PT786065E - Esquentador de agua por contacto directo de elevadas temperaturas e de baixa emissao de nox e co - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "ESQUENTADOR DE ÁGUA POR CONTACTO DIRECTO, DE ELEVADAS TEMPERATURAS E DE BAIXA EMISSÃO DE NOX E CO" A presente invenção refere-se a um aquecedor de água a gás com baixos valores de emissão de NOX e CO no qual as gotas de água são aquecidas por contacto directo com um enchimento, a superfície interna do corpo do esquentador, e no espaço interior do corpo do esquentador.

Esquentadores de água por contacto directo são conhecidos, tal como o descrito na patente Americana número 5,293,861 da Sofame Inc., no qual a água é aquecida numa coluna cilíndrica contendo um, ou vários, enchimentos de elementos de permuta de calor que são aquecidos através de ar quente proveniente de um queimador a gás colocado na sua parte inferior. A chama é introduzida através de uma parede lateral de uma coluna cilíndrica contendo o enchimento. Através deste tipo de construção do aquecedor de água torna-se necessário isolar o corpo do queimador que esta colocado adjacente à parede lateral do queimador. É também adequado, em tais corpos de esquentadores, disponibilizar um corpo cilíndrico de paredes duplas com um sistema de arrefecimento a água no meio. Esse tipo de esquentador de água são capazes de aquecer água até aproximadamente 85°F com emissões de NOX inferiores a 40 ppm a 3% 02 e emissões de CO inferiores a 200 ppm.

Na WO-A-8300 210 é revelado um aquecedor de água a gás que compreende um corpo vertical possuindo uma parede lateral 1

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I jr ^ circunferencial, uma extremidade inferior fechada e um escape ligado à extremidade de topo. Na parte superior do interior do corpo encontra-se um enchimento de elementos de permuta térmica. Introduz-se água na parte superior do enchimento. Coloca-se um queimador na parede lateral do corpo, por baixo do enchimento, que direcciona a chama da parede lateral e para baixo do enchimento. Pode-se ainda colocar uma protecção em forma de cone por baixo do enchimento. Uma estrutura de um queimador desse tipo exige o isolamento tanto do queimador como do corpo e não fornece o máximo de eficiência em comparação com a presente invenção, descrita a seguir.

Existe a necessidade de um esquentador a gás do tipo descrito anteriormente no qual as emissões de NOX e CO podem ainda ser reduzidos para os níveis conseguidos com os esquentadores de contacto directo e nos quais o corpo pode ser construído mais economicamente, eliminando a necessidade de isolar a parede lateral do corpo bem como do corpo do queimador. A presente invenção tem como objectivo o de fornecer um èsquentador a gás que satisfaz a necessidade anterior.

De acordo com outra característica da presente invenção disponibiliza-se um esquentador de água aquecido a gás do tipo em coluna no qual o queimador esta montado axialmente no interior de um corpo cilíndrico colocado na vertical e colocado por baixo do enchimento de permuta térmica.

Outra característica da presente invenção é a de disponibilizar um esquentador de água a gás no qual o tubo de alimentação do queimador se prolonga axialmente no interior da 2 Γ

coluna e parcialmente através do enchimento de permuta térmica sendo que a mistura gasosa no interior do tubo de alimentação é arrefecida de modo a prevenir o retorno de chama no interior do tubo de alimentação.

Outra caracteristica da presente invenção é a de disponibilizar um esquentador de água a gás no qual a parede lateral do corpo em coluna é arrefecida a água por contacto com a superfície interior e se propaga da parte superior da coluna para um reservatório de colecta colocado na parte inferior deste.

Outra caracteristica da presente invenção é a de disponibilizar um esquentador de água a gás no qual um queimador montado axialmente é colocado por baixo de um enchimento de permuta térmica existente na parte superior de um corpo cilíndrico orientado na vertical e em que o queimador possui uma cabeça cilíndrica que gera uma chama curta circunferencial próxima da parede lateral existindo um deflector por cima da chama para prevenir que gotas de água entrem em contacto directo com a chama de forma a reduzir a emissão de CO causada pelo contacto da água com a chama.

