ES2236853T3 - Caldera de premezcla de condensacion mejorada para sistemass de calefaccion y agua sanitaria. - Google Patents
Caldera de premezcla de condensacion mejorada para sistemass de calefaccion y agua sanitaria.Info
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Abstract
SE PRESENTA UNA CALDERA DE PREMEZCLA DE CONDENSACION, MEJORADA PARA SISTEMAS DE AGUA SANITARIA Y DE CALEFACCION QUE COMPRENDE AL MENOS UN INTERCAMBIADOR DE CALOR PROVISTO DE ALETAS CUYAS ALETAS (4) ESTAN PROVISTAS DE MUESCAS SITUADAS HACIA LA PARTE INFERIOR E INCLINADAS PARA DIRIGIR EL GOTEO DEL FLUIDO CONDENSADO SEPARANDOLO DE LA HOJA DEL TUBO (2) DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR, LA HOJA DEL TUBO (2) SUMINISTRA, JUNTO CON LAS ALETAS ESPECIFICAMENTE CONTORNEADAS (4), UNA PLURALIDAD DE ETAPAS DE INTERCAMBIO TERMICO (5, 6, 7); Y AL MENOS UN QUEMADOR CERAMICO PROVISTO DE UN BLOQUEO DE PREMEZCLA (9) QUE INCLUYE AL MENOS UNA PESTAÑA (10) Y UNA O MAS TOBERAS CALIBRADAS (11), CON UNA PLURALIDAD DE PLACAS PERFORADAS (14, 15) CORRIENTE ARRIBA DE LAS PLACAS CERAMICAS (16, 17) EN DONDE SE PRODUCE LA COMBUSTION, Y QUE ESTA ADAPTADA PARA ASEGURAR UNA DISTRIBUCION UNIFORME DE LA MEZCLA DE AIRE-GAS A TRAVES DE TODAS LA SUPERFICIE DEL QUEMADOR, ASI COMO UN ELEMENTO DE SOPORTE QUE TIENE UNA JUNTA DE SELLAMIENTO(18) QUE PERMITE QUE SE EXPANDAN LAS PLACAS CERAMICAS (16, 17).
Description
Caldera de premezcla de condensación mejorada
para sistemas de calefacción y agua sanitaria.
La invención se refiere a una caldera de
premezcla de condensación mejorada para sistemas de calefacción y
agua sanitaria.
Como es conocido, la producción de agua caliente
para usos generales y, en particular, para uso doméstico, ha
despertado en el último año un interés creciente tanto por los
usuarios finales como por los fabricantes de medios de calefacción
para satisfacer las recientes existencias del mercado en relación
con las reglas de ejecución, los consumos, emisiones nocivas,
tamaño, costes, etc.
En consecuencia, la caldera de calefacción, que
constituye el elemento básico de cualquier sistema de calefacción,
se ha sometido, en los últimos años, a varios intentos de rediseño
por las industrias del sector, con el fin de satisfacer las
exigencias de un mercado cada vez más riguroso.
Por otro lado, las calderas disponibles, aunque
resuelven el anterior problema técnico, tienen los inconvenientes
siguientes.
Tienen un tamaño comparativamente grande lo que
suele deberse a un diseño insatisfactorio en relación con la
disposición general del aparato.
Aunque las emisiones nocivas han sido muy
reducidas con respecto a las calderas anteriores, frecuentemente no
cumplen las nuevas normas legales que son cada vez más restrictivas
tanto a escala nacional como a escala comunitaria.
Además, las calderas mencionadas tienen un
consumo de potencia comparativamente alto, debido a un rendimiento
de combustión deficiente así como altos costes de explotación y
fabricación, debido a la gran cantidad de materiales usados y a un
diseño no completamente óptimo desde el punto de vista de la simple
construcción.
Otro inconveniente es la duración
comparativamente pequeña de las calderas anteriores, lo que se debe
a una alteración en el tiempo de las características de los
principales componentes de dichas calderas, tales como, por ejemplo,
los intercambiadores de calor.
Por último, los modernos requisitos, tanto
legales como del tipo explotación, exigen un control capilar de
cada parámetro relacionado con la explotación de la caldera, lo que
aumenta, en gran medida, la complejidad de la electrónica de
control que, si no se diseña adecuadamente, puede constituir un
punto débil del sistema de calefacción total.
A partir del documento DE - U - 9212347 se conoce
una caldera de premezcla de condensación según el preámbulo de la
reivindicación 1. Los quemadores de cerámica se conocen a partir de,
por ejemplo, los documentos US - A - 5570659 o GB - A - 2223838.
En consecuencia, el objetivo de la presente
invención es superar el inconveniente anteriormente mencionado de
la técnica anterior.
