ES2285212T3 - Aparato de calefaccion de alto rendimiento. - Google Patents
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Abstract
Aparato de calefacción multicombustible que comprende: - una cámara de combustión (1) que constituye la estructura portante principal de dicho aparato, realizada en chapa plegada y soldable (2), preferentemente de acero, obtenida por ensamblaje soldado de una pared posterior, de dos paredes laterales, de una pared inferior y de una pared superior, - un dispositivo de admisión de aire exterior que comprende un registro o válvula (15) que puede ser abierto en una pluralidad de posiciones intermedias entre una posición totalmente cerrada y una posición totalmente abierta; - por lo menos un dispositivo de salida (30) para los gases quemados, conectado a dicha cámara, - una puerta de acceso frontal (3) provista de un cristal (9), conectada a la cámara de combustión, siendo la cámara de combustión (1) así casi estanca, es decir estanca salvo a a nivel de la entrada de aire exterior, de la salida de los gases quemados y eventualmente de la junta de puerta, caracterizado porque está previsto: - unconducto de aire primario de admisión (6) del aire exterior admitido por un primer registro o válvula (15) accionable por un motor (16) a su vez mandado por un mando a distancia sin hilo (17), para el recalentamiento en contacto con las paredes de la cámara de combustión (1), antes de penetración en dicha cámara de combustión y conduciendo dicho aire primario recalentado a la parte superior (10) de la cámara de combustión (1) exclusivamente por un orificio (7) situado en la proximidad de la parte alta del cristal (9), y dirigido de arriba hacia abajo en la cámara de combustión (1).
Description
Aparato de calefacción de alto rendimiento.
La presente invención se refiere a un nuevo
concepto de aparato de calefacción doméstica multicombustibles de
alto rendimiento que comprende un cuerpo de caldeo estanco (o casi
estanco) y del cual el régimen de funcionamiento puede ser mandado
a distancia.
Se entiende por cuerpo de caldeo estanco un
cuerpo de caldeo cuyas únicas comunicaciones con el exterior están
constituidas por una entrada de aire primario frío y una salida de
gases quemados.
En los últimos años, se han realizado unos
esfuerzos importantes para realizar unos aparatos de calefacción
doméstica llamados "modulares", que pueden presentar la misma
forma, el mismo diseño o el mismo revestimiento cualesquiera que
sean el combustible utilizado o la potencia nominal requerida. Estos
aparatos se distinguen por una cámara de combustión (o un cuerpo de
caldeo) de dimensiones específicas para un combustible sólido,
líquido o gaseoso o una potencia determinados.
Así, la pared posterior de la cámara de
combustión puede estar constituida por una pieza intermedia que
presenta un orificio de evacuación adecuado a cada situación
preestablecida (ver patentes
US-B-6.209.535 y
EP-B-0 883 782).
Este tipo de concepción ha permitido en
particular unas ganancias de productividad y de racionalización del
almacenado de piezas intermedias para los manufactureros de grandes
series.
Otra tendencia observada es hacer beneficiar el
campo de las estufas e inserciones domésticas de innovaciones
tecnológicas que permiten incrementar el confort de utilización y la
operabilidad de estos aparatos. Así, el solicitante ha propuesto
también un aparato de calefacción de doble envolvente para la
circulación de aire, que presenta sobre su cara delantera una placa
que obstruye el espacio libre entre las dos envolventes y provista
de perforaciones calibradas de entrada y salida de aire para
optimizar simultáneamente la temperatura y la velocidad del flujo
de aire saliente (solicitud de patente
EP-A-1 111 307).
