QUEMADOR DE PILOTO CON BAJO CONTENIDO DE NOx Y MÉTODO ASOCIADO DE USO
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Todos los quemadores de gas son susceptibles a acumulación de pelusa, polvo o aceite (LDO) en ambientes pesados. Estos quemadores de gas deben cerrarse antes de exceder los límites de monóxido de carbono (CO) . Cuando existe una acumulación de pelusa, polvo o aceite, esto puede provocar que la flama del quemador de gas se elimine y aumente la temperatura interna de la cámara de combustión del aparato de gas. Por lo tanto, se desea tener un quemador de piloto que se cierre cuando exista una cantidad excesiva de pelusa, polvo o aceite. Un ejemplo ilustrativo, aunque no limitante, de un aparato de gas que utiliza un quemador de gas es un calentador de agua. Por otra parte, es deseable tener un quemador de piloto con bajo contenido de NOx. Esto es debido al hecho de que NOx es el término genérico para un grupo de gases altamente reactivos, que contienen nitrógeno y oxígeno en cantidades varadas. Ahora existen estándares que dictan que un calentador de agua no debe producir gases de proceso que contengan monóxido de carbono en más de 0.04 por ciento (%) sobre una base libre de aire cuando se exponen a pelusa, polvo o aceite. Estos estándares de prueba se enumeran bajo
ANSÍ Z21.10.1b-2004, CSA 4.1b-2004, Sección 2.36 como "Resistencia a Acumulación de pelusa, polvo y aceite". Esto también es obligado por reglamentación, tal como la Norma 1121 del Distrito de Administración de Calidad del Aire de la Costa Sur para el "Control de Óxidos de Nitrógeno de Calentadores de Agua Caldeados por Gas Natural Tipo Residenciales" . Esta Norma dicta el nivel de emisión de NOx por joule de producción de calor. La presente invención se dirige a solucionar uno o más de los problemas establecidos en lo anterior.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un aspecto de la presente invención es un ensamble de calentador de piloto. El ensamble de calentador de piloto incluye un quemador de piloto que tiene una porción superior, porción media y una porción inferior, en donde la porción superior del quemador de piloto incluye una campana que se coloca adyacente a un encendedor y a un termopar. Una porción media del quemador de piloto incluye por lo menos una abertura que proporciona una entrada de aire . Otro aspecto de la presente invención opcionalmente puede incluir un ensamble de abrazadera. El ensamble de abrazadera puede unirse operativamente a un quemador de piloto, a un ensamble de termopar y a un
ensamble de encendedor. De preferencia, aunque no necesariamente, un quemador de piloto se monta en un ángulo con el termopar situado más abajo que la campana del calentador de piloto, por ejemplo, 60° +/- 15° con relación al ensamble de abrazadera. El ensamble de abrazadera puede incluir una porción vertical con orificios de unión así como una abrazadera en forma de "U" con una abertura superior y una abertura inferior para recibir un termopar. Opcionalmente, el ensamble de abrazadera puede incluir una primera placa superior y una segunda placa superior conectadas juntas. Aún otro aspecto de la presente invención puede incluir opcionalmente una campana. La campana puede tener por lo menos una abertura e incluye de preferencia más de una abertura para formar una campana de varias vías, por ejemplo, campana de dos vías. Por lo menos una abertura puede incluir una amplia variedad de formas y tamaños geométricos pero de preferencia es triangular con una abertura que puede proporcionar la dirección de la flama y diseño así como una trayectoria de chispa entre un encendedor y un quemador de piloto. Otro aspecto de la presente invención puede incluir opcionalmente una inserción. La inserción puede incluir una porción superior, una porción media y una porción inferior. Opcionalmente, la porción media puede
