ES2982394B2 - Caldera de combustible solido de alto rendimiento - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

CALDERA DE COMBUSTIBLE SÓLIDO DE ALTO RENDIMIENTO

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención pertenece al sector de la calefacción a través del calentamiento de agua mediante calderas de combustible sólido.

El objeto principal de la presente invención es una caldera que tiene un sistema de recirculación de gases situado bajo el cenicero compuesto por un sistema de tuberías por los que recirculan los gases de la combustión disminuyendo las pérdidas de calor por los gases quemados y aumentando el rendimiento de la caldera ayudado por un sistema de inyección de aire que por su configuración y ubicación permite el quemado de combustibles sólidos sin ayuda de un quemador externo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Caldera, en los sistemas de calefacción, es el artefacto en el que se calienta un calo portador, generalmente agua, por medio de un combustible o resistencia eléctrica, que luego se distribuirá por los emisores mediante una red de tuberías.

Una caldera de calefacción consta de un hogar, donde se quema el combustible, y un intercambiador donde el calor producido por la combustión se trasmite al caloportador, que lo lleva a los emisores o elementos terminales. Cuando es necesario el uso de un quemador (para combustibles fluidos), el conjunto de caldera y quemador se llama generador.

Las calderas basándose en el tipo de combustible pueden ser calderas de combustibles fluidos (líquido o gas) y calderas de combustibles sólidos.

En las de combustibles sólidos (leña, carbón, biomasa), el hogar consta de dos compartimentos superpuestos, cada uno con su portilla correspondiente. En el superior, brasero, se coloca el combustible sobre una parrilla. El inferior, cenicero, recibe las cenizas del combustible. Por la portilla de este entra el aire necesario para la combustión y los humos salen por un conducto (humero o chimenea) vertical, por tiro térmico, conducto que parte desde el brasero. El propio tiro térmico crea en el hogar una falta de presión que aspira el aire necesario para la combustión; la cantidad de aire puede regularse abriendo, más o menos, la portilla del cenicero; a menudo esta portilla tiene unos orificios que pueden abrirse o cerrarse a voluntad mediante una mariposa. La combustión es continua, no hay paradas desde que se enciende hasta que se apaga por falta de combustible, y la regulación de la potencia se hace abriendo o cerrando la entrada del aire.

EXPLICACION DE LA INVENCIÓN

La caldera que se preconiza objeto de la presente invención tiene como principal característica que posee un sistema de recirculación de gases de combustión novedoso tanto por su construcción como por su ubicación dentro del conjunto, se encuentra debajo de la cámara de inferior o cenicero siendo una novedad de la técnica ya que como norma este tipo de sistemas se ubican en la parte superior de las calderas.

Este sistema dota a la caldera que lo monta de un mayor rendimiento ya que las pérdidas por los gases quemados (Nitrógeno, Dióxido de Carbono y vapor de agua) se minimizan debido a que la T° de expulsión de dichos gases al exterior es mucho menor que en las calderas convencionales.

La caldera presenta un sistema de inyección de aire, novedad de la técnica por el tipo de construcción, que permite un mayor control del proceso de combustión con respecto a las calderas convencionales, gobernando de manera más controlada el flujo de aire que entra en la cámara lo que permite optimizar el tiempo y la intensidad de la combustión.

La construcción de la caldera se basa en una estructura de acero interna dividida en dos cámaras principales, una cámara superior o de carga por donde se introduce el combustible para la quema y una cámara inferior o cenicero, donde se encuentran los gases de la combustión procedentes de la quema del combustible.

La cámara de carga o de combustión esta completada por un sistema de inyección de aire que es novedad de la técnica que permite el paso de aire desde el exterior al interior de la cámara pudiéndose regular dicho caudal en función de las necesidades, y que además confiere a la caldera la posibilidad de quema de leña, pellet o astilla sin incorporar ningún tipo de quemador exterior, ya que con este sistema de inyección la circulación de aire está asegurada evitando que la combustión no se produzca por la falta de oxígeno.