En el momento actual, los aparatos de
calefacción tales como unas estufas están constituidos por el
ensamblaje híbrido de una cámara de combustión, eventualmente
racionalizada como se ha mencionado anteriormente, que puede ser
por ejemplo de chapa de acero, con unas piezas de estructura y/o un
revestimiento decorativo que comprende por ejemplo unos elementos
de fundición, cerámica o también piedra refractaria tal como piedra
ollar (esteatita, "soap stone"). La fijación de las piezas se
efectúa por unas técnicas complejas y poco productivas que hacen
intervenir unos tirantes, unas gargantas y un masillado. Esta
complejidad está justificada por la necesidad de garantizar la
mejor estanqueidad posible a nivel de la cámara de combustión para
obtener el rendimiento mínimo deseado. De hecho, se puede
considerar la cámara de combustión como una forma prismática cerrada
únicamente abierta por su cara delantera que comprende una puerta,
haciendo aparecer eventualmente unas llamas a través de un cristal,
y/o por su cara superior para permitir la disposición de una placa
de cocción.
Además de la falta de productividad, este modo
de ensamblaje presenta inconvenientes ligados al masillado. En
efecto, cuando tiene lugar el secado de la masilla, ésta puede
contraerse o presentar microfisuras, lo que provoca la entrada de
aire en la cámara, perjudicando así el rendimiento del aparato. La
presencia de masilla hace difícil la obtención de la estanqueidad
requerida según las diferentes normas en vigor en los diferentes
países (por ejemplo USA: normas EPA).
Además, cuando tiene lugar el transporte del
aparato después de fabricación, pueden producirse unas coladas de
masilla sobre las superficies visibles, lo que necesita la
intervención costosa del servicio postventa.
Finalmente, las normas de autorización para la
puesta en el mercado de los aparatos de calefacción citados son
múltiples, las exigencias técnicas varían generalmente de un país al
otro (normas americana, francesa, DIN+, europea, noruega, etc.).
Así, es a menudo necesario proceder a modificaciones sucesivas de un
aparato dado con el fin de obtener una autorización en varios
países (regulación de la abertura de aire comburente, dispositivo
para llevar el aire caliente a la llama, etc.).
Del documento DE-A- 30 09 251 se
deriva el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento
WO-A-99 64789 describe un aparato de
calefacción para combustible sólido que comprende los medios de
regulación, asociados a unos captadores y mandados automáticamente
por ejemplo por un motor, a nivel de tres tipos de llegada de aire:
primario, secundario y terciario. El aparato está provisto de una
unidad de control programable para un control selectivo de los
medios de regulación con el fin de optimizar la combustión bajo
diferentes condiciones de funcionamiento, en particular durante la
fase de encendido, un régimen "alto" y "bajo", una fase
de reencendido y la fase de apagado. El aire primario es llevado al
hogar por la base de la cámara de combustión. El aire secundario es
llevado por un canal que se yuxtapone a la cámara, donde se
calienta, sobre la parte superior del hogar, a lo largo del cristal,
para reducir el depósito de hollín. Finalmente, el aire terciario,
es llevado al centro de la cámara por otro canal para asegurar la
combustión total de los gases no quemados. Preferentemente la
apertura de estas llegadas de aire es regulada por una válvula o un
registro mandado por un accionador tal como un motor paso a paso,
controlado por la unidad programable.
La unidad de control puede estar conectada a un
reloj o a un termostato. El parámetro de consigna sobre el cual se
basa la regulación es la temperatura de combustión. Las diferentes
condiciones de funcionamiento están representadas en una consola de
control que presenta también unas lámparas testigo y unos botones
pulsadores que permiten al usuario seleccionar el régimen.
Los tiempos de reacción a los mandos de entrada
de aire en términos de temperatura de combustión alcanzada son del
orden de varios minutos por lo menos.
La presente invención prevé proporcionar una
solución que permite liberarse de los inconvenientes del estado de
la técnica.
En particular, la invención tiene por objetivo
proporcionar un aparato de calefacción ideado para permitir la
realización de ganancias de productividad importantes cuando tiene
lugar el ensamblaje en serie.
Además, la invención tiene por objetivo
proporcionar un aparato de calefacción cuya cámara de combustión es
casi perfectamente estanca.
La invención prevé además proponer un aparato de
calefacción doméstica que asegura al usuario el confort de poder
regular a distancia, con precisión y de forma automática, su régimen
de funcionamiento.
