ES2273549A1 - "un cuerpo de caldeo para caldera de condensacion". - Google Patents
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Abstract
Un cuerpo de caldeo para caldera de condensación, donde los módulos de alta (5) y condensador (6) son de cobre o cobre aleado y están formados por, al menos, sendas capas de filas de tubos de alta (7) y tubos de condensador (8), donde, al menos, estos tubos de condensador (8) tienen un recubrimiento anticorrosivo, todos los tubos de alta (7) y tubos de condensador (8) tienen una sección elíptica con sus cantos orientados en la dirección de circulación de los humos de combustión (4), los tubos de alta (7) están alineados con los tubos de condensador (8) según la dirección de circulación de los humos de combustión (4), cada par de tubos de alta (7) y tubos de condensador (8) contiguos están solidarizados entre sí mediante unas aletas oblicuas (10) que están soldadas a ellos y que son tramos en zigzag de un elemento laminar que está plegado en forma de fuelle (9), cuyas aletas oblicuas (10) y tubos de alta (7) y de condensador (8) son de una aleación que es resistente al recocido para temperaturas de hasta 600°C.
Description
Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación.
Esta invención concierne a una caldera de
condensación de las empleadas en aparatos e instalaciones de
calefacción y calentamiento de agua, y que utilizan un quemador
cerámico que está dispuesto en lo alto de la cámara de combustión
de la caldera, así como un ventilador soplante que fuerza la
circulación descendente de los humos de combustión que, en su
trayecto, ceden su calor a través de un dispositivo intercambiador
térmico que está recorrido internamente por el agua que ha de ser
calentada y que está constituido en dos etapas que, con relación a
dicha circulación descendente de los humos de combustión, están
materializados en un módulo intercambiador de alta temperatura, o
módulo de alta, que está más cercano a la entrada de los humos de
combustión, y en un módulo intercambiador de baja temperatura, o
módulo condensador, que está más alejado de dicha entrada de los
humos de combustión.
Más particularmente la invención está referida a
una particular concepción del dispositivo intercambiador térmico
que va a permitir sustanciales rendimientos con dimensiones, pesos
y costos de fabricación reducidos.
El concepto de caldera de condensación es en sí
conocido y está basado en aprovechar el calor latente de
condensación del agua que se produce al precipitarse agua en fase
líquida de los humos de la combustión cuando la temperatura de
estos baja del "punto de rocío".
Estas calderas de condensación fueron una
alternativa a las calderas convencionales que permitía alcanzar
rendimientos del 112% (con relación al combustible empleado PCI =
poder calorífico inferior), frente al 90% que se alcanzaba en estas
últimas en las que solamente se aprovechaba, y no todo, el calor
propio de la combustión y, para evitar la condensación del agua
generado en los humos de la combustión, estos humos abandonaban la
caldera a temperaturas por encima de los 100°C, es decir con una muy
importante cantidad de calor residual que era desaprovechado para
el fin pretendido del calentamiento del agua.
La razón de que las calderas convencionales
desaprovecharan tanto calor y, al propio tiempo, un gran problema
de las actuales calderas de condensación, reside en la corrosión
derivada de la condensación del agua de los humos de combustión y
que, por combinación con óxidos de azufre y nitrógeno existentes en
estos humos, acaba produciendo ácido sulfúrico y ácido nítrico,
como se sabe, de gran poder corrosivo.
El poder corrosivo del ácido sulfúrico impide
que el cobre pueda ser empleado en la construcción del
intercambiador, cuando resulta que el cobre es, precisamente, un
material idóneo para este fin, debido a su elevada conductividad
térmica.
Por esta razón, en las calderas de condensación
conocidas, el intercambiador se realiza en acero inoxidable o en
grandes espesores de una aleación de
aluminio-silicio. En ambos casos la conductividad
térmica es mucho menor que la del cobre (del orden de la vigésima
parte y mitad, respectivamente), por lo que es preciso aumentar el
tamaño del intercambiador hasta dimensiones excesivamente
voluminosas para obtener unos resultados comparables con uno
fabricado en cobre; este sobredimensionamiento se traduce en
incrementos de peso y costo también importantes, como en
dificultades de espacio para su instalación. En el caso de emplear
aleación de aluminio-silicio se acude a grandes
espesores de pared para que pueda soportar la corrosión por el
ácido sulfúrico durante un periodo de tiempo suficientemente
largo.
