CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo técnico de los procesos o aparatos calentadores de fluido, por ejemplo, calentadores de agua o aire, en particular con los calentadores de aire que tienen medios generadores de calor. Específicamente, proporciona un sistema dual para el calentamiento de aire u otros gases mediante combustión directa o indirecta.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sistemas para el calentamiento de aire se pueden diferenciar según su fuente energética; energía eléctrica, solar térmica y combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. En la categoría de los combustibles gaseosos, los generadores de aire se pueden clasificar en dos grupos: de combustión directa o indirecta. En los generadores de aire de tipo indirecto el aire es calentado mediante un intercambiador de calor que separa los gases de combustión del aire en cuestión.

Dentro de las soluciones descritas en el estado de la técnica para resolver este problema, se encuentra, por ejemplo, la divulgada en el documento US5799646, el cual describe un aparato de calefacción para suministrar aire caliente a un recinto, donde dicho aparato de calefacción comprende una carcasa con al menos dos compartimentos separados por un panel; un quemador de interior situado dentro de un primer compartimento de dicha carcasa para quemar una mezcla de aire-combustible suministrada al mismo, teniendo dicho quemador al interior un perfil arqueado y produciendo productos de combustión que fluyen axialmente desde el mismo; un intercambiador de calor ubicado dentro de un segundo compartimento de dicha carcasa y que tiene una entrada y una salida opuestas, estando dicha entrada en comunicación fluida con dicho quemador de interior a través de una abertura de dicho panel, recibiendo dicho intercambiador de calor dichos productos de combustión; un soplador ubicado dentro de dicha carcasa para dirigir un flujo de aire a través de dicho intercambiador de calor hacia el interior del recinto; y medios de escape en comunicación fluida con dicha salida, incluyendo dichos medios de escape un respiradero para descargar los productos de la combustión de dicha carcasa.

Por otra parte, el documento US6694968 proporciona un horno de aceite múltiple que comprende una carcasa de gabinete; una cámara de quemador alojada dentro de dicha carcasa de gabinete y que incluye: una estructura alargada que define una pared exterior; una pared trasera orientada generalmente perpendicularmente a dicha pared exterior; un conjunto de quemador montado en dicha carcasa de gabinete para proyectar una llama creada a partir de una ignición y combustión de combustible dentro de dicha cámara alargada, creando dicha llama gases de combustión calientes; una pluralidad de tubos de escape conectados a dicha pared trasera, siendo operables dichos tubos de escape para proporcionar un paso para la eliminación de dichos gases de combustión de dicha cámara de quemador; un colector colocado hacia atrás de dicha pared trasera y que está conectado a dichos tubos de escape para recoger los gases de combustión, teniendo dicho colector una abertura de descarga en el mismo para la descarga de los gases de combustión recogidos del horno; y un ventilador para mover el aire ambiente a través de dicha carcasa de gabinete, para absorber el calor antes de ser descargado del horno.

Sin embargo, las soluciones descritas en el estado de la técnica no representan una solución real dado que funcionan sólo con un tipo de combustión. Existen, por una parte, sistemas que funcionan con combustión indirecta, es decir, que calientan el fluido deseado sin que exista mezcla o contacto entre los gases de combustión y el fluido en cuestión; y, por otra parte, sistemas que funcionan con combustión directa, es decir, mezclando los gases de combustión con el fluido que se desea calentar.

En consecuencia, se requiere de un sistema dual que permita a través de un mismo dispositivo, seleccionar un calentamiento mediante combustión directa o indirecta, que permita la obtención de aire u otro gas caliente puro y libre de cualquier compuesto producido por la combustión, posibilitando su uso en aplicaciones o procesos que así lo requieran. SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención provee un sistema dual para el calentamiento de aire u otros gases mediante combustión directa o indirecta el cual incluye un dispositivo modular que comprende una carcasa externa, un conducto principal de entrada conectado a una cámara de combustión, la que a su vez se posiciona en el interior de un intercambiador de calor, y donde dicha cámara de combustión comprende una fuente de ignición ubicada en su extremo anterior; medios de impulsión de fluidos conectados operativamente a dicho conducto principal de entrada de dicho dispositivo modular, y a dicha cámara de combustión en su extremo posterior; un par de colectores, donde uno de ellos se conecta a dicho intercambiador de calor a través de un mecanismo de apertura y cierre; un conducto de descarga de gases posicionado en la porción superior de dicho dispositivo modular, y conectado a dicho colector a través de dicho mecanismo de apertura y cierre; y un controlador conectado operativamente a dicha fuente de ignición y a dichos medios de impulsión de fluidos; donde dicho controlador está configurado para encender dicha fuente de ignición y activar dichos medios de impulsión de fluidos.

