ES2210182T3 - Cambiador de calor, espiralado y con multiples separaciones. - Google Patents

Cambiador de calor, espiralado y con multiples separaciones.

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ES2210182T3 ES01949550T ES01949550T ES2210182T3 ES 2210182 T3 ES2210182 T3 ES 2210182T3 ES 01949550 T ES01949550 T ES 01949550T ES 01949550 T ES01949550 T ES 01949550T ES 2210182 T3 ES2210182 T3 ES 2210182T3
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Abstract

Cambiador de tipo espiralado, constituido por dos circuitos de líquido imbricados, a saber, un primer circuito formado por el espacio comprendido entre dos láminas (1, 2) separadas que se enrollan sobre sí mismas y un segundo circuito formado por el espacio comprendido entre las espiras sucesivas de ese enrollamiento, y en que: - las dos láminas (1, 2) comportan, en sus caras respectivamente enfrentadas, unos elementos separadores internos (3b, 5b) y/o en sus caras opuestas unos elementos separadores externos (3a, 5a), - los elementos separadores internos (3b, 5b) y externos (3a, 5a) están dispuestos, según el eje longitudinal (yy¿) de las láminas (1, 2), de manera tal que una vez enrolla-das las láminas, los elementos separadores internos (3b) y externos (3a) de una lámina (1) se apoyan en los elementos separadores internos de la otra lámina (2), caracterizado porque la cara extrema de por lo menos uno de los dos elementos separadores apoyados en en general plana.

