WO2015052364A1 - Generador de aire caliente por combustión de biomasa - Google Patents

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Domingo Aquilino VILLORIA OTERO
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Villoria Otero Domingo Aquilino
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    • F28F2280/02—Removable elements

Definitions

  • the present invention refers to a biomass combustion hot air generator, which contributes, to the function to which it is intended, several advantages and novelty characteristics that are they will describe in detail below and that they represent an alternative improvement to the systems currently known for the same purpose.
  • the essential problem of these devices is usually the difficulty of disassembling the set of tubes that make up the heat exchanger, since it is usually configured as an integrated part on the combustion chamber, which involves transport and assembly difficulties.
  • this arrangement is usually with the exchanger tubes arranged in a horizontal position, which causes the accumulation of solids and ashes inside them, constituting a factor that prevents optimum performance of the apparatus so it must proceed to a periodic cleaning of them which, in addition, is not easy.
  • the utility models with publication number ES 1053357 and ES 1070424 consist of a hot air heating powered by organic and industrial waste destined to heat industrial and livestock buildings, where the combustion gases heat an air fluid by means of a heat exchanger block. hot; then introducing that hot air into those ships to heat them.
  • Patent US Publication No. 2013133560 describes a biomass combustion hot gas generator comprising a combustion chamber with burner and a heat exchanger based on vertical tubes behind the combustion chamber.
  • Patent with publication No. US 4232732 describes a heat extraction system of combustion gases based on vertical tube exchangers.
  • the object of the present invention is to structurally configure said heat exchanger so that it can be easily removable and to improve said cleaning and efficiency aspects of the apparatus by its arrangement as an independent element behind the combustion chamber and with the tubes in vertical position.
  • placing the air discharge fan at the end closest to the combustion gas outlet to the outside also favors a greater performance of the apparatus.
  • a reception hopper with agitator and burner feed A reception hopper with agitator and burner feed.
  • the heat exchanger block integrates groups of second vertical tubes.
  • Hot air supply fan arranged in the part of the heat exchanger block, close to a first outlet of combustion gases materialized by a chimney.
  • the fuel that fills the burner partially overflows on a grill with perforations, which increase the combustion surface.
  • the combustion is completed through tubes that provide air over the top of the flame (secondary air) with a variable flow fan.
  • the high temperature gas passes through the first solid particle decanter, entering through a first first step of fumes composed of the first vertical tubes that are removable and sliding, which slide over some bushings, so that In this first smoke passage where temperatures are very high, it is avoided that these first vertical tubes are subject to stresses that could destabilize the structure of the generator.
  • These first vertical tubes are designed as a spare part, greatly reducing future repair work. To change these first vertical tubes it is not necessary to disassemble the heat exchanger block, you just have to open some side doors arranged for this purpose, and other upper doors through which the first ones are removed vertical tubes to exchange them for others.
  • the multitubular heat exchanger block which integrates the set of second vertical tubes, which are smaller in diameter than the vertical tubes of the first previous step, to facilitate the flue gas cooling.
  • the gases are forced to pass through several groups of second vertical tubes to make the air of the air supply fan effectively cool the gases, thus achieving high performance by temperature exchange between the combustion gases and the fan air of air supply.
  • combustion gases pass through these groups of second vertical tubes, they have to change the direction of travel from the bottom up and vice versa. It is at this point where its speed drops, thus getting to decant most of the solid particles incorporated in the flue gases.
  • This form of combustion gas passage manages to filter said solid particles of these same combustion gases efficiently.
  • the cleaning of these steps of decanter combustion gases is very simple, since there are lateral doors that are easy to open for this purpose.
  • the groups of second vertical tubes end at their upper and lower drawers, while the combustion chamber communicates with one of the upper drawers through the first vertical tubes.
  • the heat exchanger block is detachably coupled next to the chamber of combustion, so that this provision facilitates the coupling of the heat exchanger block as an independent element of the combustion chamber and, therefore, removable.
  • the equipment of the invention in this arrangement can be transported in a conventional truck and the operation of coupling the components is simple, thus reducing transport and assembly.
  • the fact of this possibility also allows the first first step of the combustion gases to occur through the first vertical tubes that are also replaceable, for which they are coupled on the metal bushings, thereby avoiding structural stresses that would damage the longevity of the machine.
  • This disposition of the removable heat exchanger block makes it possible to classify it as a spare part and very easy to repair, collaborating this fact to facilitate the amortization and durability of the generator of the invention.
  • the second essential and differentiating feature is the arrangement of the heat exchanger block vertically, that is, with its tubes installed vertically, which also provides great advantages.
  • the vertical arrangement of the heat exchanger block also provides another great advantage, which is to facilitate the decantation of the ashes that are generated in the combustion chamber and easily settle in the lower part of the heat exchanger block.
  • the large volume and surface area of this decanter allows the combustion gas velocity to decrease significantly thanks to this decrease in speed, sedimenting in its soil, thus achieving an outlet of ash flue gases.
  • For the cleaning of this decanter there are easy opening doors that facilitate the periodic cleaning operation.
  • heat exchangers similar to those of vehicles, are also known in the market, where a thermal oil driven by a tubular coil is used to heat air.
