ES2813439T3 - Aparato para controlar y ajustar la combustión en un quemador de gas combustible - Google Patents

Abstract

Aparato (1000) para ajustar y controlar la combustión en un quemador de gas combustible que comprende los siguientes componentes mutuamente integrados: - un tubo de mezcla de gas comburente/gas combustible (10) provisto de un mezclador Venturi (15) en correspondencia del cual se abre un conducto de suministro de gas combustible (22); - una válvula de gas neumática (20) que suministra gas en una cantidad correspondiente a la depresión generada aguas abajo de la válvula por el mezclador Venturi (15) y, por consiguiente, correspondiente a la cantidad de aire que lo atraviesa; - medios de ventilación (30), alojados al menos parcialmente en dicho tubo de mezcla (10); - medios de combustión (40) dispuestos aguas abajo de dichos medios de ventilación (30); - un sistema de seguridad (50) basado en la detección de la llama (FLM) presente en dichos medios de combustión (40); - una unidad de control electrónico (CE) conectada electrónicamente a la válvula neumática de gas (20), a los medios de ventilación (30), al sistema de seguridad (50); y - un diafragma calibrado intercambiable (80) dispuesto a lo largo de dicho conducto de suministro de gas combustible (22) a dichos medios de combustión (40); en el que el tamaño de dicho diafragma calibrado (80) evita que dichos medios de combustión (40) trabajen con un exceso de gas también en caso de fallo de otros componentes; dicho aparato se caracteriza por que comprende además: - una sonda de temperatura (60) dispuesta en la superficie interior (SUP) de los medios de combustión (40); - una válvula de mariposa (24) para ajustar el caudal de gas combustible en el conducto (22); estando dicha válvula de mariposa (24) controlada mecánicamente por medios de accionamiento (25); - una tarjeta electrónica (70), conectada electrónicamente a dicha sonda (60), a dichos medios de ventilación (30) y a dichos medios de accionamiento (25) para ajustar la apertura de dicha válvula de mariposa (24), en el que dicha tarjeta electrónica (70) está conectada electrónicamente, pero funcionalmente separada, a dicha unidad de control electrónico (CE).

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato para controlar y ajustar la combustión en un quemador de gas combustible

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato para controlar y ajustar la combustión en un quemador de gas combustible, que es capaz de mantener valores óptimos de la relación aire/gas para obtener emisiones óptimas de dióxido de carbono (CO2), óxido de carbono (CO) y óxidos de nitrógeno (NO y NO2), independientemente del tipo de gas utilizado y de la potencia suministrada por el quemador.

En particular, la presente invención encuentra una aplicación ventajosa, pero no exclusiva, en quemadores de premezcla, a lo que la siguiente descripción hará referencia explícita sin perder por ello en generalidad.

En Europa, las calderas de condensación de gas son cada vez más populares.

Se caracterizan por un alto rendimiento y una baja emisión de contaminantes, resultante del uso de quemadores de premezcla.

Sin embargo, una baja emisión de contaminantes depende de la pureza de los gases.

Los gases combustibles actualmente disponibles en el mercado se clasifican en 3 familias:

- la primera familia está formada por gases que tienen una densidad menor que el aire y un poder calorífico bajo, como gas ciudad;

- la segunda familia está formada por gases que tienen una densidad menor que el aire y un alto poder calorífico, como el gas natural, metano;

- la tercera familia está formada por gases que tienen una densidad superior al aire y un poder calorífico superior, como propano y butano.

Los gases combustibles de la primera familia no se discutirán más ya que son poco utilizados y poco difundidos. El gas de referencia de la segunda familia es el gas natural puro.

En realidad, el gas natural distribuido a través de la red nunca es metano puro (G20), pero siempre es una mezcla que contiene principalmente metano y, en porcentajes relativamente bajos, otros gases como el nitrógeno (N2), hidrógeno (H2), propano (C3H8).

Análogamente, el gas licuado perteneciente a la tercera familia y distribuido por medio de tanques nunca es propano puro ni butano puro, pero es una mezcla de propano (C3H8), butano (C4H10), propileno (C3H6).

