"Generador de gases adaptado para sistemas de cogeneración, en particular para sistemas de cogeneración Stirling"

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se relaciona con un generador de gases adaptado para sistemas de cogeneración, en particular para sistemas de cogeneración Stirling.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA Son conocidos los generadores de gases en donde a través de un proceso termo-químico, un combustible, como por ejemplo biomasa, es transformado en gases de combustión. Como consecuencia de este proceso termo-químico se generan una gran cantidad de partículas que, si no son filtradas, salen del generador de gases junto con los gases de combustión. Los gases de combustión pueden ser aprovechados en sistemas de cogeneración para producir electricidad y/o energía térmica. Las partículas de los gases de combustión se van depositando en los conductos, aletas del intercambiador, u otros aparatos conectados al generador de gases, obturándolos y disminuyendo su eficiencia por lo que es necesario que el sistema de cogeneración incluya dispositivos de limpieza que eliminen dichas partículas frecuentemente.

En el estado de la técnica son conocidos dispositivos de limpieza mecánicos que comprenden unas espirales que se desplazan verticalmente por los conductos a través de los cuales circula el gases de combustión, arrastrando las partículas sólidas adheridas a las paredes tal y como se divulga en DE19828767A1 y KR2013071530A. Los dispositivos de limpieza mecánicos se disponen en una zona a la cual llegan los gases de combustión a una temperatura inferior, de modo que las tensiones termo-mecánicas que tienen que soportar son menores. Por otro lado, son conocidos en el estado de la técnica sistemas de cogeneración tales como los descritos en WO2013122291 A1 y WO2009020442A1 , que comprenden un ciclón conectado al generador de gases o a la caldera, en donde los gases de combustión generado son limpiados de las partículas de combustión generadas durante el proceso termo-químico. Esto es debido al efecto que se produce en el ciclón que hace que se separen las partículas de combustión de los gases de combustión, depositándolas en la parte inferior cónica del ciclón.

En la solicitud WO2009020442A1 , el generador de gases es de lecho fijo, en donde el combustible es alimentado en el generador desde la parte superior y el aire desde la parte inferior, comprendiendo además el sistema de gasificación un separador de partículas que se extiende a modo de camisa alrededor del generador de gases, y que filtra inicialmente los gases de combustión obtenidos en el generador y que posteriormente serán limpiados en el ciclón conectado al generador.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es el de proporcionar un generador de gases adaptado para sistemas de cogeneración, en particular para sistemas de cogeneración Stirling tal y como se describe a continuación.

El generador de gases de la invención comprende un cuerpo principal que delimita una cámara de combustión, una entrada de combustible a dicha cámara de combustión, un cuerpo secundario que rodea al cuerpo principal delimitando una cámara secundaria, y un conducto de salida de los gases de combustión.

El generador de gases de la invención comprende un conducto de impulsión que comunica la cámara de combustión con la cámara secundaria, disponiéndose dicho conducto de impulsión comunicado tangencialmente al cuerpo principal. A través del conducto de impulsión, los gases de combustión salen impulsados hacia la cámara secundaria formando trayectorias helicoidales generando un efecto ciclón que limpia los gases de combustión de partículas. De este modo, se obtiene un generador de gases con un sistema de limpieza de partículas integrado que aprovecha el efecto de aceleración y direccionamiento de los gases de combustión con las partículas para que dichas partículas se separen de los gases de combustión por efecto de las fuerzas centrífugas generadas.

El generador de gases obtenido, además de ser compacto, consigue que los gases de combustión que salen del generador de gases salgan limpios de partículas a la máxima temperatura posible, de modo que puede utilizarse para sistemas de cogeneracion Stirling en donde los gases deben llegar muy calientes al Stirling. En los sistemas de limpieza conocidos, los gases de combustión salientes del generador de gases son conducidos a otro dispositivo para proceder a su limpieza con lo que dichos gases se enfrían durante el proceso de limpieza y no podrían ser utilizados para las aplicaciones de cogeneracion Stirling.

El sistema de limpieza integrado es además estático, es decir, no incluye elementos desplazables entre sí, por lo que los componentes del mismo no sufren desgastes mecánicos, reduciéndose además el ruido generado en los sistemas convencionales. Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra una vista seccionada de un generador de gases de una realización según la invención.

