11 Número de publicación: Número de solicitud: Int. Cl. 7 : B29C 33/ Inventor/es: Vergara Uranga, José María

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1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: Número de solicitud: Int. Cl. 7 : B29C 33/38 B29C 4/26 B22C 9/02 12 SOLICITUD DE PATENTE A1 22 Fecha de presentación: Solicitante/s: José María Vergara Uranga Umbe Mendi, Laukiniz, Vizcaya, ES 43 Fecha de publicación de la solicitud: Inventor/es: Vergara Uranga, José María 43 Fecha de publicación del folleto de la solicitud: Agente: Izquierdo Faces, José 4 Título: Cuerpo de caldeo para caldera de condensación. ES A1 7 Resumen: Cuerpo de caldeo para caldera de condensación. Cuerpo de caldeo para caldera de condensación, donde el dispositivo intercambiador térmico está constituido en dos etapas que, con relación a la circulación descendente de los humos de combustión (4), mediante un módulo intercambiador de alta temperatura () en cobre, dispuesto más cerca del origen de los humos, y un módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo condensador (6) también de cobre, dispuesto más lejos del origen de los humos, con un tratamiento superficial anticorrosión; el módulo intercambiador de alta temperatura () recibe los humos de combustión (4) a unos 700ºC cediéndolos a unos 10ºC a 200ºC; estos humos de combustión (4) a menos de 200ºC atraviesan el módulo condensador (6) salen enfriados a unos 60ºC; el módulo condensador (6) recibe el agua fría que, circulando en sentido contrario al de los humos de combustión (4), atraviesa el módulo condensador (6) pasando al módulo intercambiador de alta temperatura (), donde sale a la temperatura de servicio requerida. Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES A1 2 DESCRIPCIÓN Cuerpo de caldeo para caldera de condensación. Campo de la invención Esta invención concierne a una caldera de condensación de las empleadas en aparatos e instalaciones de calefacción y calentamiento de agua y que utilizan un quemador cerámico dispuesto en lo alto de la cámara de combustión de la caldera, así como un ventilador que fuerza la circulación descendente de los humos de combustión que en su trayecto ceden su calor a través de un dispositivo intercambiador térmico que es recorrido internamente por el agua a ser calentada. Más particularmente la invención está referida a una particular concepción del dispositivo intercambiador térmico que va a permitir sustanciales rendimientos con dimensiones, pesos y costos de fabricación reducidos. Estado de la técnica anterior El concepto de caldera de condensación es en sí conocido y está basado en aprovechar el calor latente de condensación del agua que se produce al precipitarse agua en fase líquida de los humos de la combustión cuando la temperatura de estos baja del punto de rocío. Estas calderas de condensación fueron una alternativa a las calderas convencionales que permitía alcanzar rendimientos del 130% (con relación al combustible empleado), frente al 90% que se alcanzaba en estas últimas en las que solamente se aprovechaba el calor propio de la combustión y, para evitar la condensación del agua generado en los humos de la combustión, estos humos abandonaban la caldera a temperaturas por encima de los 100ºC, es decir con una muy importante cantidad de calor residual que era desaprovechado para el fin pretendido del calentamiento del agua sanitaria. La razón de que las calderas convencionales desaprovecharan tanto calor y, al propio tiempo, un gran problema de las actuales calderas de condensación, reside en la corrosión derivada de la condensación del agua de los humos de combustión y que, por combinación con óxidos de azufre y nitrógeno existentes en estos humos, acaba produciendo ácido sulfúrico y ácido nítrico, como se sabe, de gran poder corrosivo. El poder corrosivo del ácido sulfúrico hace que el cobre no pueda ser empleado en la construcción del intercambiador, cuando resulta que el cobre es, precisamente, un material idóneo para este fin, debido a su elevada conductividad térmica. Por esta razón, en las calderas de condensación conocidas, el intercambiador se realiza en acero inoxidable o en grandes espesores de una aleación de aluminio-silicio. En ambos casos la conductividad térmica es mucho menor que la del cobre (del orden de la quinta parte y mitad, respectivamente), por lo que es preciso aumentar el tamaño del intercambiador hasta dimensiones verdaderamente extraordinarias para obtener unos resultados comparables con uno fabricado en cobre; este sobredimensionamiento se traduce en incrementos de peso y costo también excepcionales, como en dificultades de espacio para su instalación. En el caso de emplear aleación de aluminio - silicio se acude a grandes espesores de pared para que pueda soportar la corrosión por el ácido sulfúrico durante un periodo de tiempo suficientemente largo. Desde un punto de vista ecológico las calderas de condensación son preferidas a las convencionales porque, aunque producen un vertido residual líquido ácido, no vierten a la atmósfera óxidos de azufre y carbono que originan lluvias ácidas. En cambio el residuo ácido líquido puede ser tratado en depuradoras. Explicación de la invención y ventajas Frente a este estado de cosas, la presente invención propugna una caldera de condensación en la que dicho dispositivo intercambiador térmico está constituido en dos etapas que, con relación