La presencia de varios componentes gaseosos en los gases distribuidos obliga a los fabricantes de aparatos de gas a fabricar productos con quemadores que puedan funcionar con regularidad (a saber, nunca emitir ni introducir a la atmósfera cantidades excesivas de gases contaminantes), tanto con gases de referencia como con otros gases. Para evitar el riesgo de estallar, los quemadores funcionan con mezclas de aire/gas ricas en gas.

Cada gas se caracteriza por un parámetro de referencia, el llamado "índice Wobbe (Wi)", suficiente para definir la cantidad de energía que el combustible es capaz de suministrar al quemador pasando por un circuito de suministro de gas de geometría fija.

Antecedentes de la técnica

Como ya se conoce en el estado de la técnica, en todas las aplicaciones el gas llega al quemador después de pasar por dispositivos (válvulas, boquillas y así sucesivamente), todos teniendo en común, desde un punto de vista funcional, un orificio calibrado.

Con un orificio calibrado del mismo tamaño, los gases que tienen un Wi alto pueden suministrar más energía térmica; lo contrario es cierto para los gases que tienen un Wi bajo.

Cada gas se caracteriza además por una mayor o menor propensión a la combustión correcta.

Hay gases que tienen más dificultades para alcanzar una combustión perfecta y completa con una mayor emisión de contaminantes CO y CO2; son los llamados "gases límite de combustión incompleta".

Siempre se caracterizan por tener el Wi más alto de su categoría.

Asimismo, hay gases que tienen una tasa de propagación de llama más alta y, por lo tanto, una mayor propensión a explotar dentro del quemador. Son los denominados "gases contrafuego".

Estos gases se caracterizan por tener un Wi elevado, pero inferior al más alto de su categoría.

Por último, hay gases que tienen una menor velocidad de propagación de la llama y, por lo tanto, una mayor propensión a que la llama se desprenda del quemador; son los denominados "gases de desprendimiento de llama". Estos gases se caracterizan por tener el Wi más bajo de su categoría.

Para facilitar la correcta adecuación entre los gases distribuidos en el mercado y los aparatos de gas, en Europa los gases se han clasificado según grupos homogéneos, así como según familias (como se mencionó anteriormente). Dentro de la familia del gas natural, de hecho, se han identificado grupos H, L y E.

El grupo H comprende gases que tienen un Wi comprendido entre 41,01 y 49,6 MJ/m3 y tiene metano G20 como gas de referencia.

El grupo L comprende gases que tienen un Wi comprendido entre 35,17 y 40,52 MJ/m3 y tiene G25 como gas de referencia.

El grupo E comprende gases que tienen un Wi comprendido entre 36,82 y 49,6 MJ/m3 y tiene metano G20 como gas de referencia.

Dentro de la familia de los gases líquidos (comúnmente denominada GPL) se han identificado los grupos B y P. El grupo B comprende gases que tienen un Wi comprendido entre 68,14 y 80,58 MJ/m3 y tiene butano G30 como gas de referencia.

El grupo P comprende gases que tienen un Wi comprendido entre 68,14 y 70,69 MJ/m3 y tiene propano G31 como gas de referencia.

Al leer los diversos Wi relacionados con la primera familia de gases, a saber, el más extendido, está claro que el grupo E contiene gases con el espectro Wi más amplio.

Como consecuencia, es decididamente más complejo fabricar productos provistos de quemadores adecuados para este grupo de gases, o que sean indistintamente adecuados para gases de los grupos H y L.

Por otra parte, los productos aptos para este tipo de gases son los más valorados, porque se pueden instalar indistintamente en casi toda Europa sin limitación.

Lamentablemente, para permitir que los quemadores funcionen correctamente y sin desprendimiento de llama con gases "límite", tener un Wi más bajo, los quemadores deben trabajar con gases de referencia con una relación aire/gas particularmente baja, es decir, con mezclas particularmente ricas en gas, todo a expensas de la higiene de la combustión.

Esto explica la búsqueda constante de soluciones diseñadas para hacer que los quemadores funcionen con gases con la mayor diferencia Wi.

Desde un punto de vista técnico, la forma de conseguir una combustión excelente se conoce desde hace tiempo. De hecho, es bien sabido en la técnica que para conseguir una combustión excelente debe tener lugar con una mezcla que tenga una cantidad de aire en exceso comprendida entre 30 % y 35 %.

