APARATO CALENTADOR CALDEADO POR COMBUSTIBLE QUE TIENE CHAPA
CORTAFUEGOS CON PANTALLA DEFLECTORA DE INCRUSTACIONES
ASOCIADA
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a aparatos calentadores caldeados por combustible en una modalidad preferida de la misma, más particularmente proporciona un calentador de agua caldeado por gas que tiene una porción de pared in Eerior de la cámara de combustión definida por una chapa cortafuegos perforada con la cual se asocia operativamente una estructura de pantalla deflectora de incrustaciones superpuesta Los calentadores de agua residenciales y comerciales caldeados po gas se forman generalmente para incluir un depósito de almacenaje de agua cilindrico vertical con una estructura de quemador de gas dispuesto en una cámara de combustión debajo del depósito. El quemador se suministra con un gas combustible a través de una tubería de suministro de gas, y el aire de combustión a través de uno o más pasajes de entrada de aire que proporcionan la comunicación entre el aire ambiente y el inferiór de la cámara de combustión. Los calentadores de agua de este tipo general son extremadamente seguros en operación. Sin embargo, cuando se almacenan o utilizan gasolina u otros líquidos inflamables cerca del calentador de agua, puede existir la posibilidad de
que vapores inflamables se arrastren en la toma de aire del calentador de agua. Se cree que tales vapores pueden provocar que se presente combustióh secundaria dentro de los confines de la cámara de combustión del calentador de agua. Por consiguiente es posible cue la flama resultante se propague fuera de la cámara de combustión en el aire ambiente alrededor del calentador ie agua como resultado de seguir la trayectoria de la toma de vapor inflamable En vista de esto, varios diseños modernos de ccaalleennttaaddoorreess ddee aagguuaa ccaallddeados por gas, así como también los diseños de otros tipos de aparatos de calentadores caldeados por combustible, se enfocJan sobre la inhibición y/o control de la entrada de vapores inflamables en la cámara de combustión del aparato. Un método previamente propuesto para llevar a cabo esta meta de diseño es proporcionar la cámara de combustión con una porción de pared inferior definida por una estructura de chapa cortafuegos en la cual se forma una serie separada de aberturas de entrada de aire de combustión de extinción de flamas Durante el encendido del calentador de agua, el aire de combustión se ext rae hacia arriba a través de estas aberturas en la cámara de combustión, mezclado con el gas que se descarga desde el quemador, y quemado para crear el calor transferido al agua almacenada en la porción del depósito del calentador de agua. Las aberturas de entrada de aire de
combustión se configuran en una forma tal que fácilmente permiten que el aire de ccambustión, y los vapores inflamables extraños arrastrados en .as mismas, pasen a través cié las mismas en la cámara de combustión, mientras al mismo tiempo imposibiliten sustancialmente el pasaje descendente ele las flamas de la cámara de corrbustión a través de las aberturas. Para poder realizar su función de extinción de flamas, estas aberturas son típicamente bastante pequeñas, y pueden ser susceptibles a que se tapen por la materia en ppaarrttííccuullaass.. TTaall oobbttuurraación reduce indeseablemente la eficiencia de combustión general del calentador de agua Entre las fuentes de mhteria en particulas, que pueden restringir las tomas de aire de combustión son la creación eventual de depósitos de incrustaciones normalmente generadas como las superficies de gas lateral del depósito de agua que se degradan con la oxidación de las superficies metálicas que se exponen a los gases de combustión. Con el tiempo, algunos de estos depósitos de incrustaciones tienden a exfoliar las superficies de gas lateral de la cabeza de fondo y las paredes del tubo de humols, cayendo con esto sobre el lado superior de la chapa c rtafuegos y obturar eventualmente parte de las aberturas de la chapa cortafuegos. Puede ser desealole proporcionar una estructura de chapa cortafuegos para la cámara de combustión de un aparato ccaalleennttaaddoorr ccaallddeeaaddoo ppoorr ccombustible, tal como un calentador