  • Figure 1 Shows a schematic view in side elevation of an example of embodiment of the biomass combustion hot air generator, object of the invention. It shows the set of elements and parts that it includes, as well as the configuration and arrangement of each one of them. In addition, this figure shows, by dashed arrows, the path of combustion gases from the combustion chamber to the exchanger block through vertical tubes to the extractor.
  • Figure 2. It shows a side elevation view, also very schematic, of the combustion chamber and the vertical exchanger block available to the generator of the invention, its configuration and arrangement being more clearly appreciated as well as the main elements that you understand.
  • Figure 3. Shows a plan view of the generator of the invention.
  • Figure 4.- It shows a front view of the combustion chamber in combination with an envelope chamber.
  • Figure 5. Shows a sectional view of a part of the generator of the invention.
  • Figure 6. It shows a perspective view of a lower part of the combustion chamber, where a set of welded bushes is highlighted, in which the first vertical pipes of the combustion gases pass through.
  • the generator in question comprises a feeder with an external auger screw (2) that supplies the biomass to a receiving hopper (3) that is provided with a safety closing system (4 ) between said feeder with external auger screw (2) and said hopper, to prevent the return of the flame.
  • the aforementioned receiving hopper (3) in which a central remover (5) is provided, feeds a horizontal pipe (6) with another internal screw feeder (2 ') that is driven by an electric motor (7) ), conducts the biomass to a burner (8) located at the other end of said horizontal tube (6), within a combustion chamber (9).
  • a first decanter (1 1) of solid particles is contemplated in a rear part of the combustion chamber (9) as a drawer, which is placed before an outlet (12) of combustion gases (first gaseous fluid) towards a heat exchanger block (13) which is an independent element, existing between this and said outlet (12) a first first step ( I) flue gas formed by a set of several first vertical tubes (14) that are removable and sliding, whose diameter is greater than the diameter of other second vertical tubes (16) of the heat exchanger block (13), with the particular feature that said first vertical tubes (14) are assembled between the combustion chamber (9) and the heat exchanger block (13) located next to the combustion chamber (9), on bushings (15).
  • the first vertical tubes (14) have upper and lower end sections, which are fitted and assembled within the holes of the bushings (15).
  • the upper and lower end sections of the first vertical tubes (14) fit directly into holes made in the structure of the upper drawer (17) and combustion chamber (9).
  • the heat exchanger block (13) which is characteristically arranged as already indicated, after the combustion chamber (9) constituting an independent element thereof that can be disassembled and integrates a second step ( II) determined by the second vertical tubes (16); in this case of smaller diameter than the first vertical tubes (14) of the previous step (I) of combustion gases, and where said combustion gases are also forced to pass along a sinusoidal path ascending and descending through these second vertical tubes ( 16) which are already connected, in groups, by means of the upper drawers (17) and other lower drawers (18), transmitting their heat to the air that passes through the outside of some vertical tubes (14, 16) that are part of the heat exchanger block (13) that is closed laterally by the enclosure (19).
  • the generator of the invention incorporates a discharge fan (20) which is coupled to the heat exchanger block (13) in correspondence with the opposite end and further away from the combustion chamber (9), thus achieving a high performance through temperature exchange with combustion gases; so that the discharge fan (20) that drives the hot air into a second hot air outlet (21) located on the combustion chamber (9).
  • side cleaning doors (22) are provided in the enclosure (19) for this purpose, having also provided another cleaning door (22 ').
  • a last decanter drawer (23) is installed, which is connected to the vacuum tube (24) of a variable flow extractor (25) to regulate depression and flow rate of the flue gas outlet, and to which, in turn, a chimney pipe (26) will be coupled to output said gases to the outside.
  • the first and second vertical tubes (14), (16) are housed within a main chamber (1) of the heat exchanger block (13) that communicates with an enclosure chamber (27) located around the structure of the combustion chamber (9); where the current of the second gaseous air fluid first travels through the main chamber (1) receiving heat from the first and second vertical tubes (14), (16) reaching a temperature of 300/400 ° C and then runs through the surrounding chamber (27 ) where the second gaseous air fluid increases its temperature (up to 30 ° C and more) by the heat transmission of the combustion chamber 9; opening the enclosure chamber (27) in the second outlet (21) of hot air leaving at a temperature of up to 130/150 ° C.
  • the first vertical tubes (14) settle on their lower edges on stops (28) integral with the structure of the combustion chamber (9).
  • the upper drawers (17) of the heat exchanger block (13) integrate the upper doors (29) facing the upper ends of the first and second vertical tubes (14), (16). Said upper doors (29) allow cleaning and maintenance of the upper drawers (17), first and second vertical tubes (14), (16); and also allow the extraction of the first tubes (14) to change them when necessary, since they are subjected to high temperatures (up to 600 ° C) due to their proximity to the combustion chamber.
  • the enclosure chamber (27) defines an annular space delimited by an internal wall (27a) and an external wall (27b); where both walls are joined by ribs (31) that are complemented by fins 32 that start from the inner wall (27a).