En una realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque el accionamiento de dicho mecanismo de apertura y cierre se ejecuta de forma manual.

En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque el accionamiento de dicho mecanismo de apertura y cierre se ejecuta de forma automática.

En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque el accionamiento automatizado de dicho mecanismo de apertura y cierre se realiza a través de un sistema neumático o hidráulico.

En una realización preferida adicional, el sistema dual se caracteriza porque dicho controlador se conecta operativamente a dicho mecanismo de apertura y cierre, donde dicho controlador está configurado, adicionalmente, para abrir y cerrar dicho mecanismo de apertura y cierre. En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque la apertura y el cierre de dicho mecanismo de apertura y cierre puede ser total o parcial.

En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque dicha cámara de combustión se posiciona de manera concéntrica con respecto a dicho intercambiador de calor.

En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque comprende una pluralidad de válvulas y componentes electrónicos distribuidos al interior de dicho dispositivo modular y conectados operativamente a dicho controlador.

En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque dicho dispositivo modular comprende, adicionalmente, una salida de fluido caliente posicionada en la porción anterior de dicha carcasa externa.

En una realización preferida adicional, el sistema dual se caracteriza porque dicha fuente de ignición es un quemador a gas combustible.

En otra realización preferida, el sistema dual se caracteriza porque dichos medios de impulsión de fluidos son ventiladores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista isométhca de una primera realización del dispositivo modular del sistema dual para el calentamiento de aire y otros gases, que es objeto de la presente invención.

La Figura 2 muestra una vista isométhca en transparencia de una primera realización del dispositivo modular del sistema dual para el calentamiento de aire y otros gases, que es objeto de la presente invención.

La Figura 3 muestra una vista isométhca de una primera realización del intercambiador de calor y cámara de combustión del sistema dual para el calentamiento de aire u otros gases, que es objeto de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

De manera esencial, la presente invención proporciona un sistema dual (1 ) para el calentamiento de aire u otros gases mediante combustión directa o indirecta que comprende: un dispositivo modular (11 ) que comprende una carcasa externa (111 ), un conducto principal de entrada (112) conectado a una cámara de combustión (113), la que a su vez se posiciona en el interior de un intercambiador de calor (114), y donde dicha cámara de combustión (113) comprende una fuente de ignición (115) ubicada en su extremo anterior; medios de impulsión de fluidos (116a,116b) conectados operativamente a dicho conducto principal de entrada (112) de dicho dispositivo modular (11 ), y a dicha cámara de combustión (113) en su extremo posterior; un par de colectores (117a, 117b), donde uno de ellos (117a) se conecta a dicho intercambiador de calor (114) a través de un mecanismo de apertura y cierre (118); un conducto de descarga de gases (119) posicionado en la porción superior de dicho dispositivo modular (11 ), y conectado a dicho colector (117a) a través de dicho mecanismo de apertura y cierre (118); y un controlador conectado operativamente a dicha fuente de ignición (115) y a dichos medios de impulsión de fluidos (116a, 116b); donde dicho controlador está configurado para encender dicha fuente de ignición (115) y activar dichos medios de impulsión de fluidos (116a, 116b).

En el contexto de la presente invención se entenderá como modular a un diseño que permite optimizar el tiempo de construcción y sus partes son transportables, desarmables y re organizabas, además permite impulsar múltiples funcionalidades, pudiendo generar un nuevo uso diferente para el que fueron fabricados.

Adicionalmente, en el contexto de la presente invención se entenderá como carcasa a un armazón exterior de un material sustancialmente rígido y generalmente resistente, que brinda protección y soporte. La carcasa externa (111) del dispositivo modular (11 ), debe tener un tamaño considerable para albergar todos los componentes que conforman el sistema dual (1) para el calentamiento de aire u otros gases. Sin embargo, la forma y dimensiones de dicha carcasa externa (111 ), no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha carcasa externa (111 ) tiene forma de cilindrica con un largo de entre 90 cm y 130 cm, con un diámetro de entre 40 cm y 60 cm y un espesor de entre 1 mm y 4 mm. Por otra parte, el material de dicha carcasa externa (111 ) tampoco representa una característica limitante para la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha carcasa externa (111) de un material metálico. En una realización aún más preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha carcasa externa (111 ) es de acero inoxidable.

