ES2998182A1 - COMBUSTION CHAMBER (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
CÁMARA DE COMBUSTIÓN COMBUSTION CHAMBER
OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención, tal como se indica en el título, se refiere a una cámara de combustión optimizada, la cual es particularmente útil para calderas industriales, hornos industriales, postcombustión de gases de escape, en centrales térmicas y eléctricas, turbinas de gas The present invention, as indicated in the title, relates to an optimized combustion chamber, which is particularly useful for industrial boilers, industrial furnaces, post-combustion of exhaust gases, in thermal and electric power plants, gas turbines
El objeto de esta invención es aportar una solución hasta ahora desconocida para varios inconvenientes que se comentarán más adelante, principalmente, se pretende lograr un resultado final que permita disponer de una cámara de combustión más ecológica debido a una menor emisión, a la vez que se maximiza la combustión gracias a una estructura de doble cámara que se explicará más adelante. The purpose of this invention is to provide a previously unknown solution to several problems that will be discussed later. It is mainly intended to achieve a final result that allows for a more ecological combustion chamber due to lower emissions, while maximizing combustion thanks to a double chamber structure that will be explained later.
El dispositivo en cuestión aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica. The device in question offers essential novelty features and significant advantages over known and used means for the same purposes in the current state of the art.
Como sabemos, una caldera de combustión industrial es un equipo utilizado en diversas industrias para generar calor o vapor mediante la combustión de diferentes tipos de combustibles, como gas natural, gasóleo, carbón, biomasa u otros combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Estas calderas se utilizan en procesos industriales que requieren altas temperaturas o generación de vapor para operaciones como calefacción, generación de electricidad o producción de vapor para procesos químicos. As we know, an industrial combustion boiler is a device used in various industries to generate heat or steam by burning different types of fuels, such as natural gas, diesel, coal, biomass, or other solid, liquid, or gaseous fuels. These boilers are used in industrial processes that require high temperatures or steam generation for operations such as heating, electricity generation, or steam production for chemical processes.
Aunque las calderas pueden variar en diseño y configuración dependiendo de su tamaño, tipo de combustible utilizado y aplicaciones específicas en la industria, una de sus principales partes es el quemador, el cual es el dispositivo encargado de suministrar y mezclar el combustible con el aire en proporciones adecuadas para la combustión. El quemador puede ser de varios tipos, como de gas, gasóleo, carbón pulverizado o biomasa, dependiendo del tipo de combustible utilizado. Although boilers can vary in design and configuration depending on their size, fuel type, and specific industrial applications, one of their main components is the burner, which is the device responsible for supplying and mixing the fuel with air in the appropriate proportions for combustion. The burner can be of various types, such as gas, diesel, pulverized coal, or biomass, depending on the type of fuel used.
El inconveniente de los quemadores actuales es su poca optimización debido a la escasa capacidad de combustión que genera. Además, producen un gasto importante de combustible, lo que los hace poco amigables con el medio ambiente. The drawback of current burners is their poor optimization due to their limited combustion capacity. Furthermore, they consume a significant amount of fuel, making them unfriendly to the environment.
Hasta el momento, no se conocía un dispositivo que solucione esta problemática de forma eficaz, potente y ecológica. Until now, there was no known device that could solve this problem in an effective, powerful, and environmentally friendly way.
La cámara de combustión que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, aportando una serie de ventajosas y novedosas características, y sin que ello suponga merma alguna de sus prestaciones en otros aspectos. The combustion chamber proposed by the invention fully satisfactorily resolves the aforementioned problem, providing a series of advantageous and innovative features, without any reduction in its performance in other aspects.