La figura 2 es una vista seccionada según un plano horizontal del generador de gases mostrado en la figura 1.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de un cuerpo principal del generador de gases mostrado en la figura 1. EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En la figura 1 , se muestra una realización de un generador de gases 1 según la invención. El generador de gases 1 comprende un cuerpo principal 2 que delimita una cámara de combustión 3, una entrada de combustible 6 a dicha cámara de combustión 3, una entrada de un fluido oxidante del combustible 7 y un conducto de salida 9 de los gases de combustión.

En el generador de gases 1 el combustible es transformado en gases de combustión a través de un proceso termo-químico. Este tipo de procesos termo-químicos son conocidos en el estado de la técnica, además de no ser objeto de la invención como tales, por lo que no se considera necesaria su descripción.

Como combustible se puede utilizar carbón, madera, pellets, residuos domésticos, utilizándose preferentemente biomasa. En la realización que se describirá a continuación el combustible comprende pellets.

El fluido oxidante del combustible puede ser aire, oxígeno, vapor, o mezclas de dichos fluidos. En la realización mostrada en las figuras, el fluido oxidante es aire.

El generador de gases 1 comprende unos medios de alimentación 13 que incluyen un transportador 14 que conduce los pellets hasta la entrada de combustible 6, siendo dicha entrada de combustible 6 en la realización mostrada en la figura 1 un conducto que comunica el transportador 14 con la cámara de combustión 3.

El generador de gases 1 mostrado en la figura 1 , comprende además un vaso quemador 15 en donde los medios de alimentación 13 depositan los pellets a través del conducto de entrada de combustible 6, disponiéndose dicho vaso quemador 15 en la parte inferior del generador de gases 1. La entrada del aire 7 se lleva a cabo en la parte inferior del generador de gases 1 , a través de un conducto correspondiente comunicado con el vaso quemador 15. El vaso quemador 15 comprende unos orificios 16 a través de los cuales pasa el aire, necesario para quemar el combustible comprendido en el vaso quemador 15. Por debajo del vaso quemador 15, el generador de gases 1 comprende un cajón 23 en donde se recogen las cenizas originadas durante el proceso termo-químico. Además comprende un ignitor 25 adaptado para desencadenar la combustión de los pellets en el vaso quemador 15.

En la realización mostrada en las figuras, el cuerpo principal 2 tiene una geometría sustancialmente cilindrica, cerrada en un extremo superior 19 y abierta en un extremo inferior 24 para su comunicación con el vaso quemador 15. El cuerpo principal 2 comprende una tapa 20 que cierra el extremo superior 19. En otras realizaciones no representadas en las figuras, la tapa 20 y el cuerpo principal 2 pueden estar hechos de una única pieza.

El generador de gases 1 comprende un cuerpo secundario 4 que rodea al cuerpo principal 2 delimitando una cámara secundaria 5. El cuerpo secundario 4 tiene una geometría sustancialmente cilindrica y se dispone sustancialmente concéntrico al cuerpo principal 2. La cámara de combustión 3 está comunicada con la cámara secundaria 5 a través de un conducto de impulsión 8, disponiéndose dicho conducto de impulsión 8 comunicado tangencialmente con la cámara de combustión 3.

El conducto de impulsión 8 se dispone comunicado con la cámara de combustión 3 por encima de la entrada de combustible 6. Además, el conducto de impulsión 8 se extiende lateralmente desde el extremo superior 19 del cuerpo principal 2.

El conducto de impulsión 8 se aloja en la cámara secundaria 5, siguiendo una trayectoria curva. En la realización mostrada en las figuras, la trayectoria del conducto de impulsión 8 es helicoidal. El conducto de impulsión 8 tiene una geometría tal que la sección de salida 18 de dicho conducto de impulsión 8, dispuesta en un extremo del conducto de impulsión 8, se dispone sustancialmente ortogonal al cuerpo principal 2. Además, la sección de salida 18 tiene una superficie menor que la superficie de la sección de entrada 21 del conducto de impulsión 8, dispuesta en el extremo opuesto del conducto de impulsión 8. Ambas secciones 18 y 21 son sustancialmente rectangulares en la realización mostrada en las figuras 1 y 3, pero pueden tener otras formas geométricas, como por ejemplo cuadradas o circulares.