Desde un punto de vista ecológico las calderas
de condensación son preferidas a las convencionales porque, aunque
producen un vertido residual líquido ácido, no vierten a la
atmósfera óxidos de azufre y nitrógeno que originan lluvias ácidas.
En cambio el residuo ácido líquido puede ser tratado en
depuradoras.
En este campo es conocida en particular la
Patente Europea EP 1 026 454. En ella se describe una caldera de
condensación en la que dicho módulo de alta está construido en
cobre (Cu), mientras que el módulo de condensador lo está en
aluminio (Al); a este respecto debe tenerse en cuenta que el
espesor mínimo para el Cu es de 0,8 mm., mientras que para el Al es
de 3 mm. Por otro lado, en esta EP son empleados tubos redondos que
para facilitar el intercambio calórico están provistos de aletas
discoidales en toda su largura y que están dispuestos en capas al
tresbolillo.
También es conocida la Patente Europea EP 0 178
416, donde se describe una caldera de condensación en la que los
módulos de alta y de condensador están realizados en Al y, como en
el caso anterior, los tubos son redondos, poseen aletas en forma de
disco y están distribuidos en capas al tresbolillo.
Frente a este estado de cosas, la presente
invención propugna una caldera de condensación en la que dichos
módulos de alta y condensador son de cobre o cobre aleado y están
formados por, al menos, sendas capas de filas de tubos de alta y
tubos de condensador, donde, al menos, estos tubos de condensador
tienen un recubrimiento anticorrosivo, todos los tubos de alta y
tubos de condensador tienen una sección elíptica con sus cantos
orientados en la dirección de circulación de los humos de
combustión, los tubos de alta están alineados con los tubos de
condensador según la dirección de circulación de los humos de
combustión, cada par de tubos de alta y tubos de condensador
contiguos están solidarizados entre sí mediante unas aletas
oblicuas que están soldadas a ellos y que son tramos en zigzag de
un elemento laminar que está plegado en forma de fuelle, cuyas
aletas oblicuas y tubos de alta y de condensador son de una
aleación que es resistente al recocido para temperaturas de hasta
600°C.
Esta constitución preconizada posibilita la
obtención de los elevados rendimientos propios de las calderas de
condensación sin incurrir en los inconvenientes de tamaño, peso,
costo y dificultad de ubicación que sufren las actuales
constituciones conocidas de las mismas.
En efecto, el hecho de poder emplear una
constitución soldada de Cu o Cu aleado permite aprovechar la gran
conductividad del cobre para construir un módulo de alta que no
está sujeto a problemas de corrosión porque la temperatura de
salida del mismo está aún muy por encima del punto de rocío; y, por
otra parte, se aprovecha también el calor latente de condensación
en una etapa específicamente encomendada al módulo condensador y
que se realiza ya en el entorno de temperaturas del cambio de
estado (condensación del agua), es decir, cuando los humos de
combustión han cedido la mayor parte de su calor (de manera
comparable a una caldera convencional).
Para unos mismos rango de temperaturas (inicial
y final) de los humos de combustión y caudal de agua a calentar, se
ha comprobado que con la caldera de condensación propuesta por
esta invención se consigue un peso y un coste notablemente inferior
al de las calderas de condensación conocidas.
Por otro lado, el volumen del aparato se reduce
en consonancia, pues está muy directamente relacionado con las
dimensiones del dispositivo intercambiador; por lo que mejora
sustancialmente su ubicabilidad en la instalación.
En cuanto al aspecto ecológico esta solución
propugnada cumple de la misma forma que las calderas de
condensación conocidas; es decir, produciendo un residuo líquido
ácido que va a las depuradoras, y emitiendo a la atmósfera gases
limpios de óxidos de azufre, nitrógeno y carbono.
En cuanto los tubos de alta y condensador esta
invención contempla la particularidad de que dichos tubos de alta y
de condensador forman abultamientos esféricos en su cara interna.
