APARATO DE ADMISIÓN DE AIRE DE COMBUSTIÓN PARA UN APARATO DE
CALEFACCIÓN DE VENTILACIÓN DIRECTA POR CALDEO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está generalmente relacionada con aparatos de calefacción y, en una modalidad preferida de la misma, más particularmente se relaciona con una estructura de campana de entrada de aire de combustión exterior especialmente diseñada para un calentador de agua de ventilación directa por caldeo. Típicamente, se instala un calentador de agua por caldeo en un espacio interior de un edificio y, durante la operación del calentador de agua éste descarga gases de combustión a través de una chimenea de ventilación al exterior del edificio mientras que al mismo tiempo recibe aire de combustión exterior por medio de un conducto de entrada de aire adecuado comunicado con su cámara de combustión. Un calentador de agua de ventilación directa induce el flujo requerido del área de combustión exterior a través de este conducto de entrada de aire mediante el efecto de aspiración natural de chimenea (creado por la combustión de una mezcla de aire-combustible dentro de su cámara de combustión) , con esto eliminando la necesidad de cualquier equipo de aspiración forzado (como un ventilador inductor de aspiración) y cualquier requerimiento de energía asociado. Mientras que el uso • de una aspiración natural de combustión en lugar de, por ejemplo, un ventilador inductor de aspiración para hacer fluir aire exterior dentro de la cámara de combus.tión del calentador de agua deseablemente disminuye el costo total del calentador de agua, muy a menudo proporciona un reto de diseño relacionado con la prevención de fluctuaciones indeseables en la presión del aire de combustión que está siendo suministrado a la cámara de combustión de agua. Específicamente, de manera tipica se monta una campana de admisión en la superficie exterior de una pared exterior y se conecta al conducto de entrada de aire de combustión. Es necesaria la campana de admisión para proteger la entrada del ducto de aire de combustión para que no se contamine mientras que permite un flujo de aire suficiente dentro de la cámara de combustión del calentador. Cuando sopla el viento en una dirección ' perpendicular a la entrada del conducto (por ejemplo, paralelo a la pared exterior sobre la cual está montada la campana de admisión) a alta velocidad, se crea una presión negativa en la entrada del conducto de aire la cual en consecuencia crea una presión más negativa en la cámara de combustión la cual puede apagar la flama del quemador o por lo menos privarla de suficiente aire de combustión. En forma similar, cuando un fuerte viento sopla generalmente hacia la pared exterior sobre la cual está montada la campana de admisión, se puede crear una alta presión indeseable dentro de la cámara de combustión del calentador de agua. Como se puede ver fácilmente a partir de lo anterior, existe una necesidad para una estructura de campana de admisión de aire de combustión mejorada, para un calentador de agua u otros tipos de aparatos de calefacción de ventilación directa por caldeos, en los cuales las variaciones de presión del conducto de entrada de aire de combustión provocadas por los cambios en las direcciones del viento exterior se disminuyen Sustancialmente . Es a esta necesidad a la cual se dirige esta invención. Al llevar a cabo los principios de esta invención, de acuerdo con una modalidad preferida de la misma, un aparato de calefacción de ventilación directa por caldeo, representativamente un calentador de agua dispuesto dentro de un edificio, se proporciona con una campana de admisión de aire exterior especialmente diseñada. La campana se monta de manera externa en una de las paredes exteriores del edificio y opera para recibir aire de combustión externo que se puede suministrar a la porción de cámara de combustión del aparato por medio de un conducto de entrada de aire que se puede interconectar entre el aparato y la campana de admisión. La campana está diseñada de manera única para evitar tanto la sobrepresurización creada por el viento como la subpresurización del aire de combustión externo que atraviesa el interior de la campana y fluye de la misma dentro del conducto de entrada de aire. La campana, en una modalidad preferida de la misma, incluye un cuerpo hueco teniendo • una pared lateral exterior que se extiende entre la primera y segunda aberturas de entrada confrontadas separadas en una primera dirección y a través de las cuales puede entrar el aire de combustión externo al interior del cuerpo hueco, y un pasaje de salida a través del cual puede fluir el aire de combustión externo hacia fuera desde el interior del cuerpo