MXPA06010114A

MXPA06010114A - Calentador de agua de doble tanque caldeado por combustible que tiene termointercambiador tipo condensacion de doble paso.

Info

Publication number: MXPA06010114A
Application number: MXPA06010114A
Authority: MX
Inventors: Ozzie Missoum; Gregory M Welk; Phillip W Stephens; Qian Zhang; Jeffrey M Haney
Original assignee: Rheem Mfg Co
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2007-03-07
Also published as: AU2006203708B2; NZ551494A; NZ549445A; CA2555537C; US7258080B2; AU2006203708A1; US20070062463A1; CA2555537A1

Abstract

Un calentador de agua comercial caldeado por combustible tiene porciones de tanque superior e inferior comunicadas que se separan por un impelente que forma la porcion verticalmente intermedia de un termointercambiador de tipo condensacion de doble paso. Una porcion inferior del termointercambiador se define con una serie de tubos de combustion verticales que se extiende a traves del tanque inferior y que intercomunica el impelente con una camara de combustion dispuesta bajo el tanque inferior y que tiene un quemador de combustible con una porcion de descarga comunicada con el mismo. Una porcion superior del termointercambiador se define por un tubo de combustion vertical, dispuesto en el tanque superior, que se extiende ascendentemente del impelente y despues se arrolla descendentemente alrededor del mismo y sale horizontalmente del tanque superior. Durante el encendido del calentador de agua, el quemador hace fluir los gases secuencialmente a traves de los tubos de combustion del tanque inferior, el impelente y la estructura del tubo de combustion arrollada del tanque superior.