incluir una pestaña que se puede colocar encima de un ensamble de abrazadera y la porción inferior puede ser roscada. La presencia de pelusa, polvo y/o aceite restringirá por lo menos una abertura, por ejemplo, cuatro (4), creado por un orificio(s) o una ranura(s) que forman por lo menos un orificio primario de admisión de aire. Un orificio primario de admisión de aire se sitúa en la porción media de la inserción que se extiende desde una cámara interior de la inserción hasta una superficie externa de la porción media de la inserción. En aún otro aspecto de la presente invención, puede incluir opcionalmente un mechero con orificio. El mechero con orificio controla el flujo primario del gas en el quemador de piloto y restringe el flujo de gas. El mechero con orificio puede incluir una primera pared lateral, una segunda pared lateral y una tobera. La tobera puede incluir una abertura. La abertura puede incluir una primera ranura y una segunda ranura que se colocan transversalmente, por ejemplo, en perpendicular entre sí y en comunicación de fluido. Otro aspecto de la presente invención opcionalmente puede incluir un manguito de rótula. El manguito de rótula puede proporcionar un sello de compresión entre un mechero con orificio y una tuerca de compresión. Opcionalmente, el manguito de rótula puede
incluir una porción triangular. Aún otro aspecto de la presente invención, opcionalmente puede incluir una tuerca de compresión. La tuerca de compresión puede proporcionar conexión a una válvula de gas y operar para comprimir un manguito de rótula. La tuerca de compresión se puede unir roscadamente a una porción extrema roscada para una inserción. Es otro aspecto de la presente invención incluir un encendedor. El encendedor puede incluir un electrodo de proyección que se puede doblar para extenderse adyacente a una abertura en una campana. Puede existir un aislador que puede asegurar el electrodo. Un aislador ilustrativo, pero no limitante, puede incluir material de cerámica. El electrodo por lo menos de preferencia se cubre parcialmente en un material aislador. El aislador se puede asegurar en el ensamble de abrazadera con un anillo superior y una combinación de portador y retenedor de electrodo. Otro aspecto de la presente invención es un método para utilizar un ensamble de calentador de piloto. El método incluye la colocación de un quemador de piloto, que tiene una porción superior, una porción media y una porción inferior, cerca de un termopar y un encendedor de modo que cuando se bloquea por lo menos una abertura que proporciona una entrada de aire en la porción media del quemador de piloto por lo menos parcialmente con pelusa,
aceite o polvo, entonces la flama para calentar el termopar se contraerá o elevará hasta el punto donde ya no puede calentar el termopar lo suficiente para generar energía suficiente para permitir que una válvula de imán de seguridad permanezca energizada y cerrará el dispositivo caldeado por gas asociado. Estas y otras características y ventajas de la presente invención se volverán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de una modalidad preferida que, tomada junto con los dibujos anexos, ilustran por medio del ejemplo, los principios de la presente invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un mejor entendimiento de la presente invención, se puede hacer referencia a los dibujos anexos en los cuales : la FIGURA 1 es una vista en perspectiva del quemador de piloto de la presente invención montado en un quemador principal; la FIGURA 2 es una vista en perspectiva aislada de un ensamble de encendedor, un ensamble de termopar y un quemador de piloto de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 3 es una vista en perspectiva en despiece del quemador de piloto de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 2;
la FIGURA 4 es una vista superior de una inserción asociada con el quemador de piloto mostrado en la FIGURA 3; la FIGURA 5 es una vista en corte transversal de la inserción asociada con la válvula de calentador de piloto tomada a lo largo de la línea 4-4 de la FIGURA 4; la FIGURA 6 es una vista en corte transversal de la inserción asociada con la válvula de calentador de piloto tomada a lo largo de la línea 5-5 de la FIGURA 5; la FIGURA 7 es una vista aislada del ensamble de encendedor de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 2 ; la FIGURA 8 es una vista en corte transversal lateral de un mechero con orificio de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 3; la FIGURA 9 es una vista superior de un mechero con orificio de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 8; la FIGURA 10 es una vista superior ampliada del mechero con orificio de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 9; la FIGURA 11 es una vista superior de un manguito de rótula de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 3 ; la FIGURA 12 es una vista en corte transversal