En la cámara inferior o cenicero se depositan los residuos de mayor peso de la combustión de ahí que la base del cenicero sea de material refractario. Esta cámara inferior o cenicero queda dividida en dos partes por una cortina metálica pendular colgada del techo de la cámara y con movimiento oscilante que obliga a los gases de la combustión a transitar bajo ella evitando así que los residuos sólidos se cuelen al sistema de recirculación de gases y mejorando la calidad de los humos ya que contienen menor cantidad de residuos.

En la pared trasera de la cámara inferior o cenicero hay dos aberturas circulares situadas a la misma distancia del plano longitudinal de la cámara cuyos centros se sitúan a unos dos tercios de la altura total de dicha cámara, dando salida de esta cámara a los gases de la combustión y canalizándolos al sistema de recirculación de gases objeto de la presente invención.

Los gases una vez fuera del cenicero no se mandan a la chimenea como en las calderas convencionales, sino que se recogen en dos cámaras aledañas al cenicero en la parte trasera.

En la parte inferior de cada cámara hay unas aberturas circulares cuyo número y tamaño dependerá de la potencia de la caldera y en cada una de las cuales se suelda un tubo horizontal de acero por uno de sus dos extremos quedando el otro extremo soldado a otra abertura circular propiedad de otra cámara que está en la parte delantera de la caldera de manera que cada una de las cámaras traseras queda conectada a una cámara común situada en la parte delantera de la caldera.

Los gases de la combustión recorren estos tubos cediendo calor en su tránsito y rebajando su Ta. en un recorrido que va de la trasera a la delantera de la caldera, hasta que llegan a la cámara delantera donde hay otras aberturas circulares en la parte central de la misma dispuesta en varias alturas, cuyo número y diámetro vendrá determinado por la potencia de la caldera siendo de la misma medida que las aberturas laterales en todos los casos, en las cuales se repite la soldadura de tubos de acero en uno de sus extremos y el otro soldado a otra cámara en la parte trasera de la caldera independiente de las dos anteriores nombradas en esta descripción, ubicada entre ellas y compartiendo las paredes laterales.

Todo este sistema de tubos de ida y vuelta está rodeado de agua (caloportador) de manera que los gases cuando recorren estos tubos desde atrás hacia delante y luego de delante hacia atrás van cediendo calor al agua aumentando la T° de la misma y reduciendo la suya propia, esto aumenta el rendimiento de manera sustancial con respecto a una caldera convencional de combustible sólido.

En la cámara trasera central de la caldera donde están soldados los extremos traseros de los tubos centrales hay una abertura circular de mayor diámetro donde se colocará un ventilador centrifugo de succión cuya entrada va atornillada la cámara trasera y en cuya salida se sitúa la chimenea formada por un tubo vertical que conecta la caldera al exterior y da la salida a los gases que contienen menor cantidad de residuos sólidos que las caladeras convencionales ya que se han ido sedimentando a su paso por el sistema de recirculación.

BREVE DESCRIPCIÓN 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 como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista frontal de una caldera realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención mostrando una vista general del conjunto.

Figura 2.- Muestra una vista lateral de una caldera realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención.

Figura 3.- Muestra una sección longitudinal de una caldera realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención, donde se aprecia el sistema de recirculación de los gases y los inyectores de aire ambos objetos de la presente invención.

Figura 4.- Muestra una sección transversal de una caldera realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención, donde se refleja el sistema de recirculación de gases y el sistema de inyección de aire.

Figura 5.- Muestra una sección parcial de una caldera realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención, en la que se muestra el interior de la cámara trasera de recirculación de gases.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras descritas, la caldera de combustible sólido de alto rendimiento objeto de la siguiente invención participa una estructura interna compuesta por dos cámaras principales, un cámara superior o de carga (1) y una cámara inferior o cenicero (2).

La cámara superior o de carga (1) dispone de dos aberturas de distinto tamaño, una abertura frontal (3) y otra abertura en su parte superior de formar circular (4).

