ES2540153B1

ES2540153B1 - Generador de aire caliente por combustión de biomasa

Info

Publication number: ES2540153B1
Application number: ES201331491A
Authority: ES
Inventors: Domingo Aquilino VILLORIA OTERO
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: ES2674250T3; EP3056835B1; ES2540153A1; WO2015052364A1; EP3056835A4; EP3056835A1

Abstract

Generador de aire caliente por combustión de biomasa.#Comprende un alimentador con sinfín (2), tolva de recepción (3), cámara de combustión (9), quemador (8), ventilador de impulsión (20) y salida de aire caliente (21); que incorpora un bloque intercambiador (13) de calor independiente de la cámara de combustión (9) desmontable y tras la misma; conformado por unos segundos tubos verticales (16) con el ventilador de impulsión (20) acoplado en el bloque intercambiador (13) en el extremo opuesto y más alejado a la cámara de combustión (9). Entre el bloque intercambiador (13) y la salida de gases de combustión (12) de la cámara de combustión (9), existe un primer paso (I) de gases de combustión conformado por otro conjunto de primeros tubos verticales (14) que son desmontables y deslizantes, teniendo los mismos un diámetro mayor que los segundos tubos verticales (16) del bloque intercambiador (13), a la vez que aquéllos están ensamblados sobre unos casquillos (15).

Description

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GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTION DE BIOMASA

DESCRIPCION OBJETO DE LA INVENCION

La presente invention, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un generador de aire caliente por combustion de biomasa, el cual aporta, a la funcion a que se destina, varias ventajas y caracteristicas de novedad que se describiran en detalle mas adelante y que suponen una mejora alternativa a los sistemas actualmente conocidos para el mismo fin.

Mas en particular, el objeto de la invencion se centra en un aparato generador de aire caliente que, siendo del tipo aplicable para calefactar locales industriales o grandes recintos, que utiliza como combustibles pellets y otros tipos de biomasa y que se compone esencialmente de una camara de combustion, un intercambiador de calor tubular donde se transfiere el calor de los gases de combustion al aire impulsado mediante un ventilador dispuesto para tal fin, presentando la particularidad de estar estructuralmente configurado de manera que el citado intercambiador, que se dispone detras de la camara de combustion, es desmontable y se acopla con los tubos en position vertical, proporcionando con ello ventajas de transporte y montaje, prolongation de la vida util del aparato, menor acumulacion de cenizas, facil limpieza, mayor eficiencia y abaratamiento de las labores de mantenimiento.

CAMPO DE APLICACION DE LA INVENCION

El campo de aplicacion de la presente invencion se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabrication de aparatos y dispositivos generadores de aire caliente, centrandose particularmente en el ambito de los que utilizan biomasa como combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Como es sabido, actualmente la biomasa es el combustible mas economico y ecologico, ya que su ahorro energetico oscila entre el 40-60% respecto a otros combustibles. Por ello es cada vez mas corriente la utilization de aparatos que utilizan dicho combustible como generadores de aire caliente para climatizar grandes locales.

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Estos aparatos, de forma convencional, suelen estar construidos, entre otros elementos, por sistemas de alimentacion con un sinfm que traslada la biomasa hacia el quemador de una camara de combustion de la parten o salen los gases de combustion hacia un intercambiador donde se consigue la transferencia termica al aire a calentar.

El problema esencial de estos aparatos suele ser la dificultad de desmontaje del conjunto de tubos que conforman el intercambiador, ya que normalmente se configura como una pieza integrada sobre la camara de combustion, lo cual supone dificultades de transporte y montaje. Ademas, dicha disposition suele ser con los tubos del intercambiador dispuestos en position horizontal, lo cual provoca la acumulacion de solidos y cenizas en el interior de los mismos, constituyendo un factor que impide un optimo rendimiento del aparato por lo que se debe proceder a una limpieza periodica de los mismos que, ademas, no resulta facil.

