ES2271608T3 - Condensador combinado refrigerado por aire. - Google Patents
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Abstract
Sistema refrigerado por aire, que contiene un in- tercambiador (3) de calor vapor-aire compuesto de tubos con aletas sobre el lado exterior adecuadas para la condensa- ción directa parcial de un medio en el estado de vapor con aire ambiente, cuyo intercambiador de calor recibe el vapor de una cámara (24) de distribución superior y termina en una cámara (25) inferior, la cual recoge la cantidad de condensado según el vapor condensado y el vapor que no se ha condensado todavía. caracterizado porque tiene al menos un condensador (9) de contacto directo en el que el vapor remanente que no se ha condensado (23) todavía procedente de la cámara (25) de recogida inferior del intercambiador (3) de calor vapor-aire se condensa bajo el efecto del agua (12) de refrigeración refrigerada en un intercambiador (7) de calor agua-aire y pulverizada por medio de toberas (10); siendo al mismo tiempo eliminados los gases (11) que no se condensan del condensador (9) de contacto directo anteriormente mencionado através de un refrigerador (37) posterior envasado o de tipo bandeja es- tructurado adecuadamente .
Description
Condensador combinado refrigerado por aire.
El tema de la invención se refiere a un sistema
refrigerado por aire de central eléctrica o instalaciones
industriales. Realiza la condensación del medio en estado de vapor
(generalmente vapor de agua) de la manera descrita en las
reivindicaciones.
Para la realización de numerosos procedimientos
industriales, pero básicamente procedimientos de centrales térmicas
es necesario extraer calor del procedimiento al nivel de la
temperatura ambiente usualmente por medio de la condensación del
medio de funcionamiento en estado de vapor de estos procedimientos.
Las soluciones tradicionales implican excepcionalmente el uso
intensivo de agua (que se evapora o una vez a través de la
refrigeración), las cuales debido a consideraciones de protección
ambientales o a la falta de la cantidad requerida de agua, pueden
originar problemas en numerosos casos. Para superar estos diversos
bien conocidos y probados problemas fueron desarrollados sistemas de
refrigeración secos.
El sistema de refrigeración seco más extendido
de todos es el denominado de refrigeración seca directa. En este
método de enfriamiento, si se emplea en ciclos de una planta de
potencia, el vapor de agua expandido en la turbina de vapor
sometido a un vacío, sale de la turbina a través de una tubería de
vapor con un gran diámetro, luego a través de una cámara de
distribución superior se introduce en un denominado intercambiador
de calor de vapor-aire. El vapor que circula por el
tubo de aletas del intercambiador de calor se condensa gradualmente
bajo el efecto del aire de refrigeración que circula sobre el lado
de las aletas exterior del intercambiador de calor. Como la
condensación y la extracción de calor se realizan directamente sin
un medio de transmisión, esta se denomina refrigeración seca
directa. Naturalmente, la refrigeración directa controlable y
segura mediante aire que puede ser ejecutada técnicamente es un
procedimiento mucho más complejo que este. El procedimiento de la
refrigeración en seco tiene lugar en un margen de temperaturas
decididamente más amplio en comparación con la refrigeración de
agua ordinaria que sigue las fluctuaciones de temperatura
significativas que tienen lugar durante el año en la temperatura de
aire ambiente. Eso significa que en el lado de vapor la presión en
el condensador varía significativamente, en otras palabras se creará
la contrapresión de la turbina. Teniendo en cuenta estas
condiciones de la temperatura y la presión que varían desde el punto
de vista de la economía es necesario seleccionar y operar el equipo
óptimamente, así como garantizar su fiabilidad operacional.
La refrigeración directa mediante aire mejor
conocida y ensayada satisface los requisitos anteriores dividiendo
el procedimiento de condensación en dos fases fácilmente separables.
De acuerdo con este, el intercambiador de calor de
vapor-aire está compuesto de dos partes, la parte
denominada de condensador y el condensador secundario, que es
denominado un refrigerador posterior o deflegmador en la literatura
especialista.
