DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un generador de aire caliente por combustión de biomasa, el cual aporta, a la función a que se destina, varias ventajas y características de novedad que se describirán en detalle más adelante y que suponen una mejora alternativa a los sistemas actualmente conocidos para el mismo fin.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un aparato generador de aire caliente que, siendo aplicable para calefactar locales industriales o grandes recintos, que utiliza como combustibles pellets y otros tipos de biomasa y que se compone esencialmente de una cámara de combustión, un bloque intercambiador de calor tubular donde se transfiere el calor de los gases de combustión al aire impulsado mediante un ventilador dispuesto para tal fin, presentando la particularidad de estar estructuralmente configurado de manera que el citado bloque intercambiador de calor, que se dispone detrás de la cámara de combustión, es desmontable y se acopla con los tubos en posición vertical, proporcionando con ello ventajas de transporte y montaje, prolongación de la vida útil del aparato, menor acumulación de cenizas, fácil limpieza, mayor eficiencia y abaratamiento de las labores de mantenimiento. CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCION

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de aparatos y dispositivos generadores de aire caliente, centrándose particularmente en el ámbito de los que utilizan biomasa como combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Como es sabido, actualmente la biomasa es el combustible más económico y ecológico, ya que su ahorro energético oscila entre el 40-60% respecto a otros combustibles. Por ello es cada vez más corriente la utilización de aparatos que utilizan dicho combustible como generadores de aire caliente para climatizar grandes locales. Estos aparatos, de forma convencional, suelen estar construidos, entre otros elementos, por sistemas de alimentación con un sinfín que traslada la biomasa hacia el quemador de una cámara de combustión de la que parten o salen los gases de combustión hacia un intercambiador de calor donde se consigue la transferencia térmica dell aire a calentar.

El problema esencial de estos aparatos suele ser la dificultad de desmontaje del conjunto de tubos que conforman el intercambiador de calor, ya que normalmente se configura como una pieza integrada sobre la cámara de combustión, lo cual supone dificultades de transporte y montaje. Además, dicha disposición suele ser con los tubos del intercambiador dispuestos en posición horizontal, lo cual provoca la acumulación de sólidos y cenizas en el interior de los mismos, constituyendo un factor que impide un óptimo rendimiento del aparato por lo que se debe proceder a una limpieza periódica de los mismos que, además, no resulta fácil. Los modelos de utilidad con n° de publicación ES 1053357 y ES 1070424 consisten una calefacción por aire caliente alimentada por residuos orgánicos e industriales destinadas a calentar naves industriales y ganaderas, donde los gases de la combustión calientan un fluido de aire mediante un bloque intercambiador de calor; introduciéndose después ese aire caliente dentro de esas naves para calentarlas.

La patente con n° de publicación ES 2482215 se refiere a un aparato de aire caliente de biomasa que comprende un conjunto formado por un horno, tubos de conexión y un intercambiador de calor en combinación con una turbina para impulsar el aire caliente al interior de una nave industrial.

La patente con n° de publicación US 2013133560 describe un generador de gas caliente por combustión de biomasa que comprende una cámara de combustión con quemador y un intercambiador de calor a base de tubos verticales tras la cámara de combustión. La patente con n° de publicación US 4232732 describe un sistema de extracción del calor de los gases de combustión basados en intercambiadores de tubos verticales.

Pues bien, el objeto de la presente invención es configurar estructuralmente dicho intercambiador de calor para que pueda ser desmontable fácilmente y para mejorar los citados aspectos de limpieza y eficiencia del aparato mediante su disposición como elemento independiente tras la cámara de combustión y con los tubos en posición vertical. Asimismo, el hecho de colocar el ventilador de impulsión de aire en el extremo más próximo a la salida de gases de combustión al exterior, también favorece un mayor rendimiento del aparato. Cabe señalar, por otra parte, que al menos por parte del solicitante se desconoce la existencia de ningún otro generador de aire caliente por combustión de biomasa o invención similar que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el que aquí se preconiza, según se reivindica. DESCRIPCION DE LA INVENCION

Así, el generador de aire caliente por combustión de biomasa que la presente invención propone se configura como una novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de su implementación y de forma taxativa se alcanzan satisfactoriamente los objetivos anteriormente señalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que lo distinguen de lo ya conocido, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo.

De forma concreta, lo que la invención preconiza es, como ya se ha apuntado anteriormente, un generador de aire caliente por combustión de biomasa que comprende, esencialmente, los siguientes elementos:

Un alimentador de biomasa mediante un tornillo sinfín.

