ES2569752B1 - Un calentador de fluido, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible sólido - Google Patents

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Abstract

Un calentador de fluido, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible sólido, que comprende un recinto principal con un cuerpo cilíndrico suspendido que determina con las paredes del recinto principal un primer pasaje anular por donde circula un fluido; una zona central, que alberga un hogar con una chimenea proyectada hacia el interior del cuerpo cilíndrico determinando junto a éste un segundo pasaje anular para los humos de la combustión, a contracorriente del fluido; y una zona inferior, de contención del fluido calentado. El calentador comprende unos medios de alimentación del hogar para el suministro de una mezcla de material combustible y aire, que comprenden dos tubos concéntricos, de forma que el aire fluirá por el espacio anular entre los dos tubos, comprendido los medios de alimentación unos medios deflectores adecuados para proyectar el aire introducido en el hogar hacia los laterales.

Description

"Un calentador de fluido, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible sólido"
Sector técnico de la invención La presente invención se refiere a un calentador de fluido, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible sólido.
Antecedentes de la invención Por el documento de patente US 2005072378 se conoce un calentador de un fluido mediante la combustión de un material combustible gaseoso, especialmente adaptado para calentar un líquido tal como el agua, que comprende 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 de liquido 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 del liquido ya calentado en dicho en primer recinto, dispuesta en la parte inferior del mismo; y un hogar dispuesto en el fondo del primer recinto adaptado para quemar combustible y generar humos calientes. El fluido introducido en el primer recinto desciende entre por gravedad entre las paredes del primer y segundo recintos, a contracorriente de los humos calientes que suben por este mismo paso.
La alimentación del combustible sólido al hogar es deficiente en esta propuesta, y no se consiguen rendimientos interesantes.
El documento de patente ES 2360315 propone una alternativa que consiste en utilizar un combustible sólido que es introducido junto con aire a través de una entrada dispuesta en la parte superior de un primer recinto y conectada con el hogar mediante un tubo interno.
En la propuesta según ES 2360315 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.
Es un objetivo de la invención un calentador con unos medios de alimentación de combustible
alternativos a los conocidos. En los calentadores conocidos, puede darse el caso de que no todo el combustible es quemado en el hogar, bien por falta de aire o bien porque el combustible no se reparte homogéneamente o como fuera de interés en el hogar.
Es por lo tanto otro objetivo de la invención solventar estos inconvenientes y dar a conocer un calentador que mejore la eficiencia de los calentadores conocidos de una forma simple, que no dificulte excesivamente la construcción y el coste de mantenimiento del calentador.
Explicación de la invención El calentador de fluido, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible sólido, objeto de la presente invención, comprende un recinto principal esencialmente cilíndrico en el que se distinguen tres zonas, una zona superior en la que está colocado suspendido un cuerpo cilíndrico, concéntrico al recinto principal, cerrado superiormente y abierto inferiormente, que determina con las paredes del recinto principal una primer pasaje anular por donde puede circular, hacia el fondo del recinto, un fluido introducido por la parte superior del recinto principal; una zona central, que alberga un hogar o quemador con una chimenea que se proyecta hacia el interior del cuerpo cilíndrico y que determina junto a éste un segundo pasaje anular adecuado para que los humos de la combustión que salen de la chimenea puedan ser conducidos por este segundo pasaje anular hacia el extremo abierto del cuerpo cilíndrico desde donde podrán ascender por el primer pasaje, a contracorriente del fluido que se dirige hacia el fondo del recinto, en dirección a una salida de humos dispuesta en la parte superior del recipiente; y una zona inferior, de contención del fluido calentado que conecta con una salida de fluido.
En esencia, el calentador se caracteriza porque comprende unos medios de alimentación del hogar para el suministro de una mezcla de material combustible y aire, que comprenden dos tubos concéntricos de diámetros diferentes, que se extienden desde la tapa superior del recinto a través del cuerpo cilíndrico y de la chimenea hasta el citado hogar, de forma que el material combustible será conducido por el interior del tubo de menor diámetro y el aire fluirá por el espacio anular entre los dos tubos, comprendido los medios de alimentación unos medios deflectores adecuados para proyectar el aire introducido en el hogar hacia los laterales.
