ES2360315B1 - M�?quina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido. - Google Patents

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Abstract

Máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido que comprende un primer recinto cerrado; un segundo recinto cerrado por su extremo superior y abierto por su extremo inferior, concéntrico al primer recinto y de menor altura y diámetro que éste; una entrada del líquido a calentar; una salida del líquido ya calentado; un hogar dispuesto en el fondo del primer recinto adaptado para quemar el combustible y generar humos calientes; unos anillos cerámicos, que permiten que el líquido descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también entre ellos; y una salida de humos. Además, la máquina comprende una entrada de una mezcla de material combustible y aire; y unos medios de ventilación forzada.

Description

do entre el primer y segundo recintos; una salida del
Máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido. Sector técnico de la invención
La presente invención se refiere a una máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material sólido, especialmente adaptada para calentar un líquido tal como el agua. Antecedentes de la invención
Para el calentamiento de un fluido es ampliamente conocido la utilización de calderas basadas en el principio de aprovechar el fenómeno de la condensación de los humos, o aire caliente, que contienen vapor de agua y que son generados por una combustión. Esta combustión es producida por un gas, gas natural ó gas propano, usualmente.
Los citados humos generados en la combustión son enfriados por debajo de la temperatura de rocío, mediante su paso por una pared fría, produciéndose el fenómeno de la condensación. Este fenómeno de la condensación que habitualmente es evitado en las calderas convencionales debido a sus efectos corrosivos, es al contrario deseado en las calderas que se utilizan para el calentamiento de un fluido en el sector de la agricultura, en las que se aprovecha el calor sensible y latente de los humos para calentar agua que se utiliza para calentar por ejemplo invernaderos.
El ejemplo más común de caldera para este tipo de calentamiento en el sector de la agricultura es el comprendido por una caldera que consiste en un quemador de gas que trabaja en posición vertical orientando la llama hacia el fondo del cilindro que constituye la caldera y donde se encuentra el agua a calentar. Los humos generados en la combustión del gas suben verticalmente a través del cilindro mientras que el agua desciende por él, produciéndose el enfriamiento de los humos y el calentamiento del agua. En dicha caldera se prevé también la dotación de una pluralidad de anillos cerámicos para facilitar y garantizar un buen intercambio de calor entre el agua y los humos generados en la combustión.
En gran medida, todos estos sistemas requieren de la utilización de un gas para la combustión, con lo que para conseguir una buena temperatura de calentamiento en los sitios, tales como invernaderos, donde se requiere una constante calefacción, se consumen grandes cantidades de gas con el consecuente gasto económico.
Teniendo en cuenta las mencionadas desventajas que existen hoy en día para dichas calderas, se hace necesario una máquina, que aún y utilizando también el fenómeno de la condensación solvente los problemas mencionados y mejore la rentabilidad de la misma. Explicación de la invención
La máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido, especialmente adaptada para calentar un líquido tal como el agua, objeto de la presente invención, comprende al menos un primer recinto cerrado a modo de depósito, esencialmente cilíndrico; un segundo recinto cerrado por su extremo superior y abierto por su extremo inferior, también esencialmente cilíndrico, concéntrico al primer recinto y de menor altura y diámetro que éste; una entrada del líquido a calentar dispuesta en la parte superior del primer recinto, líquido ya calentado en dicho primer recinto, dispuesta en la parte inferior del mismo; un hogar dispuesto en el fondo del primer recinto adaptado para quemar el combustible y generar humos calientes; una pluralidad de anillos cerámicos dispuestos entre el primer recinto y el segundo recinto, que permiten que el líquido descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también entre los anillos cerámicos; y una salida de humos generados por el hogar y enfriados por su paso por los citados anillos cerámicos, dispuesta en la parte superior del primer recinto.
En esencia, la máquina se caracteriza porque comprende una entrada de una mezcla de material combustible y aire, dispuesta en la parte superior del primer recinto y conectada con el hogar mediante un tubo interno; y unos medios de ventilación forzada conectados a la salida de humos, que aspiran el aire que entra por dicha entrada de la mezcla y hacen que los humos generados en la combustión de la mezcla de aire y el material combustible pasen del segundo recinto al primer recinto y posteriormente salgan por la salida de humos.