La abertura frontal (3) se construye con forma rectangular en su realización preferente y separada del exterior mediante una puerta de acero (5) rellena de material refractario para evitar pérdidas durante la combustión.

La abertura superior (4) está constituida por un tubo de acero circular soldado al techo de la cámara de carga (1) por donde se introduce el biocombustible (pellet o astilla) a través de un alimentador automático.

Continuando con la descripción de la cámara de carga (1) cabe destacar que en su realización preferente dicha cámara incorpora en su base material refractario (6) para favorecer el proceso de quemado evitando pérdidas de calor.

Como parte de la construcción de la cámara de carga (1) incorpora dos inyectores de aire (7) en la parte delantera, compuestos por dos tubos iguales pegados a las paredes del hogar y naciendo desde la parte trasera del mismo de manera que cada uno de los dos tubos atraviesa las paredes de la cámara de combustión, la columna de agua y la pared exterior de la caldera conectándola con el exterior y en cuya longitud presenta una serie de agujeros que permiten el paso del aire en todos los puntos de su superficie para facilitar y ayudar a la combustión especialmente crítica en la quema de la astilla. La cámara de carga incorpora otro inyector adicional (8) que toma el aire desde el exterior igual que los inyectores laterales (7) y que en su realización preferente compuesto por un conjunto soldado de acero, con una chapa base con morfología acanalada en V y otra chapa soldada sobre la base que cierra el conjunto, siendo la base microperforada de extremo a extremo en sus caras laterales permitiendo el paso del aire proveniente del exterior y lo desprende sobre la zona de quemado y lo direcciona sobre la zona de combustión.

Este inyector está ubicado encima y centrado entre los refractarios (6), apoyado en su parte final contra la pared trasera de la cámara de combustión (1) quedando su extremo delantero fuera de la caldera por donde toma el aire del exterior.

Para completar el sistema de inyección la caldera completa en su realización preferente con otro inyector (9) ubicado entre los dos bloques refractarios (6) que copia el sistema de absorción de aire del resto de inyectores y compuesto por perfil de acero cuadrado con sus caras laterales perforadas y dejando espacio suficiente entre los refractarios para el paso de la llama de la combustión.

La cámara inferior o cenicero (2) tal y como acreditan los dibujos está compuesta por una base y paredes de acero y una abertura al exterior tapada por una puerta móvil (10) rellena de material refractario igual al de la puerta superior (5).

La base de esta cámara está cubierta de material refractario (11) y tiene a unos % de su longitud un separador vertical (12) con movimiento pendular sustentado desde el techo de la cámara que obliga a los humos de la combustión a pasar por debajo provocando que los residuos sólidos precipiten sobre el suelo de la cámara.

Con esto se consigue que los humos de la combustión lleguen más limpios al circuito de recirculación de humos objeto de la presente invención, así como la minimización de los residuos sólidos que salen por la chimenea (22).

La cámara inferior o cenicero (2) presenta dos aberturas circulares en la pared trasera, iguales y simétricas respecto al plano longitudinal del cenicero las cuales en la realización preferente de la invención presenta cada una de ellas un tubo de acero circular (13) soldado en ambos extremos.

El otro extremo de dichos tubos esta soldado cada uno de ellos a una cámara trasera lateral (14) aledaña a la parte trasera de la caldera, donde se acumulan los humos de la combustión que vienen de la cámara inferior o cenicero (2).

A destacar en estas dos cámaras laterales (14) que son independientes una de la otra y no están comunicadas entre sí, es la conexión mediante dos aberturas inferiores a la cámara delantera (15) de manera que se sueldan en la realización preferente de la invención un tubo de acero circular (16) a cada una de las aberturas por uno de sus extremos y el otro extremo soldado a la cámara delantera (15) quedando de esta manera las dos cámara laterales traseras (14) comunicadas con la delantera, dando paso a los humos a la parte delantera de la caldera.

Todo el trayecto de tubo que queda entre los extremos soldados esta recubierto de agua (caloportador) con lo que los humos ceden calor en este primer tránsito por el sistema de recirculación objeto de la presente invención.