El vapor sale de las tuberías de distribución de
vapor, pasa entonces a través de las cámaras de distribución de la
parte de condensador a los tubos intercambiadores de calor con
aletas. El aire refrigerante circula por la parte exterior, lado de
las aletas formando ángulos rectos con los ejes longitudinales de
las tuberías, con otras palabras, perpendicularmente a la dirección
de circulación del vapor. El condensador puede estar compuesto de
tubos múltiples en la dirección del aire, pero también de un tubo
que se extienda solo. Debido al efecto de la refrigeración del aire
el vapor se condensa gradualmente en los tubos. El condensado
circula en la misma dirección que el vapor en una dirección hacia
abajo debida a la acción de la gravedad circulando parcialmente
sobre la pared interior del tubo, parcialmente con el vapor que
circula hacia la cámara de recogida del condensado y transmisión
del vapor posicionada en el extremo inferior de las tuberías. Desde
allí el condensado va desde los mazos intercambiadores de calor
individuales a la tubería de condensado. El vapor no condensado
remanente (30-15 por ciento de la cantidad inicial)
y los gases que no se condensan indeseables presentes en el vapor
son introducidos en una sección intercambiadora de calor adicional,
la denominada parte posterior del refrigerador o deflegmador.
Diferencias significativas en el grado de
condensación y, con estas, en la concentración de los gases que no
se condensan, se desarrollan en ciertas secciones de la tubería
tanto con respecto al tiempo como al espacio. Los cambios a lo
largo del tiempo pueden ser originados por un cambio en la
temperatura del aire exterior, un cambio en la carga del lado de
vapor y el caudal de aire. Los cambios con respecto al espacio son
determinados por el posicionamiento de los tubos intercambiadores
de calor. Se pueden desarrollar diferencias significativas entre
tubos individuales en el plano perpendicular a la dirección de
circulación del aire de refrigeración debidas a la distribución no
uniforme del vapor o el aire. Más faltas de uniformidad están
presentes en la dirección de circulación del aire, pues el aire de
refrigeración se calienta gradualmente y por tanto cada vez es
capaz de de condensar una menor cantidad de vapor. Este efecto no
solamente se produce en el caso de condensadores de múltiples tubos
en la dirección de circulación, sino también en el caso de una fila
única de tubos de condensador que se extienden fuera de la
dirección de circulación del aire (aunque en menor grado). Los
gases que no se condensan pueden llegar a concentrarse en ciertas
secciones del intercambiador de calor, que pueden desarrollar los
denominados tapones de aire, que pueden interrumpir la circulación
de vapor y por tanto eliminan la sección de tubo del intercambiador
de calor que deja de enfriar eficazmente. Además este mal
comportamiento reduce, en las condiciones de temperatura inferiores
a las de congelación, la congelación del intercambiador de calor y
pueden producirse interrupciones de funcionamiento significativas.
Estos problemas de la refrigeración directa mediante aire se
conocen y han sido publicados en publicaciones técnicas, (por
ejemplo, Kröger, D.G., Intercambiadores de Calor Refrigerados por
Aire y Torres de Enfriamiento, sección 8, parte 8.2., TECPRESS,
1998).
El problema originado por la condensación
desigual se reduce mediante el sistema refrigerado por aire directo
más extensamente utilizado mediante la inserción de una sección de
intercambiador de calor denominada un deflegmador, que
esencialmente realiza una función de refrigeración posterior.