Ventajosamente, con esta máquina se consigue calentar un fluido a presión atmosférica y sin la necesidad o dependencia de un material combustible no sólido como el gas. Además, dicha máquina funciona como una caldera de condensación a baja temperatura que permite la recuperación de los humos calientes.
Según otra característica de la invención, el material combustible sólido es biomasa.
De acuerdo con otra característica de la invención, la máquina está provista, dentro del segundo recinto, de una chimenea tubular dispuesta entre el hogar y la parte alta del segundo recinto, de manera que el borde superior de la chimenea queda separado de la pared superior de cierre del segundo recinto.
Otro aspecto destacable de la máquina objeto de la invención consiste en que comprende unos medios de detección del nivel del material combustible en el hogar. Dichos medios de detección del nivel del material combustible en el hogar están constituidos por un haz láser.
Según otra característica de la invención, el hogar está provisto de una entrada auxiliar de aire para favorecer la combustión.
De acuerdo con otra característica de la invención, la máquina comprende unos medios filtradores dispuestos en la salida del líquido calentado. Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, un modo de realización de la máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material sólido de la invención. En concreto:
la Fig. 1 es una vista esquemática de la máquina según la invención; y
la Fig. 2 es una vista esquemática y en perspectiva de una instalación que comprende una máquina según la invención. Descripción detallada de los dibujos
La máquina 1 representada en la Fig. 1 es una máquina 1 para el calentamiento de un fluido, agua, mediante la combustión de un material combustible sólido, alejándose de la dependencia del gas para garantizar la combustión. Seguidamente se explicará
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que adaptaciones y que características comprende esta máquina 1 para que pueda funcionar con este tipo de combustible sólido.
Tal y como se aprecia en la Fig. 1, la máquina 1 comprende un primer recinto 2 y un segundo recinto 3, además de otras elementos como entradas y salidas del fluido ó los humos.
El primer recinto 2 está cerrado a modo de depósito y tiene una forma esencialmente cilíndrica. Por otro lado, el segundo recinto 3 está cerrado por su extremo superior y abierto por su extremo inferior el cual es también cilíndrico y está situado concéntricamente al primer recinto 1, siendo el segundo recinto 3 de menor altura y diámetro que el primer recinto 2.
Respecto a las entradas y salidas que existen en dicha máquina 1 se deben diferenciar claramente las siguientes entradas y salidas para el líquido: una entrada del líquido 4 a calentar que está dispuesta en la parte superior del primer recinto 2 y conectada a la parte superior del espacio comprendido entre el primer y segundo recintos2y3;yuna salida 5 del líquido ya calentado en dicho primer recinto 2 y que está dispuesta en la parte inferior del mismo.
Por otro lado, existe una salida de humos 8 generados en la combustión y que está dispuesta en la parte superior del primer recinto 2.
Además, de un modo característico, se prevé una entrada de una mezcla 9 de material combustible y aire que está dispuesta en la parte superior del primer recinto 2 y conectada a la combustión mediante un tubo interno 10.
La combustión de la mezcla de material combustible y aire tiene lugar en un hogar 6 dispuesto en el fondo del primer recinto 2, adaptado para quemar el combustible y generar mediante dicha combustión aire caliente formado por los humos calientes.
Para facilitar el intercambio de calor y frío del líquido a calentar que entra por la entrada del líquido 4 y los humos calientes generados en el hogar 6, se dota a la máquina 1 entre el primer recinto 2 y el segundo recinto 3 de una pluralidad de anillos cerámicos 7, que a la vez permiten que el líquido descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también entre ellos.