del manguito de rótula asociado con la presente invención tomada a lo largo de la línea 11-11 de la FIGURA 11; y la FIGURA 13 es una vista superior de una tuerca de compresión de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la FIGURA 3.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Mientras las diversas características de esta invención se ilustran y se describen posteriormente como siendo adaptadas particularmente para proporcionar una construcción de calentador de piloto para quemar combustible gaseoso, tal como gas natural o sintético, se debe entender que las diversas características de esta invención se pueden utilizar solas o en varias combinaciones de las mismas para proporcionar una construcción de calentador de piloto para otros tipos de aparatos como se desee. Un quemador de piloto típico se describe en la Patente No. 5.039.300 Norteamericana, que se publicó para Riehl el 13 de agosto de 1991, que se incorpora en la presente para referencia. Otro ejemplo de un quemador de piloto se describe en la Solicitud de Patente Norteamericana No. 20030183177, publicada el 2 de octubre de 2003 para Kobayashi et al, que se incorpora en la presente para referencia así como la Solicitud de Patente Norteamericana No. 20010003274, publicada el 14 de
junio de 2001, que se incorpora en la presente para referencia . Por lo tanto, esta invención no se limitará sólo a la modalidad ilustrada en los dibujos, ya que los dibujos se utilizan simplemente para ilustrar uno de la amplia variedad de usos de esta invención. La válvula de la presente invención es especialmente adecuada para controlar el flujo de un gas combustible para aparato de caldeado por gas tal como un horno, un calentador de agua o una chimenea de combustión por gas. Como se muestra en la FIGURA 1, un quemador de piloto se indica generalmente por el número 10. El quemador 10 de piloto se montará adyacente a un termopar 20. De preferencia, aunque no necesariamente, el quemador 10 de piloto se monta en un ángulo con el termopar 20 localizado más abajo que la campana 12 de piloto, por ejemplo, 60° +/-15° del quemador. Durante la operación normal, una campana 12 proporcionará la flama para calentar el termopar 20 y para encender un quemador 2 principal. El termopar 20 permitirá que la válvula de imán de seguridad (no mostrada) siga energizada de modo que el gas pueda fluir en un quemador 2 principal . Durante situaciones donde ha ocurrido acumulación de LDO (pelusa-polvo-aceite) , la campana 12 continuará proporcionando la flama al quemador 12 principal, pero la
flama para calentar el termopar 20 se contraerá o elevará hasta el punto donde ya no puede calentar el termopar 20 lo suficiente para generar energía suficiente para permitir que la válvula de imán de seguridad (no mostrada) siga energizada. Esto dará lugar a un cierre de gas asociado con dispositivo. El termopar 20 esencialmente es un sensor que se utiliza en un dispositivo de gas para detectar calor del quemador 10 de piloto. Existe un encendedor 22 para proporcionar una chispa para encender el quemador 10 de piloto que se sitúa adyacente a la campana 12 del quemador 10 de piloto. Con referencia ahora a la FIGURA 2, un encendedor 22 y un aislador 24 asociado se unen a un ensamble 100 de abrazadera que incluye una porción 102 vertical con los orificios 105 de unión. El ensamble 100 de abrazadera puede incluir una abrazadera 108 en forma de "U" con una abertura 103 superior y una abertura 104 inferior para recibir el termopar 20, como se muestra en la FIGURA 1. Esto puede incluir una primera placa superior y una segunda placa superior que se conectan entre sí. Cualquier mecanismo de conexión mecánico o químico será suficiente, por ejemplo un remache 199. Alternativamente, el ensamble 100 puede ser unitario. El ensamble 100 de abrazadera, de preferencia, aunque no necesariamente, se diseña para soportar por lo menos 22.68 kg (cincuenta libras (50)) de fuerza de