Como también se le conoce, la relación aire/gas en una mezcla de combustible se indica sintéticamente con el parámetro A.

Representa la relación entre la cantidad de aire utilizada en el proceso de combustión y la cantidad de aire requerida estequiométricamente.

Para la combustión de metano, por ejemplo, la cantidad de aire requerida estequiométricamente corresponde a 9,52 m3 por cada m3 de metano, correspondiente a A = 1.

En realidad, si la combustión tuvo lugar en presencia de la cantidad estequiométrica de aire únicamente, tendría una producción muy alta de subproductos no quemados, y en particular de CO.

Por lo tanto, la combustión siempre tiene lugar en presencia de una cantidad de aire en exceso, luego con A> 1. Para quemadores de premezcla, una cantidad óptima de exceso de aire, como ya se dijo, se ha identificado experimentalmente en un valor comprendido entre 3o % y 35 %; a saber, un A comprendido entre 1,30 y 1,35.

Se ha confirmado experimentalmente que dicho valor óptimo es adecuado para cualquier tipo de gas perteneciente a los diferentes grupos de las dos familias disponibles; por consiguiente, además de ser apto para gases de referencia, también es adecuado para limitar los gases.

Sin embargo, los sistemas tradicionales de aire/gas no pueden distinguir el tipo de gas que se les suministra; además, si trabajaron con el valor óptimo de A correspondiente a 1,33, al insertar gases límite que tienen un Wi más bajo, corren el riesgo de quedar bloqueados constantemente debido al desprendimiento de la llama.

Como consecuencia, un sistema tradicional de aire/gas funciona con gas de referencia G20 a valores de A correspondientes a 1,25.

Insertando el gas límite de combustión incompleto G21, el valor de A se convierte en 1,17, con una consiguiente alta emisión de CO y NOx; insertando el gas límite de desprendimiento de llama G231, el valor de A se convierte en 1,50 con el consiguiente riesgo de desprendimiento de la llama y posterior bloqueo del quemador gracias al dispositivo de seguridad.

Esta larga introducción sirve para comprender los prolongados esfuerzos realizados para encontrar soluciones que permitan que los quemadores funcionen con una proporción constante de aire/gas independientemente del tipo de gas.

Para mejorar la comprensión de la presente invención, se hace referencia a una realización de un aparato para ajustar y controlar la combustión según la técnica anterior; dicha realización conocida se muestra en la figura 1. El aparato 100 de la figura 1 que pertenece a la técnica anterior comprende:

- un mezclador Venturi 15, colocado en un tubo de mezcla 10, en donde fluye un conducto 22 de suministro de gas combustible; por lo tanto, en este caso, el área de mezcla (ZM) está en correspondencia con el mezclador Venturi 15; y

- una válvula de gas neumática 20 (alimentada por gas a través de un conducto de suministro 21), alimentar gas en una cantidad correspondiente a la depresión generada aguas abajo de la válvula por el mezclador Venturi 15 y, por consiguiente, correspondiente a la cantidad de aire que lo atraviesa.

La válvula de gas 20, la llamada "válvula neumática", es un dispositivo que proporciona tanto ajuste como seguridad. Puede mostrarse esquemáticamente como un dispositivo dentro del cual se proporcionan dos persianas.

El primer obturador realiza la función de seguridad, mientras que el segundo obturador permite el ajuste del flujo de gas.

La primera persiana está conectada al sistema de seguridad dispuesto en una unidad de control electrónico (CE) y basado en la detección de la presencia de la llama.

El segundo obturador está conectado al sistema de regulación operado por la depresión generada por el mezclador Venturi 15.