hueco. Con la campana operativamente instalada en la pared exterior, las primeras y segundas aberturas de salida opuestas están orientadas en paralelo a la superficie externa de la pared exterior,' y la pared lateral exterior del cuerpo de la campana está en paralelo a y separado hacia fuera de la superficie externa de la pared exterior. El pasaje de salida de la campana tiene una porción de entrada abierta que se encuentra orientada hacia la pared lateral del cuerpo exterior y está separada de la misma en una segunda dirección transversal a la primera dirección. Una estructura reductora de tiro está asociada con el cuerpo hueco y es operativo para interceptar el aire de combustión externo que entra en una de las primeras y segundas aberturas de entrada en la primera dirección y desvia el aire de combustión externo interceptado a la porción de entrada del pasaje de salida de la campana. Esta intercepción y deflección del aire de combustión externo entrante convierte su momentum en presión, con esto evitando la creación indeseada de un vacio en la entrada al pasaje de salida cuando el viento está soplando generalmente en horizontal a la pared exterior. De acuerdo con un aspecto clave de la invención, se extiende un pasaje de desviación de liberación de presión de aire entre la primera y segunda abertura de entrada a través del interior del cuerpo de la campana hueca hacia fuera de la porción de entrada abierta del pasaje de salida. Este pasaje permite que una cantidad de aire impulsado por el viento entre a la campana a través de una de sus aberturas de entrada laterales para simplemente ser forzado fuera de la abertura de entrada lateral opuesta para con esto evitar la sobrepresurización por el viento indeseable del interior de la campana. La estructura reductora de tiro preferiblemente tiene una configuración en forma de V, con una porción de vértice que se encuentra orientada a una porción de entrada del pasaje de salida de campana, y paredes laterales opuestas que son representativamente planas pero que también pueden estar curvas de manera cóncava si se desea. En una modalidad de la estructura reductora de tiro, la porción de vértice se separa hacia fuera de la porción de entrada del pasaje de salida para formar un espacio entre la porción de vértice y la porción de entrada del pasaje de salida, el espacio define una porción del pasaje de desviación de liberación de presión de aire. Representativamente, la proporción de anchura del espacio en la primera dirección antes mencionada a la distancia de la pared lateral del cuerpo de la campana exterior y de la porción de entrada del pasaje de salida de campana está dentro del rango de aproximadamente 0.09 a aproximadamente 0.21. Alternativamente, todo o una porción del pasaje de desviación de liberación de presión puede extenderse a través de la estructura reductora de tiro hacia fuera de la porción de entrada de pasaje de salida de campana . De acuerdo con otra característica de la invención, con la pared exterior del cuerpo de la campana en su orientación vertical instalada, la sobrepresurlzación creada por el viento del interior de la campana cuando el viento está soplando generalmente transversal a la pared exterior se evita colocando la porción de entrada del pasaje de salida de campana totalmente dentro de la huella horizontal de la pared lateral exterior. Esto evita que el aire impulsado por el viento entre directamente en el interior de la campana en una dirección transversal a la pared exterior provocando que el aire sea desviado alrededor de una porción de borde de la pared lateral exterior.
En una modalidad preferida de la campana, el lado interior del cuerpo de la campana está definido por una estructura de marco rectangular teniendo una porción interior con una pared lateral interior a través de la cual se forma una abertura de salida. Esta porción interior define la porción de entrada del pasaje de salida de campana. De preferencia, un miembro de malla se asegura adecuadamente a la pared lateral interior sobre su abertura de salida para evitar que la mugre entre en el conducto de entrada de aire conectado al pasaje de salida de la campana. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en planta superior esquemática de un calentador de agua de ventilación directa por caldeo representativo que está operativamente conectado a una estructura de campana de admisión de aire de combustión exterior especialmente diseñada que ejemplifica los principios de la presente invención; la Figura 2 es una vista en elevación lateral exterior a escala ampliada de la estructura de campana de admisión tomada a lo largo de la linea 2-2 de la Figura 1, la Figura 3 es de alguna manera una vista en corte transversal esquemática simplificada a través de la estructura de campana de admisión de aire a lo largo de la linea 3-3 de la Figura 2; la Figura 4 es una vista en perspectiva de la estructura de campana de admisión de aire en un estado ensamblado; la Figura 5 es una vista en perspectiva esquemática de la estructura de campana de admisión de aire; y la Figura 6 es una vista en corte transversal simplificada dirigida hacia arriba a través de una modalidad alternativa de la estructura de campana de admisión de aire. Esquemáticamente ilustrada en la Figura 1, se muestra una campana 10 de admisión de aire de combustión exterior especialmente diseñada que ejemplifica los principios de la presente invención y que está externamente montada en la pared 12 exterior de un edificio. La campana 10 está conectada a un conducto 14 de admisión de aire para dejar fluir aire de combustión exterior a través del mismo a un calentador 16 de agua de ventilación directa por caldeo (u otro tipo de aparato de calefacción de ventilación directa por caldeo como un boiler o caldera) localizado dentro de un espacio 18 interior de un edificio. El calentador 16 de agua descarga productos de combustión calientes por medio de una estructura 20 de tubos de humo que salen del edificio en un punto (no mostrado) lejos de la campana 10 de admisión de aire . Como se describirá subsecuentemente en la presente en detalle, la campana 10 está proporcionada con un miembro 22 reductor de tiro interno especialmente configurado que sustancialmente elimina la presencia de presión negativa en la cámara de combustión calentadora de agua cuando el viento sopla generalmente paralelo a la superficie 12a exterior de la pared 12a exterior de modo que el aire 24 de combustión exterior entrante fluya horizontalmente dentro de un lado vertical abierto de la campana 10 que se encuentra orientada en paralelo a la superficie 12a externa de la pared 12 exterior. Como se podrá ver, la campana 10 opera para sustancialmente eliminar la presencia indeseable de una presión negativa en la cámara de combustión cuando el viento sopla cerca de un ángulo de cero grados (es decir, paralelo a la superficie 12a externa de la pared 12 exterior) , mientras que al mismo tiempo conserva la combustión y evita la sobrepresurización creada por el viento de la cámara de combustión del calentador de agua cuando el viento sopla en todos los otros ángulos. Regresando ahora a las Figuras 2-5, además del miembro 22 reductor de tiro interna, la campana 10 de admisión de aire de combustión incluye un panel 26 de cuerpo exterior generalmente en forma de U, un miembro 28 de malla rectangular, y una estructura 20 del marco lateral interno rectangular. Estos componentes 22, 26, 28 y 30 de la estructura 10 de campana de admisión general están representativamente formados de un material de lámina de metal, pero pueden formarse alternativamente de otro material de lámina rigida y durable adecuada, como plástico si se desea. El panel 26 de cuerpo exterior tiene una porción 32 de pared lateral exterior con porciones 34, 36 de pared superior e inferior opuestas que se proyectan transversalmente de los bordes laterales opuestos del mismo. El miembro 22 reductor de tiro interno se asienta dentro del panel 26 de cuerpo exterior y tiene una porción central generalmente en forma de V definida por las porciones 38, 40 laterales opuestas mutuamente anguladas unidas en una porción 42 de vértice redondeado en los bordes laterales internos del mismo y • teniendo porciones 44 de pestaña de conexión dirigidos hacia fuera paralelas en sus bordes exteriores . La estructura 30 lateral interior tiene una porción 46 periférica rectangular con un lado 46a exterior", secciones 48, 50, 52 y 54 laterales, y un área 56 interior teniendo un lado exterior abierto y estando unidas en un lado interior de las mismas mediante una pared 58 lateral interior rectangular que tiene una abertura 60 circular central formada dentro de la misma. Conectada a la pared 58 lateral interior en su abertura 60, y que se extiende lejos del área 56 interior, se encuentra un conducto 14a corto de conexión con corte transversal circular el cual se puede conectar al extremo de entrada del conducto 14 de admisión de aire de combustión previamente mencionado.