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Patent Searching and Data


Title:
CONTINUOUS LOW-PRESSURE SATURATED STEAM GENERATOR WITH MICRO-DROPLET WATER ATOMISATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/084641
Kind Code:
A1
Abstract:
The following invention abstract describes a continuous low-pressure saturated steam generator with micro-droplet water atomisation, that atomises water transformed into a mist state (6) using atomising nozzles (3), in which said mist is injected into a dynamic heat duct (1) that is supplied with approximately 540 kcal/kg for each kilo (kg) of evaporated water, in which the heat can be provided directly by burners (2 and 17) or indirectly (24 and 28), these heating systems heating the environment to a high temperature so that the water droplets (6) turn into saturated steam (7) almost instantaneously.

Inventors:
PACHECO DA CUNHA, Otalício (Rua Coronel Bordini nº 780, -030 SÃO LEOPOLDO RS, 93044-030, BR)
Application Number:
BR2018/000067
Publication Date:
May 09, 2019
Filing Date:
November 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
PACHECO DA CUNHA, Otalício (Rua Coronel Bordini nº 780, -030 SÃO LEOPOLDO RS, 93044-030, BR)
International Classes:
F22B27/16
Foreign References:
US20040086816A12004-05-06
US2790428A1957-04-30
US4706611A1987-11-17
US5259341A1993-11-09
Attorney, Agent or Firm:
OLIVEIRA POLI, João Henrique Espírito de (Praça Menino Deus nº 49, Menino Deus, -180 PORTO ALEGRE RS, 90850-180, BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES:

1- GERADOR CONTÍNUO DE VAPOR SATURADO DE BAIXA PRESSÃO COM ATOMIZAÇÃO DA ÁGUA EM MICRO PARTÍCULAS, caracterizado por ocorrer a geração de vapor saturado em um ambiente de baixa pressão (7) com água previamente pulverizada por intermédio de bicos atomizadores (3) formando uma névoa (6) em um duto de calor dinâmico (1) que é alimentado com alta temperatura (2).

2- GERADOR CONTÍNUO DE VAPOR SATURADO, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado peio referido duto de calor dinamico (1) ser dotado na superfície lateral de dispositivos de entrada de ar (9) e dotado na sua parte posterior de uma bateria de queimadores de alta temperatura (2), onde, nas laterais deste duto dinâmico (1), são instalados bicos atomizadores (3) que recebem água pressurizada por intermédio da tubulação (4) contendo anel de alimentação (5), de modo que a névoa gerada (6) seja demandada lateralmente à bateria de queimadores (2), passando à vapor saturado em um ambiente de pressão negativa (7), sendo que este vapor saturado é retirado do duto de calor dinâmico (1) por meio de um sistema de exaustão (8) que descarrega o ar (14), sendo que dito duto de calor dinâmico (1) está conectado a um módulo (10) por onde o vapor gerado deve passar, sendo que dito módulo (10) é dividido em duas câmaras com pressão negativa (11 e 12), uma à montante (11) e outra à jusante (12) de uma câmara (13) que contém produto a ser tratado.

3- GERADOR CONTÍNUO DE VAPOR SATURADO, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado pelo duto de calor dinâmico (15) ser dotado na superfície lateral de dispositivos de entrada de ar (16) e dotado na sua parte posterior de uma bateria de queimadores de alta temperatura (17), sendo que, paralelo aos queimadores (17) deste duto dinâmico (15), são instaiados bicos atomizadores (18) que recebem água pressurizada por intermédio da tubulação (19), de tai modo que a névoa gerada (20) seja demandada ortogonaimente à bateria de queimadores (17), passando à vapor saturado em um ambiente de pressão negativa (21), sendo que este vapor saturado é retirado do duto de caior dinâmico (15) por meio de um sistema de exaustão (22) que retira o vapor (24).

4- GERADOR CONTÍNUO DE VAPOR SATURADO, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado peia geração de vapor se dar a baixa temperatura entre 40*C ou menos ou a 150°C ou mais em ambiente de baixa pressão negativa.

5- GERADOR CONTÍNUO DE VAPOR SATURADO, de acordo com a reivindicação 4 e caracterizado pelos atomizadores (34) também poderem ficar posicionados em uma região do duto de caior dinâmico (32) que permite direcionar a água atomízada (33) pelos bicos atomizadores. (34) alimentados com água sob alta pressão (35), em sentido contrário ao fluxo de calor que emana da câmara de geração de caior (30).