de agua caldeado por gas, que elimine o por lo menos reduzca sustancialmente este probLema potencial de obturación de las entradas de aire. Princip límente, es a esta meta a la que se dirige la presente invencilon . Al llevar a c¿ bo los principios de la presente invención, de acuerdo con una modalidad preferida de la misma, un aparato cali ntador caldeado por combustible especialmente diseñado q ae representativamente está en la forma de un calentador de agua caldeado por gas, pero pueden ser alternativamente ap, ratos calentadores caldeados por combustible, de otros t Lpos tales como por ejemplo, una caldera, o un horno calde; do por combustible. A partir de u: .a amplia perspectiva, el aparato calentador caldeado por c ombustible comprende una cámara de combustión que se puede cfmunicar con un fluido a calentarse, y tiene estructuras de pared superior e inferior confrontantes verticalmer te separadas, una porción de la estructura de pared infe :ior tiene aberturas de entrada de aire de combustión que se configuran preferiblemente y son operativas como abert ras de extinción de llamas, Representativamente, la estructura de pared inferior se define por una chapa c rtafuegos perforada que tiene un cuerpo similar a una placa en la que se forman adecuadamente las aberturas de entrada de aire de combustión de extinción de flamas. Un quemador de combustible se disoone dentro de la
cámara de combustión y se suministra con combustible mediante una tubería de suministro de combustible conectada al mismo y que se extiende a través de la cámara de combustión. El aparato ca] entador caldeado por combustible además comprende un miemb .:o protector dispuesto dentro de la cámara de combustión, rev: stiendo las aberturas de entrada de aire de combustión en una relación separada hacia arriba con el mismo, y colocadas para interceptar la materia en partículas, tal como las incrustaciones que caen desde la estructura de pared de la cámara de combustión superior para evitar que la materia en j articulas caída aterrice y tape las aberturas de entrada de aire de combustión. Representativamente, el miembro protector tiene una configuración en domo hacía arriba y tiene una porción periférica que se aseg ara adecuadamente a una porción periférica del cuerpo de chapa cortafuegos. En una modalidad ilustrada del aparato calentador caldeado por combustible, la serie mutuamente separada de las aberturas de entrada de aire de combustión se distribuyen sustancialmente sobre tod® el cuerpo de chapa cortafuegos, y el miembro protector se e xtiende sustancialmente a través de todo el lado superior de la chapa cortafuegos, en una relación separada hacia a.:riba con ía misma, y tiene un área de escape de lado supe rior que recibe el quemador de combustible y una porción de ia tubería de suministro de
combustible. El miembro protector define un impelente de ecepción de aire de combustión, dispuesto arriba de la chapa cortafuegos dentro de la cámara de combustión, la cual es operativa para recibir el aire de combustión que sale hacia arriba de las aberturas entrada de aire de combustión, el impelente de recepción de aire de combustión con el resto de la cámara de combustión a través del área de escape. En otra modalidad ilustrada del aparato calentador caldeado por combustible, la serie mutuamente separada de las aberturas de entrada de ai-re se disponen en sólo una parte del cuerpo de chapa cortafuegos, con el resto del cuerpo no teniendo sustancialmente 1a perforación. El miembro protector se extiende a través de lado superior de sólo la parte perforada del cuerpo de chapa cortafuegos, en una relación separada hacia arriba con la misma, y define un impelente de recepción de aire de combustión, dispuesto dentro de la cámara de combustión arriba de las aberturas de entrada de aire de combustión, la cua1 es operativa para recibir el aire de combustión que sale lacia arriba de las aberturas de entrada de aire de combustión, el impelente de recepción de aire de combustión tiene una porción de salida a través de la cual se comunica con el resto de la cámara de combustión.