Ventajosamente, con este calentador se consigue mejorar la eficiencia del mismo de una
forma simple sin que se vea dificultada su construcción ni que conlleve costes de mantenimiento. Además, con esta disposición y medios de alimentación del material combustible se consigue un nivel de uniformidad y pureza de la llama superior a los calentadores conocidos y que se acerca más a una combustión de gas convencional con tonalidades azules y naranjas en la combustión . Cabe destacar que la combustión se produce, además de en el hogar, en el interior de todo el conjunto inferior de la chimenea en la cámara de aire mejorando la combustión e incrementando el rendimiento del conjunto del calentador.
Según otra característica de la invención, los medios deflectores del calentador comprenden una pletina deflectora adosada a la pared del tubo de menor diámetro de los medios de alimentación, por encima de la cual el tubo de mayor diámetro está dotado de una o varias salidas laterales.
De acuerdo con otra característica de la invención, el tubo de mayor diámetro termina por encima de la pletina deflectora, quedando su embocadura a cierta distancia por encima de la citada pletina deflectora.
Según otro aspecto de la invención, los medios de alimentación comprenden unos medios para remover los sólidos introducidos como material combustible en el hogar.
En una variante preferida de la invención, los medios para remover los sólidos están configurados en forma de horquilla invertida, montada giratoria en tomo al eje de los tubos concéntricos. Los medios para remover los sólidos están accionados por un eje central que atraviesa la tapa superior del recinto y que se extiende por dentro del tubo de menor diámetro.
Según otra característica de la invención, el hogar del calentador presenta una zona inferior, esencialmente cilíndrica, que conecta mediante una porción en forma de tronco de cono con la chimenea, de sección reducida respecto del hogar.
De acuerdo con otra caracteristica de la invención, el hogar comprende un falso fondo con una porción central cóncava, de paredes tronco-cónicas perforadas que ejercen la función de una parrilla.
Según una realización de la invención, entre el falso fondo y el fondo del hogar está formada una cámara de aire, conectada al exterior a través de uno o varios conductos de suministro de aire auxiliar. Breve descripción de los dibujos En el dibujo adjunto se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, un modo de realización del calentador de un fluido mediante la combustión de un material combustible sólido de la invención. En concreto:
La Fig. 1 es una vista esquemática del calentador de fluido según la invención.
Descripción detallada de los dibujos El calentador 1 de fluido representado en la Fig.1 es un calentador para un fluido 5, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible 2 sólido, alejándose de la dependencia del gas para garantizar la combustión.
Tal y como se aprecia en la Fig.1, el calentador 1 comprende un recinto 3 principal esencialmente cilíndrico en el que se distinguen tres zonas: una zona superior, una zona central y una zona inferior.
En la zona superior del recinto 3 principal del calentador 1 está colocado suspendido un cuerpo cilíndrico 4, concéntrico al mismo recinto 3 principal, cerrado superiormente y abierto inferiormente por su extremo abierto 4a. Este cuerpo cilíndrico 4 determina con las paredes del recinto 3 un primer pasaje anular A por donde puede circular, hacia el fondo del recinto 3, el fluido 5 introducido por la parte superior del recinto 3 principal.
La zona central del recinto 3 alberga un hogar o quemador 6 con una chimenea 7 que se proyecta hacia el interior del cuerpo cilíndrico 4. La chimenea 7 junto al cuerpo cilíndrico 4 determinan un segundo pasaje anular B adecuado para que los humos de la combustión que salen de la chimenea 7 puedan ser conducidos por este segundo pasaje anular hacia el extremo abierto 4a del cuerpo cilíndrico desde donde pOdrán ascender por el primer pasaje anular A, a contracorriente del fluido 5 que se dirige hacia el fondo del recinto 3, en dirección a una salida de humos 34 dispuesta en la parte superior del recinto 3.
La zona inferior del recinto 3 actúa de contención del fluido 5 calentado que conecta con la salida 8 de fluido.