Description

Cambiador de calor, espiralado y con múltiples separaciones.
La presente invención se refiere a los cambiadores y especialmente a los cambiadores destinados a asegurar un intercambio térmico entre dos fluidos que deben estar separados uno de otro. Más particularmente se refiere a los cambiadores del tipo espiralado realizados por enrollado de unas láminas, especialmente de chapas metálicas. Un cambiador de esta clase que representa el estado de la técnica más próximo se conoce por el documento US 4.124.069.
Se sabe que los cambiadores de este tipo están constituidos generalmente a partir de dos láminas de chapa metálica, mantenidas distanciadas por unos separadores, obteniéndose la separación de cada una de las espiras sucesivas de ese devanado asimismo por medio de unos separadores, los cuales están formados por una deformación del metal, tal como una embutición. Después del enrollado se procede a la soldadura de los bordes de las láminas, de modo que se creen así dos circuitos de fluido independientes, a saber, un primer circuito comprendido entre las dos láminas y un segundo circuito comprendido entre las diferentes espiras del enrollado.
Se comprende que la separación generada por los elementos distanciadores define las pérdidas de carga respectivas de los dos circuitos de fluido del cambiador. Para ciertas aplicaciones es interesante disminuir esa pérdida de carga, lo cual se puede conseguir aumentando la separación de las láminas y de las espiras del enrollado. Ese aumento de la separación sólo se puede obtener con un aumento de la altura de los elementos separadores. Ahora bien, esta última viene limitada por la deformabilidad del metal utilizado, la cual, a su vez, se entiende que es función de la naturaleza del material constitutivo de las láminas, de su espesor y del diámetro de base del elemento formado. Se entiende que se puede aumentar el diámetro de la base del elemento separador, a fin de aumentar al mismo tiempo la altura de éste. Sin embargo, esa manera de actuación presenta el inconveniente de aumentar la importancia de los obstáculos creados y que se oponen a la circulación del fluido en los dos circuitos, lo cual tiene por efecto aumentar la pérdida de carga del cambiador.
La presente invención tiene por objeto proponer un medio que permita reducir la pérdida de carga de los circuitos de un cambiador del tipo espiralado y ello a base de aumentar la separación de las dos láminas y/o la separación de las espiras consecutivas del cambiador, pero sin aumentar el diámetro de base de los elementos separadores utilizados.
La presente invención tiene así por objeto un cambiador del tipo espiralado, constituido por dos circuitos de fluido imbricados, a saber, un primer circuito formado por el espacio comprendido entre dos láminas separadas que están enrolladas sobre sí mismas y un segundo circuito formado por el espacio comprendido entre las espiras sucesivas de ese enrollado y en que:
-
las dos láminas comportan, en sus caras respectivamente enfrentadas, unos elementos separadores internos y/o en sus caras opuestas unos elementos separadores externos;
-
estos elementos separadores internos y externos están dispuestos, según el eje longitudinal de las láminas, de manera tal que, una vez enrolladas las láminas, los elementos separadores internos y externos de una lámina se apoyen sobre los elementos separadores internos y externos correspondientes de la otra lámina, caracterizado porque:
-
la cara extrema de por lo menos uno de dos elementos separadores en apoyo es globalmente plana.
Preferentemente, los elementos separadores se formarán sobre las láminas por un procedimiento de deformación, tal como principalmente un procedimiento de embutición.
En un modo de realización particularmente interesante de la invención, el cambiador comportará, entre los elementos separadores internos y/o externos, unas ondulaciones dispuestas sensiblemente transversalmente según por lo menos una parte de la anchura de las láminas. Una tal disposición permite, en la hipótesis de que, especialmente por razones de fabricación, dos elementos separadores dispuestos sobre un eje transversal de la lámina no serían rigurosamente de una misma altura, lo cual comportaría una variación de longitud de la lámina a raíz de su enrollado, de compensar esa variación de longitud por una deformación de la ondulación en el sentido longitudinal.
Los elementos separadores podrán ser la mayor parte del tiempo de forma troncocónica, poniéndose en contacto las bases pequeñas respectivas de esos troncos de cono una con otra y permitiendo las superficies de éstas compensar los errores de posicionado de los elementos separadores así realizados.
En otro modo de realización de la invención, la base pequeña del elemento de tronco de cono se inclinará un ángulo respecto al plano de la lámina antes de su enrollado. Una tal disposición permite realizar una autorregulación de la altura de los elementos separadores tal como se expone a continuación.
Preferentemente, el ángulo de inclinación de las caras extremas de los elementos separadores respecto al plano de la lámina será tal que, a raíz del enrollado, la tensión que se ejerce sobre una lámina externa tendrá por efecto hacer deslizar la cara extrema de los elementos separadores de esa lámina sobre las caras extremas correspondientes de los elementos separadores de una lámina interna.
A continuación se describirá, a título de ejemplos no limitativos, diversas formas de ejecución de la presente invención, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de un lámina metálica plegada provista de elementos separadores según el estado anterior de la técnica, antes de la etapa de enrollado.
La figura 1a es una variante de realización de la invención en la cual las láminas están provistas de unas ondulaciones transversales dispuestas entre los elementos separadores.
La figura 2 es una vista esquemática en sección transversal de la lámina metálica según el estado de la técnica anterior representada en la figura 1 después de la etapa de enrollado.
La figura 3 es una vista en sección longitudinal y en perspectiva de dos láminas destinadas a constituir un cambiador según la invención antes de la etapa de enrollado.
La figura 3a es una vista en sección longitudinal y en perspectiva de dos láminas destinadas a constituir un cambiador según la invención antes de la etapa de enrollado y que están provistas de las ondulaciones representadas en la figura 1a.
La figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de un cambiador según la invención realizado a partir de las láminas metálicas representadas en la figura 3.
La figura 4a es una vista en sección parcial ampliada de una variante de realización de una parte del enrollado representado en la figura 4.