La invención prevé finalmente proponer un
aparato de calefacción doméstica que presenta una gran adaptabilidad
en vista a la realización de las pruebas de autorización en los
diferentes países.
Estos objetivos son alcanzados por las
características de la parte caracterizante de la reivindicación
1.
La invención prevé cualquier aparato de
calefacción de gas de tipo con chimenea o con respiradero, de
combustible líquido, en particular por evaporación a presión o de
gasificación a presión atmosférica, de leña, carbón u otro
combustible sólido.
De forma particularmente ventajosa, la cubierta
exterior está realizada por la propia cámara de combustión. El
carácter estanco de la cámara de combustión del aparato según la
invención permite conferirle un rendimiento particularmente
elevado, siendo el mismo del orden de 80% para la calefacción con
leña, lo que es una ventaja apreciable para el experto en la
materia y/o para el usuario (consumo reducido).
Preferentemente, los elementos de cubierta están
fijados a la cámara de combustión por unos tornillos, unos
remaches, por pegado o por masillado.
Ventajosamente, el mando a distancia está
equipado con un termostato y/o un programador numérico, y
eventualmente con medios de visualización, preferentemente de
cristales líquidos o electroluminiscentes.
La apertura o el cierre del primer registro está
ventajosamente mandado por un aparato de relojería, pudiendo la
apertura o el cierre del primer registro también ser realizados con
un valor previamente programado por un detector de presencia en un
volumen, preferentemente un captador infrarrojo.
Según una forma de realización preferida de la
invención, el aparato de calefacción comprende un conducto de
recalentamiento del aire exterior que está terminado por un
estrechamiento y que desemboca en la parte superior de la cámara en
la proximidad de su cara anterior.
Según otra forma de realización preferida de la
invención, el aparato de calefacción comprende además un conducto
provisto de un segundo registro o válvula para llevar aire
secundario del exterior hacia la cámara, siendo dicho registro
regulable por el usuario. Esta aportación suplementaria de aire
permite ventajosamente mejorar la eliminación de los residuos de
partículas sólidas en los humos, en los regímenes de funcionamiento
bajo (ralentí).
Otro objeto de la presente invención se refiere
a una cámara de combustión destinada a ser integrada en un aparato
de calefacción multicombustible, que constituye la estructura
portante principal del aparato de calefacción, únicamente abierta
por su cara anterior y realizada en chapa plegada y soldada.
Ventajosamente, esta cámara de combustión
presenta unas prolongaciones que permiten fijar a la misma unos
elementos de revestimiento externo del aparato tales como placas,
pies o placas de cocción de fundición, cerámica, esmalte o piedra
refractaria.
La figura 1 representa una vista en perspectiva
de la cámara de combustión del aparato de calefacción según la
presente invención.
La figura 2 representa esquemáticamente el
circuito de aire de un aparato de calefacción según una primera
forma de realización de la presente invención.
La figura 3 representa esquemáticamente el
circuito de aire de un aparato de calefacción según una segunda
forma de realización de la invención.
Como se describe en la figura 1, la presente
invención consiste en proponer una cámara de combustión 1 realizada
en chapas de acero plegadas y soldadas 2. Se podría utilizar
alternativamente otro metal soldable. Se realiza así una cámara de
combustión de forma prismática realizada según el principio del
"thermos". La única abertura prevista sobre la pieza a
calentar es la que permite la disposición de una puerta 3, por
ejemplo también de acero o de fundición decorativa, en la cara
delantera.
El principio de una cámara de combustión cerrada
según la invención es extremadamente ventajoso en la medida en que
esta última puede ser realizada de forma casi perfectamente estanca.
Pueden sobrevenir pequeñas pérdidas de estanqueidad, de forma
inevitable, a nivel de la junta de puerta. De ello resulta la
obtención de un rendimiento excepcionalmente elevado (del orden de
80%). Además, la estufa o el aparato de calefacción puede estar
constituido únicamente por dicha cámara de combustión y presentar
unas dimensiones compactas, que dependen únicamente de la potencia
nominal deseada.