Description:
GERADOR CONTÍNUO DE VAPOR SATURADO DE BAIXA PRESSÃO COM ATOMIZAÇÂO DA ÁGUA EM MICRO PARTÍCULAS. CAMPO TÉCNICO

[001] O seguinte relatório descritivo para invenção se refere ao desenvolvimento de um gerador de vapor saturado a baixa pressão que consiste em atomizar água transformando em estado de névoa, por intermédio de bicos atomizadores, onde dita nevoa será injetada em um duto de calor dinâmico, dotado de alguma fonte de calor capaz de propiciar aíta temperatura ao ambiente, de modo que as gotfculas de água se transformem em vapor saturado quase instantaneamente.

ESTADO DA ARTE

[002] Vapor é utilizado em uma vasta gama de aplicações, desde o uso doméstico até industrial. Aplicações comuns para vapor são, por exemplo, processamento de alimentos, processos aquecidos a vapor em usinas, fábricas e turbinas movidas a vapor em usinas de energia elétrica, processamentos químicos, mas os usos de vapor na indústria vão muito além disso, tais como: aquecímento/esteriíização, propulsão/movimento, força motriz etc.

[003] A forma mais comum para gerar vapor é por intermédio de uma caldeira. A maioria das caldeiras é indireta na medida em que elas queimam algum tipo de combustível (lenha, resíduos, gás, óleo etc.) para aquecer as paredes de um trocador de calor. Fluxos de água são empregados do outro lado da parede trocadora de calor (normalmente dentro de tubos). A água nos tubos aquece até o ponto de ebulição, conforme a água passa através da caldeira. A água está, assim, indiretamente aquecendo em vapor. Se água for aquecida além do ponto de ebulição, ela se transforma em vapor, ou água em estado gasoso. No entanto, nem todo vapor é igual. As propriedades do vapor variam gradativamente dependendo da pressão e temperatura na qual ele está sujeito.

[004] O vapor saturado ocorre em temperaturas e pressões onde o vapor (gás) e água (líquido) podem coexistir. Em outras palavras, isto ocorre quando a taxa de vaporização da água é igual a taxa de condensação. Deste modo, quando toda a água foi fervida em vapor, e nenhum calor adicional foi adicionado, o vapor é considerado "saturado". Se a água não foi completamente fervida, mas tem um pouco de água condensada ainda neia, o vapor é considerado como "úmido". Se mais calor foi adicionado passado o ponto de ebulição de toda a água, e todo o vapor foi elevado em temperaturas acima do ponto de ebulição da água na pressão dada, o vapor é considerado "superaquecido". Dependendo da temperatura do vapor requerido, e se é ou não é importante que o vapor seja completamente gasoso ou se beneficie de ser úmido, a caldeira está configurada para aumentar o vapor para temperatura e estado desejados.

[005] Também é conhecida a geração direta de vapor, através de combustão de oxicombustfvel, onde um combustível contendo hidrogénio e/ou carbono é queimado com oxigénio. O hidrogénio no combustível reage com o oxigénio para diretamente formar água. A temperatura de tais reações é tal que normalmente a água é formada no estado gasoso na forma de vapor superaquecido. Mais tipicamente com combustão de oxicombustível, a água também é adicionada em uma câmara de combustão para esfriar o vapor de alta temperatura produzido pela combustão do combustível com o oxigénio. Essa água adicional é aquecida diretamente em vapor e é misturada com o vapor gerado pela combustão do combustível com o oxigénio. [006] Um gerador de vapor com uma câmara de combustão na quai o oxigénio e um combustível contendo hidrogénio são direcionados para a combustão nela é descrito no documento US 20100224363. O gerador de gás também inclui saídas de água e uma saída para uma mistura de vapor e CO 2 gerado dentro do gerador de gás. A mistura de vapor e CO 2 pode ser usada para vários processos diferentes, com alguns tais processos resultando em recirculação de água do processador de volta para a entrada da água do gerador de gás.

[007] O documento US 7780152 descreve um gerador de vapor de combustão direta, que compreende um queimador de difusão de fluxo de redemoinho em uma zona de combustão dentro de uma câmara, compreendendo 0 dito queimador, pelo menos, uma entrada de combustível e pelo menos uma entrada de fluido contendo oxigénio, e em que pelo menos uma das referidas entradas está adaptada para criar uma zona de recirculação de vórtice, derrtro de uma flama aerodinamicamente estável implantada ao longo de um núcleo axial da referida zona de combustão dentro da referida câmara, e em que a referida chama é de intensidade suficiente para produzir caior latente de vaporização de água correspondente à pressão de operação; e em que a referida câmara é definida por uma parede que compreende uma entrada adaptada para introduzir um fluxo giratório axiai de água ao longo de uma superfície interior da referida parede, 0 dito fluxo de água que define a referida zona de combustão e isolando a referida parede da referida chama. Uma aplicabilidade particular é encontrada na geração de vapor no espaço compacto.