La figura 5 es una versión vista en sección longitudinal de dos láminas antes del enrollado que representan una variante de realización de la invención.
La figura 5a es una vista en sección transversal ampliada de la variante de realización de la invención representada en la figura 5.
La figura 6 es una vista en sección parcial ampliada de una variante de realización de una parte del enrollado representado en la figura 4.
En las figuras 1 y 2 se ha representado de manera esquemática, respectivamente antes y después del enrollado, una banda de chapa metálica destinada a constituir un cambiador según el actual estado de la técnica. Esa banda de chapa se dispone en longitud y se pliega por uno de sus extremos según su eje transversal xx', y se presenta en la figura 1 como estando formado por dos láminas, a saber, una lámina superior 1 y una lámina inferior 2. En la lámina superior 1 se ha realizado una serie de picos o salientes 3a que se forman por embutición, desde el interior hasta el exterior, y en la lámina inferior 2 se ha formado, de la misma manera, una serie de picos o salientes 5b que se extienden desde el exterior hacia el interior. En estas condiciones, cuando se enrolla ese conjunto de las dos láminas 1 y 2, tal como representa la figura 2, los picos 5b aseguran la separación necesaria entre las láminas 1 y 2, y los picos 3a aseguran la separación necesaria entre las diferentes espiras sucesivas.
El cambiador según la invención retoma el principio general de base, como se representa en las figuras 3, 4 y 4a es decir, que está constituido igualmente a partir de una lámina superior 1 y de una lámina inferior 2 en las cuales se forma, igualmente por embutición, unos picos destinados a asegurar tanto la separación de la lámina superior 1 y de la lámina inferior 2 como la separación entre las espiras. Se realiza así, a partir de la lámina 1, dos series de picos, a saber, unos picos 3a de altura h_{a} que se extienden desde el interior hacia el exterior y unos picos 3b de altura h_{b} que se extienden desde el exterior hasta el interior.
Asimismo se ha realizado, a partir de la lámina 2, dos series de picos, a saber, unos picos 55a de altura H_{a} que se extienden desde el interior hasta el exterior y unos picos 5b de altura H_{b} que se extienden desde el exterior hacia el interior. Según la invención, los picos separadores tienen preferentemente la forma de troncos de cono, es decir, que se extienden a partir de la base de las láminas 1 y 2, hacia el interior y/o hacia el exterior de éstas y terminan en un plano 6, a saber, unos planos 6a y 6b por lo que se refiere a los picos realizados en la lámina 1 y unos planos 6a' y 6b' por lo que se refiere a los picos realizados en la lámina 2. Estos planos son interesantes en la medida que permiten compensar una separación que se produciría, tanto en el sentido longitudinal como en el sentido transversal de las láminas, entre los picos enfrentados de dos láminas adyacentes. En efecto, según la invención, se determinará por cálculo o por experiencia las separaciones respectivas 1 de los picos según el eje longitudinal yy' de las láminas 1 y 2 a enrollar para que, a raíz de la fase de enrollado, los picos 3b de la lámina superior y los picos 5b de la lámina inferior se hallen tan bien enfrentados uno de otro que la separación e de las láminas 1 y 2 sea igual a la suma de las alturas h_{b}y H_{b} de los picos 3b y 5b que se extienden hacia el interior y que la separación E entre las espiras sea igual a la suma de las alturas h_{a}y H_{a} de los picos que se extienden hacia el exterior.
Desde luego, en función de la aplicación atribuida al cambiador considerado, se puede prever una separación E entre las espiras que sea diferente de la separación e que existe entre cada una de las dos láminas 1 y 2, dando en consecuencia a las alturas h y H de los picos respectivos los valores deseados.
Como se representa en las figuras 1a y 3a, se puede prever, en el sentido transversal de las láminas 1 y 2, unas ondulaciones 4 que estén orientadas en el mismo sentido que los picos con relación al plano de las láminas.
Estas ondulaciones se destinan a dar a las láminas una capacidad de deformación según su eje longitudinal, lo cual permite compensar cualquier variación de longitud de las láminas susceptible de producirse a raíz del enrollado , y especialmente de las provocadas por variaciones de las alturas de los diferentes picos situados en el mismo eje sensiblemente transversal. Las ondulaciones pueden realizarse en sólo una de las láminas y pueden extenderse a sólo una parte de la anchura de éstas.
Aunque en el modo de realización descrito la separación de las láminas y de los enrollados sea respectivamente determinada por los picos, esa separación podría obtenerse con ayuda de otros medios y especialmente con ayuda de insertos o de topes que se fijarían en las láminas 1 y 2, principalmente por soldadura en el caso de que sean metálicas o por encolado en el caso de que sean de material plástico.
Igualmente se podría, según la invención, prever, entre las láminas 1 y 2, una protuberancias dobles y prever unas protuberancias simples entre cada una de las espiras del enrollado, como se representa en la figura 6.
La presente invención es igualmente interesante porque permite asegurar un autorreglaje que corrija las variaciones de diámetro de las espiras del enrollado. En un tal modo de realización, que se representa en las figuras 5 y 5a, los picos 3b y 5b se forman igualmente por deformación de la lámina, especialmente por embutición. Los picos así realizados son igualmente de forma general troncocónica, estando de todos modos la base pequeña 6b, 6b' de los mismos es decir, la cara de contacto de los picos entre sí, inclinada un ángulo i con relación al plano de la lámina antes de su enrollado, como se ha representado en la figura 5. En estas condiciones, cuando se procede al enrollado de las diferentes espiras se comprueba, como se indica en la figura 5a, que los picos que pertenecen a la superficie externa de dos espiras consecutivas se ponen en contacto por sus bases inclinadas respectivas 6b y 6b'. En estas condiciones, si a causa de problemas asociados a la fabricación, especialmente la separación de las láminas aumenta, el diámetro del enrollado aumenta igualmente, si bien la parte superior del pico de la lámina exterior 2 se halla desplazado en retraso respecto a la parte superior del pico de la lámina inferior 1debido al aumento de la circunferencia. Según la presente invención, la lámina exterior 2 se acerca entonces a la lámina interior 1 hasta que la separación llegue a ser igual a la que existía al comienzo del enrollado.
Se observará que la pendiente i formada por la base pequeña de los picos es suficientemente importante para corregir rápidamente las tolerancias de fabricación.