Por lo tanto, la invención se refiere
concretamente a una caldera de premezcla de condensación mejorada,
específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua
sanitaria, de alto contenido tecnológico, que permite reducir, en
gran medida, las dimensiones y costes totales, al mismo tiempo que
proporciona un funcionamiento muy fiable y reduce, además, las
emisiones nocivas.
En resumen, para conseguir el objetivo antes
mencionado y otros objetivos, la invención se refiere a una caldera
de premezcla de condensación mejorada, concretamente diseñada para
sistemas de calefacción y agua sanitaria, que comprende al menos un
intercambiador de calor de aletas, cuyas aletas están provistas de
muescas inclinadas y dispuestas hacia abajo para dirigir el
condensado de goteo alejándose de la placa tubular de dicho
intercambiador de calor, proporcionando dicha placa tubular, en
cooperación con los contornos de aletas específicamente diseñados,
una pluralidad de etapas de intercambio térmico y al menos un
quemador de cerámica que comprende un bloque de premezcla que tiene
al menos una brida y una o más toberas calibradas, una pluralidad de
placas perforadas corriente arriba de las placas de cerámica, donde
se realiza la combustión, adaptada para asegurar una distribución
uniforme de la mezcla de aire - gas sobre toda la superficie de
dicho quemador y un elemento de soporte que comprende una junta de
sellado que permite la expansión de dichas placas de cerámica.
La caldera de premezcla de condensación mejorada,
específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua
sanitaria, según la invención, está caracterizada por las
propiedades estipuladas en la reivindicación 1.
La caldera de premezcla de condensación mejorada,
específicamente diseñada para sistemas de calefacción y agua
sanitaria según la invención, proporciona las ventajas
siguientes.
Las características constructivas del
intercambiador de calor usado permiten obtener un muy alto
intercambio térmico para la superficie unitaria y una muy alta
duración y mantenimiento en el tiempo de las características de
dicho intercambiador de calor.
Debido al alto rendimiento de la caldera
objetivo, es posible reducir el peso del intercambiador de calor
con un porcentaje del 25 al 40%, con una duración mínima o vida
útil de 15 años y esto se debe también a una configuración
específicamente diseñada de la caldera que elimina las denominadas
"zonas muertas", donde la temperatura podría aumentar así el
daño al intercambiador de calor.
El "desgaste" inicial o los fenómenos de
corrosión causados por los gases o humos de combustión sobre la
parte superior del intercambiador de calor y por el material
condensado en su parte inferior se reducen a muy bajos niveles.
Las emisiones nocivas, en particular las
emisiones de óxido de nitrógeno, se reducen a muy pequeños niveles,
si se compara con las de las calderas anteriores que tienen la
misma potencia.
Un funcionamiento sin ruido, una buena
flexibilidad de operación a través de una amplia gama de potencias,
junto con las dimensiones muy reducidas de la cámara de combustión,
constituyen importantes ventajas adicionales de la caldera mejorada
según la invención.
Además, la provisión de soluciones constructivas
particulares ha proporcionado una reducción del 30% del material
cerámico necesario para fabricar el quemador.
El tamaño total se redujo, en gran medida, con
respecto a las calderas de potencia anteriores, debido a un diseño
adecuado de la disposición general de la caldera, cuyos componentes
individuales han sido integrados y optimizados.
El funcionamiento de la caldera, según la
invención, se puede controlar continuamente de forma adecuada
utilizando cuidadosamente los modernos medios de lógica de control
disponibles en el mercado.
A partir de lo anteriormente expuesto, debe
resultar fácilmente evidente que la caldera, según la invención,
proporciona relaciones óptimas de coste / rendimiento y coste /
duración, con grandes ventajas tanto para el fabricante de la
caldera como para el usuario final.
Otras características, ventajas y detalles de la
caldera de premezcla de condensación mejorada, concretamente
diseñada para sistemas de calefacción y agua sanitaria, según la
invención, se harán más evidentes a partir de la siguiente
revelación, con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran, a
modo de ejemplo indicativo, pero no limitativo, una realización
preferida de dicha caldera.
En los dibujos:
La Figura 1 es una vista en sección trasversal
vertical de un trozo de tubo o conducto incluido en la placa
tubular del intercambiador de calor de la caldera según la
invención.
La Figura 2 es una vista en sección trasversal
parcial de las etapas de intercambio térmico del intercambiador de
calor incluido en la caldera según la invención.
La Figura 3 es una vista en sección trasversal
del bloque de mezcla de aire - gas incluido en el quemador de la
caldera según la invención.
La Figura 4 es una vista frontal de la caldera de
premezcla de condensación mejorada, específicamente diseñada para
sistemas de calefacción y agua sanitaria, según la invención y
La Figura 5 es una vista lateral de la caldera
ilustrada en la Figura 4.