a dicha circulación descendente de los humos de combustión, están materializados mediante un módulo intercambiador de alta temperatura, realizado en cobre y dispuesto mas cerca del origen de los humos, y un módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo condensador, dispuesto mas lejos del origen de los humos, que tiene un tratamiento superficial anticorrosión; en donde, dicho módulo intercambiador de alta temperatura recibe los humos de combustión a una temperatura aproximada de 700ºC y los cede a una temperatura muy superior a la de condensación del agua y que está comprendida entre 10ºC y 200ºC, al tiempo que estos humos de combustión a menos de 200ºC atraviesan dicho módulo condensador y salen de él enfriados hasta una temperatura aproximada de 60ºC y, en todo caso, inferior a la temperatura de condensación del agua; y en donde dicho módulo condensador recibe el agua fría que, circulando en sentido contrario al de dichos humos de combustión, atraviesa este módulo condensador y pasa a dicho módulo intercambiador de alta temperatura, de donde sale a la temperatura de servicio requerida. Esta constitución preconizada posibilita la obtención de los elevados rendimientos propios de las calderas de condensación sin incurrir en los inconvenientes de tamaño, peso, costo y dificultad de ubicación que sufren las actuales constituciones conocidas de las mismas. En efecto, al desdoblar en dos etapas el proceso de enfriamiento de los humos de combustión se consigue aprovechar la gran conductividad del cobre para construir un módulo intercambiador de alta temperatura que no está sujeto a problemas de corrosión porque la temperatura de salida del mismo está aún muy por encima del punto de rocío; y por otra parte se aprovecha también el calor latente de condensación en una etapa específicamente encomendada al módulo condensador y que se realiza ya en el entorno de temperaturas del cambio de estado (condensación del agua), es decir, cuando los humos de combustión han cedido la mayor parte de su calor (de manera comparable a una caldera convencional). Para unos mismos rango de temperaturas (inicial y final) de los humos de combustión y caudal de agua a calentar, se ha comprobado que el cuerpo de caldeo de una caldera de condensación según esta invención pesa entre una y dos décimas partes, y cuesta entre una tercera parte y la mitad, en comparación con las calderas de condensación conocidas. Por otro lado, el volumen del aparato se reduce en consonancia, pues está muy directamente relacionado con las dimensiones del dispositivo intercambiador; por lo que mejora sustancialmente su ubicabilidad en la instalación. En cuanto al aspecto ecológico esta solución propugnada cumple de la misma forma que las calderas de condensación conocidas; es decir, produciendo un residuo líquido ácido que va a las depuradoras, y emitiendo a la atmósfera gases limpios de óxidos de azu-

3 3 ES A1 4 fre, nitrógeno y carbono. Dibujos y referencias Para comprender mejor la naturaleza del presente invento, en los dibujos adjuntos representamos una forma preferente de realización industrial, la cual tiene carácter de ejemplo meramente ilustrativo y no limitativo. La figura 1 es una vista en sección que ilustra esquemáticamente la constitución de una caldera de condensación según la invención. En ella están indicadas las siguientes referencias: 1.- Quemador cerámico 2.- Cámara de combustión 3.- Ventilador soplante 4.- Humos de combustión.- Módulo intercambiador de alta temperatura 6.- Módulo intercambiador de baja temperatura o módulo condensador 7.- Mezcla combustible 8.- Residuo líquido ácido 9.- Gases residuales 10.- Entrada de agua fría 11.- Conducto de comunicación entre los módulos () y (6) 12.- Salida de agua caliente 13.- Entrada de aire 14.- Entrada de gas Exposición de una realización preferente Con relación a la figura y referencias arriba indicadas, se ilustra en el plano adjunto un modo de ejecución preferente para una caldera de condensación de las empleadas en aparatos e instalaciones de calentamiento de agua y que utilizan un quemador cerámico (1) dispuesto en lo alto de la cámara de combustión (2) de la caldera, así como un ventilador soplante (3) que introduce el aire (13) que con el gas (14) forma la mezcla combustible (7); que fuerza la circulación descendente, de los humos de combustión (4) que en su trayecto ceden su calor a través de un dispositivo intercambiador térmico que es recorrido internamente por el agua a ser calentada. La constitución según la invención está ilustrada esquemáticamente en la figura 1, donde se muestra que dicho dispositivo intercambiador térmico está constituido en dos etapas que, con relación a dicha circulación descendente de los humos de combustión (4), están materializados mediante un módulo intercambiador de alta temperatura (), realizado en cobre y dispuesto mas cerca del origen de los humos, y un módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo condensador (6), dispuesto mas lejos del origen de los humos, que tiene un tratamiento superficial anticorrosión; en donde, dicho módulo intercambiador de alta temperatura () recibe los humos de combustión (4) a una temperatura aproximada de 700ºC y los cede a una temperatura muy superior a la de condensación del agua y que está comprendida entre 10ºC y 200ºC, al tiempo que estos humos de combustión (4) a menos de 200ºC atraviesan dicho módulo