tracción y 54.431 kg/0.305 metros (ciento veinte (120) libras pie) de fuerza de torsión de rotación. También existe el quemador 10 de piloto que incluye la campana 12 que se monta encima del ensamble 100 de abrazadera con los miembros 101 de pestaña que se extienden, por ejemplo, cuatro (4) . Existen orificios o ranuras 112 que crean orificios primarios de admisión de aire situados por debajo de la campana 12 y justo sobre el ensamble 100 de abrazadera. Sin embargo, estos orificios o ranuras 112 no se limitan a colocarse justo sobre la abrazadera 100 y pueden colocarse a lo largo de la longitud del quemador 10 de piloto sobre y debajo de la abrazadera 100. Ahora con referencia a la FIGURA 3, la cual es una versión en despiece del quemador 10 de piloto mostrada en la FIGURA 2, que incluye la campana 12 que tiene una primera abertura 8 triangular y una segunda abertura 9 triangular para crear la abertura de dos vías . Aunque se prefieren dos aberturas de forma triangular para crear una abertura de dos vías, la campana 12 puede incluir una amplia variedad de formas geométricas, tamaños y número de aberturas. De preferencia, aunque no necesariamente, existe una pluralidad de miembros 101 de pestaña de extensión que se extienden hacia fuera del fondo de la campana 12, por ejemplo, cuatro (4) . La campana 12 proporciona la dirección
y el patrón de la flama así como una trayectoria de chispa entre el encendedor 22 y el quemador 10 de piloto. La campana 12 se establece de preferencia adyacente al encendedor 22, como se muestra en la FIGURA 1. Ahora con referencia a las FIGURAS 3, 4, 5 y 6, existe una inserción 202 que incluye orificios o ranuras 113 localizados por debajo de la campana 12 y justo sobre el ensamble 100 de abrazadera, como se muestra en la FIGURA 2. Esta inserción 202 puede incluir una porción 201 superior, una porción 207 media y una porción 206 inferior. Opcionalmente, la porción 207 media puede incluir una porción 204 de pestaña y la porción 206 inferior puede ser roscada. La porción 204 de pestaña se coloca opcionalmente encima del ensamble 100 de abrazadera. La presencia de pelusa, polvo y/o aceite restringirá por lo menos una abertura creada por al menos un orificio o ranura 113 que forma por lo menos un orificio primario de admisión de aire localizado en la porción 207 media. Esto cambiará las características de la flama, incluyendo la elevación de la flama, para reducir la temperatura del termopar 20. Cuando se reduce la temperatura detectada por el termopar 20, una válvula de imán de seguridad (no mostrada) se cerrará para detener el flujo de gas hacia el quemador 12 principal. Esta inserción 202 restringe y controla el flujo de gas en el quemador 10 de piloto que proporciona una flama pequeña
para aligerar el quemador 12 principal. Con referencia ahora a la FIGURA 4, existe una vista superior en corte transversal de la inserción 202. Se muestran la porción 201 superior y una porción 204 opcional de la pestaña. Con referencia ahora a la FIGURA 5, la sección transversal de la inserción 202 incluye la porción 201 superior, la porción 204 opcional de pestaña y la porción 206 extrema. Existe una cámara 260 interior que está en comunicación de fluido con los orificios o ranuras 113, es decir, los orificios primarios de admisión de aire, que se extienden hacia la superficie 262 externa de la inserción 202. La presencia de pelusa, polvo y/o aceite restringirá las aberturas creadas por los orificios o ranuras 113 de modo que se evita que el aire fluya desde los orificios o ranuras 113 hasta la cámara 260 interna. Esto provocará que la flama que calienta el termopar 20, como se muestra en la FIGURA 1, se contraiga hasta el punto donde ya no calienta el termopar 20 efectivamente y la válvula de imán de seguridad (no mostrada) se cerrará para detener el flujo de gas del quemador 12 principal. La sección transversal definida por la Línea 5-5 muestra los orificios o ranuras 113, es decir, los orificios primarios de admisión de aire, que se extienden hacia la superficie 262 externa de la inserción 202 hasta la cámara 260 interna. El tamaño de por lo menos un orificio o ranura 113