Con referencia a los números de las Figuras
anteriormente descritas, la caldera de premezcla de condensación
mejorada 1, concretamente diseñada para sistemas de calefacción y
agua sanitaria según la presente invención, comprende, además de
los diversos elementos de conexión y soporte conocidos, un
intercambiador de calor de aletas, preferiblemente fabricado de una
aleación de aluminio, un quemador de cerámica, del tipo de
premezcla, así como un sistema de control de microprocesador.
De forma ventajosa, el tubo o placa tubular 2 y
las aletas 4 de dicho intercambiador de calor están dispuestas de
modo que proporcionan, verticalmente a través de la aleta, tres
etapas de intercambio térmico 5, 6, 7. En particular, la etapa de
intercambio térmico 5 es una etapa de alta temperatura, la etapa de
intercambio térmico 6 es una etapa de transición de condensación
parcial y la etapa de intercambio térmico 7 es una etapa de
condensación total.
Las aletas 4 están provistas de cortes o muescas
de diseño específico, cuyas posiciones, dimensiones e inclinación
hacia abajo harán que el material condensado goteante se dirija a
las zonas que serían muy ventajosas para una operación de alto
rendimiento global del intercambiador de calor, por ejemplo,
alejándose de la placa tubular 2, para optimizar la operación de las
aletas 4, cuya temperatura es más baja en la proximidad inmediata
de cada tubo 3 y para limitar la formación, alrededor de dichos
tubos 3, de una película líquida susceptible de reducir el
intercambio térmico.
Además, el espaciado de las aletas 4 impediría
que las cotas de condensado entren en contacto simultáneamente con
dos superficies, impidiendo así cualquier fenómeno de
re-evaporación susceptible de reducir el
rendimiento.
Además, los tubos y las aletas 4 tienen un gran
espesor, para evitar así el "desgaste" prematuro o fenómenos
de corrosión debido a los humos en la parte superior del
intercambiador de calor y debido al material de condensado en su
parte inferior, cuyo material de condensado causaría una reacción
muy ácida.
La disposición de la placa tubular 2 en varias
hileras, con sus tubos desplazados con respecto al flujo de humos y
la configuración ondulada de las partes superior e inferior de las
aletas proporcionarán ventajosamente un enfriamiento constante y
uniforme a través de la superficie total provista de aletas,
impidiendo así cualquier posible formación de "zonas muertas"
de probablemente alta temperatura, para impedir que se deteriore el
intercambiador de calor.
Desde el punto de vista de la construcción, las
aletas 4 serán moldeadas junto con elementos de collar 8 para
aumentar la sección trasversal de contacto del tubo 3, al mismo
tiempo que definen distancias de las aletas.
Después de montar el conjunto de las aletas, los
tubos 3 son sometidos a una operación de expansión en mandril de
paso múltiple interior, que dilata progresivamente los tubos 3
haciendo que entren en contacto forzado con la disposición de
aletas, proporcionando así una transmisión térmica perfecta.
Además, la operación de expansión del mandril deformará los tubos 3
para aumentar la turbulencia interior del agua que fluye dentro de
dichos tubos o conductos 3, incrementando así el intercambio
térmico entre el agua y los tubos 3.
El quemador de cerámica de premezcla comprende un
bloque de premezcla 9 que incluye una brida calibrada 10 que tiene
un orificio central redondo 13 a través del cual se suministra el
aire soplado con un ventilador 12 mientras que una tobera calibrada
11, dispuesta en la parte superior y transversalmente a dicha brida
10, funciona para suministrar el gas; de este modo, una premezcla de
aire - gas perfecta y un tamaño reducido están asegurados.
Corriente arriba de las placas de cerámica del
quemador 16, 17 están dispuestas dos placas perforadas
estrechamente espaciadas 14, 15 que proporcionan una distribución
perfectamente uniforme de la mezcla de aire - gas que se suministra
por el bloque de premezcla 9 a la primera placa perforada 14 a
través de un conducto 19, en cuya parte inferior están conectadas
la brida calibrada 10 y la tobera 11.
En una realización ventajosa, la superficie de
las placas de cerámica 16, 17, donde se realiza la combustión,
tiene un perfil ondulado que incrementa la sección trasversal de
formación de llama y que reduce simultáneamente las interacciones
mutuas de las zonas frontales de llama única.
Por último, el quemador incluido en la caldera 1,
según la invención, comprende un elemento de soporte de una junta
adecuadamente contorneada 18 que permite la expansión de las placas
de cerámica 16, 17, mientras mantiene la condición sellada.
La caldera mejorada 1, según la invención,
comprende, además, un sistema de microprocesador de control. Este
sistema controlará la velocidad de funcionamiento del ventilador
que suministra la mezcla de aire - gas, la detección de los
parámetros físicos en las partes interior y exterior de la caldera
1, encendido - apagado del quemador de la caldera así como los
elementos electromecánicos y el funcionamiento seguro de la caldera
total 1.