Se prevé que para facilitar el intercambio de calor y frío del fluido 5 a calentar que entra por la parte superior del recinto 3 y los humos calientes generados durante la combustión de la mezcla del aire 13 y del material combustible 2, pueda dotarse al calentador 1 de una pluralidad de anillos 33 cerámicos (representados con múltiples círculos en la Fig.1), que a la vez permiten que el fluido 5 descienda entre ellos por gravedad, a contracorriente de los humos calientes que suben también por ellos.
Los humos generados durante la combustión y enfriados por su paso por los citados anillos 33 salen por la salida de humos 34 antes mencionada, que está dispuesta en la parte superior del recinto 3 principal. Además, para facilitar la salida de los humos por la salida de humos 34 el calentador 1 está provisto de unos medios de ventilación forzada 16, conectados a dicha salida de humos 34, que aspiran el aire que entra por la entrada de aire 13a y hacen que los humos generados en la combustión pasen de la chimenea 7 al cuerpo cilíndrico 4 y posteriormente salgan del recinto 3 por la citada salida de humos.
De un modo característico, el calentador 1 de la Fig.1 comprende unos medios de alimentación 9 del hogar 6 para el suministro por separado de material combustible 2 y aire
13. Dichos medios de alimentación 9 están constituidos por dos tubos concéntricos 10 y 11 de diámetros diferentes que se extienden desde la tapa superior del recinto 3 a través del cuerpo cilíndrico 4 y de la chimenea 7 hasta el citado hogar 6. De este modo, el material combustible 2 es conducido por el interior del tubo 10 de menor diámetro y el aire 13 fluirá por el espacio anular entre los dos tubos 10 y 11 . Complementariamente, los medios de alimentación 9 comprenden unos medios deflectores 12 adecuados para proyectar el aire 13 introducido en el hogar 6 hacia los laterales.
Se pretende que la combustión tenga lugar en todo el espacio comprendido más allá del hogar 6 hasta las paredes de la chimenea 7 generándose una potencia calorífica superior, permitiéndose una uniformidad de llama y pureza de llama superior a las calderas conocidas hasta el momento. En la Fig.1, se representa con un destello 66 uno de los lugares donde podría generarse dicha combustión. Los medios deflectores 12 son básicos para poder conducir el aire 13 a dicha combustión más allá del hogar 6, de hecho están provistos de una pletina deflectora 12a adosada a la pared del tubo 10 de menor diámetro de los medios de alimentación 9, y por encima de la cual el tubo 11 de mayor diámetro está dotado de una o varias salidas laterales o simplemente emboca por encima de dicha pletina deflectora 12a.
En el ejemplo representado en la Fig.1 el tubo 11 de mayor diámetro termina por encima de la citada pletina defiectora 12a. Los medios de alimentación 9 también comprenden unos medios 14 para remover los sólidos introducidos como material combustible 2 en el hogar 6. En concreto, dichos medios 14 están configurados en forma de horquilla invertida 14a, montada giratoria en torno al eje de los tubos 10, 11 concéntricos. Los citados medios 14 están accionados por un eje central 14b que atraviesa la tapa superior del recinto 3 y que se extiende por dentro del tubo 10 de menor diámetro.
El hogar 6 presenta una zona inferior, cilíndrica, que conecta mediante una porción en forma de tronco de cono con la chimenea 7, de sección reducida respecto al hogar 6. El hogar 6 está provisto de un falso fondo con una porción central cóncava, de paredes tronco-cónicas perforadas que ejercen la función de parrilla y ayudan a la correcta combustión de la mezcla de aire 13 con el material combustible 2.
Entre el falso fondo y el fondo del hogar 6 se forma una cámara de aire C que puede conectarse al exterior a través de uno O varios conductos 15 de suministro de aire auxiliar.
Para el calentador 1 de la realización descrita en el presente ejemplo se utiliza un material combustible 2 solido tal como biomasa. Dicho material combustible es más económico que el gas habitualmente utilizado en la combustión de este tipo de calderas, además de que es un material que no escasea tanto como el gas convencional. Además, gracias a la configuración del calentador 1 de la presente invención, se pueden conseguir las mismas tonalidades de llama azules y naranjas similares a las que se pOdrían producir por una caldera de gas convencional.