Así como también contempla la particularidad de que las paredes de
los fuelles laminares tienen troquelada una sucesión de deflectores
que sobresalen alternativamente por uno y otro costado de las
mismas. Todo lo cual está destinado a favorecer un intercambio
calorífico rápido y eficaz: los abultamientos esféricos generando
turbulencias en la circulación del agua que frenan el avance de la
vena líquida; y los deflectores porque producen el mismo efecto en
la circulación de los humos, al impedir que la vena fluida sea
laminada (líneas de flujo paralelas) y su avance sea excesivamente
rápido, produciendo en cambio unos flujos transversales a través de
las aletas que generan turbulencias y hacen más lento el avance de
los humos, alargando el tiempo disponible para el proceso de
intercambio calorífico.
Estas y otras particularidades propugnadas por
la presente invención son ilustradas en la descripción detallada
que sigue.
Para comprender mejor la naturaleza del presente
invento, en los dibujos adjuntos representamos una forma preferente
de realización industrial, la cual tiene carácter de ejemplo
meramente ilustrativo y no limitativo.
La figura 1 es una vista en sección que ilustra
esquemáticamente la constitución de una caldera de condensación
según la invención. En esta figura se incorpora un detalle ampliado
que incluye la representación del cuerpo de caldeo compuesto por
los módulos de alta (5) y condensador (6), tal y como aparecen en
el conjunto de la caldera, así como las vistas lateral izquierda y
en planta superior de este cuerpo de caldeo; además, de esta planta
superior está sacado un detalle ampliado que ilustra la disposición
conjunta de los tubos (7, 8) y los fuelles laminares (9).
La figura 2 muestra una ampliación del detalle
II que aparece circundado en la figura 1.
La figura 3 es una vista ampliada del detalle
III circundado en la figura 2.
La figura 4 es una vista ampliada del detalle IV
circundado en la figura 2, visto según la flecha indicada en el
mismo.
La figura 5 es una ampliación de la sección
V-V indicada en la figura 4.
La figura 6 es una ampliación del detalle V
circundado en la figura 4.
La figura 7 es la vista de la sección
VII-VII indicada en la figura 6.
La figura 8 es una ampliación del detalle VIII
circundado en la figura 4.
La figura 9 es la vista de la sección
IX-IX indicada en la figura 8.
En estas figuras están indicadas las siguientes
referencias:
- 1
- .- Quemador cerámico
- 2
- .- Cámara de combustión
- 3
- .- Ventilador soplante
- 4
- .- Humos de combustión
- 5
- .- Módulo intercambiador de alta temperatura
- 6
- .- Módulo intercambiador de baja temperatura o módulo condensador
- 7
- .- Tubos de alta
- 8
- .- Tubos de condensador
- 9
- .- Fuelles laminares
- 10
- .- Aletas oblicuas de fuelles laminares (9)
- 11
- .- Picos de fuelles laminares (9)
- 12
- .- Abultamientos esféricos de tubos (7, 8)
- 13
- .- Deflectores de fuelles laminares (9)
- 14
- .- Mezcla combustible
- 15
- .- Residuo líquido ácido
- 16
- .- Gases residuales
- 17
- .- Entrada de agua fría
- 18
- .- Conducto de comunicación entre los módulos (5) y (6)
- 19
- .- Salida de agua caliente
- 20
- .- Entrada de aire
- 21
- .- Entrada de gas
Con relación a la figura y referencias arriba
indicadas, se ilustra en el plano adjunto un modo de ejecución
preferente para una caldera de condensación de las empleadas en
aparatos e instalaciones de calefacción y calentamiento de agua, y
que utilizan un quemador cerámico (1) que está dispuesto en lo alto
de la cámara de combustión (2) de la caldera, así como un
ventilador soplante (3) que fuerza la circulación descendente de los
humos de combustión (4) que, en su trayecto, ceden su calor a
través de un dispositivo intercambiador térmico que es recorrido
internamente por el agua que ha de ser calentada y que está
constituido en dos etapas que, con relación a dicha circulación
descendente de los humos de combustión (4), están materializados en
un módulo intercambiador de alta temperatura, o módulo de alta (5),
que está más cercano a la entrada de los humos de combustión (4), y
en un módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo
condensador (6), que está más alejado de dicha entrada de los humos
de combustión (4).