Pues bien, el objeto de la presente invention es configurar estructuralmente dicho intercambiador para que pueda ser desmontable facilmente y para mejorar los citados aspectos de limpieza y eficiencia de la maquina mediante su disposicion como elemento independiente tras la camara de combustion y con los tubos en posicion vertical. Asimismo, el hecho de colocar el ventilador de impulsion de aire en el extremo mas proximo a la salida de gases de combustion al exterior, tambien favorece un mayor rendimiento de la maquina.

Cabe senalar, por otra parte, que al menos por parte del solicitante se desconoce la existencia de ningun otro generador de aire caliente por combustion de biomasa o invencion similar que presente unas caracteristicas tecnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el que aqu se preconiza, segun se reivindica.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Asi, el generador de aire caliente por combustion de biomasa que la presente invencion propone se configura como una novedad dentro de su campo de aplicacion, ya que a tenor de su implementation y de forma taxativa se alcanzan satisfactoriamente los objetivos anteriormente senalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que lo distinguen de lo ya conocido, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompanan a la presente memoria descriptiva del mismo.

De forma concreta, lo que la invencion preconiza es, como ya se ha apuntado anteriormente, un generador de aire caliente por combustion de biomasa que comprende,

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esencialmente, los siguientes elementos:

- Sistema de alimentacion o alimentador de biomasa mediante un tomillo sinfm.

- Tolva de recepcion con agitador y alimentacion del quemador.

- Camara de combustion con salida de gases de combustion hacia el intercambiador y salida de aire caliente.

- Un primer paso de gases de combustion hacia el intercambiador, compuesto por unos primeros tubos verticales que son desmontables y deslizantes, los cuales estan ensamblados de forma deslizante sobre unos casquillos.

- Bloque intercambiador multitubular, dispuesto de forma vertical.

- Caja de paso de humos inferior al intercambiador para decantar solidos.

- Paso de gases de combustion del ultimo decantador hacia el sistema extractor de humos.

- Sistema de impulsion de aire caliente, dispuesto en la parte mas proxima del intercambiador a la salida de gases por la chimenea.

- Salida de aire caliente.

Asi pues, el generador lleva instalado un sistema de alimentacion de una tolva pequena que lleva incorporado un sistema de cierre de seguridad entre dicho alimentador y dicha tolva, para evitar el retorno de la llama. La biomasa se puede almacenar directamente sobre el sinfin de alimentacion o en otra tolva previa que este cerrada y dispuesta para este fin.

El sistema de recepcion de biomasa, esta compuesto de la citada tolva pequena en la que se ha previsto un removedor central, y que se encarga de alimentar el quemador que va instalado al otro extremo de un tubo horizontal de conexion, dentro de la camara de combustion. Dentro de este tubo que forma parte del citado sistema de recepcion va un sinfm que gira mediante un motor electrico, y que es el encargado de dosificar la biomasa dentro del quemador.

En la camara de combustion, el combustible que llena el quemador se desborda parcialmente sobre la parrilla con pequenos agujeros, que aumentan la superficie de la combustion. La combustion se completa a traves de unos tubos que aportan aire sobre la parte superior de la llama (aire secundario) con un ventilador de caudal variable.

Una vez producida la combustion, el gas a alta temperatura pasa por la primera caja de decantacion de solidos, entrando por un primer paso de humos compuestos por unos

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primeros tubos verticales de mayor diametro que son desmontables y deslizantes, los cuales deslizan sobre unos casquillos, de manera que en este primer paso de humos donde las temperaturas son muy altas, se evita que estos primeros tubos verticales esten sometidos a tensiones que podrian desestabilizar la estructura del generador. Estos primeros tubos verticales estan disenados como una pieza de recambio, abaratando extraordinariamente los trabajos de reparation en el futuro. Para cambiar estos primeros tubos verticales no es necesario desmontar el intercambiador, solo hay que abrir unos registros laterales dispuestos para este fin.