La invención propuesta pretende aportar una solución económica, práctica, sencilla y de fácil utilización, cuyo efecto sería la fabricación de un tipo de cámara de combustión aplicable a todo tipo de caldera industrial, hornos industriales, postcombustión, centrales térmicas y eléctricas, turbinas de gas, que ahorra combustible y emite una menor cantidad de gases de efecto invernadero, a la vez que maximiza la combustión de forma importante. The proposed invention aims to provide an economical, practical, simple and easy-to-use solution, the effect of which would be the manufacture of a type of combustion chamber applicable to all types of industrial boilers, industrial furnaces, post-combustion, thermal and electric power plants, gas turbines, which saves fuel and emits a lower amount of greenhouse gases, while significantly maximizing combustion.
La presente invención tiene su campo de aplicación en el sector de los dispositivos de combustión. The present invention has its field of application in the sector of combustion devices.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
En el estado de la técnica encontramos algunos documentos relacionados con el sector de la invención en cuestión, aunque ninguno de ellos cumple la misma función ni aporta las mismas características ventajosas. In the state of the art, we find some documents related to the sector of the invention in question, although none of them fulfill the same function or provide the same advantageous features.
Así, en el documento ES 2 293 768 B1 encontramos un cuerpo de caldeo polivalente que puede ser utilizado en calderas de no-condensación y de condensación. Utiliza un quemador de premezcla de fibras cerámicas y tiene una constitución general que comprende un ventilador y una electroválvula de gas que insuflan el aire y el gas respectivamente en la cámara mezcladora. La pared del cuerpo de caldeo está enfrentada al quemador y se extiende con un ángulo de convergencia conveniente. Esta tecnología puede ser utilizada en aparatos e instalaciones de calefacción y calentamiento de agua. Thus, in document ES 2 293 768 B1, we find a multipurpose heating element that can be used in non-condensing and condensing boilers. It uses a ceramic fiber premix burner and has a general design comprising a fan and a gas solenoid valve that blow air and gas into the mixing chamber, respectively. The wall of the heating element faces the burner and extends at a convenient angle of convergence. This technology can be used in heating and water heating appliances and installations.
Por otro lado, en el documento ES 2 733 034 T3 se aporta un sistema de intercambio de calor y un procedimiento para su uso. El objetivo de la invención es proporcionar un sistema que permita almacenar y liberar energía de manera flexible, lo que es especialmente útil en el contexto de la producción de energía renovable, donde la cantidad de producción puede ser difícil de predecir. La patente describe un sistema que incluye una cámara grande y una cámara pequeña de intercambio de calor, así como un procedimiento para cargar y descargar el sistema. La patente también incluye dibujos esquemáticos que muestran la distribución de temperatura en diferentes modos del sistema. On the other hand, document ES 2 733 034 T3 provides a heat exchange system and a method for its use. The objective of the invention is to provide a system that allows for flexible energy storage and release, which is especially useful in the context of renewable energy production, where the production quantity can be difficult to predict. The patent describes a system that includes a large and a small heat exchange chamber, as well as a method for charging and discharging the system. The patent also includes schematic drawings showing the temperature distribution in different modes of the system.
A su vez, en el documento ES 1 004 587 U se reivindica un sistema alimentador para cuerpo de caldera, caracterizado esencialmente porque está constituido por un cuerpo hueco prismático rectangular, en cuyo interior va alojado y protegido los mecanismos que configuran el alimentador del combustible; la cara superior del cuerpo prismático va provista de un orificio que comunica con la tolva de combustible y en el extremo opuesto de la cara inferior, otro orificio comunica con la cámara de combustión del cuerpo de caldera. In turn, document ES 1 004 587 U claims a fuel supply system for a boiler body, essentially characterized in that it consists of a rectangular prismatic hollow body, inside which the mechanisms that make up the fuel supply are housed and protected; the upper face of the prismatic body is provided with an orifice that communicates with the fuel hopper and at the opposite end of the lower face, another orifice communicates with the combustion chamber of the boiler body.
En estos documentos encontramos diferentes tipos de sistemas relacionados con calderas, sin embargo, a diferencia de la invención propuesta no logran maximizar la combustión ni reducen las emisiones de gases. In these documents, we find different types of boiler-related systems; however, unlike the proposed invention, they do not maximize combustion or reduce gas emissions.