De acordo com as características anteriores, de um ponta de vista abrangente, a presente invenção fornece um esquentador de água aquecido a gás que possui as características de acordo com a reivindicação 1.

Uma forma de realização preferencial da presente invenção é de seguida descrita referindo-se ás figures em anexo nas quais: 3

t FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 é uma vista em corte simplificada mostrando a construção do esquentador de água de aquecimento a gás de construção cilíndrica da presente invenção; é uma vista em perspectiva mostrando a construção dos elementos de permuta térmica que podem ser utilizados para formar o enchimento; é um diagrama esquemático simplificado mostrando o circuito de alimentação de gás e ar e é um diagrama esquemático simplificado mostrando o circuito de alimentação de água ligado ao esquentador de água a gás e a bomba de descarga e os sensores de nível.

Referindo-nos ás figuras, e mais particularmente à figura 1, é indicado genericamente com 10 o esquentador de água a gás da presente invenção. Como pode ser observado consiste num corpo vertical 11, neste caso formado por um cilindro de secção circular, embora se possam utilizar outras formas para a secção transversal, definindo uma parede 12 circunferencial lateral, um extremidade inferior 13 completamente fechada e um escape 14 ligado à extremidade de topo, mostrando-se um escape cilíndrico colocado concentricamente numa parede de topo 15 e alinhado axialmente com o eixo central longitudinal 16 do corpo do esquentador. Pode-se também utilizar um escape para os gases de exaustão lateral.

No interior do corpo, na parte mais alta 19 deste, encontra-se um enchimento 17 de elementos de permuta térmica 18, dos quais, por motivos de simplicidade, só se mostram alguns elementos. Estes elementos de permuta térmica 18 são 4

Ui t suportados no interior do corpo por um suporte perfurado 20 ou por outros meios de suporte adequados que permitam a passagem da água. Um meio de introdução da água sob a forma de um injector 21 está colocado por cima do enchimento 17 e ligado a um tubo de alimentação de água pressurizado 22 de forma a despejar água 9 sobre o enchimento 17 para aquecer a água no interior do corpo.

Um aspecto importante do desenho deste esquentador de água é a existência de um queimador axial 23 colocado e fixado substancialmente no centro do corpo sob o enchimento 17 e ao longo do eixo longitudinal central 16 do corpo do esquentador. Um tubo de alimentação 24 está ligado ao queimador 23 e passa, pelo menos parcialmente, pelo eixo do corpo e parcialmente através do enchimento 17, como mostrado, actuando o enchimento também como meio de arrefecimento para essa parte do tubo de alimentação 24 de modo a manter fria a mistura de ar e gás que passa pelo tubo para evitar uma ignição ou um retorno de chama no interior do tubo. 0 queimador é alimentado com essa mistura de gás e ar através desse tubo de alimentação que faz parte de um sistema de alimentação 40 de ar e gás e que será descrito posteriormente com referência à figura 3.

Um eléctrodo de ignição 25 está colocado ao lado do queimador 23 sendo suportado por um tubo de suporte 26. Um detector de chama 27 pode também ser colocado adjacente à chama de forma a detectar a presença da chama de forma a garantir um funcionamento mais seguro do queimador. 0 queimador utilizado possui uma cabeça 28 constituída maioritariamente por um núcleo de metal que também está orientado axialmente com o eixo central longitudinal 16 do 5 V Γ u

corpo. Esse tipo de queimador gera um chama circular 29 próxima da superfície da parede lateral não sendo gerado qualquer chama em sentido descendente.

