ES2927129T3 - Procedimiento para generar vapor y generador de vapor - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para generar vapor a partir de un líquido utilizando un generador de vapor (2) que tiene al menos un elemento de calentamiento (4) y al menos un recipiente a presión (6) con una abertura de salida (8) y un exterior (12), el líquido (a) se calienta en el recipiente a presión (6) por medio del elemento calefactor (4) y (b) sale por la abertura de salida (8) del recipiente a presión (6), con una primera parte de evaporandose el liquido y quedandose liquida una segunda parte del liquido, donde el generador de vapor (2) dispone de una campana deflectora (10) sobre la que se junta la segunda parte del liquido y es conducida desde alli hacia el exterior (12). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para generar vapor y generador de vapor

La invención se refiere a un procedimiento para generar vapor a partir de un líquido por medio de un generador de vapor que presenta al menos un elemento calefactor y al menos un recipiente a presión con una abertura de salida y un exterior, en donde el líquido se calienta en el recipiente a presión por medio del elemento calefactor y sale del recipiente a presión a través de la abertura de salida, en donde una primera parte del líquido se vaporiza y líquida una segunda porción del líquido permanece líquida. La invención también se refiere a un generador de vapor para llevar a cabo un procedimiento de este tipo.

Por ejemplo, de la patente estadounidense US 2.458.103 A se desprende un dispositivo para generar vapor.

El vapor es necesario y se utiliza en una pluralidad de aplicaciones técnicas. Generalmente se utiliza vapor de agua, que se produce cuando se evapora agua. Sin embargo, también son posibles vapores de otros líquidos, por ejemplo, líquidos orgánicos o mezclas de líquidos, y útiles para aplicaciones técnicas.

Se utiliza vapor de agua, por ejemplo, en autoclaves para la esterilización. Se utiliza vapor de agua también como intercambiador de calor en equipos técnicos o como medio de producción de una turbina, por ejemplo, para generar electricidad. Además, es posible utilizar vapor de agua en la producción de agua ultrapura, en particular agua destilada, que se utiliza para una pluralidad de requisitos diferentes, por ejemplo, para fines de inyección. A este respecto primero se genera vapor de agua, que a continuación se vuelve a condensar en agua líquida.

Se conocen varios procedimientos y dispositivos por el estado de la técnica, con los que puede generarse vapor, en particular vapor de agua. Por ejemplo, en una destilación al vacío, se aprovecha la reducción del punto de ebullición a presión reducida. El punto de ebullición de un líquido depende de la presión que lo rodea. Cuanto mayor sea la presión, más alto será el punto de ebullición. El efecto contrario se utiliza en la llamada evaporación instantánea o evaporación rápida. A este respecto el líquido se somete a alta presión y se calienta a una temperatura superior al punto de ebullición a presión normal. A continuación, el líquido sobrecalentado de esta manera sale del recipiente a presión, por ejemplo a través de una boquilla o una abertura de salida, y se evapora a este respecto repentinamente debido al cambio repentino de la presión que lo rodea y a la relajación resultante.

Ambos procedimientos conducen a una evaporación rápida que, sin embargo, por regla general no suele ser completa. En particular, en una instalación de evaporación rápida, no sale solo vapor ya que solo una primera parte del líquido se evapora y una segunda parte del líquido permanece sin evaporar, es decir, permanece líquida.

En una tecnología de evaporación alternativa, se calienta un volumen de agua que está bajo presión normal. El vapor resultante se recoge y se utiliza. Debido a la gran cantidad de agua que debe calentarse al mismo tiempo, este procedimiento consume mucho tiempo y energía. Un método similar se conoce por el documento US 6,427,637 B1. Por lo tanto, la presente invención se basa en el objetivo de proponer un procedimiento para generar vapor, con el que se pueda producir vapor de forma rápida, económica y energéticamente eficiente, que no contenga o que contenga muy poco líquido no evaporado.