  • the structure of the combustion chamber (9) integrates a front wall (30) against which the current of the second gaseous fluid hits its path towards the enclosure chamber (27) surrounding the structure of the combustion chamber (9) ; where that front wall (30) has a conical structure with divergent surface from its center towards its perimeter edge where it flows into the enclosure chamber (27). In this situation, the speed of the hot air stream inside the enclosure chamber (27) can reach up to 12 m / s.
  • the combustion gases that circulate through the group of second tubes (16) that is closest to the discharge fan (20) can reach a temperature less than 100 ° C even lower temperature than the air that circulates through that area of that particular group of second tubes (16); all of this fundamentally depending on the air flow supplied by the discharge fan (20). In this way a maximum exchange of heat emitted by the second tubes (16) to the second air fluid is achieved. This entails that a significant condensation is sometimes generated inside that particular group of second tubes, condensation that will be drained through a drain conduit installed at the bottom of the second decanter (23).
  • the hot air current pressure is always higher inside the generator is always higher than the pressure of the flue gases, so that even if the vertical pipes (14) are broken, (16) or other internal parts of the generator, the pressure generated by the discharge fan (20) in combination with the depression generated by the smoke extractor (25), prevents combustion gases from passing into the hot air stream used for example to Dry grain inside an industrial building, thus preventing a spark from passing into the air stream and thus avoiding a possible fire.
  • the upper and lower end sections of the first vertical tubes (14) are loosely coupled within the gaps of the upper upper drawer (17) and the combustion chamber (9); where the heating of the first vertical tubes (14) increases its dimensions by adjusting tightly to the holes in the upper upper drawer (17) and chamber of combustion (9), emphasizing that said tightening allows the sliding of the first vertical tubes (14) during their expansion when such first vertical tubes (14) are heated, which in one embodiment are made of stainless steel.
  • the upper part of the heat exchanger block integrates a baluster to be able to do cleaning tasks safely.

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Abstract

Comprende un alimentador con sinfín (2), tolva de recepción (3), cámara de combustión (9), quemador (8), ventilador de impulsión (20) y segunda boca de salida (21) de aire caliente; que incorpora un bloque intercambiador de calor (13) independiente de la cámara de combustión (9) desmontable; conformado por unos segundos tubos verticales (16) con el ventilador de impulsión (20) acoplado en el bloque intercambiador de calor (13) en el extremo opuesto y más alejado a la cámara de combustión (9). Entre el bloque intercambiador de calor (13) y una salida (12) de gases de combustión 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 de calor (13).

Description

GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA
DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCION
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un generador de aire caliente por combustión de biomasa, el cual aporta, a la función a que se destina, varias ventajas y características de novedad que se describirán en detalle más adelante y que suponen una mejora alternativa a los sistemas actualmente conocidos para el mismo fin.
Más en particular, el objeto de la invención se centra en un aparato generador de aire caliente que, siendo 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 cámara de combustión, un bloque intercambiador de calor tubular donde se transfiere el calor de los gases de combustión al aire impulsado mediante un ventilador dispuesto para tal fin, presentando la particularidad de estar estructuralmente configurado de manera que el citado bloque intercambiador de calor, que se dispone detrás de la cámara de combustión, es desmontable y se acopla con los tubos en posición vertical, proporcionando con ello ventajas de transporte y montaje, prolongación de la vida útil del aparato, menor acumulación de cenizas, fácil limpieza, mayor eficiencia y abaratamiento de las labores de mantenimiento. CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCION
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de aparatos y dispositivos generadores de aire caliente, centrándose particularmente en el ámbito de los que utilizan biomasa como combustible.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Como es sabido, actualmente la biomasa es el combustible más económico y ecológico, ya que su ahorro energético oscila entre el 40-60% respecto a otros combustibles. Por ello es cada vez más corriente la utilización de aparatos que utilizan dicho combustible como generadores de aire caliente para climatizar grandes locales. Estos aparatos, de forma convencional, suelen estar construidos, entre otros elementos, por sistemas de alimentación con un sinfín que traslada la biomasa hacia el quemador de una cámara de combustión de la que parten o salen los gases de combustión hacia un intercambiador de calor donde se consigue la transferencia térmica dell aire a calentar.
El problema esencial de estos aparatos suele ser la dificultad de desmontaje del conjunto de tubos que conforman el intercambiador de calor, ya que normalmente se configura como una pieza integrada sobre la cámara de combustión, lo cual supone dificultades de transporte y montaje. Además, dicha disposición suele ser con los tubos del intercambiador dispuestos en posición horizontal, lo cual provoca la acumulación de sólidos y cenizas en el interior de los mismos, constituyendo un factor que impide un óptimo rendimiento del aparato por lo que se debe proceder a una limpieza periódica de los mismos que, además, no resulta fácil. Los modelos de utilidad con n° de publicación ES 1053357 y ES 1070424 consisten una calefacción por aire caliente alimentada por residuos orgánicos e industriales destinadas a calentar naves industriales y ganaderas, donde los gases de la combustión calientan un fluido de aire mediante un bloque intercambiador de calor; introduciéndose después ese aire caliente dentro de esas naves para calentarlas.