Comparada con la justificada por el diseño, en general, se alimenta
una cantidad significativamente mayor de vapor desde la sección de
condensador a la parte de deflegmador para procurar superar las
irregularidades. La sección de deflegmador usa un tipo de
intercambiador de calor similar al usado en la sección de
condensación, con la diferencia significativa de que la entrada del
vapor no tiene lugar desde arriba sino desde una cámara de
distribución inferior, desde la cual el vapor asciende en los tubos
intercambiadores de calor, en el tiempo medio el condensado circula
en la dirección opuesta a la del efecto gravitatorio hacia la cámara
de recogida de condensado y distribución de vapor inferior. Las
circunstancias que originan las irregularidades presentadas en el
caso de la sección de condensación también aparecen aquí. Un
problema típico de esta sección puede derivarse de que el lado de
vapor está sobrecargado, el cual puede contener el condensado que
circula hacia abajo debido al efecto de la gravedad estableciendo
un tapón de agua y separando la sección restante del tubo del
funcionamiento del intercambiador de calor. Sobre y además de este
descenso en el rendimiento este tapón puede originar otros problemas
de funcionamiento, que incluyen problemas de congelación en tiempo
frío. De acuerdo con lo expuesto la sección de deflegmador necesita
ser significativamente sobredimensionada. Un estudio de Goldschagg,
H.B. analiza los problemas de uno de los sistemas de enfriado
directo del aire más modernos que existen (Lecciones aprendidas del
condensador de refrigeración directa de tiro forzado mayor del
mundo, estudio presentado en el EPRI Int. Symp. sobre Tecnología
Mejorada para Centrales de Potencia de Fósiles, Marzo 1993).
Los gases que no se condensan, no deseados,
presentes en el vapor de agua, compuestos principalmente de aire han
de ser bombeados fuera del espacio sometido a vacío. El trabajo de
bombeo se reduce si la aspiración se efectúa en un lugar en el que
la relación de los gases en la mezcla de gas y vapor es la máxima.
El vapor que llega a la cámara superior del deflegmador en este
punto contiene un porcentaje del diez al cincuenta por ciento de
gas que no se condensa, así pues esta mezcla de vapor y gases es
adecuada para ser bombeada fuera usando eyectores. Debido al bajo
caudal de vapor en la sección del deflegmador se puede alcanzar un
coeficiente de transferencia de calor relativamente bajo. Esto puede
resultar significativamente peor a causa de la transferencia de
calor convectiva que desempeña un papel creciente en vez de la
condensación a causa de la presión parcial creciente de los gases
que no se condensan. Además del coeficiente de transferencia de
calor, una reducción adicional en el rendimiento es originada por la
reducción de la presión y la temperatura del vapor de saturación
debidas al incremento de la presión parcial de los gases no
condensables, y, debido a ellos, la cada vez menor diferencia de
temperatura logarítmica. El "subenfriamiento" creciente puede
ser además una fuente de posibles congelaciones. Este riesgo se
examina mediante el análisis que en Enero de 1994 aparece en la
publicación POWER (Swanekamp, R.: Utilidad de la última experiencia
con condensadores refrigerados con aire).
Un fenómeno adicional que se produce en la
refrigeración directa con aire durante la condensación es la caída
en la presión del vapor (o mezcla de gases y vapor) que circula en
los tubos del intercambiador de calor del condensador y el
deflegmador, que también, naturalmente, depende de la longitud de la
ruta de circulación. Esta pérdida de presión debida al rozamiento
reduce la diferencia de temperatura logarítmica, que como fuerza de
accionamiento desde el punto de vista de la transferencia de calor,
entre el medio de refrigeración (aire) y el medio refrigerado
(vapor de agua). Al mismo tiempo, debido al gran volumen específico
en el caso de un condensador de aire directo de un tamaño dado y una
temperatura de aire exterior de reducción se puede llegar a un
estado cuando a causa de las pérdidas de circulación crecientes la
reducción de la temperatura del aire de refrigeración no origine
cómo resultado una mejora adicional del comportamiento de la
refrigeración (denominada asfixia). La longitud de tubo de las
secciones intercambiadoras de calor de los condensadores y
deflegmadores en el caso de refrigeración centrales de potencia
media o mayor es de 10 metros para ambas, en otras palabras la
longitud de tubo total es duplicada por la sección de
deflegmador.