Ventajosamente, el aparato de calefacción
descrito más arriba puede ser prolongado por unos elementos
estructurales hacia arriba 4' o hacia abajo 4'' por ejemplo. Las
prolongaciones hacia abajo 4'' pueden permitir la fijación de pies.
Estos elementos pueden permitir de manera general la fijación de
piezas decorativas 20, por ejemplo unas placas de fundición,
esmalte o cerámica. Los medios de fijación son todos los medios de
fijación conocidos por el experto en la materia, tales como
tornillos, cola, masilla, remaches, etc. Según la invención, no se
requiere que los elementos decorativos estén además fijados o
ensamblados entre sí, lo que evita las pérdidas de productividad
ligadas a dichas fijaciones o ensamblajes generalmente complicados.
Las fijaciones de elementos decorativos 20 a la cámara de
combustión de acero son tales que respetan la estanqueidad de la
cámara. En ningún caso, no se tendrán por tanto unas fijaciones que
perforan la pared de la cámara de combustión.
La cámara de combustión según la invención se
aprovechará desde luego de las características ventajosas descritas
en la patente americana
US-B-6.209.535, como por ejemplo una
cara posterior intercambiable en función del combustible y/o de la
potencia. Esta cara posterior comprenderá ventajosamente un orificio
de entrada de aire y un orificio de evacuación de los gases
quemados. Este último orificio 30 puede también estar previsto en
la cara superior de la cámara. El combustible utilizado puede ser
sólido (leña, carbón), líquido (gasóleo) o gaseoso (gas natural,
propano). Una rejilla o una válvula está prevista en el fondo de la
cámara para generar una pequeña entrada de aire adicional que
permita dar una ayuda a la puesta en marcha ("ignition
booster") que es facultativa para la leña e indispensable para
el carbón.
Ventajosamente, la cámara de combustión presenta
también una pared 5 que permite crear un conducto de recalentamiento
6 del aire entrante, como se ha representado esquemáticamente en la
figura 2. A la salida 7 de este conducto, que presenta un
estrechamiento para generar un efecto venturi y conferir al aire
recalentado una velocidad creciente (aceleración), este es
inyectado en la cámara propiamente dicha, a nivel de su parte
superior 10, a lo largo de la puerta y más particularmente del
cristal 9 comprendido en ésta, en su caso. No es necesario que el
aire que penetra en la cámara esté "frío": es la variación
entre la temperatura de este aire recalentado y la temperatura que
reina en la cámara que provoca el movimiento de aspiración del aire
en la cámara (así como el tiraje de la chimenea). Esta variación de
temperatura debe simplemente ser suficiente.
Según la forma de realización preferida descrita
aquí, la temperatura del aire recalentado en el momento en que
penetra en la cámara es de aproximadamente 300ºC.
Una primera parte del aire recalentado, dotado
de una cierta velocidad, desciende a lo largo del cristal hasta el
fondo de la cámara 11 y alimenta la combustión realizando la función
de aire primario. Una segunda parte del aire recalentado permite
inflamar unas materias volátiles no quemadas o parcialmente quemadas
en la parte superior 10 de la cámara realizando entonces la función
de aire secundario. El hecho de recalentar previamente el aire
antes de entrar en la cámara de combustión permite no enfriar la
cámara y por tanto no favorecer la creación de materias volátiles
no quemadas.
Una ventaja importante de la invención reside en
la estanqueidad de la cámara de combustión. De ello resulta que se
puede efectuar un control extremadamente preciso del régimen de
funcionamiento. Por ejemplo, se puede mandar automáticamente un
registro o válvula de entrada de aire 15 situado en la parte
posterior de la cámara. Este es solidario de un dispositivo
motorizado 16 mandado a distancia, preferentemente por unos medios
de infrarrojos o ultrasonidos 17. Así, el usuario puede ajustar el
régimen de combustión sin desplazarse de su sillón, por ejemplo, en
función del confort térmico o visual deseado. El mando a distancia
17 permite adoptar, por botón pulsador, un régimen intermedio entre
un régimen máximo correspondiente a la apertura máxima del registro
de entrada de aire y un régimen mínimo, correspondiente a la
apertura mínima de dicho registro. La reacción de la combustión
bajo el mando a distancia es muy rápida, casi instantánea, en virtud
de la excelente estanqueidad de la cámara. Por tanto el usuario
puede utilizar ventajosamente el mando a distancia sin hilo para
visualizar la respuesta instantánea (o casi instantánea) de la
variación de combustión que es requerida, es decir un cambio del
carácter de la llama. A este respecto, no sería interesante, ni
confortable, utilizar un mando localizado a nivel del aparato de
calefacción, siendo necesario un cierto retroceso para esta
visualización. Además, este tipo de aparato de calefacción permite
una calefacción continua (> 10 horas con la leña).
