ES3015421B2 - Caldera de poli combustible solido de alto rendimiento - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

CALDERA DE POLI 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 poli 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 ni mecanismo complejos de limpieza y extracción de las cenizas de la combustión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las calderas de combustible sólido son generadores de calor que suministran calefacción y agua caliente a toda la casa como calefacción central en funcionamiento a plena carga. Los combustibles fósiles como el lignito o las briquetas de hulla y el coque o los combustibles regenerativos como las astillas de madera, los troncos, las briquetas o pellets de madera, pero también las hojas y otras biomasas, son posibles para la cocción. Generalmente, el combustible se suministra manualmente. Las calderas especializadas de combustible sólido, como la caldera de pellets, suelen utilizar alimentación automática con transportadores de tornillo.

Dependiendo del tipo de caldera de combustible sólido, el aire de combustión puede ser suministrado desde abajo o desde el lateral y la cocción puede ser desde abajo o desde arriba. Las calderas de tiro natural regulan el suministro de aire mediante trampillas. A diferencia de las calderas de tiro natural, las calderas de combustible sólido con sistema de control y ventilador requieren electricidad para su funcionamiento. Entre estas calderas de combustible sólido también se encuentra la caldera jetstream, que está limitada a un combustible, pero con su sistema de dos cámaras tiene la mayor eficiencia y los valores de emisión más bajos.

Todas las calderas de combustible sólido requieren un gran espacio para el almacenamiento en seco de los combustibles y un mayor requisito de mantenimiento que las calderas de gasoil o gas.

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, basado en el sistema patentado por el mismo solicitante de la presente y con número de patente N°202330211, que 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 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 caldera presenta una cámara de quemado novedosa y que es objeto de la presente invención caracterizada por una campana lateral que permite el deslizamiento sobre la misma del sólido a quemar y actúa como parapeto garantizando una llama permanente y evitando la falta de oxígeno durante la cocción ,tan necesario y difícil de mantener al usar combustibles como astilla o pellet debido a la compactación del material, añadiendo debajo de la campana un refractario que es objeto de la presente invención y novedad este campo ya que los refractarios en el resto de calderas no tienen una función directa en la combustión ya que solamente actúan como amortiguadores térmicos, el cual con un labrado ondular muy característico en la cara inclinada actúa como un canal de paso para el fuego asegurando al mismo tiempo una llama perenne en la cocción del material.

La cámara de carga o de combustión esta completada por un sistema de inyección de aire que es novedad de la técnica por situarse debajo del refractario y sustentado en la patente N°202330211 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. Se incorpora como mejora y elemento diferenciador a la patente N°20233021 un tornillo sin fin para evacuar ceniza de manera automática sin necesidad de usar elementos manuales para la limpieza del cenicero.

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 similar al ya patentado por el solicitante actual.

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 T°. 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 general de una caldera realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención mostrando una vista general del conjunto.

Figura 2.- Muestra una perspectiva seccionada 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 el sin fin y el refractario lateral objeto 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 poli 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) así como el sistema de recirculación de gases patentado por el actual solicitante con número de patente registrado N°202330211.

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, cuya finalidad es la carga manual del combustible la limpieza y el mantenimiento de la caldera.

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 a través de un alimentador automático y que en este tipo de calderas es el sistema óptimo dada las cantidades y la carga programada del mismo.

Continuando con la descripción de la cámara de carga (1) mención destacada es que en su realización preferente dicha cámara incorpora en su base y contra una de las paredes laterales de la propia cámara material refractario (6) con un labrado muy característico es su cara inclinada con confiere al fuego un paso constante evitando la obturación por parte del propio biocombustible.

Como parte de la construcción de la cámara de carga (1) incorpora un inyector de aire (7) debajo del refractario (6) , compuestos por un tubo que nace desde la parte trasera de la cámara de cocción de manera que 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 otra novedad de la técnica y objeto también de la presente invención se trata de una campana lateral (8) y que en su realización preferente se configura con una chapa de acero plegada desmontable y pegada a una de las paredes de la cámara de cocción, derecha o izquierda dependido de la configuración de la caldera, y que protege como un parapeto a la llama del quemador (9) creando una zona ciega para el mismo y evitando que se aglutine sobre la llama e interrumpa la cocción.

Esta campana puede variar en medidas dependiendo del tamaño y poder calorífico de la caldera, pero siempre manteniendo su funcionalidad.

Para completar la cámara de cocción (1) se presenta una base inclinada (10) comunicada directamente con la columna de agua de la caldera y formada por la propia chapa de separación que toma dicha forma para facilitar el deslizamiento del combustible en la propia cámara y cuya pendiente será opuesta a la de la campana (8) pudiendo al igual que esta presentarse en ambos laterales indistintamente dependiendo de la configuración de la caldera a izquierdas o derechas.