Representativamente, la porción de salida se define por una abertura de salida que confronta en una dirección paralela al lado superior del cuerpo qe chapa cortafuego
En una modalidad ilustrada del calentador de agua caldeado por combustible de la invención, un tubo de humos se extiende hacia arriba de . '.a estructura de pared superior y a través del agua almacenaca en una porción del depósito del calentador de agua. El miembro protector es operativo para evitar que la materi en partículas, tales como incrustaciones, caigan desde el tubo de humos y/o la pared de la cámara de combustión superior y aterricen y tapen las aberturas de entrada de aire de combustión. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en corte transversal esquemática de alguna fdrma simplificada a través de una porción de un calenta ior de agua caldeado por gas representativo que tiene incorporado en el mismo, como una porción de pared inferió de su cámara de combustión, una chapa cortafuegos de entrada de aire de combustión perforada con la cual una estru :tura de pantalla deflectora de incrustaciones superpuesta se asocia operativamente; La Figura 2 es una vista en perspectiva a escala alargada del ensamble de pantalla deflectora/chapa cortafuegos removido del calentador de agua; La Figura 3 una vista en corte transversal esquemática de alguna fc rma simplificada a través de una modalidad alternativa del calentador de agua caldeado por gas mostrado en la Figura 1.
Como se ilustra de algún modo en la forma simplificada en las Figuras 1 y 2, esta invención proporciona una pantalla 10 deflecto ::a de incrustaciones que se puede instalar en un calentador 12 de agua caldeado por gas, u otro tipo de aparato calentador caldeado por combustible tal como una caldera o un horno. Representativamente , el calentador 12 de agua tiene un depósito 14 metálico cilindrico, verticalmente orientado en el cual el agua 16 que se calienta y almacena, el depósito 14 se rodea por una estructura 18 de camisa aislada y que tienf una porción 20 de cabeza de fondo en domo hacia arriba. La p orción 20 de cabeza de fondo define el lado superior de una camara 22 de combustión unida en su lado inferior por una chapa 24 perforada circular. Ilustrativamente, el calentador 10 de agua se puede posar sobre una superficie de soporte horizontal adecuada tal como el piso 25 mostrado en la Figura 1. Extendiéndose de sde abajo del extremo inferior del depósito 14 se encuentra una estructura 26 de faldón anular que tiene paredes 28 y 30 laterales verticales interior y exterior. El quemador 32 qe gas se coloca centralmente dentro de una porción inferior de la cámara 22 de combustión, justo arriba de la porción late :al superior central de la chapa 24 de fondo, y subyace sobre el extremo inferior abierto de un tubo de ventilación o tubo 34 de humos que se extiende hacia arriba a través del interior del depósito 14 y el agua 16 en
el mismo. El gas se sumi istra al quemador 32 mediante una tubería 36 de suministro c e gas que se extiende hacia adentro a través de la estructura 26 de faldón y en la cámara 22 de combustión . Durante el encer dido del calentador 12 de agua, el aire 38 de combustión se e xtrae hacia adentro a través de los orificios 40 superiores < m la pared 30 lateral del faldón exterior, hacia fuera a :ravés del espacio 42 anular entre las paredes 28 y 30 de fa Idón interior y exterior, y después pasa a través de los orií icios 44 inferiores en la pared 28 de faldón interior y en una cámara 45 cilindrica dispuesta directamente debajo de la placa o pared 24 de la cámara de combustión inferior perforada. El aire 38 de combustión entonces fluye hacia arrih a a través de las perforaciones 24a en la chapa 24 sobrepu »sta y entra a la cámara 22 de combustión para la mezcl i y combustión con el gas que se descarga por el quemacor 32. Los productos calientes resultantes de la combustion entonces fluyen hacia arriba a través del tubo de venti ación o tubo 34 de humos, con el calor de estos productos ie combustión siendo transferido al agua 16 a través de 1 a. pared lateral del tubo 34 de ventilación . Preferiblemente , la chapa 24 perforada es operativa como una chapa cortafuegos, con las perforaciones 24a de la chapa siendo configuradas como las aberturas de extinción de