La falta de uniformidad en ambos el condensador
y el deflegmador, los problemas de fiabilidad operativa y las
dificultades de control se derivan esencialmente de la denominada
propia condensación directa. La condensación que se produce dentro
de los tubos, en la totalidad del sistema de refrigeración, en un
espacio extendido establece la cantidad de vapor de agua y de mezcla
de gases que no se condensa y viceversa, los obstáculos que
reducen, o incluso que bloquean de la circulación reduciendo o
deteniendo la condensación. La carencia de la circulación forzada en
el lado de medio de condensación dificulta el control del
procedimiento, y las intervenciones solamente pueden tener lugar en
el lado exterior del intercambiador de calor, sobre el lado del aire
de refrigeración. Esto explica porque los condensadores enfriados
con aire directo han sido solamente construidos con ventiladores
hasta ahora. Aquí la circulación forzada del aire de refrigeración
proporciona al menos la posibilidad de regular la circulación de
aire. En el caso de condensadores de tiro natural directo en ambos
lados del medio la circulación es "natural", en otras palabras
la circulación es originada por el propio procedimiento, y por
tanto el procedimiento es casi incontrolable, esto explica porqué
nunca han sido construidos sistemas refrigerados por aire directo de
tiro natural.
Existen también otros sistemas refrigerados por
aire directo en los cuales la sección de deflegmador no está
posicionada en un mazo intercambiador de calor separado, sino que
uno de los tubos que descienden en la dirección de circulación del
aire está montado como un deflegmador, o en un sistema denominado de
"tubo casi único", en el que una parte en el tubo separada por
una pared sirve como un deflegmador. En estos casos el desequilibrio
entre los tubos individuales es mayor, y resulta incluso más
difícil controlar el procedimiento completo que en las soluciones
presentadas anteriormente que usan mazos intercambiadores de calor
de deflegmadores o condensadores separados. Todo esto no cambia el
hecho de que a pesar de las soluciones técnicas accionables y
conocidas existe una necesidad de una parte de condensación y, a
continuación de esta, una denominada sección de deflegmador (que es
realmente un intercambiador de calor vapor-aire
directo o similar en el que continúa el procedimiento de
condensación).
Puede ser determinado que la parte más ineficaz,
dicho con otras palabras, la parte más cara hablando relativamente
de la refrigeración directa por aire, es el deflegmador, que, al
mismo tiempo se requiere por razones de fiabilidad y controlabilidad
de funcionamiento aceptables.
Una mención ha de hacerse todavía de las
acciones que mejoran el comportamiento de la refrigeración de aire,
principalmente el comportamiento pico que se obtiene pulverizando la
superficie de enfriamiento de los tubos refrigerados de aire de
aletas con agua, o estableciendo una película continua de agua sobre
ellos. Eso ha sido presentado en la publicación de Swanecamp (POWER,
Junio 1994).
El objeto de la invención es establecer un
sistema refrigerado por aire que comparado con las soluciones
refrigeradas por aire directo conocidas sea mejor en cuanto a
efectividad del gasto que estas, que al mismo tiempo aumente
significativamente su fiabilidad operativa, que incluya flexibilidad
de funcionamiento, y que permita controlar el sistema incluso en
condiciones de funcionamiento extremas, y además, que aumente la
fiabilidad del arranque cuando se inicia el funcionamiento.
El sistema refrigerado por aire según la
invención contiene un intercambiador de calor
vapor-aire compuesto de tubos con aletas sobre el
exterior adecuadas para la condensación directa parcial de un medio
en el estado de vapor con aire ambiente, cuyo intercambiador de
calor recibe el vapor desde una cámara de distribución superior y
termina en una cámara inferior, que recoge la cantidad de
condensación según el vapor condensado y el vapor que no se ha
condensado todavía, tiene al menos un condensador de contacto
directo en el que el vapor remanente que no se ha condensado todavía
que procede de la cámara de recogida inferior del intercambiador de
calor vapor-aire se condensa bajo el efecto del agua
de refrigeración enfriada en un intercambiador de calor
agua-aire y pulverizada a través de chorros; al
mismo tiempo los gases que no se condensan son eliminados del
condensador de contacto directo anteriormente mencionado por medio
de un tipo de bandeja estructurado adecuadamente o envasados después
del refrigerador.
El enfriamiento de los tubos intercambiadores de
calor con aletas se efectúa con aire de enfriamiento que se hace
circular mediante ventiladores o torres de refrigeración que
proporcionan una ventilación natural. Los mazos del intercambiador
de calor que pertenecen al aire de refrigeración hecho circular
mediante un ventilador común son denominados usualmente celdas y una
serie de celdas una "bahía".
