Caldera de combustión

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a una caldera para calentamiento de agua y producción de vapor mediante combustión que ofrece una gran reducción del consumo energético.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Las calderas de combustión comprenden generalmente una cámara de combustión y una salida de gases. Uno o más serpentines calientan el líquido hasta producir su evaporación o proceder a su extracción y uso para el fin previsto. En su caso la extracción requiere un calderín que separa el gas (vapor) del líquido.

El líquido, generalmente agua, cuando está a punto de evaporarse, se encuentra a una temperatura homogénea que aumenta las posibles pérdidas por la superficie, supone no poder recuperar adecuadamente todo el calor de los humos e implica que la entrada de agua fría tenga un efecto muy negativo en la producción de vapor. Por lo tanto, se realiza un precalentamiento del agua, que complica la gestión y la construcción de la caldera, o se sobredimensiona el depósito para que el agua nueva no afecte demasiado a la temperatura (por lo que se pierde energía en calentar agua innecesaria).

El solicitante no conoce ninguna caldera similar a la invención, o que pueda considerarse solución de los mismos problemas técnicos.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en una caldera de combustión según las reivindicaciones.

Es una caldera de alta eficiencia y seguridad, que puede aceptar agua u otro líquido (aceite...) sin necesidad de precalentamiento pues se produce por sí solo dada la disposición de la cámara de combustión y de las tuberías de extracción de gases. Además, esa disposición permite aumentar la velocidad de calentamiento y reducir el tiempo que tarda en generarse el vapor. A su vez, los humos pueden ser extraídos a poca temperatura, por lo que las pérdidas de calor son muy reducidas.

En concreto, la caldera de combustión comprende una o más cámaras de combustión, una serie de tuberías de conducción de humos (al menos una) y un depósito de líquido con una salida de vapor o líquido caliente y una entrada de líquido frío. Además, de forma novedosa tanto las cámaras como las tuberías están sumergidas en el líquido del depósito, quedando las cámaras por encima de las tuberías. En paralelo, la entrada de líquido se produce por un punto inferior del depósito mientras que la salida de vapor es por un punto superior. La circulación de los humos puede ser por tiro natural, por el tiro forzado de los quemadores, o por un compresor extractor de gases...

Como las cámaras de combustión están en la parte superior, producen vapor o líquido a alta temperatura instantáneamente.

Esta caldera permite obtener toda una serie de ventajas:

1. Se pueden fabricar unas cuatro veces más pequeñas, y producir el mismo vapor o más, por no tener ningún efecto negativo al entrar el agua fría en la caldera.

2. Produce el vapor casi al instante, porque tiene que producir vapor el mismo quemador de muchísima menos agua, hasta un octavo de la habitual.

3. No necesita calentar todo el líquido para producir obtener el fluido a alta temperatura deseado. Al estar dispuestas las cámaras de combustión en la parte alta de la caldera se calienta a esa temperatura sólo el líquido que se va a extraer.

4. Al calentar de arriba hacia abajo se crea un efecto de serpentines invertidos: los humos o gases hacia abajo por su tiro, forzado o no, y el líquido al calentarse hacia arriba.

5. Al poder tener más cámaras de combustión, se consigue la misma superficie de contacto o más, pero dejando mucho más espacio para los pasos de humos o gases

6. Se aprovecha el cien por cien de la combustión, ya que los humos o gases llegan al exterior a la temperatura que entre el agua fría en la caldera (entre 15° y 25°).

En consecuencia, al tener tantas ventajas frente a las convencionales, se podría decir que son altamente ecológicas ya que para producir el mismo vapor necesitan la mitad de combustible, suponiendo un ahorro energético y ecológico muy alto. Las tuberías forman un intercambiador de tubos dispuestos horizontalmente por los cuales circulan los humos de la combustión hacia abajo, bajando por los distintos niveles. Con ello se consigue enfriar los humos, aprovechando al máximo la combustión, y se asegura que la temperatura máxima está en la parte superior, con la salida de la caldera. Cada nivel de líquido tiene distintas temperaturas, de forma que el líquido que entra por la parte inferior se precalienta y asciende por su densidad hasta las cámaras de combustión que es donde más temperatura alcanza. En consecuencia, el líquido que entra puede estar a temperatura ambiente.

Preferiblemente, la salida de humos está en el punto más inferior de la tubería dentro del depósito.

De esta forma, la salida de humos hacia abajo hace funcionar la propia caldera como dos serpentines. El humo desciende mientras que el líquido calentado asciende. En consecuencia, de forma sencilla y sin necesitar equipos complejos, se recupera el máximo de calor de la combustión. Este efecto se produce al generar un gradiente térmico dentro del propio depósito, que sitúa el líquido más caliente en la parte más alta, donde está la salida.

Otras realizaciones particulares se comentarán más adelante.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras que muestran ejemplos de realización particulares.

La figura 1 representa un corte esquemático de un primer ejemplo de realización según una primera dirección.

La figura 2 representa un corte esquemático de un segundo ejemplo según una segunda dirección, perpendicular a la primera, marcando el recorrido del líquido según se calienta y de los humos al salir de la cámara de combustión.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

El ejemplo mostrado en las figuras corresponde a una caldera generadora de vapor. Comprende una caldera con una o más cámaras (1) de combustión, una serie de tuberías (2) de conducción de humos y un depósito (3) de agua o líquido a calentar que tiene una salida (4) superior de vapor o agua caliente y una entrada (5) inferior de agua nueva o del condensador.

Se puede apreciar que las cámaras (1) son horizontales, con una entrada frontal de combustible (de cualquier tipo: líquido, sólido, gas... por ejemplo, pellets de madera o de residuos orgánicos) y una salida posterior de humos. Las tuberías (2) están dispuestas por debajo de la cámara (1). El tiro natural de los gases o producido por los quemadores servirá para asegurar la conducción en el sentido deseado. Sin embargo, es posible añadir un compresor o extractor de gases (no mostrado). Estas tuberías (2) se disponen preferiblemente como serpentín, con la salida final en el punto más inferior.

El conjunto de cámaras (1) y tuberías (2) está insertado dentro del depósito (3), de forma que toda su superficie lateral está en contacto con el agua. El nivel de ésta se controlará por cualquier medio conocido para asegurar que se produce ese intercambio de calor y no sube demasiado la temperatura de la pared.

El uso de vahas cámaras (1) en vez de una sola permite aumentar la superficie de contacto con cámaras (1) más pequeñas, de forma que permite aumentar el recorrido de las tuberías (2) dentro del depósito (3). Una solución óptima está entre 1 y 5 cámaras (1). En la figura 2 se han representado vahas tuberías (2), marcando en punteado los circuitos de gases de la caldera central para evitar confusión. La distribución de las tuberías (2) por el depósito (3) se calculará para que el gradiente de temperatura sea el más adecuado y reducir cualquier eventual corriente de convección indeseada. En la figura 2 se muestra una solución con tres cámaras (1), la del centro y sus tuberías (2) en línea discontinua, e indicando a la derecha el gradiente de temperaturas.

Esta solución permite, en un ejemplo, utilizar una caldera de 200 litros de agua y elevar la temperatura hasta 150°C en seis minutos, con una salida de humos a 15°C.