En una forma de realización alternativa, se
puede también prever una puesta en régimen o un apagado a unas
horas determinadas, mandado por un programador/minutero o también el
encendido de la estufa por detección infrarroja u otra de personas
en un volumen dado.
Así, en régimen máximo, se está en exceso de
aire comburente (sobreestequiométrica) con presencia de llamas
azules. A la inversa, en régimen mínimo, se está en unas condiciones
subestequiométricas con presencia de llamas
amarillo-naranja, de carácter más o menos
"blando". El déficit de aire en este último caso es tal que no
hay ya llamas en el fondo de la cámara, estando unas llamas
amarillas aún presentes en la parte alta de la cámara, así como
unas pequeñas llamas que "gotean" a lo largo de los bordes
verticales del cristal. Estas últimas son desde luego alimentadas
por unas entradas de aire muy ligeras a nivel de la puerta
frontal.
Cuando se corta completamente la llegada de
aire, el aire que se encuentra ya en el conducto de recalentamiento
pierde su velocidad y forma un "tampón". La falta de aire en la
cámara provoca también una acumulación de gases no quemados o
parcialmente quemados. La configuración del conducto de
recalentamiento, en particular su espesor, ha sido estudiada de
forma que impida cualquier explosión en la cámara cuando tiene lugar
una realimentación brutal de aire exterior. En efecto, en este
caso, el tapón tampón se elimina progresivamente y las llamas sólo
aparecen progresivamente en la cámara de combustión (5 a 10 segundos
después de la apertura de la válvula).
A fin de mejorar aún la higiene de combustión
cuando tienen lugar unos regímenes de funcionamiento ralentí, y
eliminar los últimos residuos de partículas sólidas en los humos, la
cámara de combustión según la invención puede estar equipada con un
conducto adicional 6' de aportación de aire secundario (Figura 3).
Este conducto 6' podrá idealmente estar dotado de un dispositivo de
regulación 18 del caudal de aire admitido en la cámara de
combustión, accionable desde el exterior por el usuario. Dicho
dispositivo 18 podrá desde luego estar en posición completamente
cerrada a los regímenes de combustión medios y
elevados.
elevados.
A unos regímenes de combustión elevados, la
temperatura alcanzada en el interior de la cámara de combustión
estanca y la temperatura elevada del aire primario y secundario
permiten quemar un máximo de partículas sólidas en los humos. En
este caso, la cantidad de aire secundario aportada por la válvula de
aire existente 15 es suficiente.
A unos regímenes de combustión más bajos
(ralentí), la temperatura en el interior de la cámara de combustión
estanca es menos elevada y la cantidad de aire secundario que pasa a
través de la válvula de aire es reducida, visto que esta entrada de
aire ha sido a su vez reducida para alcanzar un régimen de
funcionamiento ralentí. Aunque este tipo de funcionamiento permita
como mínimo, gracias a la estanqueidad de la cámara de combustión y
a la gran superficie de precalentamiento del aire entrante, obtener
una buena higiene de combustión, es por tanto posible mejorarla por
aportación de una calidad suplementaria de aire secundario
únicamente como se describe en la figura 3.