Así vemos, que hasta ahora no se conocía una cámara de combustión que por sus novedosas características resuelva los inconvenientes mencionados anteriormente tanto en cuanto a los documentos citados como a otras invenciones o sistemas tradicionales que encontramos en el estado de la técnica. Thus, we see that until now, no combustion chamber was known that, due to its novel characteristics, solves the aforementioned drawbacks, both in terms of the cited documents and other inventions or traditional systems that we find in the state of the art.
Tomando en consideración los casos mencionados y analizados los argumentos conjugados, con la invención que se propone en este documento se da lugar a un resultado final en el que se aportan aspectos diferenciadores significativos frente al estado de la técnica actual, y donde se aportan una serie de avances en los elementos ya conocidos con sus ventajas correspondientes. Taking into consideration the aforementioned cases and analyzing the combined arguments, the invention proposed in this document results in a final result that provides significant differentiating aspects compared to the current state of the art, and where a series of advances are provided in the already known elements with their corresponding advantages.
En particular: In particular:
- Es más ecológico. - It's more ecological.
- Aumenta considerablemente la combustión. - Significantly increases combustion.
- Ahorro de combustible. - Fuel savings.
- Es altamente eficiente. - It is highly efficient.
- Es aplicable a todo tipo de dispositivos de combustión. - It is applicable to all types of combustion devices.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
Así, la presente invención está constituida a partir de los siguientes elementos: Un mecanismo de encendido provisto de una bujía, sensor de control de encendido y entrada de aire y entrada de gas, conectado por medio de un tubo cuya entrada presenta una reducción diametral gradual, mientras que en su extremo opuesto dispone exteriormente de unos dientes fijos de forma arremolinada, estando este tubo dentro de una primera cámara que presenta, a su vez, una segunda entrada de gas perpendicular con respecto a ella, y unas aberturas de entrada de aire que conducen aire a través de unos dientes arremolinados de la mencionada primera cámara, estando conectada esta primera cámara con una segunda cámara que está provista de una pieza de caracol con entrada de aire por un extremo, y con enganche a manómetro por el otro, estando conectada dicha pieza de caracol con las aberturas de entrada de aire de la primera cámara y también con unos conductos dispuestos perimetralmente con respecto a la segunda cámara, presentando dichos conductos, en sus extremos opuestos a la pieza de caracol, unas aberturas coincidentes con una pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado. Coincidiendo la pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado se halla la conexión a caldera u horno. Thus, the present invention is constituted from the following elements: An ignition mechanism provided with a spark plug, ignition control sensor and air inlet and gas inlet, connected by means of a tube whose inlet has a gradual diameter reduction, while at its opposite end it has externally some fixed teeth of a swirling shape, this tube being inside a first chamber that has, in turn, a second gas inlet perpendicular to it, and air inlet openings that conduct air through swirling teeth of the mentioned first chamber, this first chamber being connected to a second chamber that is provided with a snail piece with air inlet at one end, and with a pressure gauge connection at the other, said snail piece being connected to the air inlet openings of the first chamber and also with ducts arranged perimetrally with respect to the second chamber, said ducts having, at their ends opposite to the snail piece, openings coinciding with a main fixed piece of teeth of a design The connection to the boiler or furnace is located alongside the main fixed piece of swirling teeth.
El funcionamiento es el siguiente: el mecanismo de encendido genera una chispa que se desplaza a través del tubo de reducción diametral gradual y llega a la segunda cámara. The operation is as follows: the ignition mechanism generates a spark that travels through the gradual diameter reduction tube and reaches the second chamber.
La segunda entrada de gas de la primera cámara hace que el gas atraviese los dientes fijos de forma arremolinada del tubo de reducción diametral gradual hacia la segunda cámara. The second gas inlet from the first chamber causes the gas to flow through the swirling fixed teeth of the gradual diametrical reduction tube into the second chamber.