El aparato 100 comprende además:

- un ventilador 30 cuyo impulsor está alojado en el tubo de mezcla 10 y está dispuesto aguas abajo de la zona de mezcla de gas/aire (ZM);

- un quemador 40, dispuesto aguas abajo del ventilador 30, siendo preferiblemente del tipo de conducto perforado; en otras palabras, el quemador 40 parece un tubo metálico cerrado en la parte inferior y provisto de una pluralidad de orificios pasantes por los que sale la mezcla de aire/gas, dicha mezcla se enciende, de una manera conocida, por un dispositivo eléctrico (no mostrado). Se crea así una llama (FLM), distribuidos de manera sustancialmente uniforme sobre toda la superficie cilíndrica exterior del quemador 40; y

- un sistema de seguridad basado en la detección de llama (FLM) y desarrollado por medio de una bujía de seguridad 50 cuyo electrodo 51 está bajo tensión con respecto a la masa metálica del quemador 40; y se sabe que en presencia de la llama (FLM) se produce el paso de una corriente eléctrica (muy pequeña y rectificada, dado que la llama actúa como rectificador de corriente alterna) entre el electrodo 51 y la masa metálica del quemador 40; esta corriente es detectada por medio de sistemas conocidos por la unidad de control electrónico (CE) que, al mismo tiempo, genera la diferencia de tensión necesaria para el paso de la corriente.

Tal y como también se muestra en la figura 1, la unidad de control electrónico (CE) está conectada eléctricamente a la válvula de gas 20, al ventilador 30 y a la bujía de seguridad 50.

Dicho aparato 100 se caracteriza por las siguientes características:

• el ventilador 30 determina el caudal de aire necesario para la perfecta y completa combustión del gas;

• la válvula de gas 20, accionado por el mezclador Venturi 15, suministra gas en una cantidad proporcional al flujo de aire;

• la unidad de control electrónico (CE) verifica constantemente la presencia de la llama (FLM) en el quemador mediante la bujía 50.

Sin embargo, el aparato 100 de la técnica anterior todavía tiene el inconveniente mencionado anteriormente relacionado con la incapacidad para adaptarse a diferentes tipos de gas.

Variando el índice de Wobbe del gas entrante, los valores de la relación aire/gas en el quemador también varían significativamente, con un impacto negativo en la emisión de contaminantes CO y NOx y en ocasiones con problemas de desprendimiento de la llama por exceso de aire y consecuente bloqueo del flujo de gas a través de la válvula de gas.

En el documento WO2012007823 se describe un aparato para ajustar y controlar la combustión en un quemador de gas combustible del tipo conocido.

Divulgación de la invención

Por lo tanto, es un objeto principal de la presente invención proporcionar un aparato con el que los quemadores de premezcla puedan funcionar con una combustión óptima (es decir, con una emisión mínima de contaminantes y una garantía máxima de encendido del quemador) variando la potencia en todo el rango de trabajo, utilizando cualquier tipo de gas perteneciente a la misma familia, con la máxima seguridad y fiabilidad.

De acuerdo con la presente invención, por consiguiente, se realiza un aparato para regular y controlar la combustión según lo reivindicado en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen características y ventajas más detalladas.

Breve descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de la presente invención, ahora se describe una realización preferida, simplemente a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

- la figura 2 muestra un aparato para ajustar y controlar la combustión, fabricado de acuerdo con los principios de la presente invención;

- la figura 3 muestra algunos gráficos que muestran cómo varían los valores de la temperatura de la llama dependiendo del valor A en el aparato mostrado esquemáticamente en la figura 3; las curvas se parametrizan en función de la potencia de funcionamiento del quemador;

- la figura 4 muestra unos gráficos que muestran cómo varían los valores de temperatura detectados por la sonda 60 en función de la potencia de funcionamiento del quemador; las curvas se parametrizan en función de los valores de A;

- la figura 5 muestra unos gráficos a los que se hará referencia para explicar el funcionamiento general del aparato de la figura 3;

- la figura 6 muestra unos gráficos a los que se hará referencia para explicar el funcionamiento a plena capacidad del aparato de la figura 3 variando el tipo de gas utilizado; y

- la figura 7 muestra unos gráficos a los que se hará referencia para explicar el funcionamiento del aparato de la figura 3 variando la potencia suministrada por el quemador.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

En la figura 2, la referencia 1000 indica en su conjunto un aparato para ajustar y controlar la combustión realizado según las enseñanzas de la presente invención.

Se han utilizado las mismas referencias en la figura 2 para elementos que eran idénticos o similares a los ilustrados en la figura 1.