La constitución según la invención está
ilustrada en la figura 1, donde se muestra que la caldera de
condensación preconizada responde a una constitución en la que
dichos módulos de alta (5) y condensador (6) son de cobre o cobre
aleado y están formados por, al menos, sendas capas de filas de
tubos de alta (7) y tubos de condensador (8), donde, al menos,
estos tubos de condensador (8) tienen un recubrimiento
anticorrosivo, todos los tubos de alta (7) y tubos de condensador
(8) tienen una sección elíptica con sus cantos orientados en la
dirección de circulación de los humos de combustión (4), los tubos
de alta (7) están alineados con los tubos de condensador (8) según
la dirección de circulación de los humos de combustión (4), cada
par de tubos de alta (7) y tubos de condensador (8) contiguos están
solidarizados entre sí mediante unas aletas oblicuas (10) que están
soldadas a ellos y que son tramos en zigzag de un elemento laminar
que está plegado en forma de fuelle (9), cuyas aletas oblicuas (10)
y tubos de alta (7) y de condensador (8) son de una aleación que es
resistente al recocido para temperaturas de hasta 600°C.
Como se indica en la Figura 1, el funcionamiento
de esta caldera consiste en que la mezcla combustible (7) alcanza
el quemador cerámico (1) que asegura una completa combustión
produciendo unos humos de combustión (4) que son forzados a
circular descendentemente por la acción del ventilador soplante (3);
estos humos de combustión (4) a 700°C atraviesan el módulo
intercambiador de alta temperatura (5) cediendo calor hasta que su
temperatura alcanza unos 150°C, temperatura ésta a la que atraviesa
el módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo condensador
(6), donde estos humos de combustión (4) se enfrían hasta 60°C
produciéndose la condensación del agua que se combina con los
óxidos gaseosos de N_{2} para formar el residuo líquido ácido
(15) que se recoge inferiormente y se envía a la depuradora de
aguas, mientras que el resto de los humos de combustión (4) son
enviados a la atmósfera ya limpios de dichos óxidos que serían
responsables de la perniciosa lluvia ácida. Al propio tiempo, el
agua efectúa el recorrido inverso, accediendo al módulo condensador
(6) por la entrada de agua fría (17), recorriendo este módulo
condensador (6) donde recibe el calor latente de condensación
debido a la precipitación del agua por el enfriamiento consiguiente
de los humos de combustión (4); mediante el conducto (18) esta agua
accede al módulo intercambiador de alta temperatura (5) donde
recibe el resto del calor yes servida para su uso por la salida de
agua caliente (19).
A diferencia de las soluciones hasta ahora
conocidas en este campo los tubos de alta (7) y de condensador (8)
son de Cu o Cu aleado, su sección es sensiblemente elíptica en
lugar de redonda, su disposición es en formación de filas por
columnas en lugar de al tresbolillo; por otro lado, estos tubos (7,
8) incorporan ahora las aletas oblicuas (10) que forman parte de
los fuelles laminares, en lugar de las discoidales empleadas por
las soluciones conocidas.
Para facilitar la circulación de los humos (4),
la presente invención contempla las siguientes particularidades:
por un lado, que dichas aletas oblicuas (10) de los fuelles
laminares (9) forman con los tubos de alta (7) y de condensador (8)
unos triángulos que en su base miden, al menos, 3,3 mm.; por otro
lado, los fuelles laminares (9) se prolongan (figura 2) por debajo
de la capa inferior de tubos de condensador (8), considerándose
como un modo de ejecución preferente que esta prolongación sea de,
al menos, 3 mm. y, además, en esta prolongación se cumple (figura
3) que los bordes inferiores de dichos fuelles laminares (9) forman
picos (11) a modo de diente de sierra.