Una tolva de recepción con agitador y alimentación del quemador.

Cámara de combustión con salida de gases de combustión (primer fluido gaseoso) hacia un bloque intercambiador de calor y salida de aire caliente (segundo fluido gaseoso).

Un primer paso anterior de gases de combustión hacia el bloque intercambiador de calor, compuesto por unos primeros tubos verticales que son desmontables y deslizantes, los cuales están ensamblados de forma deslizante sobre unos casquillos; donde por debajo de tales primeros tubos verticales existe un primer decantador de partículas sólidas contenidas en los gases de combustión.

El bloque intercambiador de calor integra grupos de segundos tubos verticales.

Unos cajones superiores y otros inferiores de paso de los humos o gases de combustión que forman parte de las estructura del bloque intercambiador de calor, donde los cajones inferiores constituyen además unos decantadores intermedios de las partículas sólidas contenidas en los humos.

Paso de gases de combustión de un segundo decantador hacia un extractor de humos.

Ventilador de impulsión de aire caliente, dispuesto en la parte del bloque intercambiador de calor, próxima a una primera boca de salida de gases de combustión materializada por una chimenea.

Segunda boca de salida de aire caliente.

Así pues, el generador lleva instalado un sistema de alimentación de la tolva de recepción que lleva incorporado un sistema de cierre de seguridad entre dicho alimentador y dicha tolva de recepción, para evitar el retorno de la llama. La biomasa se puede almacenar directamente sobre el tornillo sinfín de alimentación o en otra tolva previa que esté cerrada y dispuesta para este fin. El sistema de recepción de biomasa, está compuesto de la citada tolva de recepción en la que se ha previsto un removedor central, y que se encarga de alimentar el quemador que va instalado al otro extremo de un tubo horizontal de conexión, dentro de la cámara de combustión. Dentro de este tubo horizontal que forma parte del citado sistema de recepción va un sinfín que gira mediante un motor eléctrico, y que es el encargado de dosificar la biomasa dentro del quemador.

En la cámara de combustión, el combustible que llena el quemador se desborda parcialmente sobre una parrilla con perforaciones, que aumentan la superficie de la combustión. La combustión se completa a través de unos tubos que aportan aire sobre la parte superior de la llama (aire secundario) con un ventilador de caudal variable.

Una vez producida la combustión, el gas a alta temperatura pasa por el primer decantador de partículas sólidas, entrando por un primer paso anterior de humos compuesto por los primeros tubos verticales que son desmontables y deslizantes, los cuales deslizan sobre unos casquillos, de manera que en este primer paso de humos donde las temperaturas son muy altas, se evita que estos primeros tubos verticales estén sometidos a tensiones que podrían desestabilizar la estructura del generador. Estos primeros tubos verticales están diseñados como una pieza de recambio, abaratando extraordinariamente los trabajos de reparación en el futuro. Para cambiar estos primeros tubos verticales no es necesario desmontar el bloque intercambiador de calor, solo hay que abrir unas puertas laterales dispuestas para este fin, y otras puertas superiores por las que se extraen los primeros tubos verticales para cambiarlos por otros.

Una vez que los gases de combustión han pasado por este primer paso anterior, pasan al bloque intercambiador de calor multitubular, que integra al conjunto de segundos tubos verticales, los cuales son de menor diámetro que los tubos verticales del primer paso anterior, para facilitar el enfriamiento de los gases de combustión. Los gases son obligados a pasar por varios grupos de segundos tubos verticales para hacer que el aire del ventilador de impulsión del aire enfríe de forma eficaz los gases, consiguiendo así un alto rendimiento por intercambio de temperatura entre los gases de combustión y el aire del ventilador de impulsión de aire.

Al pasar los gases de la combustión por estos grupos de segundos tubos verticales, tienen que cambiar el sentido de desplazamiento de abajo hacia arriba y viceversa. Es en este punto donde baja su velocidad, consiguiendo de este modo decantar la mayoría de las partículas sólidas incorporadas en los gases de combustión. Esta forma de paso de gases de combustión consigue filtrar dichas partículas sólidas de estos mismos gases de combustión de forma eficaz. Además, la limpieza de estos pasos de gases de combustión decantadores es muy sencilla, ya que se disponen unas puertas laterales de fácil apertura para tal efecto.