La patente con n° de publicación ES 2482215 se refiere a un aparato de aire caliente de biomasa que comprende un conjunto formado por un horno, tubos de conexión y un intercambiador de calor en combinación con una turbina para impulsar el aire caliente al interior de una nave industrial.
La patente con n° de publicación US 2013133560 describe un generador de gas caliente por combustión de biomasa que comprende una cámara de combustión con quemador y un intercambiador de calor a base de tubos verticales tras la cámara de combustión. La patente con n° de publicación US 4232732 describe un sistema de extracción del calor de los gases de combustión basados en intercambiadores de tubos verticales.
Pues bien, el objeto de la presente invención es configurar estructuralmente dicho intercambiador de calor para que pueda ser desmontable fácilmente y para mejorar los citados aspectos de limpieza y eficiencia del aparato mediante su disposición como elemento independiente tras la cámara de combustión y con los tubos en posición vertical. Asimismo, el hecho de colocar el ventilador de impulsión de aire en el extremo más próximo a la salida de gases de combustión al exterior, también favorece un mayor rendimiento del aparato. Cabe señalar, por otra parte, que al menos por parte del solicitante se desconoce la existencia de ningún otro generador de aire caliente por combustión de biomasa o invención similar que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el que aquí se preconiza, según se reivindica. DESCRIPCION DE LA INVENCION
Así, el generador de aire caliente por combustión de biomasa que la presente invención propone se configura como una novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de su implementación y de forma taxativa se alcanzan satisfactoriamente los objetivos anteriormente señalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que lo distinguen de lo ya conocido, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo.
De forma concreta, lo que la invención preconiza es, como ya se ha apuntado anteriormente, un generador de aire caliente por combustión de biomasa que comprende, esencialmente, los siguientes elementos:
Un alimentador de biomasa mediante un tornillo sinfín.
Una tolva de recepción con agitador y alimentación del quemador.
Cámara de combustión con salida de gases de combustión (primer fluido gaseoso) hacia un bloque intercambiador de calor y salida de aire caliente (segundo fluido gaseoso).
Un primer paso anterior de gases de combustión hacia el bloque intercambiador de calor, compuesto por unos primeros tubos verticales que son desmontables y deslizantes, los cuales están ensamblados de forma deslizante sobre unos casquillos; donde por debajo de tales primeros tubos verticales existe un primer decantador de partículas sólidas contenidas en los gases de combustión.
El bloque intercambiador de calor integra grupos de segundos tubos verticales.
Unos cajones superiores y otros inferiores de paso de los humos o gases de combustión que forman parte de las estructura del bloque intercambiador de calor, donde los cajones inferiores constituyen además unos decantadores intermedios de las partículas sólidas contenidas en los humos.
Paso de gases de combustión de un segundo decantador hacia un extractor de humos.
Ventilador de impulsión de aire caliente, dispuesto en la parte del bloque intercambiador de calor, próxima a una primera boca de salida de gases de combustión materializada por una chimenea.
Segunda boca de salida de aire caliente.
Así pues, el generador lleva instalado un sistema de alimentación de la tolva de recepción que lleva incorporado un sistema de cierre de seguridad entre dicho alimentador y dicha tolva de recepción, para evitar el retorno de la llama. La biomasa se puede almacenar directamente sobre el tornillo sinfín de alimentación o en otra tolva previa que esté cerrada y dispuesta para este fin. El sistema de recepción de biomasa, está compuesto de la citada tolva de recepción 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 conexión, dentro de la cámara de combustión. Dentro de este tubo horizontal que forma parte del citado sistema de recepción va un sinfín que gira mediante un motor eléctrico, y que es el encargado de dosificar la biomasa dentro del quemador.
En la cámara de combustión, el combustible que llena el quemador se desborda parcialmente sobre una parrilla con perforaciones, que aumentan la superficie de la combustión. La combustión se completa a través 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 combustión, el gas a alta temperatura pasa por el primer decantador de partículas sólidas, entrando por un primer paso anterior de humos compuesto por los primeros tubos verticales 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 estén sometidos a tensiones que podrían desestabilizar la estructura del generador. Estos primeros tubos verticales están diseñados como una pieza de recambio, abaratando extraordinariamente los trabajos de reparación en el futuro. Para cambiar estos primeros tubos verticales no es necesario desmontar el bloque intercambiador de calor, solo hay que abrir unas puertas laterales dispuestas para este fin, y otras puertas superiores por las que se extraen los primeros tubos verticales para cambiarlos por otros.
Una vez que los gases de combustión han pasado por este primer paso anterior, pasan al bloque intercambiador de calor multitubular, que integra al conjunto de segundos tubos verticales, los cuales son de menor diámetro que los tubos verticales del primer paso anterior, para facilitar el enfriamiento de los gases de combustión. Los gases son obligados a pasar por varios grupos de segundos tubos verticales para hacer que el aire del ventilador de impulsión del aire enfríe de forma eficaz los gases, consiguiendo así un alto rendimiento por intercambio de temperatura entre los gases de combustión y el aire del ventilador de impulsión de aire.