Es evidente que la mayoría de los componentes son los mismos y, por lo tanto, no se describirán nuevamente. Los siguientes elementos estructurales fueron, sin embargo, añadidos o modificados en el aparato 1000 ilustrado en la figura 2:

- una sonda de temperatura 60 (típicamente, un termopar) dispuesto en la superficie interior (SUP) de la pared metálica perforada del quemador 40, desde donde la llama se propaga hacia afuera; la sonda de temperatura 60 está dispuesta ventajosamente en un área del conducto perforado alrededor de la cual se propaga la llama (FLM), y está en una posición tal que puede detectar temperaturas cada vez más altas disminuyendo la potencia Pot suministrada por el quemador 40;

- el conducto 22 está provisto de una válvula de mariposa 24 controlada mecánicamente por un actuador 25 que a su vez está controlado por una tarjeta electrónica especial 70, físicamente separado de la unidad de control electrónico (CE); y

- un diafragma calibrado intercambiable 80, seleccionados según la familia de gases, que está dispuesto indiferentemente al principio, al final o a lo largo del recorrido del conducto 22 para fines que se explicarán mejor a continuación; el diafragma calibrado 80 debe dimensionarse de manera que opere el sistema en condiciones seguras incluso en caso de fallo de otros componentes.

Posiblemente, la válvula 24 y el actuador relacionado 25 pueden integrarse físicamente en la válvula de gas 20 sin afectar las funciones de ajuste y seguridad inherentes a la válvula de gas 20.

Tal y como también se muestra en la figura 2, la unidad de control electrónico (CE) está conectada electrónicamente a la válvula de gas 20, al ventilador 30, a la bujía de seguridad 50 y a la tarjeta electrónica 70.

En otras palabras, el aparato 1000 ilustrado en la figura 2 se basa en el uso de componentes tradicionales, Como se observa en la figura 1, para un quemador de premezcla 40; a saber,

• el quemador 40, en cuya superficie se lleva a cabo la combustión de la mezcla aire/gas previamente formada; • el ventilador 30, que determina la cantidad de aire necesaria para la perfecta y completa combustión del gas y, por consiguiente, también determina la potencia Pot del quemador 40;

• una válvula de gas neumática tradicional, en donde la abertura para el paso del gas y la cantidad de gas requerida de la válvula se deriva de la depresión generada por el mezclador Venturi y, por consiguiente, de la cantidad de aire ventilado por el ventilador; y

• una válvula de mariposa 24 controlada por un actuador 25 (preferiblemente, pero no necesariamente, un actuador eléctrico) que funciona como se describe a continuación.

En la presente invención, y como se muestra en la figura 3, los valores de temperatura T medidos en el quemador 40, parametrizados para cada valor de la potencia Pot, están relacionados con los valores de la relación aire/gas A. En tal caso, al disminuir los valores de A, los valores de temperatura detectados T aumentan.

Sin embargo, disminuyendo los valores parametrizados de la potencia Pot, los valores de temperatura detectados T aumentan aunque los valores de A son los mismos (figura 3).

Asimismo, variando la potencia Pot, la tendencia de las curvas sigue siendo perfectamente análoga.

En particular, la figura 3 también muestra que con valores de A < 1,0, valores de temperatura T, medido con una potencia Pot parametrizada particular, permanecen constantes.

Para cada una de las curvas ilustradas en la figura 3, y por lo tanto para cada valor de potencia Pot, nunca es posible obtener dos valores de temperatura idénticos cuando A es mayor o igual a 1.

Esto significa que el controlador electrónico no tiene que realizar operaciones de control complejas para verificar si, para una determinada velocidad del ventilador (y por tanto para una potencia correspondiente), el quemador está funcionando en exceso o con defecto de aire.

Dado que (como ya se indicó en la introducción) se ha confirmado experimentalmente que el valor óptimo de A es adecuado para cualquier tipo de gas perteneciente a la misma familia, Cabe señalar que estas tendencias de temperatura no están relacionadas con el tipo de gas utilizado, pero solo al valor de la potencia suministrada por el quemador.

Por lo tanto, se ha verificado experimentalmente que, tal y como se muestra en la figura 4, la temperatura T, medido en la superficie interior del quemador 40 en el área de llama inmediata (FLM), mantiene la misma tendencia a medida que varían los valores de potencia, trasladándose hacia abajo cuando el valor de A aumenta y hacia arriba cuando el valor de A disminuye; pero siempre con una curva límite superior correspondiente al valor A = 1,0.