Los humos generados por el hogar 6 y enfriados por su paso por los citados anillos cerámicos 7 salen por una salida de humos 8 que está dispuesta en la parte superior del primer recinto 2. Además, para facilitar su salida la máquina 1 está provista de unos medios de ventilación forzada 11, conectada a dicha salida de humos 8, que aspiran el aire que entra por la entrada de la mezcla 9 y hacen que los humos generados en la combustión pasen del segundo recinto 3 al primer recinto 2 y posteriormente salgan por la citada salida de humos 8.
Además de los recintos 2 y 3 antes descritos, la máquina 1 comprende dentro del segundo recinto 3 una chimenea tubular 12 dispuesta entre el hogar 6 y la parte alta del segundo recinto 3, de manera que el borde superior de la chimenea tubular 12 queda separado de la pared superior del cierre del segundo recinto 3. Mediante esta disposición, se garantiza que los humos o aire caliente generados en hogar 6 siga primeramente un recorrido ascendente desde el hogar 6 hasta la parte superior cerrada del segundo recinto 3 abierto, para posteriormente descender hasta la abertura de dicha recinto 3 y que comunica con la zona inferior del primer recinto 2 y finalmente un sentido ascendente a través de los anillos cerámicos 7 hasta salir éstos por la salida de humos 8 provista a tal efecto.
Debe mencionarse que en el ejemplo representado en la Fig. 1, el material combustible sólido utilizado es biomasa. Dicho material combustible es más económico que el gas habitualmente utilizado para la combustión de este tipo de calderas, además de que es una material que no escasea tanto como el gas.
Para facilitar la combustión de la biomasa, el hogar 6 está provisto de una entrada auxiliar de aire 66. También se prevé unos medios de detección 13 del nivel del material combustible en el hogar 6, que en el ejemplo representado están constituidos por un haz láser, con lo que mediante ellos se puede detectar cuando se ha consumido un umbral de combustible y es necesario aportar más cantidad de biomasa para que no se apague el fuego.
En cualquier caso, el hogar 6, donde se produce la combustión de la biomasa, y parte de la citada chimenea tubular 12 están permanentemente mojados por el flujo constante de agua que cae en el recinto2yque está conducido por la forma troncocónica del extremo inferior del recinto 3. Aún así, en ningún caso, el agua llega a penetrar en el interior del hogar 6, ya que sino abortaría la combustión. De hecho, tal y como se aprecia en la Fig. 1, los agujeros que están previstos en el hogar 6 para la entrada de aire auxiliar 66 y la entrada del haz láser están protegidos por una visera, para que el agua no pueda entrar al hogar 6.
Por último, para evitar que inquemados u otros restos provenientes del líquido a calentar o calentado salgan por la salida 5 del líquido se prevén unos medios filtradores 14 dispuesto en dicha salida 5.
Para su mayor compresión se ha representado en la Fig. 2 una instalación de calefacción que utiliza la máquina 1 para calefactar un invernadero 28. Como se puede observar, la máquina 1 suministra agua caliente a una poza 20 que acumula bajo el suelo el agua caliente que sale de la salida 5 del líquido de la máquina 1 una vez calentado. A su vez, los humos calientes que han sido enfriados salen al exterior por la chimenea externa 25.
El agua caliente almacenada en la poza 20 se hace llegar a unos tubos radiantes 23, provistos a tal efecto en el interior del invernadero 28 para calefactarlo, mediante unos medios de impulsión 21 como una bomba y a través de un colector de impulsión 22. Por otro lado, el agua proveniente de los tubos radiantes 23 se recoge y se conduce, a través de un colector de retorno 24, nuevamente a la máquina 1 para ser calentada.
También se puede observar que además de la entrada del líquido 4 a la máquina 1, la biomasa almacenada en un silo de biomasa 26 y que sirve de material de combustión, es enviada y entra a la máquina 1 por la entrada de la mezcla 9.