Al pasar los gases de la combustión por estos grupos de segundos tubos verticales, tienen que cambiar el sentido de desplazamiento de abajo hacia arriba y viceversa. Es en este punto donde baja su velocidad, consiguiendo de este modo decantar la mayoría de las partículas sólidas incorporadas en los gases de combustión. Esta forma de paso de gases de combustión consigue filtrar dichas partículas sólidas de estos mismos gases de combustión de forma eficaz. Además, la limpieza de estos pasos de gases de combustión decantadores es muy sencilla, ya que se disponen unas puertas laterales de fácil apertura para tal efecto.
Los grupos de segundos tubos verticales desembocan por sus extremos en los cajones superiores e inferiores, a la vez que la cámara de combustión comunica con uno de los cajones superiores a través de los primeros tubos verticales. Una vez pasado todo el ciclo de los gases de combustión dentro del bloque intercambiador de calor, éstos pasan a un último decantador donde está instalado el conducto de un aspirador de gases. Este aspirador es de caudal variable para regular la depresión y caudal de la salida de los gases de combustión. Al extractor de gases se le acopla una chimenea de medidas reglamentarias, para sacar los gases al exterior.
Con todo ello, las principales características diferenciales que presenta el generador preconizado y las ventajas que tales características proporcionan al mismo frente a los aparatos convencionales son las siguientes: En primer lugar, el bloque intercambiador de calor se acopla de forma desmontable a continuación de la cámara de combustión, de manera que esta disposición facilita el acoplamiento del bloque intercambiador de calor como elemento independiente de la cámara de combustión y, por tanto, desmontable.
El equipo de la invención en esta disposición se puede transportar en un camión convencional y la operación de acoplamiento de los componentes es sencilla, abaratando de esta manera el transporte y montaje. El hecho de esa posibilidad permite también, que el primer paso anterior de los gases de la combustión se produzca a través de los primeros tubos verticales que también son recambiables, para lo cual se acoplan sobre los casquillos de material metálico, evitando con ello tensiones estructurales que perjudicarían la longevidad de la máquina. Esta disposición del bloque intercambiador de calor desmontable, hace posible catalogarlo como pieza de repuesto y de muy fácil reparación, colaborando este hecho a facilitar la amortización y durabilidad del generador de la invención. La segunda característica esencial y diferenciadora es la disposición del bloque intercambiador de calor de forma vertical, es decir, con los tubos del mismo instalados vertical mente, lo cual también aporta grandes ventajas. El paso de los gases de la combustión por un intercambiador vertical, no permite que las cenizas (partículas sólidas) se sedimenten dentro de los tubos. Esto facilita en gran manera las labores de limpieza del bloque intercambiador de calor, permitiendo efectuar estas labores de limpieza en períodos de tiempo mucho más largos que en un intercambiador horizontal. Las puertas laterales dispuestas en los cajones inferiores del bloque intercambiador de calor permiten hacer estas operaciones de limpieza periódicas con gran facilidad y poco esfuerzo. Por otra parte, el hecho de instalar el ventilador de impulsión del aire justo antes de la salida de los gases de combustión al exterior, consigue que al haber una mayor diferencia de temperatura entre el aire impulsado y los gases de combustión, el intercambio de calor sea superior y las temperaturas de los gases de combustión a su salida en la chimenea sean muy bajos. Lo que se consigue también con esta disposición del ventilador de impulsión es que, cuando el aire alcance la cámara de combustión, tenga ya una elevada temperatura, y al llegar sobre dicha cámara de combustión, el lugar más caliente de la máquina, aumente sustancialmente su temperatura, consiguiendo así una temperatura de aire caliente superior a los sistemas tradicionales. La baja temperatura de la salida de gases de combustión hace que su rendimiento sea muy alto.
La disposición vertical del bloque intercambiador de calor aporta también otra gran ventaja, que es facilitar la decantación de las cenizas que se generan en la cámara de combustión y se sedimentan fácilmente en la parte baja del bloque intercambiador de calor. El gran volumen y superficie de este decantador, permite que la velocidad de los gases de combustión baje de forma notable gracias a esta disminución de velocidad, se sedimenten en su suelo, consiguiendo de esta forma, una salida de gases de combustión limpia de cenizas. Para la limpieza de este decantador existen unas puertas de fácil apertura que facilitan la operación de limpieza periódica.
Por otro lado también son conocidos en el mercado intercambiadores de calor, similares a los de los vehículos, donde para calentar aire se utiliza un aceite térmico conducid por un serpentín tubular.
Visto lo que antecede, se constata que el descrito generador de aire caliente por combustión de biomasa constituye una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática en alzado lateral de un ejemplo de realización del generador de aire caliente por combustión de biomasa, objeto de la invención. Se aprecia en ella el conjunto de elementos y partes que comprende, así como la configuración y disposición de cada uno de ellos. Además, en esta figura se muestra, mediante flechas de trazo discontinuo, el recorrido que hacen los gases de combustión desde la cámara de combustión al bloque intercambiador pasando a través de tubos verticales hasta el extractor.
Figura 2.- Muestra una vista en alzado lateral, también muy esquemática, de la cámara de combustión y del bloque intercambiador vertical con que cuenta el generador de la invención, apreciándose más claramente su configuración y disposición así como los principales elementos que comprende.
Figura 3.- Muestra una vista en planta del generador de la invención.