PROBLEMAS DA TÉCNICA

[008] A geração de vapor por meio de caldeiras pode ser de dois tipos: caldeiras fiamo tubulares, onde os gases quentes providos de água circulam pelos tubos de troca, transferindo o calor para a água, normalmente operam com baixas capacidade de produção e pressão; ou as caldeiras aquatubulares, onde essa água circula pelos tubos e entre dois vasos comunicantes recebendo calor dos gases quentes gerado no queimador. São caldeiras com capacidades maiores de produção e altas pressões. Também, tem as caldeiras mistas.

[009] Independentemente do modo de trabalho, uma caldeira é um equipamento que requer cuidados especiais em sua manutenção, exigem profissionais habilitados para seu manuseio e podem ser muito caras.

[010] O sistema de geração direta de vapor por meio de oxicombustível é mais barato do que uma caldeira convencional e não requer tanta manutenção. No entanto, o sistema opera com temperaturas muito elevadas, da ordem de 1000ºC, gerando vapor superaquecido.

[011] Também, é importante observar que o documento US 20100224363 (oxicombustível) descreve um método de geração de gás misturado de C02 e vapor, onde o gerador de gás inclui múltiplas câmaras adjacentes com entradas separadas de água passando para o gerador de gás entre as câmaras adjacentes, de tal forma que as temperaturas nas câmaras adjacentes sejam progressivamente mais baixas conforme a distância a partir da câmara de combustão aumentar. Neste sistema, as câmaras adjacentes devem ser resfriadas com água para evitar o superaquecimento.

SOLUÇÃO PROPOSTA

[012] Para solucionar os problemas anteriormente apontados a invenção propõe o desenvolvimento de um gerador contínuo de vapor saturado de baixa pressão com atomização de água em micro gotfculas, que consiste em atomizar água transformando em estado de névoa, por intermédio de bicos atomizadores, onde dita nevoa será injetada em um duto de caior dinâmico, onde o caior pode ser de forma direta, através de queimadores ou de forma indireta, sendo que estes sistemas de aquecimento propiciam alta temperatura ao ambiente, de modo que as gotículas de água se transformem em vapor saturado quase instantaneamente. Deste modo, não se trabalha com vapor superaquecido.

SUMÁRIO

[013] Assim, devido às considerações pertinentes ao estado da arte anteriormente revelado e focando na solução proposta, é um dos objetivos da presente invenção o desenvolvimento de um gerador contínuo de vapor saturado de baixa pressão com atomização de água em micro gotículas, onde o sistema consiste em atomizar água transformando em estado de névoa úmída com bicos atomizadores a uma pressão definida para o objetivo, a uma temperatura a qual a água está em estado líquido, esta nevoa será injetada num duto de caior dinâmica a qual é alimentado com aproximadamente 540 Kcal/kg para cada quilo (Kg) de água evaporada (caior latente da água).

[014] Uma característica deste invento é que a temperatura do vapor pode ser ajustada entre 40°C ou menos ou a 150°C ou mais em ambiente a baixa pressão e devido sua concepção de projeto ser em ambiente semiaberto ou semifechado.

[015] Quanto a sua área de aplicação não há restrição, principalmente peia simplicidade e segurança, por exemplo, se pode citar a indústria de óleo, frigoríficas, agropecuária, tratamento térmico fitossanitário de grãos, fabricas de ração, laticínios, câmara com atmosfera controlada etc., onde necessitar de geração de vapor se pode ter um projeto adequado para cada finalidade. DESCRIÇÃO

[016] A caracterização da presente invenção é feita por meio de desenhos representativos do gerador contínuo de vapor saturado de baixa pressão com atomização de água em micro gotículas, de tal modo que produto possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada, permitindo piena caracterização da funcionalidade do objeto pleiteado.

[017] A partir das figuras elaboradas que expressam a melhor forma ou forma preferenciai de se realizar o produto ora idealizado, se fundamenta a parte descritiva do relatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, onde a mesma esclarece aspectos que possam ficar subentendidos peia representação adotada, de modo a determinar claramente a proteção ora pretendida.

[016] Estas figuras são meramente ilustrativas, podendo apresentar variações, desde que não fujam do inicialmente pleiteado.