Los grupos de segundos tubos verticales desembocan por sus extremos en los cajones superiores e inferiores, a la vez que la cámara de combustión comunica con uno de los cajones superiores a través de los primeros tubos verticales. Una vez pasado todo el ciclo de los gases de combustión dentro del bloque intercambiador de calor, éstos pasan a un último decantador donde está instalado el conducto de un aspirador de gases. Este aspirador es de caudal variable para regular la depresión y caudal de la salida de los gases de combustión. Al extractor de gases se le acopla una chimenea de medidas reglamentarias, para sacar los gases al exterior.

Con todo ello, las principales características diferenciales que presenta el generador preconizado y las ventajas que tales características proporcionan al mismo frente a los aparatos convencionales son las siguientes: En primer lugar, el bloque intercambiador de calor se acopla de forma desmontable a continuación de la cámara de combustión, de manera que esta disposición facilita el acoplamiento del bloque intercambiador de calor como elemento independiente de la cámara de combustión y, por tanto, desmontable.

El equipo de la invención en esta disposición se puede transportar en un camión convencional y la operación de acoplamiento de los componentes es sencilla, abaratando de esta manera el transporte y montaje. El hecho de esa posibilidad permite también, que el primer paso anterior de los gases de la combustión se produzca a través de los primeros tubos verticales que también son recambiables, para lo cual se acoplan sobre los casquillos de material metálico, evitando con ello tensiones estructurales que perjudicarían la longevidad de la máquina. Esta disposición del bloque intercambiador de calor desmontable, hace posible catalogarlo como pieza de repuesto y de muy fácil reparación, colaborando este hecho a facilitar la amortización y durabilidad del generador de la invención. La segunda característica esencial y diferenciadora es la disposición del bloque intercambiador de calor de forma vertical, es decir, con los tubos del mismo instalados vertical mente, lo cual también aporta grandes ventajas. El paso de los gases de la combustión por un intercambiador vertical, no permite que las cenizas (partículas sólidas) se sedimenten dentro de los tubos. Esto facilita en gran manera las labores de limpieza del bloque intercambiador de calor, permitiendo efectuar estas labores de limpieza en períodos de tiempo mucho más largos que en un intercambiador horizontal. Las puertas laterales dispuestas en los cajones inferiores del bloque intercambiador de calor permiten hacer estas operaciones de limpieza periódicas con gran facilidad y poco esfuerzo. Por otra parte, el hecho de instalar el ventilador de impulsión del aire justo antes de la salida de los gases de combustión al exterior, consigue que al haber una mayor diferencia de temperatura entre el aire impulsado y los gases de combustión, el intercambio de calor sea superior y las temperaturas de los gases de combustión a su salida en la chimenea sean muy bajos. Lo que se consigue también con esta disposición del ventilador de impulsión es que, cuando el aire alcance la cámara de combustión, tenga ya una elevada temperatura, y al llegar sobre dicha cámara de combustión, el lugar más caliente de la máquina, aumente sustancialmente su temperatura, consiguiendo así una temperatura de aire caliente superior a los sistemas tradicionales. La baja temperatura de la salida de gases de combustión hace que su rendimiento sea muy alto.

La disposición vertical del bloque intercambiador de calor aporta también otra gran ventaja, que es facilitar la decantación de las cenizas que se generan en la cámara de combustión y se sedimentan fácilmente en la parte baja del bloque intercambiador de calor. El gran volumen y superficie de este decantador, permite que la velocidad de los gases de combustión baje de forma notable gracias a esta disminución de velocidad, se sedimenten en su suelo, consiguiendo de esta forma, una salida de gases de combustión limpia de cenizas. Para la limpieza de este decantador existen unas puertas de fácil apertura que facilitan la operación de limpieza periódica.

Por otro lado también son conocidos en el mercado intercambiadores de calor, similares a los de los vehículos, donde para calentar aire se utiliza un aceite térmico conducid por un serpentín tubular.

Visto lo que antecede, se constata que el descrito generador de aire caliente por combustión de biomasa constituye una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

DESCRIPCION 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 a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista esquemática en alzado lateral de un ejemplo de realización del generador de aire caliente por combustión de biomasa, objeto de la invención. Se aprecia en ella el conjunto de elementos y partes que comprende, así como la configuración y disposición de cada uno de ellos. Además, en esta figura se muestra, mediante flechas de trazo discontinuo, el recorrido que hacen los gases de combustión desde la cámara de combustión al bloque intercambiador pasando a través de tubos verticales hasta el extractor.

Figura 2.- Muestra una vista en alzado lateral, también muy esquemática, de la cámara de combustión y del bloque intercambiador vertical con que cuenta el generador de la invención, apreciándose más claramente su configuración y disposición así como los principales elementos que comprende.

Figura 3.- Muestra una vista en planta del generador de la invención.