Figura 4.- Muestra una vista frontal de la cámara de combustión en combinación con una cámara envolvente.
Figura 5.- Muestra una vista en sección de una parte del generador de la invención.
Figura 6.- Muestra una vista en perspectiva de una parte inferior de la cámara de combustión, donde se destaca un conjunto de casquillos soldados en cuyo interior se ajustan unos primeros tubos verticales de paso de los gases de combustión.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferido, pero no limitativo, del generador de aire caliente por combustión de biomasa preconizado, el cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación. Así, tal como se observa en la figura 1 , el generador en cuestión comprende un alimentador con un tornillo sinfín exterior (2) que suministra la biomasa a una tolva de recepción (3) que está provista de un sistema de cierre de seguridad (4) entre dicho alimentador con tornillo sinfín exterior (2) y dicha tolva, para evitar el retorno de la llama. La citada tolva de recepción (3), en la que se ha previsto un removedor central (5), alimenta de biomasa un tubo horizontal (6) con otro alimentador con tornillo sinfín interior (2') que accionado por un motor eléctrico (7), conduce la biomasa hasta un quemador (8) situado al otro extremo de dicho tubo horizontal (6), dentro de una cámara de combustión (9).
En la cámara de combustión (9) el quemador (8) incorpora una parrilla (10) inferior con perforaciones sobre la que se desborda parcialmente la biomasa, aumentando la superficie de la combustión. Tal como se observa en las figuras 1 y 2, en una parte posterior de la cámara de combustión (9) se contempla un primer decantador (1 1) de partículas sólidas a modo de cajón, que se sitúa antes de una salida (12) de gases de combustión (primer fluido gaseoso) hacia un bloque intercambiador de calor (13) que es un elemento independiente, existiendo entre éste y dicha salida (12) un primer paso anterior (I) de gases de combustión conformado por un conjunto de varios primeros tubos verticales (14) que son desmontables y deslizantes, cuyo diámetro es mayor que el diámetro de otros segundos tubos verticales (16) del bloque intercambiador de calor (13), con la particularidad de que dichos primeros tubos verticales (14) se encuentran ensamblados entre la cámara de combustión (9) y el bloque intercambiador de calor (13) situado a continuación de la cámara de combustión (9), sobre unos casquillos (15). De esta forma se evitan tensiones debidas a las dilataciones y permiten su fácil desmontaje a través de unas puertas de registro laterales (no mostradas en las figuras) previstas al efecto en una carcasa envolvente (19) del bloque intercambiador de calor (13), en combinación con otras puertas superiores (29) ubicadas en unos cajones superiores (17) que se describen en el párrafo siguiente. Los primeros tubos verticales (14) poseen unos tramos extremos superiores e inferiores, los cuales se encajan y ensamblan dentro de unos huecos de los casquillos (15).
En otra realización, los tramos extremos superiores e inferiores de los primeros tubos verticales (14) se encajan directamente en unos huecos realizados en la estructura del cajón superior (17) y cámara de combustión (9).
Por su parte, el bloque intercambiador de calor (13), que de forma caracterizadora se dispone como ya se ha señalado, tras la cámara de combustión (9) constituyendo un elemento independiente de la misma que se puede desmontar e integra un segundo paso (II) determinado por los segundos tubos verticales (16); en este caso de diámetro menor que los primeros tubos verticales (14) del paso anterior (I) de gases de combustión, y por donde dichos gases de combustión también son obligados a pasar siguiendo una trayectoria sinusoidal ascendiendo y descendiendo por estos segundos tubos verticales (16) que ya están conectados, por grupos, mediante los cajones superiores (17) y otros cajones inferiores (18), transmitiendo su calor al aire que pasa por el exterior de unos y otros tubos verticales (14, 16) que forman parte del bloque intercambiador de calor (13) que está cerrado lateralmente por la carcasa envolvente (19).
Además, el generador de la invención incorpora un ventilador de impulsión (20) que va acoplado al bloque intercambiador de calor (13) en correspondencia con el extremo opuesto y más alejado de la cámara de combustión (9), consiguiendo así un alto rendimiento por intercambio de temperatura con los gases de combustión; de manera que el ventilador de impulsión (20) que impulsa el aire caliente hacia una segunda boca de salida (21) de aire caliente situada sobre la cámara de combustión (9). Para la limpieza de los cajones inferiores (18) de paso de los gases de combustión en el bloque intercambiador de calor (13), se disponen unas puertas de limpieza laterales (22) previstas en la carcasa envolvente (19) para tal efecto, habiéndose previsto igualmente otra puerta de limpieza (22'). Tras el último cajón inferior (18) del bloque intercambiador de calor (13) se instala un último cajón decantador (23), el cual se conecta al tubo aspirador (24) de un extractor (25) de caudal variable para regular la depresión y caudal de la salida de los gases de combustión, y al que, a su vez, se acoplará un tubo-chimenea (26) para dar salida a dichos gases al exterior.