La geometría y disposición del conducto de impulsión 8 con respecto al cuerpo principal 2, hacen que los gases de combustión salgan impulsados del conducto de impulsión 8, formando trayectorias helicoidales. Los gases de combustión entran tangencialmente en la cámara secundaria 5 por medio del conducto de impulsión 8, siguiendo una trayectoria helicoidal pegada a la superficie interior del cuerpo secundario 4. De este modo, las partículas presentes en los gases de combustión son separadas de los gases de combustión, siendo recogidas en la parte inferior del generador de gases 1. El estrechamiento del conducto de impulsión 8 hacia la salida hace que la aceleración con la que salen los gases de combustión del conducto de impulsión 8 sea mayor y por tanto, la eficiencia del sistema de limpieza de partículas también. Además, la ubicación del conducto de impulsión 8 en el extremo 19 del cuerpo principal 2 permite maximizar la trayectoria helicoidal que siguen los gases de combustión antes de salir del generador de gases 1 para que de este modo la limpieza de los mismos sea más eficiente.

Por otra parte, el conducto de salida 9 comprende una boquilla 10, que se dispone concéntrica al cuerpo principal 2, y que comunica la cámara secundaria 5 con el conducto de salida 9 a través del cual salen los gases limpios. El conducto de salida 9 es atravesado lateralmente por el conducto de impulsión 8. Así pues, el conducto de salida 9 comprende una abertura 11 en la boquilla 10, que es atravesada por el conducto de impulsión 8, disponiéndose acoplados el primer cuerpo 2 y el conducto de impulsión 8 entre sí. La abertura 11 se dispone a una distancia longitudinal H de un extremo libre 26 de la boquilla 10.

El extremo superior 19 del cuerpo principal 2 se dispone alojado en el interior de la boquilla 10. La boquilla 10 asegura que los gases sucios con partículas de combustión no salgan directamente desde el conducto de impulsión 8 hacia el conducto de salida 9. Gracias a la boquilla 10, los gases sucios siguen una trayectoria helicoidal en la segunda cámara 5, depositando las partículas en dicha segunda cámara 5. En particular, la parte de la boquilla 10 de longitud H es la que evita que los gases sucios con partículas de combustión salgan directamente desde el conducto de impulsión 8 hacia el conducto de salida 9.

Los gases de combustión limpiados durante su trayectoria helicoidal, salen limpios de la cámara secundaria 5 a través de un hueco 12 existente entre la boquilla 10 y el cuerpo principal 2. La boquilla 10 tiene una geometría sustancialmente cilindrica y se dispone sustancialmente concéntrica al cuerpo principal 3, generando el hueco 12 sustancialmente anular entre la superficie interior de la boquilla 10 y la superficie exterior del cuerpo principal 2. Los gases de combustión tras salir del conducto de impulsión 8 tienden a ir muy próximos, casi pegados, a la pared interior del cuerpo secundario 4. Una vez que llegan al final de la boquilla 10, el extremo libre 26 de la boquilla 10 obliga a los gases de combustión a cambiar bruscamente la dirección de su trayectoria. Cuando los gases de combustión limpios salen por el hueco 12 entran en contacto con el exterior del cuerpo principal 3, sujeto a mayor temperatura que el cuerpo secundario 4, de modo que la pérdida de temperatura de los gases de combustión limpios desde que se generan hasta que salen a través del conducto de salida 9 se minimiza. La boquilla 10 está diseñada de modo que la longitud H del tramo desde el extremo libre 26 a la abertura 1 1 sea tal que el efecto del aumento de temperatura durante la circulación de los gases limpios a través del hueco 12 compense las pérdidas de carga ocasionadas durante el cambio brusco de dirección ocasionado por la boquilla 10.

El conducto de salida 9 está comunicado directamente únicamente con la cámara secundaria 5, comunicándose la cámara de combustión 3 con la cámara secundaria 5 únicamente a través del conducto de impulsión 8.

Por último, el generador de gases 1 comprende un aislante 17 que rodea exteriormente el cuerpo secundario 4 y al conducto de salida 9 para evitar transmisiones de calor al exterior.