flamas que funcionan para permitir el flujo ascendente a aves dei aire 38 de combustión, y los vapores inflamables extraños que pueden arrastrarse en el aire de combustión, pero imposibilitan sustar cialmente el pasaje descendente de flamas desde la cámara 22 de combustión a través de las perforaciones 24a. Un ejemplo de tales aberturas de extinción de flamas en una porción de chapa cortafuegos de un calentador de agua calde; do por gas puede encontrarse en la Patente Norteamericana 5, 45,200 para Boros et al, la cual se incorpora en la presente para referencia. Con el tiempo, las incrustaciones S se forman en el lado inferior de la porción 20 de la cabeza de fondo y/o el lado interior del tubo 34 de humos y caen en la parte inferior de la cámara 22 de combustión. Debido al hecho de que en el calentador 12 de agua el aire 38 de combustión fluye hacia arriba a tra rés de las perforaciones 24a en la pared 24 de chapa cortafaegos inferior de la cámara 22 de combustión, estas incrustaciones descendentes pueden tender a bloquear las perforaciones y afectar adversamente el proceso de combustión. De acuerdo con ?n aspecto clave de esta invención, la pantalla 10 deflectcra de incrustaciones se utiliza únicamente para resolver este .problema potencial. La pantalla 10 tiene una forma de platillo generalmente invertido y su periferia se asegura ade uadamente a la periferia del lado
superior de la chapa 24 p rforada dentro de la cámara 22 de combustión, por ejemplo, madiante soldaduras de puntos para formar el ensamble 10, 4 de chapa cortafuegos/pantalla mostrado en la Figura 2. lia pantalla 10 en domo hacia arriba tiene un área 46 de escap e formada en la misma, el área de escape tiene una porción 46a central generalmente circular de la cual una porción 46b a] argada se extiende hacia afuera en una dirección generalmente radial. Como mejor se ilustra en la Figura 1, la tubería 36 de gas se extiende generalmente en forma horizontal a través de la porción 46b de abertura de pantalla más delgada, y e 1 cuerpo generalmente circular del quemador 32 se sobrepone hacia arriba de la porción 46b de abertura de pantalla central de forma y tamaño similar. El quemador 32 se monta en una estructura de abrazadera de soporte adecuada (véase Figuras 1, 2) centralmente asegurada al lado superior de la cha pa 24 cortafuegos perforada. El aire 38 de cDmbustión que sale hacia arriba de las perforaciones 24a en la chapa 24 cortafuegos entra al impelente 50 definido en :re la pantalla 10 en domo hacia arriba y la chapa 24 vi aja a través del impelente 50, y después sale hacia arriba del impeíente 50 mediante el área
46 de escape de la pantalla. Las incrustaciones S (véase la
Figura 1) que caen desde e 1 lado inferior de la porción 20 de cabeza de fondo del depósito 14, y/o el lado interior del tubo 34 de humos, caen inofensivamente sobre (1) ei lado
superior del quemador 32 y (2) el lado superior de la pantalla 10 como opuesto a caer simplemente en el lado superior de la chapa 24 Dloqueando sus perforaciones 24a y con esto impedir que el aire de combustión entre a la cámara 22 de combustión. Por consiguiente, las perforaciones 24a de chapa cortafuegos pequeñas no se dejan tapar deseablemente por la pantalla 10 a dejar caer los depósitos de incrustaciones dentro de 1a cámara 22 de combustión. Mientras el área 46 de escape en la pantalla 10 se configura para recibir e . quemador 32 y la tubería 36 de suministro de gas, se apreciara fácilmente por aquellos con experiencia en esta técnica particular que el área 46 de escape puede proporcionarse con varias configuraciones alternativas para recibir quemadores con formas diferentes, y la tubería de suminist :o de combustible conectarse al quemador en diferentes f Drmas . Adicionalmente, mientras la chapa 24 cortafuegos ilustrada se proporciona con perforaciones 24a de transferencia de aire de extinción de flamas sobre esencialment 5 todas sus superficies laterales, se apreciara que las chapa s cortafuegos configuradas en forma diferente pueden utilizarse en lugar de la chapa 24 si se desea . Por ejemplo, u a modalidad 12a alternativa del calentador 12 de agua aliente, previamente descrito se ilustra en corte transve rsal en una forma esquemática de