Um escudo deflector 30 está fixado próximo do tubo de alimentação 24, por cima da cabeça do queimador 28 estendendo-se radialmente para fora de forma a envolver em grande medida a chama circular 29 por baixo dele de forma a evitar que gotas de água caiem, sob o efeito da gravidade, do enchimento para cima da chama, diminuindo-se assim a emissão de CO causada pelo contacto da água com a chama. Como se pode observar a parte inferior 11 do corpo constitui um reservatório 31 de água para recolher a água quente. Um tubo de descarga 32 encontra-se próximo da extremidade inferior do corpo para retirar água quente do reservatório 31.

Quando em funcionamento a chama 29 do queimador gera calor no interior do corpo 19 que sobe em direcção ao topo da coluna, saindo através do escape 14. O calor está, naturalmente, muito concentrado em redor do queimador, aquecendo as paredes laterais do corpo e propagando-se em sentido ascendente aquecendo os elementos de permuta térmica 18 do enchimento. Parte da água 9 introduzida através do injector de pulverização 21 está em contacto com a superfície interior 12' da parede lateral 12 do corpo, bem como com os elementos de permuta térmica 18, propagando-se em sentido descendente sob o efeito da gravidade. Durante o percurso das gotas de água através do enchimento estas retiram calor dos elementos 18 bem como das paredes laterais do corpo e directamente dos gases quentes. Esta agua que se desloca pela superfície interior da parede lateral também arrefece a parede lateral enquanto retira calor, eliminando a necessidade da existência de uma parede dupla do 6 corpo com água de arrefecimento colocada no meio. 0 esquentador é portanto mais pequeno e mais leve. Durante o percurso da água no espaço por baixo do enchimento esta também é aquecida em redor da chama nesta parte do corpo que se encontra a uma temperatura substancialmente mais elevada devido à sua grande proximidade com a chama. A água quente é colectada no reservatório 31 situado na parte inferior do corpo do esquentador.

Uma vantagem de colocar o queimador axialmente consiste em eliminar a necessidade de colocar o queimador num corpo especialmente isolado disposto contra a parede lateral do corpo vertical 11, como no caso dos esquentadores de coluna vertical. Este desenho particular possui ainda caracteristicas antes pretendidas mas que previamente eram inatingíveis com os esquentadores da técnica anterior desta classe e permitem a reduzir a emissão de CO e NOX. Com o esquentador da presente invenção conseguem-se atingir temperaturas de água de aproximadamente 93 °F com emissões baixas de NOX, inferiores a 15 ppm a 3% de O2. A figura 2 ilustra a construção dos elementos de permuta térmica 18, como os aqui utilizados, mas faz-se notar que se podem utilizar outros tipos de elementos de permuta térmica para o enchimento 17. Como aqui mostrado estes elementos são constituídos por secções 35 de tubos metálicos cilíndricos curtos e ocos que possuem uma pluralidade de escoadoiros de calor 36 gerados por puncionamento das paredes laterais dos tubos de forma a produzir abas 37 dobradas para o interior de forma a obter-se uma melhor permuta térmica com a água que passa pelo enchimento em sentido descendente por acção da gravidade. 7 A figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra um circuito 40 tipico de alimentação de ar e gás. Como indicado uma conduta de alimentação de gás natural 41 está ligada a um regulador de pressão 42 e alimenta um controlador modulante 43 ligado a uma válvula controlável 44. O controlador 43 está também ligado através do orifício 45 a uma linha pressurizada 4 6 de ar alimentada por um ventilador 47. A linha 46 está ligada a uma válvula 48 e também directamente ao orifício 45. A montante da válvula 44 está colocada uma electroválvula 49 que é controlada pelo controlador 43. O controlador 43 mede, através do orifício 45, a quantidade de ar fornecida através da linha de alimentação 51 e a quantidade de gás fornecida através do orifício ajustável 50 na linha de alimentação de gás natural 41 de forma a permitir que se forneça uma mistura de ar-gás constante à saída 52 que está ligada ao tubo de alimentação 24 do queimador 23. Esse circuito de alimentação é do tipo padrão. A figura 4 representa um diagrama simplificado do sistema de alimentação de água indicando-se uma bomba 53 ligada à linha de alimentação pressurizada para a água 22 que alimenta o injector 21 localizado na parte superior do corpo vertical 11. Como indicado existem indicadores de nível 54 e 55 na parede lateral do corpo vertical 11, na secção do reservatório de água 31, para medir o nível de água presente no interior do reservatório. Uma bomba 56 retira água quente do reservatório através da conduta de saída 32. Esse sistema também é do tipo padrão.