En el contexto de la presente invención se entenderá como premezcla a una mezcla de aire y gas, preparado previamente a la combustión.

En la parte inferior del dispositivo modular (11 ) se ubica el conducto principal de entrada (112), por donde ingresa la premezcla al sistema; tal como se observa en la Figura 1 y 2. El material, forma y dimensiones de dicho conducto principal de entrada (112) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho conducto principal (112) es un ducto alargado de acero inoxidable que tiene un diámetro de entre 3 cm y 6 cm, un largo de entre 20 cm y 50 cm y un espesor de entre 1 mm y 4 mm. La premezcla que ingresa por dicho conducto principal de entrada (112) se impulsa a través de los medios de impulsión de fluidos (116a), para luego entrar en la cámara de combustión (113).

La cámara de combustión (113) corresponde a un compartimento cerrado donde se lleva a cabo la combustión y se inicia el proceso de calentamiento de aire u otros gases. El material, forma y dimensiones de dicha cámara de combustión (113) no limita el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha cámara de combustión (113) es un cilindro de acero inoxidable, con un diámetro de entre 20 cm y 30, con un largo de entre 40 cm y 60 cm, y un espesor de entre 1 mm y 4 mm. Adicionalmente, dicha cámara de combustión (113) comprende una fuente de ignición (115) posicionada interiormente en su extremo anterior. En el contexto de la presente invención se entenderá como fuente de ignición a cualquier aparato que causa, origina o desencadena la combustión. La marca, modelo y combustible de dicha fuente de ignición (115) no limita el alcance de la presente invención, pudiendo ser, por ejemplo, quemadores eléctricos, mecánicos, químicos, entre otros. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha fuente de ignición (115) es un quemador a gas combustible con un transformador de ignición Satronic ZT931, que funciona a 1x14 kV y 20 mA.

Por otra parte, en el exterior de la cámara de combustión (113) se ubica el intercambiador de calor (114) el cual se posiciona de manera concéntrica con respecto a dicha cámara de combustión (113), donde esta queda envuelta por los tubos de dicho intercambiador de calor (114); tal como se observa en la Figura 3. El material, tamaño y dimensiones de dicho intercambiador de calor (114) no limita el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho intercambiador de calor (114) es un intercambiador de calor de tubos de acero inoxidable, que tiene entre 3 cm y 6 cm de diámetro, y un espesor de entre 1 mm y 4 mm de espesor.

Existen medios de impulsión de fluidos (116a, 116b) posicionados operativamente en dos partes del sistema. Por una parte, uno posicionado en la entrada del sistema encargado de impulsar el la premezcla que ingresa al sistema a través del conducto principal de entrada (112); y, por otra parte, uno posicionado en la parte posterior del dispositivo modular (11 ) y encargado de impulsar el aire caliente hacia la zona anterior de la carcasa externa (111 ); Tal como se observa en la Figura 1 y 2. La marca, modelo y potencia del motor de dichos medios de impulsión de fluidos (116a, 116b) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dichos medios de impulsión de fluidos (116a, 116b) son ventiladores EBM-Papst, modelo RG-148, con un motor de 135 W.

En otra realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, el dispositivo modular (11 ) comprende, adicionalmente, una salida de fluido caliente (121 ) posicionada en la porción anterior de la carcasa externa (111 ); tal como se observa en la Figura 1 y 2. La forma y dimensiones de dicha salida de fluido caliente (121 ) no limita el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha salida de fluido caliente (121 ) es una perforación circular que tiene entre 10 cm y 20 cm de diámetro. En una realización aún más preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, en dicha salida de fluido caliente (121 ) se conecta un ducto con el objetivo de dirigir el fluido caliente a donde se desee.

El par de colectores (117a,117b) corresponden a un par de piezas encargadas de suministrar y recoger el fluido contenido en vahos conductos; en este caso suministra el fluido contenido en los tubos del intercambiador de calor (114). Cada uno de los colectores que conforman dicho par de colectores (117a, 117b) se posicionan respectivamente en los extremos de los tubos de dicho intercambiador de calor (114); tal como se observa en la Figura 3. Adicionalmente, un primer colector (117a) comprende un mecanismo de apertura y cierre (118), y se conecta a un conducto de descarga de gases (119); tal como se observa en la Figura 3. El material, forma y dimensiones de cada uno de los colectores (117) que conforman dicho par de colectores (117a,117b) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, cada uno de los colectores (117) que conforman dicho par de colectores (117a,117b) son anillos de acero inoxidable con un diámetro externo de entre 30 cm y 50 cm, un diámetro interno de entre 20 cm y 40 cm, y un espesor de entre 1 mm y 4 mm.