algún modo simplificada en la Figura 3. Representativamente, el calentador 12a de agu a es idéntico al calentador 12 de agua previamente descrito con la excepción que se proporciona con una chapa 52 cort afuegos de extinción de flamas perforada, configurada en forma diferente y una pantalla 54 deflectora de incrustaciónes configurada en forma diferente, En lugar de perforarse sustancialmente a lo largo de todo su margen horizontal (como en el caso de la chapa 24 cortafuegos previamente de scrita), la chapa 52 cortafuegos se perfora solamente a lo lar go de una porción P de la misma que se coloca representativamente a la derecha del quemador 32 como se ve en la Figura 2 . La porción P perforada se define por una serie separada de perforaciones 52a de transferencia de aire de combustión de extinción de flamas . El resto de la chapa 52 esencialmente no se perfora La pantalla 34 deflectora de incrustaciones modificada, a diferencia de la pantalla 10 previamente descrita, no se extiende arriba de toda la chapa 52 y tiene un área de escape para 1 quemador 32 y la tubería 36 de suministro de gas. En cambio, la pantalla 54 se extiende través de sólo el área P p>erforada en una relación ascendente separada con la misma dentro de ía cámara 22 de combustión.
La pantalla 54 define un Lmpelente 56 entre la pantalla 54 y la chapa 52 arriba del área P de la chapa perforada, el impelente 56 tiene un lado 56a de salida abierto que
confronta horizontalmente. Aún con refere ícia ia Figur¿ durante el encendido del calentadoi} 12a de agua, el área 38 de combustión que sale hacia arriba de las perforaciones 52a en la chapa 52 cortafuegos entra al impelente 56, viaja a través del impelente 56, y c.espués sale horizontalmente del impelente 56 mediante su área 56a y abertura lateral. Las incrustaciones S que caen desde el lado inferior de la porción 20 de cabeza de fcndo del depósito 14 arriba del área P de la chapa cortafuegos , y/o -el lado interior del tubo 34 de humos, caen inofensiv menté en el lado superior de la pantalla 54 en lugar de caer sobre el lado superior del área
P de la chapa cortafuegos y bloqueado sus perforaciones 52a y con esto impidiendo que el área de combustión entre a la ccáámmaarraa 2222 ddee ccoommbbuussttiióónn.. Por consiguiente, las perforaciones
24a de chapa cortafuegos pequeñas no se dejan tapar deseablemente por la pantalla 10 al dejar caer los depósitos de incrustaciones dentro de la cámara 22 de combustión, Como se mencióna previamente en la presente, los pprriinncciippiiooss ddee llaa pprreesseennttje invención no se limitan a los calentadores de agua caldleados por gas, sino también pueden utilizarse para tener ventaja en una variedad de otros tipos de aparatos calentadores caldeados por combustible que incluyen, pero no se limitan a, hornos y calderas caldeados por combustible. Adicionalmente, mientras los calentadores 12
y 12a de agua ilustrados tienen configuraciones cilindricas, se apreciará fácilmente por aquellos con experiencia particular en esta técnica que pueden tener diferentes configuraciones, tales como rectangulares, si se desea. Además, mientras las chapas 24,54 cortafuegos ilustradas se han ilustrado reprefentativamente como definiendo esencialmente todas las pjaredes inferiores de sus cámaras de combustión asociadas, pueden configurase alternativamente para definir solamente porciones de las paredes inferiores La descripción detallada anterior se entenderá claramente como proporcio ándose por medio de la ilustración y ejemplos solamente, el espíritu y alcance de la presente invención se limita solamente por las reivindicaciones anexas .