La cámara delantera de recirculación (15) en su realización preferente está construida de acero con una tapa (17) y en cuya pared trasera están soldado uno de los extremos de los tubos de acero (16) que traen los humos de las cámaras laterales traseras (14) ubicados cerca de las paredes laterales de la cámara delantera (15) dejando la zona central de la misma para una segunda red de tuberías que parten de ella y que volverán a llevar los humos de la combustión otra vez a la parte trasera de la caldera.

Para terminar con la definición de la cámara delantera y tal y como se ha descrito anteriormente, en la pared trasera de dicha cámara en la zona central presenta otras aberturas circulares de igual diámetro que las laterales donde se sueldan cada uno de los extremos de otra red de tubos de acero (18) iguales a los descritos anteriormente en longitud y diámetro recubiertos también de agua (caloportador) y que completan el sistema de recirculación de gases objeto de la presente invención.

El otro extremo de esta otra red de tuberías quedará soldado a la pared de la cámara central trasera (19) ubicada entre las dos cámaras traseras laterales (14)

e independiente a ellas, en la cual se centralizan todos los humos antes provenientes de la combustión, y en cuya parte trasera se aprecia otra abertura circular donde se conectará el ventilador de impulsión (20) que hace que todos los humos de la caldera se lleven a la chimenea (21) y posteriormente al exterior.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Caldera de combustible sólido de alto rendimiento cuyo combustible puede ser leña, astilla o pellet ,cuyo caloportador es agua ,que parte de una estructura interna de acero con dos cámaras principales, la cámara superior o de combustión (1) y la cámara inferior o cenicero (2) debajo de la cual está situado el sistema de recirculación de gases compuesto por dos redes de tuberías por las que recirculan los humos de la combustión desde la parte trasera de la caldera a la parte delantera y viceversa ,rodeado por agua (caloportador), y que empieza en la parte trasera de la cámara inferior o cenicero (2) por donde salen los humos que previamente se han producido de la quema del combustible en la cámara superior (1) ayudado por un sistema de inyección de aire pasan por debajo de un separador vertical (12) precipitando los residuos de mayor tamaño sobre la base refractaria del cenicero (11) y saliendo de dicha cámara a través de dos aberturas circulares iguales y simétricas que dan paso a los humos a las cámara de laterales traseras de acumulo (14) con tubos de acero (16 ) soldados en su parte inferior que dan paso a los humos de la parte a trasera a la delantera hasta que llegan a la cámara delantera de recirculación (15) en la cual se aglutinan los humos de la combustión tras el primer paso por el sistema de recirculación habiendo disminuido su T° al ceder calor al agua que los rodea a su paso, para posteriormente volver a salir de la cámara delantera a través del segundo sistema de tuberías (18) que los llevan a la cámara trasera central (19) ubicada entre las dos cámaras traseras laterales (14) e independiente de ellas donde llegan con otra perdida de Ta cedida de nuevo al caloportador y en la cual son extraídos por el ventilador de extracción (20) a la chimenea (21) y luego al exterior de la caldera.

2. Caldera de combustible sólido de alto rendimiento que según la reivindicación 1a dispone de un sistema de inyección compuesto por 4 inyectores de aire, formado por dos laterales simétricos y dos centrales uno superior y otro inferior.

Los dos laterales (7) fabricados de tubo de acero microperforado van desde el exterior de la caldera hasta la parte trasera del hogar (1), completa el sistema otro inyector (8) en forma de cono invertido fabricado en acero con los laterales perforados, y que evita el aglutinamiento del combustible sólido especialmente la astilla y proporciona aire a la combustión desde su parte lateral y en sentido descendente.

El sistema suma otro inyector (9) entre ambos refractarios (6) de la cámara de quemados y compuesto por un tubo cuadrado con las paredes perforadas también para dejar salir aire por ellas y con ello se buscas que los humos de la combustión tengas mejor tránsito entre las cámaras de quemado (1) y la cámara del cenicero (2) así como favorece el propio proceso de combustión y salida de la llama.