[019] Neste caso se tem que:

[020] - A FIGURA 1 mostra a geração de vapor em circuito semífechado com atomizadores laterais à chama;

[021] - A FIGURA 2 mostra a geração de vapor em circuito semiaberto com atomizadores paralelos à chama;

[022] - A FIGURA 3 mostra a geração de vapor em circuito semífechado com atomizadores laterais com calor produzido por queima de lenha;

[023] - A FIGURA 4 mostra a geração de vapor em circuito aberto com atomizadores laterais com calor produzido por queima de cavaco e; [024] -A FIGURA 5 mostra a geração de vapor em circuito aberto com atomízadores em contrafluxo ao fiuxo de caior produzido por queima de cavaco.

[025] Uma forma preferenciai de realização da invenção é mostrada na figura 1 e compreende um duto de caior dinâmico (1), dotado na superfície lateral de dispositivos de entrada de ar (9) e dotado na sua parte posterior de uma bateria de queimadores (2) capazes de produzir altas temperaturas por intermédio da queima de algum combustível, onde, nas laterais deste duto dinâmico (1), são instalados bicos atomízadores (3) que recebem água pressurizada por intermédio da tubulação (4) contendo anel de alimentação (5), de tal modo que a água atomizada crie uma névoa (6) e seja demandada lateralmente à bateria de queimadores (2), passando quase que instantaneamente à vapor saturado em um ambiente de pressão negativa (7), sendo que este vapor saturado é retirado do duto de calor dinâmico (1 ) por meio de um sistema de exaustão (8) que descarrega o ar (14), sendo que dito duto de calor dinâmico (1) está conectado a um módulo (10) por onde o vapor gerado deve passar, sendo que dito módulo (10) é dividido em duas câmaras com pressão negativa (11 e 12), uma à montante (11) e outra à jusante (12) de uma câmara (13) que contém produto a ser tratado com o vapor gerado.

[026] Outra forma preferencial de realização da invenção é mostrada na figura 2 e compreende um duto de calor dinâmico (15), dotado na superfície lateral de dispositivos de entrada de ar (16) e dotado na sua parte posterior de uma bateria de queimadores (17) capazes de produzir altas temperaturas por intermédio da queima de algum combustível, sendo que, paralelo aos queimadores (17) deste duto dinâmico (15), sâo instalados bicos atomizadoras (18) que recebem água pressurizada por intermédio da tubulação (19), de tal modo que a água atomizada crie uma névoa (20) e seja demandada ortogonalmente à bateria de queimadores (17), passando quase que instantaneamente à vapor saturado em um ambiente de pressão negativa (21), sendo que este vapor saturado é retirado do duto de calor dinâmico (15) por meio de um sistema de exaustão (22) que retira o vapor (24) e o entrega para realizar algum processo industrial.

[027] A figura 3 mostra outra forma possível de gerar calor em substituição à bateria de queimadores (2 e 17), onde se acopla uma unidade de queima de lenha (24) com entrada de ar (25) pela parte inferior do queimador, com geração de calor pela queima da lenha em uma câmara de geração de calor (26), sendo que esta unidade de queima é responsável peio aquecimento do duto de calor dinâmico (1) que segue idêntico ao mostrado na figura 1.

[028] A figura 4 mostra outra forma possível de gerar calor em substituição à bateria de queimadores (2 e 17), onde se acopla uma unidade de queima de cavaco (28) com entrada de ar insuflado (29) pela parte inferior do queimador, com geração de caíor pela queima do cavaco em uma câmara de geração de calor (30), sendo que esta unidade de queima é responsável pelo aquecimento do duto de calor dinâmico (15), que segue idêntico ao mostrado na figura 3, mas com atomizadores de água dispostos na lateral (31).

[029] A figura 5 mostra mais uma forma possível de gerar vapor, mantendo-se uma unidade de queima de cavaco (28) com entrada de ar insuflado (29) pela parte inferior do queimador, com geração de calor pela queima do cavaco em uma câmara de geração de calor (30), sendo que esta unidade de queima é responsável pelo aquecimento do duto de calor dinâmico (15), exatamente como ilustrado na figura 4, mas ao invés da se ter os atomizadores laterais (31), estes atomizadores ficam posicionados em uma região do duto de calor dinâmico (32) que permite direcionar a água atomizada (33) pelos bicos atomizadores (34) alimentados com água sob alta pressão (35), em sentido contrário ao fluxo de caior que emana da câmara de geração de calor (30), sendo que este vapor saturado é retirado do duto de caior dinâmico (32) por meio de um sistema de exaustão que retira o vapor e o entrega para realizar algum processo industrial.