Una vez que los gases de combustion han pasado por este primer paso, pasan al intercambiador multitubular, compuesto por un conjunto de segundos tubos verticales mas pequenos, los cuales son de menor diametro que los del primer paso, para facilitar el enfriamiento de los gases de combustion. Los gases son obligados a pasar por varios grupos de segundos tubos verticales para hacer que el aire del ventilador de impulsion del aire enfrie de forma eficaz los gases, consiguiendo asi un alto rendimiento por intercambio de temperatura entre los gases y el aire del ventilador de impulsion de aire.

Al pasar los gases de la combustion por estos grupos de segundos tubos verticales, tienen que cambiar el sentido de desplazamiento de abajo hacia arriba. Es en este punto donde baja su velocidad, consiguiendo de este modo decantar la mayoria de los solidos que van con los gases de combustion. Esta forma de paso de gases de combustion consigue filtrar los solidos de estos mismos gases de combustion de forma eficaz. Ademas, la limpieza de estos pasos de gases de combustion decantadores es muy sencilla, ya que se disponen unas puertas laterales de facil apertura para tal efecto.

Una vez pasado todo el ciclo de los gases de combustion dentro del intercambiador, estos pasan a un ultimo decantador donde esta instalado el conducto de un aspirador de gases. Este aspirador es de caudal variable para regular la depresion y caudal de la salida de los gases de combustion. Al extractor de gases se le acopla una chimenea de medidas reglamentarias, para sacar los gases al exterior.

Con todo ello, las principales caracteristicas diferenciales que presenta el generador preconizado y las ventajas que tales caracteristicas proporcionan al mismo frente a los aparatos convencionales son las siguientes:

En primer lugar, el bloque intercambiador se dispone detras de la camara de combustion, de

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manera que esta disposition facilita el acoplamiento del bloque intercambiador de calor como elemento independiente de la camara y, por tanto, desmontable. La maquina en esta disposicion se puede transportar en un camion convencional y la operation de acoplamiento de los componentes es sencilla, abaratando de esta manera el transporte y montaje. El hecho de esa posibilidad permite tambien, que el primer paso de los gases de la combustion se produzca a traves de los primeros tubos verticales que tambien son recambiables, para lo cual se acoplan sobre los casquillos de material metalico, evitando con ello tensiones estructurales que perjudicarian la longevidad de la maquina. Esta disposicion del bloque intercambiador desmontable, hace posible catalogarlo como pieza de repuesto y de muy facil reparation, colaborando este hecho a facilitar la amortization y durabilidad de la maquina.

La segunda caracteristica esencial y diferenciadora es la disposicion del intercambiador de forma vertical, es decir, con los tubos del mismo instalados verticalmente, lo cual tambien aporta grandes ventajas. El paso de los gases de la combustion por un intercambiador vertical, no permite que las cenizas se sedimenten dentro de los tubos. Esto facilita en gran manera las labores de limpieza del intercambiador tubular, permitiendo efectuar estas labores de limpieza en periodos de tiempo mucho mas largos que en un intercambiador horizontal. Las puertas dispuestas en la parte inferior del intercambiador permiten hacer estas operaciones de limpiezas periodicas con gran facilidad y poco esfuerzo.

Por otra parte, el hecho de instalar el ventilador de impulsion del aire justo antes de la salida de los gases de combustion al exterior, consigue que al haber una mayor diferencia de temperatura entre el aire impulsado y los gases de combustion, el intercambio de calor sea superior y las temperaturas de los gases de combustion a su salida en la chimenea sean muy bajos. Lo que se consigue tambien con esta disposicion del ventilador de impulsion es que, cuando el aire alcance la camara de combustion, tenga ya una gran temperatura, y al llegar sobre dicha camara de combustion, el lugar mas caliente de la maquina, aumente sustancialmente su temperatura, consiguiendo asi una temperatura de aire caliente superior a los sistemas tradicionales. La baja temperatura de la salida de gases de combustion hace que su rendimiento sea muy alto.