condensador (6) y salen de él enfriados hasta una temperatura aproximada de 60ºC y, en todo caso, inferior a la temperatura de condensación del agua; y en donde dicho módulo condensador (6) recibe el agua fría que, circulando en sentido contrario al de dichos humos de combustión (4), atraviesa este módulo condensador (6) y pasa a dicho módulo intercambiador de alta temperatura (), de donde sale a la temperatura de servicio requerida. Como se indica en la Figura 1 la mezcla combustible (7) alcanza el quemador cerámico (1) que asegura una completa combustión produciendo unos humos de combustión (4) que son forzados a circular descendentemente por la acción del ventilador soplante (3); estos humos de combustión (4) a 700ºC atraviesan el módulo intercambiador de alta temperatura () cediendo calor hasta que su temperatura alcanza unos 10ºC, temperatura ésta a la que atraviesa el módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo condensador (6), donde estos humos de combustión (4) se enfrían hasta 60ºC produciéndose la condensación del agua que se combina con los óxidos gaseosos de azufre y carbono para formar el residuo líquido ácido (8) que se recoge inferiormente y se envía a la depuradora de aguas, mientras que el resto de los humos de combustión (4) son enviados a la atmósfera ya limpios de dichos óxidos que serían responsables de la perniciosa lluvia ácida. Al propio tiempo, el agua efectúa el recorrido inverso, accediendo al módulo condensador (6) por la entrada de agua fría (10), recorriendo este módulo condensador (6) donde recibe el calor latente de condensación debido a la precipitación del agua por el enfriamiento consiguiente de los humos de combustión (4); mediante el conducto (11) esta agua accede al módulo intercambiador de alta temperatura () donde recibe el resto del calor y es servida para su uso por la salida de agua caliente (12). De acuerdo con un modo de ejecución preferente de la invención, dicho módulo intercambiador de alta temperatura () y dicho módulo condensador (6) están integrados formando una unidad intercambiadora compacta. Según otro modo de ejecución de la invención, dicho módulo intercambiador de alta temperatura () y dicho módulo condensador (6) están constituidos como elementos separados acoplables entre sí

4 ES A1 6 REIVINDICACIONES 1. Cuerpo de caldeo para caldera de condensación, de las calderas empleadas en aparatos e instalaciones de calefacción y calentamiento de agua y que utilizan un quemador cerámico (1) dispuesto en lo alto de la cámara de combustión (2) de la caldera, así como un ventilador soplante (3) que fuerza la circulación descendente de los humos de combustión (4) que en su trayecto ceden su calor a través de un dispositivo intercambiador térmico que es recorrido internamente por el agua a ser calentada, caracterizado porque dicho dispositivo intercambiador térmico está constituido en dos etapas que, con relación a dicha circulación descendente de los humos de combustión (4), están materializados mediante un módulo intercambiador de alta temperatura (), realizado en cobre y dispuesto mas cerca del origen de los humos, y un módulo intercambiador de baja temperatura, o módulo condensador (6), también de cobre, dispuesto mas lejos del origen de los humos, que tiene un tratamiento superficial anticorrosión; en donde, dicho módulo intercambiador de alta temperatura () recibe los humos de combustión (4) a una temperatura aproximada de 700ºC y los cede a una temperatura muy superior a la de condensación del agua y que está comprendida entre 10ºC y 200ºC, al tiempo que estos humos de combustión (4) a menos de 200ºC atraviesan dicho módulo condensador (6) y salen de él enfriados hasta una temperatura aproximada de 60ºC y, en todo caso, inferior a la temperatura de condensación del agua; y en donde dicho módulo condensador (6) recibe el agua fría que, circulando en sentido contrario al de dichos humos de combustión (4), atraviesa este módulo condensador (6) y pasa a dicho módulo intercambiador de alta temperatura (), de donde sale a la temperatura de servicio requerida. 2. Cuerpo de caldeo para caldera de condensación, de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque dicho módulo intercambiador de alta temperatura () y dicho módulo condensador (6) están integrados formando una unidad intercambiadora compacta. 3. Cuerpo de caldeo para caldera de condensación, de acuerdo con la reivindicación primera, caracterizado porque dicho módulo intercambiador de alta temperatura () y dicho módulo condensador (6) están constituidos como elementos separados acoplables entre sí

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6 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 ES Nº de solicitud: Fecha de presentación de la solicitud: Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA 1 Int. Cl. 7 : F24H 1/12 DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría Documentos citados Reivindicaciones afectadas A WO A1 (SOUTHCORP AUSTRALIA et al.) , 1-3 todo el documento. A US 379 A (WU YA-CHING) , todo el documento. 1-3 A GB A (JUNKERS & CO) , todo el documento. 1-3 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica El presente informe ha sido realizado para todas las reivindicaciones O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud para las reivindicaciones nº: Fecha de realización del informe Examinador Página J. A. Celemín Ortiz-Villajos 1/1