Como se ha mencionado con anterioridad, el calentador 1 está provisto de al menos una entrada o conducto auxiliar de aire 15 para facilitar la combustión dentro de la cámara de aire.
Para el control del nivel de material combustible 2 en el hogar 6, se prevé unos medios de detección de nivel 65, tal como un haz láser, mediante los cuales se puede detectar en tiempo real cuando se ha consumido un umbral de combustible y si es necesario aportar más cantidad de material para que no se apague la combustión.
Por último, para evitar que ¡nquemados u otros restos provenientes del fluido 5 a calentar o calentado salgan por la salida del fluido 8 se prevén unos medios filtradores dispuesto en dicha salida. El fluido 5 calentado que se obtiene mediante el presente calentador 1, puede ser utilizado para diferentes usos a nivel industrial, doméstico o agrícola.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Un calentador (1) de fluido, tal como agua, mediante la combustión de un material combustible (2) sólido, que comprende un recinto (3) principal esencialmente cilíndrico en el que se distinguen tres zonas, -una zona superior en la que está colocado suspendido un cuerpo cilíndrico (4), concéntrico al recinto principal, cerrado superiormente y abierto interiormente, que determina con las paredes del recinto principal una primer pasaje anular por donde puede circular, hacia el fondo del recinto, un fluido (5) introducido por la parte superior del recinto principal; -una zona central, que alberga un hogar o quemador (6) con una chimenea (7) que se proyecta hacia el interior del cuerpo cilíndrico y que determina junto a éste un segundo pasaje anular adecuado para que los humos de la combustión que salen de la chimenea puedan ser conducidos por este segundo pasaje anular hacia el extremo abierto (4a) del cuerpo cilíndrico desde donde podrán ascender por el primer pasaje, a contracorriente del fluido que se dirige hacia el fondo del recinto, en dirección a una salida de humos (34) dispuesta en la parte superior del recipiente; y -una zona inferior, de contención del fluido calentado que conecta con una salida (8) de fluido, estando caracterizado el calentador porque comprende -unos medios de alimentación (9) del hogar (6) para el suministro de una mezcla de material combustible (2) y aire (13), que comprenden dos tubos concéntricos (10, 11) de diámetros diferentes, que se extienden desde la tapa superior del recinto a través del cuerpo cilíndrico
    (4) y de la chimenea (7) hasta el citado hogar, de forma que el material combustible (2) será conducido por el interior del tubo (10) de menor diámetro y el aire fluirá por el espacio anular entre los dos tubos, comprendido los medios de alimentación unos medios deflectores (12) adecuados para proyectar el aire introducido en el hogar hacia los laterales.
  2. 2.-Un calentador (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios deflectores
    (12) comprenden una pletina deflectora (12a) adosada a la pared del tubo (10) de menor diámetro de los medios de alimentación (9), por encima de la cual el tubo (11) de mayor diámetro está dotado de una o varias salidas laterales.
  3. 3.-Un calentador (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque el tubo (11) de mayor diámetro termina por encima de la pletina deflectora (12a).
  4. 4.-Un calentador (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de alimentación (9) comprenden unos medios (14) para remover los sólidos introducidos como material combustible (2) en el hogar (6).
  5. 5.· Un calentador (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios para 5 remover (14) los sólidos están configurados en forma de horquilla invertida (14a), montada giratoria en torno al eje de los tubos (10, 11) concéntricos.
  6. 6.-Un calentador (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios para remover (14) los sólidos están accionados por un eje central (14b) que atraviesa la tapa
    10 superior del recinto (3) y que se extiende por dentro del tubo (10) de menor diámetro.
  7. 7.-Un calentador (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hogar (6) presenta una zona inferior, esencialmente cilíndrica, que conecta mediante una porción en forma de tronco de cono con la chimenea (7), se sección reducida respecto
    15 del hogar.
  8. 8.· Un calentador (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hogar (6) comprende un falso fondo con una porción central cóncava, de paredes tronco·cónicas perforadas que ejercen la función de una parrilla.
    20 9.· Un calentador (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque entre el falso fondo y el fondo del hogar (6) está formada una cámara de aire, conectada al exterior a través de uno o varios conductos (15) de suministro de aire auxiliar.
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