Dicho sistema está, además, provisto de lógicas
de control PI y PID, respectivamente para los sistemas de
calefacción y agua sanitaria así como para series que conectan un
PC y para un dispositivo de control remoto así como para
dispositivo de ajuste climático de doble sonda y pantallas de
usuarios con medios de interconexión de usuarios y diagnóstico
relacionados.
A este respecto, debe señalarse que la totalidad
de los componentes han sido revisados y mejorados para poder
optimizar, en un grado máximo, la explotación del espacio
disponible, proporcionando así una caldera que tiene el mismo
rendimiento que las calderas anteriores, con un espacio volumétrico
reducido en más del 50%.
La forma y tamaño de varios elementos que
constituyen la caldera de premezcla de condensación mejorada,
completamente diseñados para sistemas de calefacción y agua
sanitaria, según la presente invención, pueden cambiar evidentemente
dependiendo de las necesidades, sin desviarse del objeto inventivo
anteriormente descrito.
Durante el funcionamiento, después de haber
activado el ventilador 12 y el quemador mediante una orden de
control relacionada procedente del medio de lógica de control, los
humos comenzarán a pasar a través del intercambiador de calor.
En la primera etapa de intercambio térmico 5, los
humos serán principalmente enfriados, en la segunda etapa 6 serán
enfriados todavía más para iniciar su condensación y en la tercera
etapa 7, los humos estarán completamente condensados.
De este modo, es posible limitar para las aletas
4 los efectos de transmisión del calor y calentamiento automático
desde la parte superior a la inferior, por lo que en la tercera
etapa 7 será posible proporcionar una baja temperatura que asegure
una condensación de humos completa y eficiente. Mientras tanto, será
posible mantener una gran diferencia de temperatura en el agua de
enfriamiento dentro del conjunto de aletas.
Un último aspecto a considerar es que la
combustión se realiza sobre las amplias superficies porosas de las
placas de cerámica, formando la llama una especie de "alfombra"
muy uniforme y compacta, adaptada para limitar al máximo las
emisiones nocivas.
Claims (8)
1. Caldera de condensación con premezcla, para
aplicaciones con agua potable y con un sistema de calefacción, que
comprende un intercambiador de calor de aletas incluyendo un
conjunto de placa tubular (2) - aleta (4), provisto de una placa
tubular y una pluralidad de aletas, definiendo dichas aletas (4) una
pluralidad de muescas dispuestas inclinadas hacia abajo, adaptadas
para alejar de dicha placa tubular (2) un material de condensación
que gotea y un quemador de cerámica, caracterizada porque
dicho quemador de cerámica comprende un bloque de premezcla (9) que
tiene una brida calibrada (10) con un orificio central calibrado de
entrada de aire de combustión (13) y una tobera de entrada de gas de
combustión (11) dispuesta transversalmente con respecto a dicha
brida calibrada (10), un conducto de transporte mezcla de gas - aire
(9) que tiene una de sus extremidades en comunicación con dicha
brida (10) y otra de sus extremidades acoplada a placas de
combustión de cerámica (16, 17) soportadas por un conjunto de medios
de soporte - junta estática (18), incluyendo dicho conjunto una
junta estática que permite a dichas placas de cerámica (16, 17)
extenderse y porque dicho quemador de cerámica comprende, además,
corriente arriba de dichas placas de cerámica (16, 17) dos placas
perforadas ligeramente espaciadas (14, 15) adaptadas para asegurar
una distribución uniforme de dicha mezcla de gas - aire a través de
dichas placas de combustión de cerámica (16, 17).
2. Caldera según la reivindicación 1
caracterizada porque dichas aletas (4) están moldeadas
íntegramente con elementos de collar (8) que espacian dichas aletas
las unas con las otras.
3. Caldera según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha placa tubular (2) comprende una
pluralidad de tubos (3) acoplados al intercambiador de calor
mediante una operación de expansión al mandril, de modo que dichas
aletas estén acopladas a dichos tubos mediante dicha operación.
4. Caldera según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizada porque dichos tubos (3) de dicha placa
tubular (2) están dispuestos en hileras de tubos desplazados con
respecto a la circulación de los humos y porque dichas aletas (4)
tienen lados superior e inferior ondulados.
5. Caldera según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho
intercambiador está hecho de una aleación de aluminio.
6. Caldera según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha
caldera comprende, además, un ventilador (12) que se comunica con
dicha brida calibrada (10)
7. Caldera según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dichas
placas de cerámica (16, 17) están onduladas.
8. Caldera según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha
caldera (1) está adaptada para ser controlada por un sistema de
control de microprocesador que comprende medios de control
separados para un sistema de agua potable y el sistema de
calefacción.
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