5 ES 2360315A1 6

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Máquina (1) para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido, especialmente adaptada para calentar un líquido tal como el agua, que comprende al menos:
    -
    un primer recinto (2) cerrado a modo de depósito, esencialmente cilíndrico;
    -
    un segundo recinto (3) cerrado por su extremo superior y abierto por su extremo inferior, también esencialmente cilíndrico, concéntrico al primer recinto y de menor altura y diámetro que éste;
    -
    una entrada del líquido (4) a calentar dispuesta en la parte superior del primer recinto, conectada a la parte superior del espacio comprendido entre el primer y segundo recintos;
    -
    una salida (5) del líquido ya calentado en dicho primer recinto, dispuesta en la parte inferior del mismo;
    -
    un hogar (6) dispuesto en el fondo del primer recinto adaptado para quemar el combustible y generar humos calientes;
    -
    una pluralidad de anillos cerámicos (7) dispuestos entre el primer recinto y el segundo recinto, que permiten que el líquido descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también entre los anillos cerámicos; y
    -
    una salida de humos (8) generados por el hogar y enfriados por su paso por los citados anillos cerámicos, dispuesta en la parte superior del primer recinto;
    caracterizada porque comprende una entrada de una mezcla (9) de material combustible y aire, dispuesta en la parte superior del primer recinto (2) y conectada con el hogar (6) mediante un tubo interno (10); y unos medios de ventilación forzada (11) conectados a la salida de humos (8), que aspiran el aire que entra por dicha entrada de la mezcla y hacen que los humos generados en la combustión de la mezcla de aire y el material combustible pasen del segundo recinto (3) al primer recinto y posteriormente salgan por la salida de humos.
  2. 2.
    Máquina (1), según la reivindicación 1, caracterizada porque el material combustible sólido es biomasa.
  3. 3.
    Máquina (1), según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque está provista, dentro del segundo recinto (3), de una chimenea tubular (12) dispuesta entre el hogar (6) y la parte alta del segundo recinto (3), de manera que el borde superior de la chimenea queda separado de la pared superior de cierre del segundo recinto.
  4. 4.
    Máquina (1), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende unos medios de detección (13) del nivel del material combustible en el hogar (6).
  5. 5.
    Máquina (1), según la reivindicación anterior, caracterizada porque los medios de detección (13) del nivel del material combustible en el hogar (6) están constituidos por un haz láser.
  6. 6.
    Máquina (1), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el hogar
    (6) está provisto de una entrada auxiliar de aire (66) para favorecer la combustión.
  7. 7. Máquina (1), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende unos medios filtradores (14) dispuestos en la salida (5) del líquido calentado.
    ES 2 360 315 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200802779
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 01.10.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    Y
    US 2005072378 A1 (WEBER FRANK WILLIAM et al.) 07.04.2005, párrafos [0029-0034],[0042-0048],[0056]; figuras 1,2,4,5,7. 1-7
    Y
    GB 587821 A (C U R A PATENTS LTD et al.) 07.05.1947, página 3, línea 76 – página 6, línea 68; figuras. 1-7
    A
    GB 944197 A (KINGO MIYAHARA) 11.12.1963, todo el documento. 1
    A
    EP 0018824 A1 (DU PONT ) 12.11.1980, página 1, línea 31 – página 2, línea 30; página 5, línea 32 – página 6, línea 28; figuras 1,2. 1
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 19.05.2010
    Examinador A. Hoces Diez Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200802779
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD F24H1/10 (2006.01)
    F23B50/12 (2006.01) F28C3/06 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    F24H, F23B, F28C
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200802779
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 19.05.2010
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200802779
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2005072378 A1 (WEBER FRANK WILLIAM et al.) 07.04.2005
    D02
    GB 587821 A (C U R A PATENTS LTD et al.) 07.05.1947
    D03
    EP 0018824 A1 (DU PONT) 12.11.1980
  8. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la invención es una máquina (1) para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido, especialmente adaptada para calentar un líquido tal como el agua, que comprende al menos: -un primer recinto (2) cerrado a modo de depósito, esencialmente cilíndrico; -un segundo recinto (3) cerrado por su extremo superior y abierto por su extremo inferior, también esencialmente cilíndrico, concéntrico al primer recinto y de menor altura y diámetro que éste; -una entrada de líquido (4) a calentar dispuesta en la parte superior del primer recinto, conectada a la parte superior del espacio comprendido entre el primer y segundo recinto; -una salida (5) del líquido ya calentado en dicho en dicho primer recinto, dispuesta en la parte inferior del mismo; -un hogar (6) dispuesto en el fondo del primer recinto adaptado para quemar combustible y generar humos calientes; -una pluralidad de anillos cerámicos (7) dispuestos entre el primer y el segundo recinto, que permiten que el líquido descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también entre los anillos cerámicos; -una salida de humos (8) generados por el hogar y enfriados por su paso por los citados anillos cerámicos, dispuesta en la parte superior del primer recinto; y que tiene una entrada de una mezcla (9) de material combustible y aire, dispuesta en la parte superior del primer recinto
    (2) y conectada con el hogar (6) mediante un tubo interno (10); y unos medios de ventilación forzada (11) conectados a la salida de humos (8), que aspiran el aire que entra por dicha entrada de la mezcla y hacen que los humos generados en la combustión de la mezcla de aire y combustible pasen del segundo recinto (3) al primer recinto (2) y posteriormente salgan por la salida de humos.