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 2-5, al fabricar la campana 10 de admisión de aire de combustión, el miembro 22 reductor de tiro interno se asienta dentro del panel 26 de cuerpo exterior, con el vértice 42 reductor de tiro interno separado hacia dentro lejos del lado interior de la pared -32 lateral exterior del panel 26 de cuerpo, y las porciones 44 de pestaña de conexión del miembro 22 reductor de tiro interno se aseguran a la pared 32 de panel utilizando tornillos 62 adecuados (ver Figura 4) que se extienden a través de las aberturas alineadas 64, 66 (ver Figura 5) formadas en la pared 32 del panel y las pestañas 44 de conexión de miembro reductora de tiro. Al utilizarse sujetadores adecuados (no mostrados) la malla 28 se asegura al lado exterior de la pared 58 de estructura sobre la abertura 60 circular en la misma. Las paredes 34, 36 de paneles superior e inferior entonces .se colocan respectivamente hacia fuera sobre los lados 48, 52 de la estructura y se aseguran a la misma utilizando tornillos 68 adecuados (ver Figura 4) que se extienden a través de las aberturas 70, 72 alineadas en las porciones 34, 36 de pared de panel y los lados 48, 52 de estructura (ver Figura 5) . La campana 10 de admisión de aire de combustión completa entonces se asegura de manera adecuada al lado 12a externo de la pared 12 exterior (ver Figura 3) , con la porción 14a de conducto corto de la campana 10 extendiéndose hacia dentro a través de una abertura 74 en corte transversal circular en la pared 12 exterior (ver Figura 3) y operativamente conectada a la porción de extremo exterior del conducto 14 de admisión de aire de combustión. Como mejor se puede ver en las Figuras 2-4 con la campana 10 de admisión de aire de combustión operativamente instalada en la pared 12 exterior, la campana 10 tiene aberturas 76, 78 laterales exteriores horizontalmente opuestas dispuestas entre su periferia y comunicadas con el área 56 interior de estructura. Adicionalmente, como mejor se ilustra en la Figura 2, el área 56 interior de estructura está dispuesta totalmente dentro del área de huella horizontal de la porción 32 de pared lateral exterior del panel 26 de cuerpo exterior que está separado horizontalmente hacia fuera de la porción 46 de estructura en una dirección transversal a la superficie 12a externa de la pared 12 exterior. El área de estructura con muescas define con el interior del conducto 14a corto un pasaje 56, 14a de salida a través del cual el aire de combustión que entra en la parte interior de la campana 10 puede salir de la campana para el suministro al calentador 16 de agua (u otro aparato de calefacción de ventilación directa por caldeo como pueda ser el caso) . Durante el caldeado del • calentador 16 de agua, con el aire representativamente soplando desde la izquierda y generalmente paralelo a la superficie 12a externa de la pared 12 exterior como se ve en la Figura 3, el área 24 de combustión exterior es impulsado hacia dentro por el viento a través de la abertura 76 lateral exterior de la campana 10. En tipos convencionales de estructuras de campana de admisión como se describieron previamente en la presente, este aire 24 de combustión podria, en su ma'yoria simplemente salir a través de la abertura 78 lateral de campana opuesta e indeseablemente crear una presión negativa en la entrada del conducto 14 de . admisión de aire, con esto correspondientemente reduciendo la presión de la cámara -de combustión dentro del calentador 16 de agua. Sin embargo, en la campana 10 especialmente diseñada de la presente invención, el aire 24 de combustión exterior que entra impulsado por el viento es interceptado por la porción 40 de pared lateral inclinada del miembro 22 reductor de tiro interno y es desviado dentro del pasaje 56, 14a de salida de campana para suministrarlo desde la campana 10 hasta la cámara de combustión del calentador 16 de agua por medio del conducto 14 de entrada de aire. Al desviar el aire 24 de combustión que entra impulsado por el viento de esta manera, la campana 10 convierte por lo menos una porción del momento del aire 24 de combustión entrante a presión estática, con esto evitando la creación indeseable de la condición de vacio parcial en una entrada del conducto 14 y un efecto adverso correspondiente' en la presión de la cámara de combustión. De acuerdo con un aspecto clave de la presente invención, una sobrepresurización indeseable del aire de combustión que entra por el pasaje de salida de campana, debido a esta conversión de momento a presión, se evita por la provisión de un pasaje de desviación de liberación de presión que se extiende entre las entradas 76, 78 de campana y que están colocadas hacia fuera del pasaje- 56, 14a de salida -es decir, entre (1) la porción de extremo de entrada abierta del pasaje 56, 14a definido por el área 56 interior de estructura y (2) la porción 32 de pared lateral exterior de la campana 10. Representativamente, este pasaje -de desviación de liberación de presión está definido por un espacio G (ver Figura 3) colocado entre el lado exterior abierto del área 56 interior de estructura y la porción 42 de vértice reductora de tiro. Debido a la presencia de este espacio G, una porción 24a del aire 24 de combustión entrante impulsado por el viento permite desviarse por el pasaje 56, 14a de salida y simplemente fluir hacia fuera a través de la abertura 78 de entrada de campana, con esto limitando la acumulación de presión de aire en la entrada al pasaje 56,