Description

CALENTADOR DE AQUA DE DOBLE TANQUE CALDEADO POR COMBUSTIBLE QUE TIENE TERMOINTERCAMBIADOR TIPO CONDENSACIÓN DE DOBLE PASO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a dispositivos de calentamiento de fluido caldeados por combustible y, en una modalidad particular representativamente ilustrada en la misma, proporciona más particularmente un calentador de agua caldeado por combustible que tiene una estructura de doble tanque y un termointercambiador tipo condensación de doble paso especialmente diseñado incorporado en la misma. Los calentadores de agua caldeados por combustible convencionales típicamente son de una configuración sin condensación de "un solo paso" , dando a entender que los gases de combustión calientes utilizados para calentar el agua almacenada en el tanque solamente se someten a un solo paso a través de una estructura de termointercambiador (normalmente un conducto vertical) dentro del tanque antes de descargarse del calentador de agua hacia, por ejemplo, una estructura de ventilación externa, y que«.fla condensación del gas de combustión no ocurre a ningún grado apreciable en la estructura del termointercambiador dentro del tanque calentador de agua. En este tipo convencional de calentador de agua caldeado por combustible, el rendimiento térmico general típicamente es limitado a aproximadamente 80-85%. Se han hecho varias propuestas para proporcionar calentadores de agua caldeados por combustible con termointercambiadores de un solo paso de tipo condensación (es decir, en los cuales los gases de combustión se condensan dentro del termointercambiador) . Sin embargo, estructuras de intercambio de calor de tipo condensación de un solo paso previamente propuestas incorporadas en calentadores de agua caldeados por combustible proporcionan típicamente a los calentadores de agua con rendimientos térmicos limitados en el margen de 85-90%. En un intento por incrementar su rendimiento térmico por arriba del 95%, se han propuesto termointercambiadores de condensación de multipaso de varias configuraciones y tipos para su instalación dentro de las porciones del tanque de calentadores de agua caldeados por combustible. Aunque tales termointercambiadores de tipo condensación de multipaso previamente propuestos han cumplido con esta meta de rendimiento térmico, también se han presentado en forma indeseable varios problemas, limitaciones y desventajas. Éstos incluyen complejidad incrementada del termointercambiador, costos más altos de material y fabricación, problema de manejo de la condensación, ruido incrementado operacional, y vida operacional reducida del termointercambiador. De este modo puede ser deseable proporcionar un calentador de agua caldeado por combustible, u otro tipo de dispositivo de calentamiento de fluido caldeado por combustible, con un termointercambiador tipo condensación de multipaso mejorado. Es principalmente a esta meta a la que se dirige la presente invención. Al llevar a cabo los principios de la presente invención, de acuerdo con una modalidad representativa de la misma, un aparato de calentamiento de fluido caldeado por combustible, ilustrativamente un calentador de agua comercial, se proporciona con una construcción de doble tanque y una estructura de termointercambiador tipo condensación de multipaso especialmente diseñada que tiene un rendimiento de transferencia de calor mayor a 95%. En la modalidad representativa del calentador de agua, éste comprende tanques de almacenamiento de agua superior e inferior separados verticalmente que tienen interiores intercomunicados . El tanque inferior tiene una entrada para recibir el agua que va a calentarse, y el tanque superior tiene una salida para descargar el agua calentada. Un impelente de recepción se interpone entre los tanques de almacenamiento de agua superior e inferior. El termointercambiador tipo condensación de multipaso incluye una pluralidad de tubos verticales separados que se extiende a través del interior del tanque inferior y se comunica con el impelente de recepción y un tubo de combustión dispuesto dentro del tanque superior. El tubo de combustión tiene una porción longitudinal interior vertical que se comunica con el impelente de recepción, una porción longitudinal intermedia descendentemente arrollada alrededor de la porción del tubo de combustión longitudinal interior, y una porción longitudinal exterior que se extiende externamente a través de una porción de pared lateral del tanque superior. El calentador de agua también se proporciona con aparato de combustión operativo para hacer fluir gases de combustión calientes secuencialmente a través de los tubos verticales, El impelente de recepción y el tubo de combustión. De acuerdo con otros aspectos de la invención, el aparato de combustión incluye un quemador de combustible (el cual puede ser ya sea un quemador energizado o no energizado por combustible) que tiene una porción de descarga comunicada con una cámara de combustión colocada bajo el lado inferior del tanque inferior y que tiene un interior comunicado con extremos inferiores abiertos de los tubos verticales . Durante el encendido del quemador de combustible, se forma el condensado en la porción longitudinal intermedia del tubo de combustión. La porción longitudinal exterior del tubo de combustión tiene una porción extrema exterior verticalmente inclinada para drenar la condensación del calentador de agua. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La única figura del dibujo es una vista en corte transversal esquemática a través de un calentador de agua de doble tanque caldeado por combustible especialmente diseñado que tiene un termointercambiador de tipo condensación de multipaso incorporado en la misma y que representa los principios de la presente invención. Ilustrado en la única figura del dibujo anexo se encuentra un calentador 10 de agua caldeado por combustible, representativamente un calentador de agua comercial, que tiene un termointercambiador 12 de tipo condensación de doble paso especialmente diseñado, utilizado para calentar agua 14 presurizada almacenada en su estructura 16 de tanque externamente aislada general. Durante el encendido del calentador 10 de agua, los gases 18 de combustión calientes de un quemador 20 de combustible en la parte inferior del calentador de agua se hacen fluir a través del termointercambiador 12 para transferir el calor de la combustión, con un rendimiento térmico de 95% o más en el agua 14 almacenada. El quemador 20, el cual puede ser ya sea un quemador energizado por combustible o un quemador no energizado por combustible, recibe el combustible gaseoso y el aire de combustión de las fuentes del mismo (no ilustradas) en una forma convencional adecuada. La estructura 16 de tanque del calentador de agua tiene porciones 22, 24 de tanque superior e inferior separadas por un impelente 26 de recepción de gas de combustión y cada una contiene cantidades de agua 14 almacenada. El impelente 26 define una porción verticalmente intermedia de la estructura 12 de termointercambiador general. Los interiores de las porciones 22, 24 de doble tanque se interconectan por un tubo 28 de transferencia de agua y el quemador 20 tiene una porción de descarga comunicada con una cámara 30 de combustión dispuesta bajo el extremo inferior de la porción 24 de tanque inferior. Extendida verticalmente a través del interior del tanque 24 inferior, e intercomunicándose con los interiores de la cámara 30 de combustión y el impelente 26 de recepción de gas de combustión se encuentra una serie separada de tubos 32 de combustión primarios que definen una porción inferior de la estructura 12 general de termointercambiador. Un tubo 34 de combustión secundario se extiende ascendentemente del lado superior del impelente 26 y se comunica con su interior. Adyacente al extremo superior del tanque 22 superior, el tubo 34 de combustión vertical se enrolla descendentemente alrededor del mismo dentro del tanque 22 superior, en serpentines 34a, que terminan en una porción 34b de descarga inclinada hacia la izquierda y hacia abajo que se extiende externamente a través de un lado exterior del calentador 10 de agua. La estructura 34, 34a, 34b del tubo de combustión define la porción superior de la estructura 12 general del termointercambiador. Durante del encendido del calentador 10 de agua, los gases 18 de combustión calientes desde dentro de la cámara 30 de combustión fluyen ascendentemente a través de los tubos 32 de combustión hacia el impelente 26 y después ascendentemente a través del tubo 34 de combustión vertical (los tubos 32, el impelente 26 y la porción vertical inicial del tubo 34 de combustión que definen colectivamente la primera porción de paso del termointercambiador 12) , y después fluye descendentemente a través de los serpentines 34a del tubo de combustión (que definen el segundo paso de la estructura del termointercambiador 12) , con el condensado 36 formándose en los serpentines 34a tubulares y descargándose desde el • termointercambiador 12 mediante la porción 34 de extremo de descarga del serpentín tubular con los gases 18 de combustión. Como se indica por la flecha 37 de inclinación, la porción 34b del extremo de descarga del serpentín tubular se inclina descendentemente y hacia la izquierda como se ve en la única figura del dibujo. El agua fría que entra a la entrada 38 de agua ilustrada fluye hacia el tanque 24 inferior, fluye externamente alrededor de los tubos 32 de combustión verticales y recibe el calor de la combustión de los mismos. El agua 14 parcialmente calentada entonces fluye hacia el tanque 22 superior mediante el tubo 28 de transferencia de agua. El agua 14 que entra al tanque 22 superior entonces fluye alrededor del tubo 34 de combustión y sus serpentines 34a reciben el calor de la combustión adicional de los mismos, y después se descarga desde el calentador 10 de agua mediante la salida 40 de agua del extremo superior indicado durante el flujo sobre demanda del agua 14 almacenada presurizada de la estructura 16 de doble tanque. Comparada con los termointercambiadores de tipo condensación de multipaso convencionales utilizados en calentadores de agua caldeados por combustible, la estructura 12 del termointercambiador ilustrada representativamente y descrita en la presente proporciona una variedad de ventajas que pueden incluir, por ejemplo, la. capacidad de proporcionar su calentador de agua asociado con un rendimiento térmico por arriba del 95%, configuración simplificada del termointercambiador, costos reducidos de material y de fabricación, operación más tranquila, vida incrementada del termointercambiador, y manejo de condensado mejorado. Mientras un calentador de agua caldeado por combustible se ha ilustrado y descrito representativamente en la presente, será fácilmente aparente para aquellos con experiencia en esta técnica particular, que los principios de la presente invención también se pueden aplicar a otros tipos de dispositivos de calentamiento de fluido caldeados por combustible, como por ejemplo calderas, y no se ilimitan a calentadores de agua. Además, mientras la estructura 12 del intercambiador se ha ilustrado en una configuración de flujo ascendente, también puede invertirse verticalmente si se desea y utilizarse en una configuración descendente. Alternativamente, y sin apartarse de los principios de la presente invención, la estructura 12 del termointercambiador puede orientarse horizontalmente si se desea. La descripción detallada anterior se entenderá claramente como siendo dada por medio de ilustración y ejemplo solamente, el espíritu y alcance de la presente invención se limitan solamente por las reivindicaciones anexas .