La invención resuelve el objetivo planteado mediante un procedimiento de generación de vapor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, que se caracteriza porque el generador de vapor presenta una caperuza deflectora contra la que choca la segunda parte del líquido y desde allí se conduce al exterior, que presenta una temperatura superior a la temperatura de evaporación o a la temperatura de ebullición del líquido que se conduce al exterior. Por consiguiente, el líquido, en particular el agua, se calienta primero en el recipiente a presión por medio del elemento calefactor. El elemento calefactor puede ser a este respecto por ejemplo, un elemento calefactor eléctrico en el que se genera energía térmica a partir de energía eléctrica. Por supuesto, también son posibles otros elementos calefactores. El propio elemento calefactor puede estar configurado, por ejemplo, como tubo o disposición tubular, en donde un portador de calor, por ejemplo, un líquido calentado, un gas calentado u otro portador de energía lo atraviesa. Por ejemplo, pueden utilizarse aceites térmicos o un gas caliente que se haya generado por un proceso de combustión, por ejemplo. A través de estos medios pueden transmitirse altas temperaturas.

Debido a que el líquido en el recipiente a presión está bajo una presión mayor que la presión ambiente fuera del generador de vapor, el líquido dentro del recipiente a presión puede calentarse a una temperatura más alta sin que ocurra la evaporación. Este líquido sobrecalentado sale luego del recipiente a presión a través de la abertura de salida, evaporándose la primera parte del líquido y permaneciendo líquida la segunda parte. En particular, a este respecto la segunda parte del líquido choca con la caperuza deflectora y es conducida hacia el exterior del recipiente a presión.

El recipiente a presión está diseñado a este respecto preferentemente de manera que el líquido caldeado y calentado en su interior cede parte del calor al recipiente a presión, de manera que también se calienta el exterior del recipiente a presión. De acuerdo con la invención, el exterior del recipiente a presión presenta una temperatura superior a la temperatura de evaporación o temperatura de ebullición del líquido que se conduce al exterior.

En una configuración preferida del procedimiento, el líquido se conduce continuamente a través del recipiente a presión. En consecuencia, el líquido se introduce continuamente en el recipiente a presión, que se calienta en el procedimiento de flujo a través del al menos un elemento calefactor hasta tal punto que, al alcanzar la abertura de salida del recipiente a presión, presenta una temperatura que al salir conduce a la evaporación más completa posible debido a la expansión que se produce. La segunda parte del líquido que pasa por la abertura de salida sin evaporación debe ser lo más pequeña posible.

Preferiblemente, el exterior se calienta exclusivamente por medio del elemento calefactor, en particular a través del líquido dentro del recipiente a presión. En esta configuración, no es necesario calentar adicionalmente el exterior además de la energía térmica transferida desde el interior del recipiente a presión. Esto simplifica la construcción del generador de vapor y lo hace estructuralmente pequeño. Además, no es necesario prever una fuente adicional de energía y calor, para que el procedimiento pueda llevarse a cabo de manera eficiente.

El líquido sale preferiblemente a través de la al menos una abertura de salida a un espacio de vapor que está delimitado por una carcasa de espacio de vapor del generador de vapor. A este respecto, la presión dentro del espacio de vapor es preferiblemente menor que la presión dentro del recipiente a presión y mayor que la presión ambiente fuera del generador de vapor. La presión dentro del espacio de vapor debería ser menor que la presión dentro del recipiente a presión. Esta es la única manera de que el líquido calentado se expanda y se evapore parcialmente cuando sale por la abertura de salida. Además, seleccionando hábilmente las diferentes presiones, se puede conseguir que la temperatura en el exterior del recipiente a presión sea suficiente para evaporar el líquido que se conduce a este exterior. Sin embargo, la presión dentro del espacio de vapor debería ser mayor que su presión ambiente, de modo que el vapor resultante fluya a través de una abertura de salida del generador de vapor sin necesidad de bombas o dispositivos adicionales.

Ventajosamente, el al menos un elemento calefactor alcanza temperaturas superiores a 200 °C, preferentemente superiores a 300 °C. Ventajosamente, el líquido en el recipiente a presión también puede elevarse a temperaturas por encima de 100 °C, preferiblemente por encima de 150 °C. La temperatura del líquido, que aumenta en la dirección de la abertura de salida en el procedimiento de flujo continuo, está ventajosamente por debajo del punto de ebullición dependiente de la presión. Ventajosamente, la temperatura de ebullición del líquido dentro del recipiente a presión se reduce en más de 1 °C a la presión reinante. Sin embargo, para una generación eficiente de vapor, es ventajoso calentar el líquido dentro del recipiente a presión a una temperatura tan alta como sea posible, situada lo más cerca posible, pero por debajo de la temperatura de ebullición. Un margen máximo de 1 °C es suficiente pero también ventajoso para garantizar que no se produzca evaporación dentro del recipiente a presión.