El hecho de que la temperatura T de la llama (FLM) disminuya al aumentar la potencia Pot del quemador 40 se debe al hecho de que para aumentar la potencia térmica de la celda del quemador, el caudal del ventilador 30 y por tanto de la mezcla de aire/gas que sale del quemador 40 debe aumentarse; y esto provoca una eliminación del frente de llama (FLM) de la superficie cilíndrica exterior del quemador 40 y su subsiguiente enfriamiento.

Por lo tanto, se han realizado las siguientes elecciones para obtener un sistema intrínsecamente seguro:

• el diafragma calibrado antes mencionado se ha insertado en la línea de gas (ya sea en la válvula de gas, en su salida o en la entrada del acelerador; o incluso aguas abajo del propio acelerador) de modo que, incluso con el acelerador completamente abierto y con gases que tienen un Wi más alto dentro del mismo grupo (los llamados gases de combustión incompleta), los valores de exceso de aire son siempre suficientes para asegurar emisiones de CO por debajo del límite permitido por la normativa;

• se ha utilizado una válvula de gas neumática tradicional, en donde la abertura para el paso del gas y la cantidad de gas requerida de la válvula se deriva de la depresión generada por el mezclador Venturi y, por consiguiente, de la cantidad de aire aspirado por el ventilador;

• el control de la presencia de llama se confía al sistema de detección tradicional basado en la detección del paso de corriente que se produce entre la bujía de detección y la masa solo en presencia de una llama;

• en caso de un acelerador parcialmente cerrado, sea cual sea el gas utilizado, los valores de exceso de aire son tan elevados que provocan el desprendimiento de la llama, activando así el sistema de seguridad visto en el párrafo anterior.

La seguridad del sistema, por tanto, se confía a los dispositivos de seguridad tradicionalmente presentes en los quemadores de premezcla (válvula de gas neumática y sistema de detección de llama) y al tamaño de la boquilla que regula el caudal máximo de gas.

Con referencia a la figura 5, expliquemos ahora la lógica de funcionamiento del sistema.

Para cada una de las dos familias de gases de referencia, la segunda y la tercera, se ha configurado una curva de referencia óptima de la temperatura detectada en el interior del quemador en función de la potencia suministrada. Como se mostró anteriormente, cada curva corresponde a un valor A definido que es óptimo para obtener la mejor combustión posible con los gases de referencia de las dos familias.

En nuestro caso, se han obtenido los mismos valores de A:

• para la segunda familia: G20 y G25: A = 1,35;

• para la tercera familia: G30 y G31: A = 1,35.

En cualquier caso, es posible elegir valores de A diferentes al indicado en el ejemplo reportado en la figura 6, o incluso valores de A que son levemente diferentes en el paso entre la potencia Pot máxima y la mínima según necesidades específicas tales como, por ejemplo, la producción de una menor masa de humos o una mayor reducción de contaminantes o una mejor ignición.

Por tanto, se ha diseñado la citada tarjeta electrónica 70 mostrada en la figura 2, la cual:

• mide la velocidad del rotor del ventilador, midiendo así indirectamente la potencia suministrada por el quemador;

• mide la temperatura de la pared interior del quemador; y

• actúa sobre el actuador de la válvula reguladora de gas en el conducto de suministro para que la temperatura del quemador alcance el valor predeterminado lo más rápido posible, alcanzando así el valor A óptimo predeterminado.

La velocidad y precisión con la que se alcanza este valor se encomienda a un algoritmo de control especial que permite, en unos pocos segundos, para alcanzar el valor deseado estable.

Funcionamiento a plena capacidad variando el tipo de gas utilizado (figura 6)

El quemador 40 funciona, por ejemplo, a la potencia intermedia de 18 kW con gas natural G20.

El ventilador 30 trabaja con el caudal de aire intermedio.

El mezclador Venturi 15 genera una depresión intermedia que provoca la apertura del obturador de la válvula de gas 20 en la posición intermedia.

Bajos estas condiciones, la temperatura detectada por la sonda de temperatura 60 dentro del quemador 40 es de 370 °C y la válvula 24 está parcialmente cerrada en una posición tal que tiene el valor predeterminado de A = 1,35. De hecho, el controlador electrónico ha medido la velocidad de rotación del rotor del ventilador 30 y ha accionado la válvula 24 cerrándola lo suficiente para obtener la temperatura correspondiente a esa velocidad.