Finalmente, la disposicion vertical del bloque intercambiador aporta tambien otra gran ventaja, que es facilitar la decantation de las cenizas que se generan en la camara de combustion y se sedimentan facilmente en la parte baja del bloque intercambiador. El gran volumen y superficie de este decantador, permite que la velocidad de los gases de

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combustion baje de forma notable gracias a esta disminucion de velocidad, se sedimenten en su suelo, consiguiendo de esta forma, una salida de gases de combustion limpia de cenizas. Para la limpieza de este decantador existen unas puertas de facil apertura que facilitan la operation de limpieza periodica.

Visto lo que antecede, se constata que el descrito generador de aire caliente por combustion de biomasa constituye una estructura innovadora de caracteristicas estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora, razones que unidas a su utilidad practica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invention, se acompana a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con caracter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista esquematica en alzado lateral de un ejemplo de realization del generador de aire caliente por combustion de biomasa, objeto de la invencion. Se aprecia en ella el conjunto de elementos y partes que comprende, asi como la configuration y disposition de cada uno de ellos. Ademas, en esta figura se muestra, mediante flechas de trazo discontinuo, el recorrido que hacen los gases de combustion desde la camara de combustion al bloque intercambiador pasando a traves de tubos verticales hasta el extractor.

Figura 2.- Muestra una vista en alzado lateral, tambien muy esquematica, de la camara de combustion y del bloque intercambiador vertical con que cuenta el generador de la invencion, apreciandose mas claramente su configuracion y disposicion asi como los principales elementos que comprende.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeration adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realizacion preferido, pero no limitativo, del generador de aire caliente por combustion de biomasa preconizado, el cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuation.

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Asi, tal como se observa en la figura 1, el generador (1) en cuestion comprende un alimentador con un tomillo sinfm (2) que suministra la biomasa a una tolva de recepcion (3) que esta provista de un sistema de cierre de seguridad (4) entre dicho alimentador y dicha tolva, para evitar el retorno de la llama.

La citada tolva de recepcion (3), en la que se ha previsto un removedor central (5), alimenta de biomasa un tubo horizontal (6) con otro sinfm interior (2’) que accionado por un motor electrico (7), conduce la biomasa hasta el quemador (8) situado al otro extremo de dicho tubo, dentro de la camara de combustion (9).

En la camara de combustion (9) el quemador (8) incorpora una parrilla (10) inferior con pequenos agujeros sobre la que se desborda parcialmente la biomasa, aumentando la superficie de la combustion.

Tal como se observa en las figuras 1 y 2, en la parte posterior de la camara de combustion (9) se contempla una primera caja de decantacion de solidos (11) que se situa antes de la salida de gases de combustion (12) hacia el bloque intercambiador (13), existiendo entre este y dicha salida un primer paso (I) de gases de combustion conformado por un primer conjunto de varios primeros tubos verticales (14) que son desmontables y deslizantes, cuyo diametro es mayor que el diametro de otros segundos tubos verticales (16) del bloque intercambiador (13), con la particularidad que dichos primeros tubos verticales (14) se encuentran ensamblados entre la camara de combustion (9) y el bloque intercambiador (13) situado tras la camara de combustion (9), sobre unos casquillos (15). De esta forma se evitan tensiones debidas a las dilataciones y permiten su facil desmontaje a traves de unas puertas de registro laterales (no mostradas en las figuras) previstas al efecto en la carcasa envolvente (19) del generador (1).