Ventajosamente, la temperatura a la que se calienta el líquido dentro del recipiente a presión es por tanto inferior a 10°C, ventajosamente inferior a 5°C, menor que la temperatura de ebullición del líquido a la presión reinante en el recipiente a presión.

Sin embargo, como alternativa a esta forma de realización, la temperatura también puede ajustarse de tal manera que se produzca una evaporación parcial dentro del recipiente a presión. Esto se consigue, por ejemplo, porque la cantidad de calor aportado es tan grande que el líquido que va a evaporarse alcanza una temperatura que está por encima de la temperatura de evaporación reinante a la presión reinante en el recipiente a presión. Para ello, es ventajoso que el al menos un elemento calefactor esté configurado de manera que pueda resistir las cargas mecánicas y, en particular, térmicas resultantes a este respecto. Si la temperatura se ajusta de manera que se produzca una evaporación parcial, se forman pequeñas burbujas de gas dentro del líquido en el recipiente a presión. Dado que la pared del recipiente a presión, que delimita el volumen de flujo, presenta una temperatura significativamente más baja que el elemento calefactor, el volumen de gas que se acaba de formar se vuelve a condensar preferiblemente tan pronto como la burbuja de gas entra en contacto con la pared del recipiente a presión. De esta manera, se logra un contacto térmico especialmente bueno entre el elemento calefactor y la pared del recipiente a presión, de modo que la temperatura en el exterior del recipiente a presión se puede aumentar de esta manera de manera particularmente eficiente y rápida. De este modo, puede aumentarse una parte del líquido que va a evaporarse, que desciende en forma líquida en el exterior del recipiente a presión como película descendente, con lo que se puede aumentar el rendimiento total de la evaporación.

La invención también logra el objetivo planteado con un generador de vapor para llevar a cabo tal procedimiento, que presenta al menos un elemento calefactor, al menos un recipiente a presión con una abertura de salida y un exterior y al menos una caperuza deflectora, que está dispuesta y configurada de tal manera que se conduce líquido que sale por la abertura de salida hacia el exterior. Este generador de vapor se define en la reivindicación 5.

El al menos un elemento calefactor se encuentra preferentemente en el recipiente a presión, que ventajosamente está configurado como intersticio anular, en particular con una sección transversal anular a través de la cual puede circular el flujo. Cuanto menor sea el grosor del intersticio anular, mejor será el contacto térmico entre el elemento calefactor dentro del recipiente a presión y la pared del recipiente a presión. Al mismo tiempo, de esta manera se logra una distribución de temperatura lo más homogénea posible del líquido dentro del recipiente a presión.

Preferiblemente, el generador de vapor dispone de un volumen de vapor que está delimitado por el exterior del recipiente a presión y por una carcasa de espacio de vapor. El líquido sobrecalentado entra en este espacio de vapor desde la abertura de salida del recipiente a presión, estando dispuesta la caperuza deflectora de tal manera que se encuentra ventajosamente en el espacio de vapor. Preferiblemente, está dispuesta de tal manera que el líquido que sale por la abertura de salida en estado líquido choca con la caperuza deflectora y es conducido por ella hacia el exterior del recipiente a presión. A este respecto es ventajoso que una fracción lo más grande posible, por ejemplo más del 85 %, preferentemente más del 90 %, del líquido que en el estado líquido sale por la abertura de salida del recipiente a presión llegue a la caperuza deflectora. Preferiblemente, todo el líquido saliente se conduce a través de la caperuza deflectora hacia el exterior del recipiente a presión.