En la pieza de caracol entra aire y éste es transportado, por un lado, a las aberturas de entrada de aire de la primera cámara atravesando los dientes arremolinados de la primera cámara hasta llegar a la segunda cámara. Air enters the snail and is transported, on the one hand, to the air inlet openings of the first chamber, passing through the swirling teeth of the first chamber and reaching the second chamber.
Por otro lado, la pieza de caracol también transporta aire por los conductos perimetrales de la segunda cámara hasta la pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado, lo que hace que se produzca un vórtice que se desplaza perimetralmente por el interior de la segunda cámara hacia la primera cámara, y colisione con la llama proveniente del mecanismo de encendido a través del tubo de reducción diametral gradual, y con el aire proveniente de las aberturas de la primera cámara que atravesó los dientes arremolinados de la mencionada primera cámara, y con el gas de la primera cámara que atraviesa los dientes fijos de forma arremolinada del tubo de reducción diametral gradual. On the other hand, the snail piece also transports air through the perimeter ducts of the second chamber to the main fixed piece of swirling teeth, which causes a vortex to be produced that moves around the perimeter of the interior of the second chamber towards the first chamber, and collides with the flame coming from the ignition mechanism through the gradual diametrical reduction tube, and with the air coming from the openings of the first chamber that passed through the swirling teeth of the aforementioned first chamber, and with the gas from the first chamber that passes through the swirling fixed teeth of the gradual diametrical reduction tube.
Los ensayos realizados muestran con claridad que estas características producen una potente llama que se desplaza con fuerza por el centro de la segunda cámara hacia la conexión a caldera u horno. La configuración técnica de la invención propuesta genera una combinación de flujo expansivo, luego flujo cilíndrico y, por último, flujo cónico, que produce unos resultados no obtenidos con ningún otro sistema conocido hasta el momento. The tests performed clearly show that these characteristics produce a powerful flame that travels forcefully through the center of the second chamber toward the boiler or furnace connection. The technical configuration of the proposed invention generates a combination of expansive flow, then cylindrical flow, and finally conical flow, producing results not achieved with any other system known to date.
La segunda cámara presenta unos cambios de diámetro tal como se aprecian en las figuras que se aportan, siendo más estrecha al principio que a la salida en la conexión a caldera u horno. Esto conduce a un aumento en el gradiente de presión estática radial debido a un aumento en las velocidades circunferenciales, produciendo una intensificación de los procesos de transferencia de calor y masa. Un aumento en el gradiente de presión estática radial conduce a un aumento en el gradiente de presión estática axial en la zona de salida de llama. The second chamber exhibits changes in diameter, as shown in the figures provided, being narrower at the beginning than at the outlet at the boiler or furnace connection. This leads to an increase in the radial static pressure gradient due to an increase in circumferential velocities, producing an intensification of heat and mass transfer processes. An increase in the radial static pressure gradient leads to an increase in the axial static pressure gradient in the flame exit zone.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para una mejor comprensión de esta memoria descriptiva se acompaña un dibujo que a modo de ejemplo no limitativo, describe una realización preferida de la invención: For a better understanding of this specification, a drawing is attached which, as a non-limiting example, describes a preferred embodiment of the invention:
Figura 1.- Vista en perspectiva de corte de la invención. Figure 1.- Sectional perspective view of the invention.
Figura 2.- Vista en planta de corte de la invención. Figure 2.- Sectional plan view of the invention.
Figura 3.- Vista en perspectiva de la primera cámara. Figure 3.- Perspective view of the first chamber.
Figura 4.- Vista en perspectiva de la pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado. Figure 4.- Perspective view of the main fixed piece with swirling design teeth.
Figura 5.- Vista en alzado lateral de pieza de caracol. Figure 5.- Side elevation view of snail piece.
Figura 6.- Vista en perspectiva de la invención con vista desde el exterior. Figure 6.- Perspective view of the invention from the outside.