que funciona como orificios primarios de admisión de aire puede variar dependiendo del tamaño y dimensiones del quemador 10 de piloto y el dispositivo caldeado por gas asociado . Se coloca dentro del quemador 10 un mechero 220 con orificio, como se muestra en la FIGURA 3. El mechero 220 con orificio controla el flujo primario del gas en el quemador 10 de piloto y restringe el flujo de gas. Con referencia ahora a la FIGURA 8, el mechero con orificio incluye una primera pared 242 lateral, una segunda pared 244 lateral y una tobera 246. Con referencia ahora a la FIGURA 9, la tobera 246 incluye una abertura 248. Un ejemplo ilustrativo, aunque no limitante, de una abertura 248 incluye una primera ranura 250 y una segunda ranura 252 que se coloca transversalmente, por ejemplo, en perpendicular, entre sí y existe comunicación de fluido entre la primera ranura 250 y una segunda ranura 252, como se muestra en la FIGURA 10. Existe un manguito 222 de rótula para proporcionar un sello de compresión entre el mechero 220 con orificio y una tuerca 224 de compresión, como se muestra en las FIGURAS 3, 11 y 12. Como se muestra en la FIGURA 12, el manguito de rótula puede incluir opcionalmente una porción 261 triangular. Como se muestra en las FIGURAS 3 y 13, existe una tuerca 224 de compresión
para conservar el mechero 220 con orificio y el manguito 222 de rótula. Por otra parte, la tuerca 224 de compresión proporciona conexión a una válvula de gas y puede comprimir el manguito 222 de rótula. La tuerca 224 de compresión se une operativamente a la porción 206 extrema para la inserción 202, como se muestra en la FIGURA 2. De preferencia, aunque no necesariamente, esta conexión es a través de roscas de interconexión en la tuerca 224 de compresión y la porción 206 extrema de la inserción 202. Con referencia ahora a la FIGURA 7, el ensamble de encendedor se indica generalmente por el número 300. Éste incluye un electrodo 22 de proyección que se puede doblar para extenderse hacia una abertura en la campana 12, como se muestra en la FIGURA 1. Existe un aislador 24 que puede asegurar el electrodo 22. Un aislador 24 ilustrativo, pero no limitante, puede incluir el material de cerámica. El electrodo 22 entonces se cubre sobre el material del aislador, por ejemplo, TEFLON®. TEFLON® es una marca comercial federalmente registrada de E. I. du Pont de Nemours y Company, que tiene un lugar de negocio en 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898. El aislador 24 se puede asegurar en el ensamble 100 de abrazadera con un anillo 310 superior, y una combinación de portador y retenedor 306 de electrodo. Puede existir un conector para unir un ensamble de abrazadera que pueda soportar el
termopar 20, como se muestra en la FIGURA 1. También se contempla un método para utilizar un quemador 10 de piloto con una modalidad de la invención. El método incluye colocar un quemador 10 de piloto cerca de un termopar 20 y un encendedor 22 de modo que cuando por lo menos un orificio 112 primario de admisión de aire para el quemador 10 de piloto parcialmente se bloquea con por lo menos pelusa, aceite o polvo, entonces se contraerá o elevará la flama para calentar el termopar 20 hasta el punto donde el quemador de piloto ya no puede quemar el termopar 20 lo suficiente para generar energía suficiente para permitir que una válvula de imán de seguridad (no mostrada) siga energizada y cerrará el dispositivo caldeado por gas asociado, tal como el quemador 2 de gas principal. Mientras que una forma particular de la invención se ha ilustrado y descrito, también será evidente para aquellos con experiencia en la técnica que pueden hacerse diversas modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por consiguiente, no se pretende que la invención se limite excepto por las reivindicaciones anexas .