Figura 4.- Muestra una vista frontal de la cámara de combustión en combinación con una cámara envolvente.

Figura 5.- Muestra una vista en sección de una parte del generador de la invención.

Figura 6.- Muestra una vista en perspectiva de una parte inferior de la cámara de combustión, donde se destaca un conjunto de casquillos soldados en cuyo interior se ajustan unos primeros tubos verticales de paso de los gases de combustión.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferido, pero no limitativo, del generador de aire caliente por combustión de biomasa preconizado, el cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación. Así, tal como se observa en la figura 1 , el generador en cuestión comprende un alimentador con un tornillo sinfín exterior (2) que suministra la biomasa a una tolva de recepción (3) que está provista de un sistema de cierre de seguridad (4) entre dicho alimentador con tornillo sinfín exterior (2) y dicha tolva, para evitar el retorno de la llama. La citada tolva de recepción (3), en la que se ha previsto un removedor central (5), alimenta de biomasa un tubo horizontal (6) con otro alimentador con tornillo sinfín interior (2') que accionado por un motor eléctrico (7), conduce la biomasa hasta un quemador (8) situado al otro extremo de dicho tubo horizontal (6), dentro de una cámara de combustión (9).

En la cámara de combustión (9) el quemador (8) incorpora una parrilla (10) inferior con perforaciones sobre la que se desborda parcialmente la biomasa, aumentando la superficie de la combustión. Tal como se observa en las figuras 1 y 2, en una parte posterior de la cámara de combustión (9) se contempla un primer decantador (1 1) de partículas sólidas a modo de cajón, que se sitúa antes de una salida (12) de gases de combustión (primer fluido gaseoso) hacia un bloque intercambiador de calor (13) que es un elemento independiente, existiendo entre éste y dicha salida (12) un primer paso anterior (I) de gases de combustión conformado por un conjunto de varios primeros tubos verticales (14) que son desmontables y deslizantes, cuyo diámetro es mayor que el diámetro de otros segundos tubos verticales (16) del bloque intercambiador de calor (13), con la particularidad de que dichos primeros tubos verticales (14) se encuentran ensamblados entre la cámara de combustión (9) y el bloque intercambiador de calor (13) situado a continuación de la cámara de combustión (9), sobre unos casquillos (15). De esta forma se evitan tensiones debidas a las dilataciones y permiten su fácil desmontaje a través de unas puertas de registro laterales (no mostradas en las figuras) previstas al efecto en una carcasa envolvente (19) del bloque intercambiador de calor (13), en combinación con otras puertas superiores (29) ubicadas en unos cajones superiores (17) que se describen en el párrafo siguiente. Los primeros tubos verticales (14) poseen unos tramos extremos superiores e inferiores, los cuales se encajan y ensamblan dentro de unos huecos de los casquillos (15).

En otra realización, los tramos extremos superiores e inferiores de los primeros tubos verticales (14) se encajan directamente en unos huecos realizados en la estructura del cajón superior (17) y cámara de combustión (9).

Por su parte, el bloque intercambiador de calor (13), que de forma caracterizadora se dispone como ya se ha señalado, tras la cámara de combustión (9) constituyendo un elemento independiente de la misma que se puede desmontar e integra un segundo paso (II) determinado por los segundos tubos verticales (16); en este caso de diámetro menor que los primeros tubos verticales (14) del paso anterior (I) de gases de combustión, y por donde dichos gases de combustión también son obligados a pasar siguiendo una trayectoria sinusoidal ascendiendo y descendiendo por estos segundos tubos verticales (16) que ya están conectados, por grupos, mediante los cajones superiores (17) y otros cajones inferiores (18), transmitiendo su calor al aire que pasa por el exterior de unos y otros tubos verticales (14, 16) que forman parte del bloque intercambiador de calor (13) que está cerrado lateralmente por la carcasa envolvente (19).

Además, el generador de la invención incorpora un ventilador de impulsión (20) que va acoplado al bloque intercambiador de calor (13) en correspondencia con el extremo opuesto y más alejado de la cámara de combustión (9), consiguiendo así un alto rendimiento por intercambio de temperatura con los gases de combustión; de manera que el ventilador de impulsión (20) que impulsa el aire caliente hacia una segunda boca de salida (21) de aire caliente situada sobre la cámara de combustión (9). Para la limpieza de los cajones inferiores (18) de paso de los gases de combustión en el bloque intercambiador de calor (13), se disponen unas puertas de limpieza laterales (22) previstas en la carcasa envolvente (19) para tal efecto, habiéndose previsto igualmente otra puerta de limpieza (22'). Tras el último cajón inferior (18) del bloque intercambiador de calor (13) se instala un último cajón decantador (23), el cual se conecta al tubo aspirador (24) de un extractor (25) de caudal variable para regular la depresión y caudal de la salida de los gases de combustión, y al que, a su vez, se acoplará un tubo-chimenea (26) para dar salida a dichos gases al exterior.