En dichas figuras se destacan los siguientes elementos numerados: The following numbered elements are highlighted in these figures:
1. Mecanismo de encendido. 1. Ignition mechanism.
2. Bujía. 2. Spark plug.
3. Sensor de control de encendido. 3. Ignition control sensor.
4. Entrada de aire. 4. Air inlet.
5. Entrada de gas. 5. Gas inlet.
6. Tubo con reducción diametral gradual. 6. Pipe with gradual diameter reduction.
7. Entrada con reducción diametral gradual. 7. Inlet with gradual diameter reduction.
8. Dientes fijos de forma arremolinada del tubo con reducción diametral gradual. 8. Fixed, swirling tube teeth with gradual diametrical reduction.
9. Primera cámara. 9. First chamber.
10. Segunda entrada de gas. 10. Second gas inlet.
11. Aberturas de entrada de aire de la primera cámara. 11. Air inlet openings of the first chamber.
12. Dientes arremolinados de la primera cámara. 12. Swirling teeth of the first chamber.
13. Segunda cámara. 13. Second chamber.
14. Pieza de caracol. 14. Piece of snail.
15. Entrada de aire de la pieza de caracol. 15. Air inlet of the snail piece.
16. Enganche a manómetro de la pieza de caracol. 16. Connection to the pressure gauge of the snail piece.
17. Conductos perimetrales de la segunda cámara. 17. Perimeter ducts of the second chamber.
18. Aberturas a pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado. 18. Openings to main fixed piece with swirling design teeth.
19. Pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado. 19. Main fixed piece with swirling design teeth.
20. Conexión a caldera u horno. 20. Connection to boiler or oven.
REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Una realización preferida de la invención propuesta se constituye a partir de los siguientes elementos: un mecanismo de encendido (1) provisto de una bujía (2), sensor de control (3) de encendido y entrada de aire (4) y entrada de gas (5), conectado por medio de un tubo (6) cuya entrada presenta una reducción diametral gradual (7), mientras que en su extremo opuesto dispone exteriormente de unos dientes fijos de forma arremolinada (8), estando este tubo (6) dentro de una primera cámara (9) que presenta, a su vez, una segunda entrada de gas (10) perpendicular con respecto a ella, y unas aberturas de entrada de aire (11) que conducen aire a través de unos dientes arremolinados (12) de la mencionada primera cámara, estando conectada esta primera (9) cámara con una segunda cámara (13) que está provista de una pieza de caracol (14) con entrada de aire (15) por un extremo, y con enganche a manómetro (16) por el otro, estando conectada dicha pieza de caracol con las aberturas de entrada de aire (11) de la primera cámara (9) y también con unos conductos (17) dispuestos perimetralmente con respecto a la segunda cámara (13), presentando dichos conductos (17), en sus extremos opuestos a la pieza de caracol (14), unas aberturas (18) coincidentes con una pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado (19). Coincidiendo la pieza fija principal de dientes de diseño arremolinado (19) se halla la conexión a caldera u horno (20). A preferred embodiment of the proposed invention is constituted from the following elements: an ignition mechanism (1) provided with a spark plug (2), ignition control sensor (3) and air inlet (4) and gas inlet (5), connected by means of a tube (6) whose inlet has a gradual diametrical reduction (7), while at its opposite end it has externally some fixed teeth in a swirling form (8), this tube (6) being inside a first chamber (9) which has, in turn, a second gas inlet (10) perpendicular with respect to it, and air inlet openings (11) that conduct air through swirling teeth (12) of the mentioned first chamber, this first (9) chamber being connected to a second chamber (13) that is provided with a snail piece (14) with air inlet (15) at one end, and with connection to a pressure gauge (16) at the other, said snail piece being connected to the inlet openings of air (11) of the first chamber (9) and also with ducts (17) arranged around the perimeter of the second chamber (13), said ducts (17) having, at their ends opposite the snail piece (14), openings (18) coinciding with a main fixed piece of teeth of a swirling design (19). The connection to the boiler or furnace (20) coincides with the main fixed piece of teeth of a swirling design (19).
Claims (1)
Priority Applications (2)
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| ES202330697A ES2998182A1 (en) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | COMBUSTION CHAMBER (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2998182 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20250219 |