esencia del mismo tamaño que la entrada 52 - particularmente, cuando el calentador 10 de agua es un calentador de agua de corriente forzada que utiliza un ventilador inductor de corriente (no mostrado) para aumentar la corriente a través de la chimenea 22. Con una corriente suficiente a través del calentador de agua durante el encendido del mismo, en algunas instancias el conducto 48 podría ser, en principio, eliminado en su totalidad. La descripción detallada precedente debe ser entendida claramente como dada sólo a modo de ilustración y ejemplo, el espíritu y alcance de la presente invención siendo únicamente limitado por las reivindicaciones anexas.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Un aparato de calentamiento caldeado por combustible, caracterizado porque comprende: una cámara de combustión; un quemador de combustible dispuesto dentro de la cámara de combustión y operativo para crear productos de combustión calientes en la misma, el quemador de combustible puede ser obturado progresivamente por materia en partículas arrastrada en el aire de combustión primario entregada al mismo durante el encendido del mismo; una primera estructura de suministro de aire para suministrar aire de combustión primario al quemador de combustible desde el exterior de la cámara de combustión sin exponer el aire de combustión primario suministrado al interior de la cámara de combustión en su camino al quemador de combustible; una segunda estructura de suministro de aire para recibir aire de combustión secundario desde el exterior de la cámara de combustión y descargar el aire de combustión secundario recibido dentro del interior de la cámara de combustión, a una velocidad de descarga, para fluir a través de la misma al quemador de combustible, la segunda estructura de suministro de aire puede ser obturada progresivamente, a una tasa mayor que el quemador de combustible, por materia en partículas arrastrada en el aire de combustión secundario recibido en una manera que reduzca progresivamente la velocidad de descarga; y un sistema para monitorear la velocidad de descarga y, en respuesta, finalizar la operación del quemador de combustible cuando la velocidad de descarga disminuye a una magnitud predeterminada.
2. 2. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el aparato de calentamiento caldeado por combustible es un calentador de agua caldeado por combustible .
3. 3. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque: el calentador de agua caldeado por combustible es un calentador de agua caldeado por gas .
4. 4. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el quemador de combustible es un quemador de combustible radiante con una sección de pared externa perforada que puede obturarse que contiene llama.
5. 5. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque: la sección de pared externa perforada que puede obturarse que contiene llama es de una construcción de malla de metal.
6. 6. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la segunda estructura de suministro de aire incluye una estructura perforada que puede obturarse dispuesta sobre la pared externa de la cámara de combustión.
7. 7. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque: la segunda estructura de suministro de aire además incluye un conducto dispuesto en la cámara de combustión y que tiene un extremo de entrada abierto conectado a la estructura perforada que puede obturarse, y un extremo de salida abierto a través del cual el aire de combustión secundario puede descargarse dentro de la cámara de combustión a la velocidad de descarga.
8. 8. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque: el extremo de salida abierto tiene un área en sección transversal más pequeña que el extremo de entrada abierto .
9. 9. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque: el sistema incluye un sensor de temperatura que se ubica dentro de la cámara de combustión para ser chocado y enfriado, durante el encendido del quemador de combustible, por el aire de combustión secundario que es descargado desde el extremo de salida abierto del conducto, el sensor de temperatura es operativo para producir una señal de control indicativa de la temperatura del sensor de temperatura que aumenta a una temperatura elevada predeterminada y puede usarse para finalizar la operación del quemador de combustible .
10. 10. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque: el sensor de temperatura es un dispositivo de liberación térmica.
11. 11. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque: el sensor de temperatura es un termopar.
12. 12. El aparato de calentamiento caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque: el aparato de calentamiento caldeado por combustible además comprende un sistema de suministro de combustible que incluye un tubo de suministro de combustible conectado al quemador de combustible y que tiene una válvula de combustible conectada al mismo, y el sistema además incluye una estructura de control operativa para recibir la señal de control y provoca, en respuesta, el cierre de la válvula de combustible.
13. 13. Un calentador de agua caldeado por combustible, caracterizado porque comprende: un tanque para almacenar agua para ser calentada; una cámara de combustión en comunicación térmica con el tanque; un quemador de combustible operativo para crear productos de combustión calientes dentro de la cámara de combustión, el quemador de combustible puede ser obturado progresivamente por materia en partículas arrastrada en el aire de combustión primario que es entregado al mismo durante el encendido del mismo; una primera estructura de suministro de aire para suministrar aire de combustión primario al quemador de combustible desde el exterior de la cámara de combustión sin exponer el aire de combustión primario suministrado al interior de la cámara de combustión en su camino al quemador de combustible; una segunda estructura de suministro de aire para recibir aire de combustión secundario desde el exterior de la cámara de combustión y descargar el aire de combustión secundario dentro del interior de la cámara de combustión, a una velocidad de descarga, para fluir a través de la misma al quemador de combustible, la segunda estructura de suministro de aire puede obturarse progresivamente, a una tasa mayor que el quemador de combustible, por materia en partículas arrastrada en el aire de combustión secundario recibido en una manera que reduzca progresivamente la velocidad de descarga; un sensor de temperatura dispuesto dentro del interior de la cámara de combustión y ubicado para ser chocado por el aire de combustión secundario que se descarga dentro de la cámara de combustión desde la segunda estructura de suministro de aire; y un sistema para monitorear la temperatura del sensor de temperatura y finalizar, en respuesta, la operación del quemador de combustible cuando la temperatura alcanza una magnitud predeterminada indicativa de una reducción predeterminada en el enfriamiento del sensor de temperatura provocado por una reducción en la velocidad de descarga.
14. 14. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque : el sensor de temperatura es un dispositivo de liberación térmica.
15. 15. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque : el sensor de temperatura es un termopar.
16. 16. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque: el calentador de combustible se dispone dentro de la cámara de combustión; y la primera estructura de suministro de aire incluye un conducto de suministro de aire de combustión primario que se extiende dentro de la cámara de combustión y se conecta operativamente al quemador de combustible.
17. 17. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque : la segunda estructura de suministro de aire incluye una estructura perforada que puede obturarse dispuesta sobre la pared externa de la cámara de combustión, y además incluye un conducto dispuesto en la cámara de combustión y que tiene un extremo de entrada abierto conectado a la estructura perforada que puede obturarse, y un extremo de salida abierto a través del cual el aire de combustión secundario puede descargarse dentro de la cámara de combustión a la velocidad de descarga.
18. 18. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque : el extremo de salida abierto tiene un área en sección transversal más pequeña que el extremo de entrada abierto .
19. 19. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque : el calentador de agua caldeado por combustible además comprende un sistema de suministro de combustible que incluye un tubo de suministro de combustible conectado al quemador de combustible y tiene una válvula de combustible conectada al mismo, el sensor de temperatura es operativo para producir una señal de control indicativa de la temperatura del sensor de temperatura que aumenta a una temperatura elevada predeterminada y puede usarse para finalizar la operación del quemador de combustible, y el sistema para monitorear además incluye una estructura de control operativa para recibir la señal de control y provocar, en respuesta, el cierre de la válvula de combustible .
20. 20. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque : el quemador de combustible es un quemador radiante que tiene una sección de malla de metal que puede obturarse que contiene llama, y una estructura perforada que puede obturarse dispuesta sobre una pared externa de la cámara de combustión es una estructura de malla de metal de un tamaño de malla más fina que la sección de malla de metal que puede obturarse que contiene llama del quemador radiante.