El espacio de vapor dispone preferiblemente de al menos una salida a través de la cual puede descargarse líquido del espacio de vapor. El líquido conducido desde la caperuza deflectora hacia el exterior del recipiente a presión discurre preferiblemente a lo largo de este exterior como una película, siguiendo la gravedad. Dado que la pared exterior presenta una temperatura que está ventajosamente por encima de la temperatura de evaporación del líquido, en este caso se produce la evaporación. Sin embargo, no es necesario que el líquido se evapore por completo. El líquido que permanece en estado líquido en el espacio de vapor se puede descargar a través del drenaje.

En una configuración preferida, el generador de vapor dispone de un control eléctrico, en particular un equipo electrónico de procesamiento de datos, que está configurado para controlar y/o regular al menos una variable operativa del generador de vapor, en particular un caudal de líquido que se conduce a través del recipiente a presión, una tubería de calefacción y/o una temperatura de caldeo del al menos un elemento calefactor. El generador de vapor dispone preferentemente de al menos un sensor de caudal, un sensor de temperatura, un voltímetro, un amperímetro y/o un sensor de presión. Con la ayuda de uno o varios de estos sensores, se registran datos que se transmiten al control eléctrico. Sobre la base de estos datos, el control eléctrico controla y/o regula la al menos una variable operativa del generador de vapor.

Al controlar y/o regular, es importante, por ejemplo, asegurarse de que, por un lado, la cantidad de agua que fluye sea tan grande que la energía térmica que se introduce en el líquido por el al menos un elemento calefactor no produzca una evaporación en el interior del recipiente a presión. Por otra parte, el caudal también debería ajustarse de forma que la temperatura del líquido en la abertura de salida sea lo más parecida posible a la temperatura de evaporación aplicable en cada caso, pero sin superarla.

A continuación se explica con más detalle un ejemplo de realización de la invención con ayuda del dibujo adjunto. Muestran:

Figura 1 - la representación esquemática de un generador de vapor de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención.

El generador de vapor 2 mostrado en la figura 1 dispone de un elemento calefactor 4 cilíndrico que está configurado como elemento calefactor 4 eléctrico. Se encuentra en un recipiente a presión 6 que está configurado de tal manera que entre el recipiente a presión 6 y el elemento calefactor 4 existe un espacio anular. En la zona superior hay una abertura de salida 8 alrededor de la cual está dispuesta una caperuza deflectora 10. Éste está configurado a este respecto de manera que una segunda fracción que sale en forma líquida del medio que va a evaporarse, al menos en su mayor parte, choca con la caperuza deflectora 10 y es conducida por ella hacia el exterior 12 del recipiente a presión 6. La caperuza deflectora 10 está configurada y dispuesta a este respecto preferentemente de tal manera que todo el líquido que sale choca con la caperuza deflectora 10 y se conduce hacia el exterior 12 del recipiente a presión 6.

Hay un espacio de vapor 14 entre el exterior 12 del recipiente a presión 6 y una carcasa de espacio a presión 16, que en el ejemplo de realización mostrado es al mismo tiempo la carcasa del generador de vapor. Durante el funcionamiento del dispositivo, la presión en él es mayor que la presión ambiente que rodea al generador de vapor 2 y la presión es menor que la que actúa en el intersticio anular entre el elemento calefactor 4 y el recipiente a presión 6.

Se alimenta líquido a un recipiente de alimentación 20 a través de una línea de admisión 18. A este respecto el flujo de entrada puede controlarse a través de una válvula 22. La cantidad de líquido que entra es detectada por un medidor de nivel 24 y pueden transmitirse señales de control correspondientes a la válvula 22 a través de una línea de control 26. El líquido se alimenta al generador de vapor 2 propiamente dicho a través de una bomba 28. El propio caudal volumétrico puede controlarse a través de una válvula 30 adicional. Un indicador de flujo 32, que también puede estar configurado como sensor de flujo, está integrado en la línea correspondiente.

En el ejemplo de realización mostrado, el líquido se presiona hacia arriba en el generador de vapor en el intersticio anular entre el elemento calefactor 4 y el recipiente a presión 6 y se calienta a este respecto. A este respecto el elemento calefactor 4 se puede abastecer de corriente a través de una línea de suministro eléctrico 34.