14a de salida durante la operación del calentador 16 de agua. Como se podrá apreciar, la campana 10 funciona en una manera idéntica pero opuesta cuando el viento está soplando desde la derecha y paralelo a la superficie 12a externa de la pared 12 exterior como se puede ver en la Figura 3. Mientras que el espesor del espacio G con relación a la anchura W de la campana 10 desde su pared lateral exterior a la entrada del pasaje 56, 14a de salida puede variar para adecuarse a condiciones de diseño, la proporción de G/W representativamente mostrada en la Figura 3 está en el rango aproximado de alrededor de 0.09 a alrededor de 0.21. Como se mencionó anteriormente en la presente, el lado exterior abierto del área 56 con muescas de estructura, que define una porción de entrada del pasaje 56, 14a de salida de aire, está dispuesto totalmente dentro de la huella horizontal de la porción 32 de pared lateral exterior de la campana 10. Por consiguiente, cuando el aire 24b de combustión (ver Figura 3) está siendo impulsado por el viento directamente hacia la superficie 12a externa de la pared 12 exterior, la pared 32 lateral exterior actúa como un reductor de tiro de desviación para evitar que el _aire 24b de combustión impulsado por el viento sea forzado directamente dentro del interior de la campana 10 y del pasaje 56, 14a de salida y con esto sobrepresurizando la entrada del conducto 14 de entrada de aire. En su lugar, como se ilustra en la esquina derecha exterior de la campana 10 como se puede ver en la Figura 3, el aire 24b de combustión impulsado por el viento entrante es forzado a curvear alrededor de un borde lateral vertical de la pared 32 lateral exterior en la abertura 78 de campana, con esto sustancialmente reduciendo la presión de entrada de aire de combustión dentro de la campana 10. Ilustrada en corte transversal de forma simplificada en la Figura 6 se encuentra una modalidad alternativa de la campana 10 de admisión de aire de combustión exterior previamente descrito. Como se muestra en la campana 10 previamente descrita, las paredes 38, 40 laterales' opuestamente inclinadas del miembro 22 reductor de tiro interno tiene una configuración esencialmente recta. Sin embargo, las paredes 38a, 40a laterales opuestas correspondientes del miembro 22a reductor de tiro interno tienen, como se puede ver desde las aberturas 76 y 78 de entrada de campana opuesta, curvaturas cóncavas. Esta concavidad de las paredes 38a, 40a laterales del miembro reductor de tiro sirve para incrementar la magnitud de conversión de momento a presión lograda por la intersección del aire 24c de combustión impulsado por el viento que fluye hacia la derecha como se puede ver en la Figura 6. -Adicionalmente, el pasaje de desviación de liberación de presión definido por el espacio G se aumenta representativamente por un segundo pasaje de desviación de liberación de presión que se extiende entre las aberturas 76, 78 de entrada de campana por medio de las aberturas 80 comunicadas formadas a través de las paredes 38a, 40a laterales reductoras de tiro. Como se ilustra en la Figura 6, una primer porción 24a del aire 24 de combustión exterior que se mueve 'hacia la derecha impulsado por el viento se desvia del pasaje 56, 14a de salida de campana por medio del espacio G, mientras que una segunda porción 24c de aire 24 de combustión se desvia del pasaje 56, 14a de salida de campana por medio de las aberturas 80 reductora de tiro. Como una alternativa para el uso de estos dos pasajes de desviación de liberación de presión, el espacio G puede eliminarse dejando un solo pasaje de desviación extendiéndose a través de las aberturas 80 de pared lateral reductora de tiro. Como otra alternativa de desviación, un pasaje de desviación de liberación de presión (no mostrado) puede colocarse entre el miembro 22a reductor de tiro (o el reductor de tiro 22) y la pared 32 lateral de campana exterior y utilizado por si mismo o en combinación con cualquiera o ambos del espacio G y los orificios 80 de la pared lateral reductora de tiro. Se deberá claramente entender que la descripción detallada anterior está proporcionada a manera de ilustración y ejemplo, y que el espíritu y alcance de la presente invención sólo serán limitados por las reivindicaciones anexas .