El mecanismo de apertura y cierre (118) corresponde a un mecanismo que tiene la función de abrir y cerrar el paso de los gases que generan la combustión y el fluido que se desea calentar; permitiendo el calentamiento a través de combustión indirecta o combustión directa, según la aplicación que se desee. Es decir, el calentamiento del aire se puede realizar mezclando los gases de combustión con el fluido que se desea calentar, o bien, el fluido se puede calentar sin tener contacto con los gases de la combustión. El funcionamiento de dicho mecanismo de apertura y cierre (118) no representa una característica limitante para la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho mecanismo de apertura y cierre (118) son una pluralidad de perforaciones idénticas y posicionadas equidistantemente entre sí a lo largo del colector (117a), donde cada una de dichas perforaciones tienen tapas, las cuales se deslizan permitiendo la apertura parcial, total, y cierre de dichas perforaciones; tal como se observa en la Figura 3. Por otra parte, la forma y el tamaño de cada una de las perforaciones que conforman dicha pluralidad de perforaciones de dicho mecanismo de apertura y cierre (118) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, cada una de las perforaciones que conforman dicha pluralidad de perforaciones de dicho mecanismo de apertura y cierre (118) son perforaciones circulares que tienen un diámetro de entre 3 cm y 6 cm.

El accionamiento del mecanismo de apertura (118) y cierre no representa una característica limitante para la presente invención, pudiendo ser, de manera manual o automática. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho mecanismo de apertura y cierre (118) se ejecuta de forma manual. En una realización alternativa, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho mecanismo de apertura y cierre (118) se ejecuta de forma automática. En una realización aún preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho mecanismo de apertura y cierre (118) se conecta operativamente al controlador, donde dicho controlador está configurado para abrir y cerrar dicho mecanismo de apertura y cierre. Pudiendo ser esta apertura o este cierre total o parcial. Adicionalmente, el sistema mediante el cual se realiza esta apertura y cierre de dicho mecanismo de apertura y cierre (118) no limita el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho mecanismo de apertura y cierre (118) se acciona a través de un sistema neumático o hidráulico, sin limitarse a estos.

La ventaja más significativa de la solución propuesta en la presente invención, es precisamente este mecanismo de apertura y cierre (118) posicionado en el colector (17a) o colectores (17a, 17b), y conectado al conducto de descarga de gases (119), y conectado, a su vez, al controlador; el cual permite la salida de los gases de combustión al ambiente, sin mezclarse con el fluido que se desea calentar (combustión indirecta), o bien, cerrando el conducto de descarga de gases (119) y abriendo el paso entre el colector (117a) y la cámara de combustión (113), mezclando los gases de combustión con el fluido de interés (combustión directa), de aquí la funcionalidad más eficiente del sistema dual (1 ) que es objeto de protección.

Adicionalmente, en la porción superior de la carcasa externa (111 ) y justo sobre el colector (117a) se encuentra un conducto de descarga de gases (119) por donde se expulsan los gases de la combustión, en el caso que se realice una combustión indirecta, es decir, sin que exista mezcla o contacto entre los gases de combustión y el aire o gas que se desea calentar, aquí falta algo para completar la ¡dea; tal como se observa en la Figura 1 y 2. El material, forma y dimensiones de dicho conducto de descarga de gases (119) no limita el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho conducto de descarga de gases (119) es un ducto cilindrico de acero inoxidable que tiene un diámetro de entre 10 cm y 20 cm, con un largo de entre 5 cm y 15 cm y un espesor de entre 1 mm y 4 mm.

El encargado del control y automatización de los procesos que lleva a cabo el sistema dual (1 ) es el controlador. El tipo, marca y modelo de dicho controlador no representa una característica limitante para la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho controlador es un controlador lógico programadle marca Siemens, modelo LOGO.