Aquí también como en los sistemas refrigerados
por aire directo, los tubos de aletas están conectados a una cámara
de recogida de condensado y vapor inferior en el extremo del mazo de
tubos. La condensación del vapor no condensado todavía en el
segmento de vapor-aire del sistema refrigerado por
aire tiene lugar en uno o más condensadores de contacto directo con
agua de refrigeración enfriada en un intercambiador de calor
agua-aire; el condensador de contacto directo o los
condensadores de contacto directo están conectados en serie con el
intercambiador de calor o los intercambiadores de calor
agua-aire y están conectados directamente unos con
otros. El condensado se introduce en la tubería de recogida de
condensado debido al efecto de la gravedad.
El vapor que entra en el condensador de contacto
directo se condensa sobre el agua de refrigeración pulverizada por
medio de chorros condensadores y es enfriado en un intercambiador de
calor agua-aire y pasa dentro de la parte de
almacenamiento (pozo caliente) del condensador de contacto directo
junto con el agua de refrigeración calentada. El bombeo fuera de
los gases que no se condensan se efectúa también desde el espacio de
condensador de contacto directo.
Así pues, el sistema de refrigeración según la
invención realiza el aparato deseado eliminando la parte de
deflegmador que es la menos eficiente de las utilizadas en las
soluciones conocidas y se ha descrito anteriormente, sustituyéndola
por una solución más eficiente, más fácilmente controlable y más
fiable, del segmento de refrigeración de agua-aire
del sistema refrigerado por aire según la invención. Así pues, la
condensación del vapor remanente se efectúa en un espacio
significativamente menor que el del deflegmador, en un condensador
de contacto directo compacto, que comparado con el deflegmador
proporciona también condiciones casi ideales para la retirada de
los gases que no se condensan. La eliminación de calor en el nivel
de la temperatura ambiente tiene lugar en el intercambiador de calor
agua-aire de circulación forzada anteriormente
mencionado, por el que pasa solamente una cantidad insignificante
de gases que no se condensan en comparación con la corriente de
agua. Así pues, en el intercambiador de calor parcialmente debido a
la circulación forzada y parcialmente debido a la carencia de gases
que no se condensan se puede conseguir un intercambio de calor que
es significativamente más eficiente que el que se hacia en el
deflegmador, más controlable y menos sensible a las condiciones de
funcionamiento. Al mismo tiempo, el sistema de refrigeración según
la invención mantiene la sección de condensación más eficiente.
Esto, naturalmente, no significa la sustitución mecánica de la parte
de deflegmador usada hasta ahora, sino que requiere la relación
optimizada de la parte de condensación y la solución de sustituir el
deflegmador según la aplicación dada. Dependiendo de las
circunstancias de la aplicación la sección de condensación puede
ser reducida incluso del 30 al 40 por ciento de sus dimensiones
originales, aunque al mismo tiempo también puede exceder la
proporción en la solución de "condensador deflegmador".
La solución de que en el sistema refrigerado
según la invención el vapor que no se ha condensado en la sección de
condensador pasa directamente dentro del espacio de vapor compacto
del condensador de contacto directo permite eliminar el sistema de
distribución de vapor adicional usado en la técnica conocida. De
modo similar, no es necesario que el vapor, o el vapor que contiene
una cantidad creciente de gases que no se condensan como una
consecuencia de la condensación, pasen a través de tubos
intercambiadores de calor adicionales estrechos y largos. Todo esto
reduce significativamente la caída de presión del lado de vapor y el
descenso de temperatura implicado con esta. En el lugar de la
mezcla de vapor y gases que no se condensan, hay agua en el
intercambiador de calor agua-aire a medida que el
medio se enfría. Esto según la circulación forzada hace
completamente uniforme la posible distribución del medio en el
interior de los tubos intercambiadores de calor. Asimismo, el
creciente subenfriamiento que se produce como consecuencia de la
presión parcial de aire que aumenta en las soluciones más tempranas
puede ser evitado. El coeficiente de transferencia térmica en el
lado interior del tubo será también significativamente más
favorable que en el caso de la condensación de vapor con un alto
contenido de gases que no se condensan. Todo ello origina en todos
los casos un intercambiador de calor más eficiente con una menor
superficie, lo cual significa también que es más económico.