    El documento D01, que puede considerarse el estado de la técnica más cercano al objeto técnico de la reivindicación 1 y al que pertenecen las referencias numéricas que siguen, divulga una máquina (10) para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible gaseoso, especialmente adaptada para calentar un líquido tal como el agua, que comprende un primer recinto (20) cerrado a modo de depósito, esencialmente cilíndrico; un segundo recinto (70) cerrado por su extremo superior y abierto por su extremo inferior, también esencialmente cilíndrico, concéntrico al primer recinto y de menor altura y diámetro que éste; una entrada de líquido (30) a calentar dispuesta en la parte superior del primer recinto, conectada a la parte superior del espacio comprendido entre el primer y segundo recinto; una salida (58) del líquido ya calentado en dicho en dicho primer recinto, dispuesta en la parte inferior del mismo; un hogar (50) dispuesto en el fondo del primer recinto adaptado para quemar combustible y generar humos calientes; una pluralidad de anillos (figura 7) dispuestos entre el primer y el segundo recinto, que permiten que el líquido descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también entre los anillos; una salida de humos (figura 7) generados por el hogar y enfriados por su paso por los citados anillos, dispuesta en la parte superior del primer recinto.
    El hecho de utilizar material cerámico como material intercambiador de calor se considera una alternativa de diseño ampliamente conocida en el estado de la técnica (ver documento citado D03, página 6, línea 6). Igualmente, el hecho de utilizar unos medios de ventilación forzada para aspirar e impulsar gases se considera una técnica muy conocida y, por lo tanto, obvia para un experto en la materia (ver documento citado D03, página 6, líneas 21-28).
    La diferencia entre el documento D01 y la reivindicación 1 radica en que utiliza un combustible sólido que es introducido junto con el aire a través de una entrada dispuesta en la parte superior de un primer recinto y conectada con el hogar mediante un tubo interno.
    Por otro lado, el documento D02, al que pertenecen las referencias numéricas que siguen, divulga una máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido, especialmente adaptada para calentar un líquido tal como el agua y que tiene una entrada de una mezcla (41) de material combustible y aire, dispuesta en la parte superior de un recinto y conectada con el hogar (48) mediante un tubo interno (42). Para un experto en la materia resultaría obvio aplicar esta característica con su correspondiente efecto, a la máquina para el calentamiento de un fluido mediante la combustión de un material combustible divulgada en el documento D01 dando como resultado el objeto técnico recogido en la reivindicación 1 de la solicitud. Por tanto, la reivindicación 1 carece de actividad inventiva en base a lo divulgado en los documentos D01 y D02 (Art. 8.1 Ley 11/1986).
    Respecto a las reivindicaciones dependientes 2 a 7, las características de diseño descritas en las mismas se consideran algunas de las varias posibilidades evidentes que un experto en la materia seleccionaría según las circunstancias, sin el ejercicio de actividad inventiva, para resolver el problema planteado (Art. 8.1 LP 11/1986).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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