Lisboa, 23 de Março de 2000

AGENTE OEICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims (10)

1. Γ

   REIVINDICAÇÕES 1. Esquentador de água aquecido a gás compreendendo um corpo vertical (11) possuindo uma parede lateral' (12), uma extremidade inferior fechada (13) e um escape (14) ligado à extremidade de topo do corpo, um enchimento (17) de elementos de permuta térmica (18) mantidos no interior do referido corpo vertical (11) na região mais elevada (19) deste, meios de introdução de água (21), ligados a um sistema de alimentação de água (22), colocados por cima do referido enchimento (17) para libertar água (9) sobre o referido enchimento, sendo a referida água (9) aquecida por contacto com o referido enchimento (17) e com a superfície interior (12') da referida parede lateral (12) do referido corpo (11), uma conduta de alimentação (24), ligada a um queimador (23), para alimentar o referido queimador (23) com uma mistura de ar e gás e meios de ignição (25) para acender o referido queimador (23), caracterizado por o referido queimador (23) ser um queimador axial (23) colocado essencialmente centralmente no corpo do esquentador (11) num espaço por baixo do referido enchimento (17) e por cima de meios de colecta (31), extendendo-se a referida conduta de alimentação (24) pelo menos parcialmente no eixo do corpo do esquentador (11) possuindo uma secção que passa pelo referido enchimento (17), sendo a mistura gasosa contida na referida conduta de aliemntação (24) arrefecida através do referido enchimento (17) de forma a prevenir o retorno de chama na referida conduta de alimentação (24). 1 V
2. 2. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual o referido queimador (23) possui essencialmente uma cabeça cilíndrica de fibra metalica (28) com o seu eixo longitudinal orientado axialmente com um eixo longitudinal central (16) do corpo do esquentador (11), gerando o referido queimador (23) uma chama circunferencial radial (29) em redor da referida cabeça do queimador.
3. 3. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 2 no qual ainda se providencia um elemento deflector (30) fixado por cima do referido queimador (23) para desviar gotículas de água provenientes do enchimento (17) para uma periferia exterior á referida chama circunferencial (29).
4. 4. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual o referido corpo do esquentador (11) é um corpo cilíndrico de secção transversal circular, possuindo o referido corpo uma estrutura de parede lateral única (12) .
5. 5. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 4 no qual a referida estrutura de parede lateral única (12) é arrefecida pela referida água (9) que se desloca pela acção da gravidade adjacente à superfície interior (12'), da referida parede lateral (12).
6. 6. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual o referido meio de ignição é um eléctrodo de ignição (25) colocado adjacente ao referido queimador (23) e se coloca um detector de chama (27) adjacente ao referido queimador (23) para detectar o seu funcionamento. 2
7. 7. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual o referido meio de colecta (31) é constituído por uma secção inferior do referido corpo (11) e uma conduta de descarga (32) ligada á referida secção inferior e a uma bomba (56) para retirar a água quente da referida secção inferior.
8. 8. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual o referido esquentador de água (10) produz temperaturas de água de aproximadamente 93 °C com emissões baixas de NOX, menores a 15 ppm a 3% de 02.
9. 9. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual o referido meio de introdução de água (21) é um injector de pulverização.
10. 10. Esquentador de água a gás de acordo com a reivindicação 1 no qual os referidos elementos de permuta térmica (18) são secções de tubos cilíndricos, ocos de metal (35) possuindo uma pluralidade de escoadoiros de calor (36) formados integralmente nas paredes laterais dos tubos. Lisboa, 23 de Março de 2000 agente oficial da propriedade industrial

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