La cámara de cocción se termina en la realización preferente de la invención con un soplador de encendido (9), que es un elemento comercial, situado en un lateral paralelo a la base inclinada de agua (10) y cuya terminación queda protegida por la campana (8) y que proporciona la llama y aire para iniciar el proceso de la combustión.

La cámara inferior o cenicero (2), es una evolución de la reivindicación 2 presente en la patente registrada N°202330211, 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 (11) rellena de material refractario igual al de la puerta superior (5).

La base de esta cámara está cubierta por dos bloques de material refractario (12) con una inclinación oportuna para precipitar las cenizas hacia el centro del cenicero y presenta a unos % de su longitud un separador vertical (13) 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 añadiendo como novedad un tornillo sin fin (14) entre los dos bloques de material refractario que facilita la extracción de las cenizas de la combustión sin necesidad de abrir la puerta para dicha función que se depositan en un depósito exterior (24) desmontable para poder vaciar fácilmente.

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 (15) soldado en ambos extremos.

El otro extremo de dichos tubos esta soldado cada uno de ellos a una cámara trasera lateral (16) 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 (16) que son independientes una de la otra y no están comunicadas entre sí, es la conexión mediante dos aberturas inferiores a la cámara delantera (17) de manera que se sueldan en la realización preferente de la invención un tubo de acero rectangular (18) a cada una de las aberturas por uno de sus extremos y el otro extremo soldado a la cámara delantera (17) quedando de esta manera las dos cámara laterales traseras (16) 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 (17) en su realización preferente está construida de acero con una tapa (19) y en cuya pared trasera están soldado uno de los extremos de los tubos de acero (18) que traen los humos de las cámaras laterales traseras (16) ubicados cerca de las paredes laterales de la cámara delantera (17) 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 (20) 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 (21) ubicada entre las dos cámaras traseras laterales (16)

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 (22) que hace que todos los humos de la caldera se lleven a la chimenea (23) y posteriormente al exterior.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1a.Caldera de poli combustible sólido de alto rendimiento cuyo combustible puede ser leña, astilla ,pellet, cáscara de almendra y otras biomasas cuyo caloportador es agua ,que parte de una estructura interna de acero con dos cámaras principales, la cámara superior o de cocción (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 y pasan por debajo de un separador vertical (13) precipitando los residuos de mayor tamaño sobre la base refractaria del cenicero (12) recogiéndose los mismo a través de un tornillo sin fin automático (14) para sacarlos fuera del cenicero y que saliendo los humos de dicha cámara a través de dos aberturas circulares iguales y simétricas se recogen los humos en las cámara laterales traseras de acumulo (16) y mediante tubos de acero (18) soldados en su parte inferior suministran los humos de la parte a trasera a la delantera hasta que llegan a la cámara delantera de recirculación (17) 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 (20) que los llevan a la cámara trasera central (21) ubicada entre las dos cámaras traseras laterales (16) 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 (22) a la chimenea (23) y luego al exterior de la caldera.

   2a Caldera de poli combustible sólido de alto rendimiento que según la reivindicación 1 dispone de una cámara de cocción, cuya singularidad la confiere una campana (8) que actúa como parapeto protector de la llama, un bloque refractario (6) con un labrado en su cara inclinada que permite el paso del fuego hacia la cámara inferior o cenicero (2) y una cámara de agua (10) opuesta a la campana en cuanto a ubicación y pendiente que por su inclinación facilita la bajada del combustible a la zona de quema.

   La campana inclinada (8) está formada por una chapa plegada desmontable pegada a la cámara de cocción desde su parte trasera a la delantera formando una sub-cámara ciega dentro de la propia cámara de cocción (1). Debajo de dicha campana (8) se ubica el bloque de material refractario (6) que conserva una forma trapezoidal.

   La cara vertical está pegada a contacto a una de las paredes de la cámara de cocción, izquierda o derecha dependiendo de la configuración y montaje de la propia caldera, su cara horizontal superior es paralela a la base de la campana(8) permitiendo el flujo de aire entre ambos elementos, su cara horizontal inferior está sustentada sobre el inyector de aire (7) además de sobre una pletina angular para que quede bien apoyado y su cara inclinada que es la fundamental presenta un labrado paralelo a la pendiente y en toda la longitud a modo de ondulaciones o huecos que permiten el paso del fuego desde el soplador de encendido hasta su propia base de manera que el fuego se haga una constante evitando su ahogamiento debido a la densidad del biocombustible empleado.

   Completando la cámara de cocción se presenta un soplador automático que provoca la llama y administra aire siendo el desencadenante del proceso de combustión, y cuya ubicación es de vital importancia dentro de la cámara de cocción ya que su llama quedará parapetada por la campana de manera que siempre podrá estar en contacto con oxígeno para mantenerse viva durante la quema.