Al suministrar gas G25 en el quemador (gas que tiene un Wi un 18 % menor que G20), en ausencia del aparato 1000 objeto de la presente invención, habría un aumento del exceso de aire, que luego se convertiría en A = 1,45, con una posterior disminución de temperatura a 340 °C.

Viceversa, cuando la sonda de temperatura 60 detecta una disminución de temperatura, el controlador electrónico activa el acelerador de apertura, disminuyendo así la relación aire/gas hasta obtener nuevamente una temperatura de 370 °C dentro del quemador 40.

De esta manera, automáticamente y consecuentemente, el valor de A se restaura al valor predeterminado de A = 1.35.

Una operación perfectamente análoga, pero en la dirección opuesta, se obtiene introduciendo gas G21 que tiene un 9 % más de Wi que G20 en lugar del gas natural G20.

El diafragma calibrado 80 dispuesto entre la válvula de gas 20 y la válvula 24 está dimensionado de modo que se obtengan valores de A superiores a 1,0 (por lo tanto siempre con una cantidad adecuada de aire en exceso) con el acelerador completamente abierto y con el gas límite de retorno de llama G21, con el fin de producir emisiones de CO por debajo del límite permitido por la normativa.

Si, por este motivo, la válvula 24 estaba bloqueada en una posición completamente abierta, por lo tanto, las emisiones máximas siempre estarán dentro del límite permitido por la normativa.

Si, por otro lado, la válvula 24 estaba bloqueada en una posición completamente cerrada, el gas no llegaría al mezclador Venturi; por lo tanto, no se produciría combustión y el controlador electrónico, no detectando ninguna llama, cerraría el obturador de seguridad de la válvula de gas.

Variación de la potencia suministrada por el quemador (figura 7)

El quemador 40, por ejemplo, trabaja a la potencia intermedia de 18 kW con gas natural G20.

Por tanto, las condiciones de referencia iniciales son las mismas que las vistas anteriormente.

Corresponden a una velocidad del ventilador 30 igual a, por ejemplo, 3500 rpm.

Al disminuir la velocidad del ventilador 30, por ejemplo, a 2500 rpm para disminuir la potencia Pot, en ausencia del aparato 1000 objeto de la presente invención, habría una disminución proporcional de la cantidad de gas aspirado por el mezclador Venturi 15 sin ninguna variación en la relación aire/gas.

Al mismo tiempo, se produciría un aumento de la temperatura dentro del quemador 40 de 370 °C a 390 °C.

Viceversa, con el aparato 1000 hay una reducción de la velocidad del ventilador 30, el sistema identifica el valor de temperatura de referencia antes mencionado de 390 °C y acciona, si es necesario, la válvula 24 abriendo ligeramente el paso de gas para alcanzar más rápidamente ese valor; luego vuelve a la posición anterior comportándose a todos los efectos como un diafragma que tiene una sección constante.

De tal manera, después de un período de transición de unos segundos, el valor de A vuelve al predeterminado A = 1.35.

Hay una operación perfectamente análoga, pero en la dirección opuesta, aumentando la velocidad del ventilador 30, por ejemplo, desde 3500 rpm hasta 4500 rpm.

En este caso específico, la tarjeta electrónica 70 detecta este aumento de velocidad, identifica el valor de temperatura de referencia predeterminado de 360 °C y acciona, si es necesario, la válvula 24, cerrando ligeramente el paso del gas para alcanzar más rápidamente ese valor; luego vuelve a la posición anterior comportándose a todos los efectos como un diafragma que tiene una sección constante.

De esta manera, después de un período de transición de unos segundos, el valor de A vuelve al predeterminado A = 1.35.

La principal ventaja del aparato objeto de la presente invención consiste en que opera quemadores de premezcla con la misma relación aire/gas óptima para cualquier tipo de gas perteneciente a la misma familia y a cualquier potencia comprendida en su rango de trabajo, obteniendo así una combustión óptima (es decir, con una mínima emisión de contaminantes y con una máxima garantía de encendido del quemador) y manteniendo la seguridad y la fiabilidad derivadas del uso de los sistemas de seguridad tradicionales utilizados en el estado de la técnica (válvula neumática de gas, mezclador Venturi aire/gas y detector de ionización de llama).