A continuación, el líquido sale a través de la abertura de salida 8, en donde la fracción líquida se conduce a través de la caperuza deflectora 10 hacia el exterior 12 del recipiente a presión 6. Dado que este es calentado por el líquido que asciende hacia el interior, al menos una parte de esta segunda parte del líquido se evapora y puede salir del generador de vapor por una tubuladura de salida 36. La parte del líquido que no se ha evaporado incluso después del contacto con el exterior 12 del recipiente a presión 6 se retira del generador de vapor a través de una salida 38 y se devuelve al circuito. La cantidad se puede controlar a través de una válvula 30.

En la tubería correspondiente se encuentra un sensor de medición de presión 40, que mide la presión actual y transmite los valores medidos correspondientes a un sistema de control eléctrico (no mostrado).

Lista de referencias

2 generador de vapor

4 elemento calefactor

6 recipiente a presión

8 abertura de salida

10 caperuza deflectora

12 exterior

14 espacio de vapor

16 carcasa de espacio de vapor

18 línea de admisión

20 depósito de alimentación

22 válvula

24 indicador de nivel de llenado

26 línea de control

28 bomba

30 válvula

32 indicador de caudal

34 línea de suministro eléctrico

36 tubuladura de salida

38 salida

40 sensor de diámetro

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para generar vapor a partir de un líquido por medio de un generador de vapor (2) que presenta al menos un elemento calefactor (4) y al menos un recipiente a presión (6) con una abertura de salida (8) y un exterior (12), en donde el líquido

(a) se calienta en el recipiente a presión (6) por medio del elemento calefactor (4) y

(b) sale del recipiente a presión (6) a través de la abertura de salida (8), en donde una primera parte del líquido se evapora y una segunda parte del líquido permanece líquida,

caracterizado por que

el generador de vapor (2) presenta una caperuza deflectora (10) contra la que choca la segunda parte del líquido y desde allí se dirige al exterior (12) que presenta una temperatura superior a la temperatura de evaporación o temperatura ebullición del líquido que se conduce hacia el exterior (12).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el líquido se conduce continuamente a través del recipiente a presión (6).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el exterior (12) se calienta exclusivamente por medio del elemento calefactor (4), en particular a través del líquido dentro del recipiente a presión (6).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido sale a través de la al menos una abertura de salida (8) a un espacio de vapor (14) que está delimitado por una carcasa de espacio de vapor (16) del generador de vapor (2), en donde una presión dentro del espacio de vapor (14) es menor que una presión dentro del recipiente a presión (6) y es mayor que una presión ambiente fuera del generador de vapor (2).

5. Generador de vapor (2) para llevar a cabo un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, que presenta (a) al menos un elemento calefactor (4),

(b) al menos un recipiente (6) con una abertura de salida (8) y un exterior (12), y

(c) al menos una caperuza deflectora (10), que está dispuesta y configurada de tal manera que se conduce líquido que sale de la abertura de salida (8) hacia el exterior (12),

el generador de vapor está caracterizado por que el recipiente (6) es un recipiente a presión (6).

6. Generador de vapor (2) según una de las reivindicaciones 5, caracterizado por que el al menos un elemento calefactor (4) se encuentra en el recipiente a presión (6), que está configurado preferentemente como intersticio anular, en particular con una sección transversal anular a través de la cual puede circular el flujo.

7. Generador de vapor (2) según una de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado por que el generador de vapor (2) presenta un volumen de vapor (14) que está delimitado por el exterior (12) del recipiente a presión (6) y por una carcasa de espacio de vapor (16).

8. Generador de vapor (2) según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que el espacio de vapor (14) presenta una salida a través de la cual puede descargarse líquido del espacio de vapor (14).

9. Generador de vapor (2) según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que el generador de vapor (2) presenta un control eléctrico, en particular un equipo electrónico de procesamiento de datos, que está configurado para controlar y/o regular al menos una variable operativa del generador de vapor (2), en particular un caudal de líquido que se conduce a través del recipiente a presión, una potencia de caldeo y/o una temperatura de caldeo del al menos un elemento calefactor (4).

10. Generador de vapor (2) según la reivindicación 9, caracterizado por que el generador de vapor (2) presenta al menos un sensor de caudal, un sensor de temperatura, un voltímetro, un amperímetro y/o un sensor de presión.