Los primeros y segundos tubos verticales (14), (16) están alojados dentro de una cámara principal (1) del bloque intercambiador de calor (13) que comunica con una cámara envolvente (27) ubicada alrededor de la estructura de la cámara de combustión (9); donde la corriente del segundo fluido gaseoso de aire recorre primero la cámara principal (1) recibiendo calor de los primeros y segundos tubos verticales (14), (16) alcanzando una temperatura de 300/400°C y después recorre la cámara envolvente (27) donde el segundo fluido gaseoso de aire aumenta su temperatura (hasta 30°C y más) por la transmisión de calor de la cámara de combustión 9; desembocando la cámara envolvente (27) en la segunda boca de salida (21) de aire caliente que sale a una temperatura de hasta 130/150°C.

Los primeros tubos verticales (14) asientan por sus bordes inferiores sobre unos topes (28) solidarios a la estructura de la cámara de combustión (9). Los cajones superiores (17) del bloque intercambiador de calor (13) integran las puertas superiores (29) enfrentadas con los extremos superiores de los primeros y segundos tubos verticales (14), (16). Dichas puertas superiores (29) permiten llevar a cabo la limpieza y mantenimiento de los cajones superiores (17), primeros y segundos tubos verticales (14), (16); y también permiten la extracción de los primeros tubos (14) para cambiarlos cuando sea necesario, ya que están sometidos a elevadas temperaturas (hasta 600°C) por su proximidad a la cámara de combustión. La cámara envolvente (27) define un espacio anular delimitado por una pared interna (27a) y un pared externa (27b); donde ambas paredes están unidas mediante unas nervaduras (31) que se complementan con unas aletas 32 que arrancan de la pared interna (27a).

La estructura de la cámara de combustión (9) integra una pared frontal (30) contra la que impacta la corriente del segundo fluido gaseoso en su recorrido hacia la cámara envolvente (27) que rodea a la estructura de la cámara de combustión (9); donde esa pared frontal (30) posee una estructura cónica con superficie divergente desde su centro hacia su borde perimetral por donde desemboca en la cámara envolvente (27). En esta situación, la velocidad de la corriente de aire caliente dentro de la cámara envolvente (27) puede alcanzar hasta los 12 m/s.

Los gases de combustión que circulan por el grupo de segundos tubos (16) que está más próximo al ventilador de impulsión (20) pueden alcanzar una temperatura menor de 100°C incluso menor temperatura que el aire que circula por esa zona de ese grupo concreto de segundos tubos (16); dependiendo todo ello fundamentalmente del caudal de aire suministrado por el ventilador de impulsión (20). De esta forma se consigue un máximo intercambio de calor emitido por los segundos tubos (16) al segundo fluido de aire. Esto conlleva que se genere a veces una notable condensación en el interior de ese grupo concreto de segundos tubos, condensación que se drenará mediante un conducto de drenaje instalado en el fondo del segundo decantador (23).

Por otro lado, cabe señalar que la presión de corriente de aire caliente es siempre mayor en el interior del generador es siempre mayor que la presión de los gases de combustión, de forma que aunque se rompa los tubos verticales (14), (16) u otras partes internas del generador, la presión que genera el ventilador de impulsión (20) en combinación con la depresión que genera el extractor de humos (25), evita que los gases de combustión pasen a la corriente de aire caliente utilizada por ejemplo para secar grano dentro de una nave industrial, evitándose así que una chispa pase a la corriente de aire y por tanto evitar así un posible incendio.

Los tramos extremos superiores e inferiores de los primeros tubos verticales (14) se acoplan con holgura dentro de los huecos del cajón superior (17) inicial y de la cámara de combustión (9); donde el calentamiento de los primeros tubos verticales (14) aumenta sus dimensiones ajustándose con apriete a los huecos del cajón superior (17) inicial y cámara de combustión (9), destacándose que dicho apriete permite el deslizamiento de los primeros tubos verticales (14) durante su dilatación cuando se calientan tales primeros tubos verticales (14), los cuales en una realización son de acero inoxidable. La parte superior del bloque intercambiador de calor integra un balaustre para poder hacer labores de limpieza con seguridad.

Descrito suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.