Para posibilitar que el intercambio de calor por
unidad de tiempo sea lo más alto posible y, por consiguiente, lo
sea también el rendimiento de la caldera, de acuerdo con la
invención existe la particularidad de que (figura 5) dichos tubos
de alta (7) y de condensador (8) forman abultamientos esféricos
(12) en su cara interna. Asimismo, las paredes de los fuelles
laminares (9) tienen troquelada (figuras 6 á 9) una sucesión de
deflectores (13) que sobresalen alternativamente por uno y otro
costado de las mismas; y con la particularidad de que los
deflectores (13) de aletas oblicuas (10) contiguas están realizados
con orientaciones contrarias, como se desprende de la mera
comparación visual de las figuras 6-7 con relación
a las figuras 8-9. Tanto los abultamientos esféricos
(12) como los deflectores (13) generan unos torbellinos y cambios
de dirección que hacen más lento el avance de los humos (4), dando
más tiempo para el intercambio calorífico; además, estas
conformaciones obligan a la vena de humos (4) a "lamer" de modo
más firme la superficie de los tubos (7, 8) y las aletas oblicuas
(10).
Claims (8)
1. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, en particular para una caldera de las empleadas en
aparatos e instalaciones de calefacción y calentamiento de agua, y
que utilizan un quemador cerámico (1) que está dispuesto en lo alto
de la cámara de combustión (2) de la caldera, así como un
ventilador soplante (3) que fuerza la circulación descendente de
los humos de combustión (4) que, en su trayecto, ceden su calor a
través de un dispositivo intercambiador térmico que es recorrido
internamente por el agua que ha de ser calentada y que está
constituido en dos etapas que, con relación a dicha circulación
descendente de los humos de combustión (4), están materializados en
un módulo intercambiador de alta temperatura, o módulo de alta (5),
que está más cercano a la entrada de los humos de combustión (4), y
en un módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo
condensador (6), que está más alejado de dicha entrada de los humos
de combustión (4), caracterizado porque dichos módulos de
alta (5) y condensador (6) son de cobre o cobre aleado y están
formados por, al menos, sendas capas de filas de tubos de alta (7)
y tubos de condensador (8), donde, al menos, estos tubos de
condensador (8) tienen un recubrimiento anticorrosivo, todos los
tubos de alta (7) y tubos de condensador (8) tienen una sección
elíptica con sus cantos orientados en la dirección de circulación
de los humos de combustión (4), los tubos de alta (7) están
alineados con los tubos de condensador (8) según la dirección de
circulación de los humos de combustión (4), cada par de tubos de
alta (7) y tubos de condensador (8) contiguos están solidarizados
entre sí mediante unas aletas oblicuas (10) que están soldadas a
ellos y que son tramos en zigzag de un elemento laminar que está
plegado en forma de fuelle (9), cuyas aletas oblicuas (10) y tubos
de alta (7) y de condensador (8) son de una aleación que es
resistente al recocido para temperaturas de hasta 600°C.
2. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con la primera reivindicación,
caracterizado porque dichas aletas oblicuas (10) de los
fuelles laminares (9) forman con los tubos de alta (7) y de
condensador (8) unos triángulos que en su base miden, al menos, 3,3
mm.
3. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con las anteriores reivindicaciones,
caracterizado porque los fuelles laminares (9) se prolongan
por debajo de la capa inferior de tubos de condensador (8).
4. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con la tercera reivindicación,
caracterizado porque los fuelles laminares (9) se prolongan
por debajo de la capa inferior de tubos de condensador (8) en una
medida de, al menos, 3 mm.
5. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con las anteriores reivindicaciones,
caracterizado porque los bordes inferiores de dichos fuelles
laminares (9) forman picos (11) a modo de diente de sierra.
6. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con las anteriores reivindicaciones,
caracterizado porque dichos tubos de alta (7) y de
condensador (8) forman abultamientos esféricos (12) en su cara
interna.
7. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con las anteriores reivindicaciones,
caracterizado porque las paredes de los fuelles laminares
(9) tienen troquelada una sucesión de deflectores (13) que
sobresalen alternativamente por uno y otro costado de las
mismas.
8. Un cuerpo de caldeo para caldera de
condensación, de acuerdo con la séptima reivindicación,
caracterizado porque los deflectores (13) de aletas oblicuas
(10) contiguas están realizados con orientaciones contrarias.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200500032A ES2273549B1 (es) | 2005-01-10 | 2005-01-10 | "un cuerpo de caldeo para caldera de condensacion". |
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|---|---|---|---|
| ES200500032A ES2273549B1 (es) | 2005-01-10 | 2005-01-10 | "un cuerpo de caldeo para caldera de condensacion". |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| ES2273549B1 ES2273549B1 (es) | 2008-04-16 |
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