El sistema dual (1 ) comprende una pluralidad de válvulas y componentes electrónicos distribuidos a lo largo del dispositivo modular (11 ) tanto al interior de la carcasa externa (111 ) como por fuera de ella; y donde cada una de las válvulas y componentes electrónicos que conforman dicha pluralidad de válvulas y componentes electrónicos se conectan operativamente a dicho controlador. El detalle de dicha pluralidad de válvulas y componentes electrónicos se especifican a continuación:

Presostato de gas: posicionado en el conducto principal de entrada (112) y conectado operativamente a los medios de impulsión de fluidos (116a). • Presostato de aire: posicionado en el extremo posterior del dispositivo modular (11 ) y conectado operativamente a los medios de impulsión de fluidos (116b).

• Motor del ventilador: posicionados y conectados operativamente en cada uno de los medios de impulsión de fluidos (116a, 116b).

• Vahador de velocidad: posicionados al interior de cada uno de los medios de impulsión de fluidos (116a, 116b)

• Transformador de ignición: posicionado al interior de la cámara de combustión (113) y conectado operativamente a la fuente de ignición (115).

• Alimentación eléctrica: conectada operativamente a todos los componentes electrónicos y válvulas, y al controlador.

• Válvula monobloque: posicionada en el conducto principal de entrada (112) y conectada operativamente a los medios de impulsión de fluidos (116a).

• Termostato de seguridad: conectado operativamente a la fuente de ignición (115) y al controlador.

Por último, en términos generales, el funcionamiento del sistema dual (1 ) para el calentamiento de aire u otros gases es el siguiente:

Se ingresa una premezcla de aire y combustible a través del conducto principal de entrada (112) por acción de un medio de impulsión de fluidos (116a), el fluido circula e ingresa a la cámara de combustión (113), donde dicha cámara de combustión (113) comprende una fuente de ignición (115) en su entrada, donde se genera la combustión. De manera externa a dicha cámara de combustión se posiciona un intercambiador de calor (114), el cual comprende una serie de tubos que envuelven a dicha cámara de combustión (113); a su vez, dicho intercambiador de calor comprende en los extremos de sus tubos un par de colectores (117a,117b), encargado. En uno de los colectores, precisamente el colector (117a) se ubica un mecanismo de apertura y cierre (118), que consiste en una pluralidad de perforaciones ubicadas en su superficie lateral, con sus respectivas tapas o cierres, las cuales se deslizan interiormente, permitiendo el cierre, apertura total o parcial de dichas perforaciones. Este mecanismo de apertura y cierra (118) es fundamental para el funcionamiento del sistema dual (1 ) dado que, es la pieza que permite realizar un calentamiento a través de combustión directa o combustión indirecta; permitiendo que los gases se mezclen con el fluido que se desea calentar o bien, el fluido se caliente sin tener contacto con los gases de combustión. Asimismo, en la parte superior de la carcasa externa (111 ) se encuentra una perforación por donde atraviesa un conducto de descarga de gases (119), que juega un rol de chimenea, permitiendo que se expulsen los gases de combustión del sistema al exterior, cuando se quiere realizar una combustión indirecta (sin mezcla o contacto entre gas y fluido). Dicho conducto de descarga de gases se conecta operativamente a dicho mecanismo de apertura y cierre (118) en dicho colector (117a). Adicionalmente, el sistema comprende un medio de impulsión de fluidos (116b) posicionado en el extremo posterior del dispositivo modular (11 ) y encargado de impulsar el aire caliente hacia la zona anterior por el interior de dicha carcasa externa (111 ), donde se posiciona una salida de fluido caliente (121 ), por donde se retira el fluido que se desea calentar y se guía para su posterior utilización.

Paralelamente, es importante mencionar el rol que juega el controlador, dado que controla el ingreso de la premezcla mediante la activación del medio de impulsión de fluidos (116a), luego es el encargado de encender el transformador de fuente de ignición (115), generando la combustión. En una realización preferida, que resulta ventajosa, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho controlador se conecta adicionalmente a dicho mecanismo de apertura y cierre (118) a través de un sistema neumático o hidráulico. Donde dicho controlador está configurado para ejecutar una apertura total, parcial o cierre de dicho mecanismo de apertura y cierre (118) dependiendo del tipo de combustión que se requiera; finalmente, es quien impulsa el aire caliente al interior de la carcasa externa (111) hacia su porción anterior, por acción del medio de impulsión de fluidos (116b), donde el aire se expulsa por la salida de fluido caliente (121 ). Todas estas acciones realizadas mencionadas anteriormente se llevan a cabo con ayuda de una pluralidad de válvulas y componentes electrónicos, quienes supervisan y realizan diferentes tareas.