Claims (6)

1. Cambiador de tipo espiralado, constituido por dos circuitos de líquido imbricados, a saber, un primer circuito formado por el espacio comprendido entre dos láminas (1, 2) separadas que se enrollan sobre sí mismas y un segundo circuito formado por el espacio comprendido entre las espiras sucesivas de ese enrollamiento, y en que:
-
las dos láminas (1, 2) comportan, en sus caras respectivamente enfrentadas, unos elementos separadores internos (3b, 5b) y/o en sus caras opuestas unos elementos separadores externos (3a, 5a),
-
los elementos separadores internos (3b, 5b) y externos (3a, 5a) están dispuestos, según el eje longitudinal (yy') de las láminas (1, 2), de manera tal que una vez enrolladas las láminas, los elementos separadores internos (3b) y externos (3a) de una lámina (1) se apoyan en los elementos separadores internos de la otra lámina (2),
caracterizado porque la cara extrema de por lo menos uno de los dos elementos separadores apoyados en general plana.
2. Cambiador según la reivindicación 1, caracterizado porque entre los elementos separadores internos (3b, 5b) y/o externos (3a, 5a) comporta unas ondulaciones (4) dispuestas sensiblemente transversalmente según por lo menos una parte de la anchura de las láminas (1, 2).
3. Cambiador según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los elementos separadores (3a, 3b, 5a, 5b) se forman en las láminas (1, 2) por un procedimiento de deformación tal como principalmente una embutición.
4. Cambiador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las caras extremas de los elementos separadores están inclinadas con relación al plano de la lámina en la cual se hallan implantados.
5. Cambiador según la reivindicación 4, caracterizado porque el ángulo de inclinación (i) de las caras extremas de los elementos separadores (3b, 5b) respecto al plano de la lámina es tal que, a raíz del enrollado, la tensión que se ejerce sobre la lámina externa tiene por efecto hacer desplazar la cara extrema (6b, 6b') de los elementos separadores (3b, 5b) de esa lámina (1) sobre las caras extremas correspondientes de los elementos separadores de una lámina interna (2).
6. Cambiador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos separadores (3a, 3b, 5a, 5b) son de forma general troncocónica.
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