En lo que concierne a las pruebas de
autorización a efectuar para este aparato, se preverán
ventajosamente, mutatis mutandis, una zona adecuada de
apertura del registro o válvula 15 así como los posicionamientos
clave de ésta (con o sin diente de paro) que corresponden a los
diferentes regímenes a ensayar, a fin de satisfacer las diferentes
exigencias según las diferentes normas en vigor. Desde luego, otra
ventaja de la invención residirá en la posibilidad de mandar estas
pruebas a través del mando a distancia mencionado 17.
Claims (11)
1. Aparato de calefacción multicombustible que
comprende:
- -
- una cámara de combustión (1) que constituye la estructura portante principal de dicho aparato, realizada en chapa plegada y soldable (2), preferentemente de acero, obtenida por ensamblaje soldado de una pared posterior, de dos paredes laterales, de una pared inferior y de una pared superior,
- -
- un dispositivo de admisión de aire exterior que comprende un registro o válvula (15) que puede ser abierto en una pluralidad de posiciones intermedias entre una posición totalmente cerrada y una posición totalmente abierta;
- -
- por lo menos un dispositivo de salida (30) para los gases quemados, conectado a dicha cámara,
- -
- una puerta de acceso frontal (3) provista de un cristal (9), conectada a la cámara de combustión, siendo la cámara de combustión (1) así casi estanca, es decir estanca salvo a a nivel de la entrada de aire exterior, de la salida de los gases quemados y eventualmente de la junta de puerta, caracterizado porque está previsto:
- -
- un conducto de aire primario de admisión (6) del aire exterior admitido por un primer registro o válvula (15) accionable por un motor (16) a su vez mandado por un mando a distancia sin hilo (17), para el recalentamiento en contacto con las paredes de la cámara de combustión (1), antes de penetración en dicha cámara de combustión y conduciendo dicho aire primario recalentado a la parte superior (10) de la cámara de combustión (1) exclusivamente por un orificio (7) situado en la proximidad de la parte alta del cristal (9), y dirigido de arriba hacia abajo en la cámara de combustión (1).
2. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho conducto de recalentamiento (6)
está terminado por un estrechamiento.
3. Aparato de calefacción según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende además
un segundo conducto (6'), que no comunica con el conducto (6),
provisto de un segundo registro o válvula (18) para llevar,
recalentándolo, aire secundario del exterior hacia la cámara (1),
siendo dicho segundo registro (18) regulable por el usuario.
4. Aparato de calefacción según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la apertura o
el cierre del primer registro (15) es mandado por un aparato de
relojería.
5. Aparato de calefacción según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la apertura o
el cierre del primer registro (15) es realizada a un valor
previamente programado por un detector de presencia en un volumen,
preferentemente un captador infrarrojo.
6. Aparato de calefacción según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mando a distancia sin hilo (17) es un mando a distancia infrarrojo
o de ultrasonidos.
7. Aparato de calefacción según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mando a distancia sin hilo (17) está equipado con un termostato y/o
un programador numérico, y eventualmente con medios de
visualización, preferentemente de cristales líquidos o
electroluminiscentes.
8. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además unos elementos (20) tales como unas placas de fundición,
cerámica, esmalte o piedra refractaria, formando dichos elementos
(20) una cubierta exterior fijada a la cámara de combustión, sin que
las fijaciones pasen a través de la cámara, es decir sin ruptura de
estanqueidad, y sin que dichos elementos (20) estén obligatoriamente
fijados entre sí.
9. Aparato de calefacción según la
reivindicación 8, caracterizado porque los elementos de
cubierta (20) están fijados a la cámara de combustión por unos
tornillos, unos remaches, por pegado o por masillado.
10. Aparato de calefacción según la
reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la cámara de
combustión presenta unas prolongaciones (4', 4'') que permiten
fijar a la misma los elementos (20) de revestimiento externo del
aparato tales como placas, pies o placas de cocción de fundición,
cerámica, esmalte o piedra refractaria.
11. Aparato de calefacción según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
trata de un aparato de calefacción de gas de tipo con chimenea o
con respiradero, de combustible líquido, en particular por
evaporación a presión o de gasificación a presión atmosférica, con
leña, carbón u otro combustible sólido.
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