Por su parte, el bloque intercambiador (13), que de forma caracterizadora se dispone como ya se ha senalado, tras la camara de combustion (9) constituyendo un elemento independiente de la misma que se puede desmontar, y esta conformado por un segundo paso (II) determinado por los segundos tubos verticales (16); en este caso de diametro menor que los del primer paso (I) de gases de combustion, y por donde dichos gases de combustion tambien son obligados a pasar ascendiendo y descendiendo por estos segundos tubos verticales (16) que ya estan conectados, por grupos, mediante cajones superiores (17) y cajones inferiores (18), transmitiendo su calor al aire que pasa por el exterior de unos y otros tubos (14, 16) que componen el bloque intercambiador (13) y que

esta cerrado lateralmente por la carcasa envolvente (19).

Ademas, el generador (1) incorpora un ventilador de impulsion (20) que va acoplado en el bloque intercambiador (13) del extremo opuesto y mas alejado de la camara de combustion 5 (9), consiguiendo asi un alto rendimiento por intercambio de temperatura con los gases de

combustion; ventilador que impulsa el aire caliente hacia la salida de aire caliente (21) situada sobre la camara de combustion (9).

Para la limpieza de los cajones inferiores (18) de paso de los gases de combustion en el 10 bloque intercambiador (13), se disponen unas puertas de limpieza laterales (22) previstas en la carcasa envolvente (19) para tal efecto, habiendose previsto igualmente otra puerta de limpieza similar en la camara de combustion (9), la cual en las figuras tambien se ha senalado con la misma referencia (22).

15 Tras el ultimo cajon inferior (18) del intercambiador (13) se instala un ultimo cajon decantador (23), el cual se conecta al tubo aspirador (24) de un extractor (25) de caudal variable para regular la depresion y caudal de la salida de los gases de combustion, y al que, a su vez, se acoplara un tubo-chimenea (26) para dar salida a dichos gases al exterior.

20 Descrito suficientemente la naturaleza de la presente invention, asi como la manera de ponerla en practica no se considera necesario hacer mas extensa su explication para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendose constar que, dentro de su esencialidad, podra ser llevada a la practica en otras formas de realization que difieran en detalle de la indicada a trtulo de ejemplo, y a las cuales 25 alcanzara igualmente la protection que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

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REIVINDICACIONES

1. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTION DE BIOMASA, que siendo del tipo que comprende un alimentador con sinfm (2), tolva de recepcion (3), camara de combustion (9) con quemador (8), intercambiador (13) de calor a base de tubos, ventilador de impulsion (20) y salida de aire caliente (21);

se caracteriza por que:

- incorpora un bloque intercambiador (13) de calor que constituye un elemento independiente de la camara de combustion (9) que es de caracter desmontable y que se dispone tras la misma;

- dicho bloque intercambiador (13) de calor esta conformado por un conjunto de segundos tubos verticales (16);

- el ventilador de impulsion (20) esta acoplado al bloque intercambiador (13) en el extremo opuesto y mas alejado a la camara de combustion (9).
2. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTION DE BIOMASA, segun la reivindicacion 1, caracterizado por que entre el bloque intercambiador (13) y una salida de gases de combustion (12) de la camara de combustion (9), existe un primer paso (I) de gases de combustion conformado por otro conjunto de primeros tubos verticales (14) que son desmontables y deslizantes.
3. - GENERADOR DE AIRE CAILENTE POR COMBUSTION DE BIOMASA, segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el conjunto de primeros tubos verticales (14) del primer paso (I) de gases de combustion son de diametro mayor que el conjunto de segundos tubos verticales (16) del bloque intercambiador (13) de calor.
4. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTION DE BIOMASA, segun una cualquier de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que el conjunto de los primeros tubos verticales (14) del primer paso (I) de gases de combustion se encuentran ensamblados sobre unos casquillos (15), y para su desmontaje se han previsto puertas de registro laterales en una carcasa envolvente (19) del generador (1).
5. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTION DE BIOMASA, segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el bloque intercambiador (13)

esta conformado por el conjunto de segundos tubos verticales (16), los cuales conectan, por grupos, con cajones superiores (17) y cajones inferiores (18), existiendo para la limpieza de los cajones inferiores (18) unas puertas de limpieza laterales (22).

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