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un aparato para calentar un fluido, caracterizado porque comprende: un primer tanque para contener una primera cantidad de fluido que va a calentarse; un segundo tanque para contener una segunda cantidad de fluido que va a calentarse, el segundo tanque se separa del primer tanque en una primera dirección, uno del primer y segundo tanques tiene una entrada de recepción de fluido, y el otro del primer y segundo tanques tiene una salida de descarga de fluido; un impelente de recepción interpuesto entre el primer y segundo tanque; una estructura de conducto de transferencia de fluido interconectada entre el primer y segundo tanques; una cámara de combustión, el primer tanque se interpone entre la cámara de combustión y el impelente de recepción; una pluralidad separada de tubos de combustión primarios que se extienden longitudinalmente a través del primer tanque en la primera dirección y que interconecta la cámara de combustión y el impelente de recepción; un tubo de combustión secundario que tiene una porción longitudinal interior que se extiende en la primera dirección desde el impelente de recepción a través del segundo tanque, una porción longitudinal intermedia que se arrolla sobre la porción longitudinal interior en una segundo dirección opuesta a la primera dirección, y una porción longitudinal exterior que pasa externamente a través del segundo tanque; y un quemador de combustible operativo durante el encendido del mismo para hacer fluir gases de combustión calientes secuencialmente a través de la cámara de combustión, los tubos de combustión primarios, el impelente de recepción y el tubo de combustión secundario. 2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el aparato es un calentador de agua caldeado por combustible . 3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el aparato es un calentador de agua comercial caldeado por combustible. . El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la primera dirección se extiende general y verticalmente . 5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el quemador de combustible tiene una porción de descarga comunicada con la cámara de combustión. 6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: los tubos de combustión primarios, el impelente de recepción y el tubo de combustión secundario definen colectivamente un termointercambiador de tipo condensación de multipaso. 7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque: se forma el condensado en la porción longitudinal intermedia de los tubos de combustión secundarios durante el encendido del quemador de combustible . 8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque: la porción longitudinal exterior de los tubos de combustión secundarios se inclinan en una forma que drenan el condensado del aparato formado en la porción longitudinal intermedia del tubo de combustión secundario. 9. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque: el termointercambiador tiene un rendimiento de transferencia de calor mayor de aproximadamente noventa y nueve por ciento. 10. Un calentador de agua caldeado por combustible caracterizado porque comprende: tanques de almacenamiento de agua superior e inferior verticalmente separados que tienen interiores intercomunicados; el tanque inferior tiene una entrada para recibir agua que va a calentarse, y el tanque superior tiene una salida para descargar el agua calentada; un impelente de recepción interpuesto entre los tanques de almacenamiento de agua superior e inferior; un termointercambiador de tipo condensación de multipaso que tiene: una pluralidad separada de tubos verticales que se inclinan a través del interior del tanque inferior y se comunican con el impelente de recepción, y un tubo de combustión dispuesto dentro del tanque superior y que tiene una porción longitudinal interior vertical que se comunica con el impelente de recepción, una porción longitudinal intermedia arrollada descendentemente alrededor de la porción longitudinal interior, y una porción longitudinal exterior que se extiende externamente a través de una porción de pared lateral del tanque superior; y aparato de combustión operativo para hacer fluir gases de combustión calientes secuencialmente a través de los tubos verticales, el impelente de recepción y el tubo de combustión. 11. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque : el calentador de agua caldeado por combustible es un calentador de agua comercial: 12. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque : el aparato de combustión incluye un quemador de combustible. 13. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque : el calentador de agua caldeado por combustible además comprende una cámara de combustión dispuesta bajo el tanque inferior que se comunica con extremos inferiores de los tubos verticales; y el quemador de combustible tiene una porción de descarga comunicada con la cámara de combustión. 14. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque : el termointercambiador tiene un rendimiento de transferencia de calor mayor de aproximadamente noventa y nueve por ciento . 15. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque : el condensado se forma en la porción longitudinal intermedia del tubo de combustión durante la operación del aparato de combustión. 16. El calentador de agua caldeado por combustible de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque : la porción longitudinal exterior del tubo de combustión se inclina verticalmente para drenar el condensado del calentador de agua caldeado por combustible .