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Aparato (1000) para ajustar y controlar la combustión en un quemador de gas combustible que comprende los siguientes componentes mutuamente integrados:

- un tubo de mezcla de gas comburente/gas combustible (10) provisto de un mezclador Venturi (15) en correspondencia del cual se abre un conducto de suministro de gas combustible (22);

- una válvula de gas neumática (20) que suministra gas en una cantidad correspondiente a la depresión generada aguas abajo de la válvula por el mezclador Venturi (15) y, por consiguiente, correspondiente a la cantidad de aire que lo atraviesa;

- medios de ventilación (30), alojados al menos parcialmente en dicho tubo de mezcla (10);

- medios de combustión (40) dispuestos aguas abajo de dichos medios de ventilación (30);

- un sistema de seguridad (50) basado en la detección de la llama (FLM) presente en dichos medios de combustión (40);

- una unidad de control electrónico (CE) conectada electrónicamente a la válvula neumática de gas (20), a los medios de ventilación (30), al sistema de seguridad (50); y

- un diafragma calibrado intercambiable (80) dispuesto a lo largo de dicho conducto de suministro de gas combustible (22) a dichos medios de combustión (40); en el que el tamaño de dicho diafragma calibrado (80) evita que dichos medios de combustión (40) trabajen con un exceso de gas también en caso de fallo de otros componentes;

dicho aparato se caracteriza por que comprende además:

- una sonda de temperatura (60) dispuesta en la superficie interior (SUP) de los medios de combustión (40); - una válvula de mariposa (24) para ajustar el caudal de gas combustible en el conducto (22); estando dicha válvula de mariposa (24) controlada mecánicamente por medios de accionamiento (25);

- una tarjeta electrónica (70), conectada electrónicamente a dicha sonda (60), a dichos medios de ventilación (30) y a dichos medios de accionamiento (25) para ajustar la apertura de dicha válvula de mariposa (24), en el que dicha tarjeta electrónica (70) está conectada electrónicamente, pero funcionalmente separada, a dicha unidad de control electrónico (CE).

2. Aparato (1000) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha tarjeta electrónica (70) comprende medios electrónicos para detectar:

- la temperatura superficial de dichos medios de combustión (40); y

- los parámetros de funcionamiento de dichos medios de ventilación (30);

y controla dichos medios de accionamiento (25) para ajustar la apertura de dicha válvula de mariposa (24).

3. Aparato (1000) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que dicha unidad de control electrónico (CE) comprende medios electrónicos que realizan funciones de seguridad por medio de un dispositivo de detección de llama (FLM); comprendiendo además dicha unidad de control electrónico (CE) medios electrónicos para controlar el funcionamiento de dichos medios de ventilación (30) a través de dicha tarjeta electrónica (70).

4. Aparato (1000) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha sonda de temperatura (60) está dispuesta en la superficie interior (SUP) de un conducto perforado perteneciente a dichos medios de combustión (40) que propaga la llama (FLM), y en una posición tal que puede detectar temperaturas cada vez más altas al disminuir la potencia (Pot) suministrada por dichos medios de combustión (40) y disminuyendo la relación aire/gas.

5. Aparato (1000) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 4, caracterizado por que la sonda de temperatura (60), la tarjeta electrónica (70), la válvula de mariposa (24) con dichos medios de accionamiento (25) y dicho diafragma calibrado (80) forman un kit auxiliar con respecto a los componentes básicos del aparato (1000).

6. Aparato (1000) de acuerdo con la reivindicación 1 y una cualquiera de las reivindicaciones 4-5, caracterizado por que dicha válvula de mariposa (24) y dichos medios de accionamiento (25) están integrados físicamente en una válvula de gas (20), sin afectar las funciones de ajuste y seguridad inherentes a la válvula de gas (20).

7. Aparato (1000) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha tarjeta electrónica (70) está físicamente en dicha unidad de control electrónico (CE), dejando así inalterada la función de control de la presencia de llama realizada por dicha unidad de control electrónico (CE).