Los primeros y segundos tubos verticales (14), (16) están alojados dentro de una cámara principal (1) del bloque intercambiador de calor (13) que comunica con una cámara envolvente (27) ubicada alrededor de la estructura de la cámara de combustión (9); donde la corriente del segundo fluido gaseoso de aire recorre primero la cámara principal (1) recibiendo calor de los primeros y segundos tubos verticales (14), (16) alcanzando una temperatura de 300/400°C y después recorre la cámara envolvente (27) donde el segundo fluido gaseoso de aire aumenta su temperatura (hasta 30°C y más) por la transmisión de calor de la cámara de combustión 9; desembocando la cámara envolvente (27) en la segunda boca de salida (21) de aire caliente que sale a una temperatura de hasta 130/150°C.
Los primeros tubos verticales (14) asientan por sus bordes inferiores sobre unos topes (28) solidarios a la estructura de la cámara de combustión (9). Los cajones superiores (17) del bloque intercambiador de calor (13) integran las puertas superiores (29) enfrentadas con los extremos superiores de los primeros y segundos tubos verticales (14), (16). Dichas puertas superiores (29) permiten llevar a cabo la limpieza y mantenimiento de los cajones superiores (17), primeros y segundos tubos verticales (14), (16); y también permiten la extracción de los primeros tubos (14) para cambiarlos cuando sea necesario, ya que están sometidos a elevadas temperaturas (hasta 600°C) por su proximidad a la cámara de combustión. La cámara envolvente (27) define un espacio anular delimitado por una pared interna (27a) y un pared externa (27b); donde ambas paredes están unidas mediante unas nervaduras (31) que se complementan con unas aletas 32 que arrancan de la pared interna (27a).
La estructura de la cámara de combustión (9) integra una pared frontal (30) contra la que impacta la corriente del segundo fluido gaseoso en su recorrido hacia la cámara envolvente (27) que rodea a la estructura de la cámara de combustión (9); donde esa pared frontal (30) posee una estructura cónica con superficie divergente desde su centro hacia su borde perimetral por donde desemboca en la cámara envolvente (27). En esta situación, la velocidad de la corriente de aire caliente dentro de la cámara envolvente (27) puede alcanzar hasta los 12 m/s.
Los gases de combustión que circulan por el grupo de segundos tubos (16) que está más próximo al ventilador de impulsión (20) pueden alcanzar una temperatura menor de 100°C incluso menor temperatura que el aire que circula por esa zona de ese grupo concreto de segundos tubos (16); dependiendo todo ello fundamentalmente del caudal de aire suministrado por el ventilador de impulsión (20). De esta forma se consigue un máximo intercambio de calor emitido por los segundos tubos (16) al segundo fluido de aire. Esto conlleva que se genere a veces una notable condensación en el interior de ese grupo concreto de segundos tubos, condensación que se drenará mediante un conducto de drenaje instalado en el fondo del segundo decantador (23).
Por otro lado, cabe señalar que la presión de corriente de aire caliente es siempre mayor en el interior del generador es siempre mayor que la presión de los gases de combustión, de forma que aunque se rompa los tubos verticales (14), (16) u otras partes internas del generador, la presión que genera el ventilador de impulsión (20) en combinación con la depresión que genera el extractor de humos (25), evita que los gases de combustión pasen a la corriente de aire caliente utilizada por ejemplo para secar grano dentro de una nave industrial, evitándose así que una chispa pase a la corriente de aire y por tanto evitar así un posible incendio.
Los tramos extremos superiores e inferiores de los primeros tubos verticales (14) se acoplan con holgura dentro de los huecos del cajón superior (17) inicial y de la cámara de combustión (9); donde el calentamiento de los primeros tubos verticales (14) aumenta sus dimensiones ajustándose con apriete a los huecos del cajón superior (17) inicial y cámara de combustión (9), destacándose que dicho apriete permite el deslizamiento de los primeros tubos verticales (14) durante su dilatación cuando se calientan tales primeros tubos verticales (14), los cuales en una realización son de acero inoxidable. La parte superior del bloque intercambiador de calor integra un balaustre para poder hacer labores de limpieza con seguridad.
Descrito suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, que comprende un alimentador con sinfín, una tolva de recepción, una cámara de combustión con quemador, un bloque intercambiador de calor entre dos fluidos gaseosos: un primer fluido y un segundo fluido; un ventilador de impulsión del segundo fluido gaseoso, una primera boca de salida del primer fluido gaseoso y una segunda boca de salida del segundo fluido gaseoso; donde el primer fluido gaseoso es una corriente de gases calientes generados por la combustión de la biomasa dentro de la cámara de combustión, mientras que el segundo fluido gaseoso es una corriente de aire caliente que sale por la segunda boca de salida; caracterizado por que: - el bloque intercambiador de calor comprende varios grupos de segundos tubos verticales (16), cuyos extremos desembocan en unos cajones superiores (17) y en unos cajones inferiores (18); donde el primer fluido gaseoso recorre los segundos tubos verticales (16) y cajones superiores (17) e inferiores (18) siguiendo un trayectoria sinusoidal formada por corrientes ascendentes y descendentes correspondientes con los segundos tubos verticales (16), y por otras corrientes que recorren el espacio interior de los cajones superiores (17) y inferiores (18);
- el bloque intercambiador de calor (13) comprende una estructura independiente que se fija de forma desmontable a una estructura de la cámara de combustión (9); donde la circulación del primer fluido gaseoso desde la cámara de combustión (9) al bloque intercambiador de calor (13) comprende unos primeros tubos verticales (14) que son desmontables, los cuales tienen unos tramos extremos inferiores que se encajan dentro de unos huecos de la cámara de combustión (9), y unos tramos extremos superiores que se encajan en otros huecos de un cajón superior (17) inicial del bloque intercambiador de calor (13); donde el primer fluido gaseoso asciende desde una parte inferior de la cámara de combustión (9) hasta el cajón superior (17) inicial del bloque intercambiador de calor (13) a través de los primeros tubos verticales (14);
- los primeros y segundos tubos verticales (14), (16) están alojados dentro de una cámara principal (1) del bloque intercambiador de calor que comunica con una cámara envolvente (27) ubicada alrededor de la estructura de la cámara de combustión (9); donde la corriente del segundo fluido gaseoso de aire recorre primero la cámara principal (1) recibiendo calor de los primeros y segundos tubos verticales (14), (16) y después recorre la cámara envolvente (27) donde el segundo fluido gaseoso de aire aumenta su temperatura por la transmisión de calor de la cámara de combustión (9); desembocando la cámara envolvente (27) en la segunda boca de salida (21) de aire caliente.
2. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según la reivindicación 1 , caracterizado por que el ventilador de impulsión (20) está acoplado al bloque estructural independiente del bloque intercambiador de calor (13) en el extremo opuesto y más alejado con respecto a la cámara de combustión (9).
3. - GENERADOR DE AIRE CAILENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conjunto de primeros tubos verticales (14) conforman un paso anterior (I) del primer fluido gaseoso y tienen un diámetro mayor que el conjunto de segundos tubos verticales (16) que constituyen un paso posterior (II) del primer fluido gaseoso.
4. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los tramos extremos superiores e inferiores de los primeros tubos verticales (14) se acoplan con holgura dentro de los huecos del cajón superior (17) inicial y de la cámara de combustión (9); donde el calentamiento de los primeros tubos verticales (14) aumenta sus dimensiones ajustándose con apriete a los huecos del cajón superior (17) inicial y cámara de combustión (9).
5. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según la reivindicación 4, caracterizado por que los huecos donde se acoplan los tramos extremos superiores e inferiores de los primeros tubos verticales (14), están delimitados dichos huecos por los espacios interiores de unos casquillos (15) soldados al cajón superior (17) y cámara de combustión (9).
6. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los primeros tubos verticales (14) asientan por sus bordes inferiores sobre unos topes (28) solidarios a la estructura de la cámara de combustión (9).
7. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el bloque intercambiador de calor (13) integra una carcasa envolvente (19) con al menos una puerta lateral de acceso al interior del bloque intercambiador de calor (13).
8. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los cajones inferiores (18) del bloque intercambiador de calor (13) integran unas puertas laterales (22) de acceso al interior de esos cajones que están dispuestas en la vertical del grupo de segundos tubos verticales (16).
9. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los cajones superiores (17) del bloque intercambiador de calor (13) integran unas puertas superiores (29) enfrentadas con los extremos superiores de los primeros y segundos tubos verticales (14), (16).
10. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la corriente del primer fluido gaseoso es aspirada mediante un extractor (25) que expulsa al exterior el primer fluido gaseoso a través de la primera boca de salida de humos dispuesta al final de un tubo de chimenea (26); donde la presión absoluta de este primer fluido gaseoso es siempre menor que la presión absoluta del segundo fluido gaseoso.
11.- GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura de la cámara de combustión (9) integra una pared frontal (30) contra la que impacta la corriente del segundo fluido gaseoso en su recorrido hacia la cámara envolvente (27) que rodea a la estructura de la cámara de combustión (9); donde esa pared frontal (30) posee estructura cónica con una superficie divergente desde su centro hacia su borde perimetral por donde desemboca en la cámara envolvente (27).
12.- GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cámara envolvente (27) define un espacio anular delimitado por una pared interna (27a) y un pared externa (27b); donde ambas paredes están unidas mediante unas nervaduras (31) que se complementan con unas aletas (32) que arrancan de la pared interna (27a).
13. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección de paso de la cámara principal (1) del bloque intercambiador de calor (13) es mayor que la sección de paso de la cámara envolvente (27) ubicada alrededor de la estructura de la cámara de combustión (9).
14. - GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura de la cámara de combustión (9) integra un primer decantador (1 1) de las partículas sólidas del primer fluido gaseoso; estando ubicado dicho primer de cantador (11) en una parte inferior por debajo de el extremo inferior de los segundos tubos verticales (14).
15.- GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que integra un segundo decantador (23) de las partículas sólidas del primer fluido gaseoso, estando ubicado dicho segundo decantador (23) en un extremo del bloque intercambiador de calor (13) en correspondencia con la salida del primer fluido gaseoso.
16.- GENERADOR DE AIRE CALIENTE POR COMBUSTIÓN DE BIOMASA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10 y 15, caracterizado por que el segundo decantador (23) está intercalado entre el bloque intercambiador de calor (13) y un tubo aspirador (24) perteneciente al extractor (25).
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