Asimismo, como un resultado de la reducción del subenfriamiento la
eficiencia del ciclo de la planta de potencia es mejorada en un
cierto grado. Como la retirada de los gases que no se condensan
tiene lugar en circunstancias mucho más favorables, en un espacio
único, del condensador de contacto directo, la cantidad que ha de
ser bombeada fuera es mucho menor, lo cual permite usar menores
eyectores y consumir menos energía auxiliar. La retirada de la
sección de deflegmador ayuda también a garantizar un mayor vacío
evitando la "asfixia" del sistema de refrigeración cuando las
temperaturas de aire exteriores son inferiores, en otras palabras se
logra un mejor comportamiento de la turbina. Un resultado muy
significativo adicional debido al abandono de la sección de
intercambiador de calor de superficie que condensa el vapor y no
condensa la mezcla de gases es que se evitan diversos estados de
funcionamiento problemáticos (bloqueos de gas de diverso tamaño o
incluso la formación de tapones de agua como una consecuencia de las
"retenciones"). Esto permite evitar numerosos problemas de
funcionamiento y lograr un funcionamiento que es más fiable y
controlable.
En mayores sistemas de aire refrigerado el vapor
expandido que llega desde la turbina pasa dentro de varios
intercambiadores de calor vapor-aire conectados en
paralelo, es decir condensadores. En tales casos no solamente puede
ser usado un condensador de contacto directo para condensar el vapor
remanente, sino que diversos condensadores de contacto directo
pueden estar conectados directamente uno a cada uno de los mazos de
intercambiador de calor del condensador de
vapor-aire, y conectados luego en el lado del agua a
una trayectoria de vapor más corta.
Los mazos intercambiadores de calor
vapor-aire y agua-aire que se
componen de tubos intercambiadores de calor con aletas no solamente
pueden estar colocados en celdas separadas unas de otras, sino
también combinados en la misma celda (de modo que tengan un
ventilador común). Resulta práctico aquí que los mazos
intercambiadores de calor vapor-aire individuales
estén conectados directamente también a espacios de condensador de
contacto directo separados individuales.
De las dos secciones conectadas en serie del
sistema refrigerado de aire en el lado de vapor, la sustitución de
la sección de deflegmador "trasero" con la solución más
controlable presentada aquí facilita el control del procedimiento
completo. Así pues en la solución según la invención en el lugar de
los ventiladores que proporcionan la circulación el aire de
refrigeración pueden ser usadas torres que induzcan una corriente
natural sin que peligre la seguridad de funcionamiento (lo cual no
era posible en el caso de condensadores refrigerados por aire
simplemente directos, como se expone en relación con el estado de la
técnica actual).
En una versión adicional de la invención no
solamente el vapor remanente no condensado se introduce en el
condensador de contacto directo, sino que el vapor puede entrar
directamente también desde un ramal con una válvula de la tubería
de vapor principal expandido o una rama de esta derivando el
condensador. Esto efectúa el control del sistema y la selección del
modo de funcionamiento más eficiente según los requisitos de
funcionamiento más fácilmente debido a la distribución de carga
óptima entre el intercambiador de calor vapor-aire y
el intercambiador de calor agua-aire. En el caso de
temperaturas ambientales más bajas abriendo la tubería de derivación
por medio de este envío de la carga hacia el condensador de
contacto directo y el intercambiador de calor
agua-aire se desplaza el fenómeno de "asfixia"
hacia contrapresiones de turbina inferiores, y de este modo se
contribuye a una mejoría adicional en el comportamiento de la
planta de potencia. El periodo pico mejora el comportamiento del
sistema refrigerado por aire que según la invención puede ser
alcanzado si las superficies de los tubos con aletas del
intercambiador de calor agua-aire expuestas a la
circulación del aire de refrigeración son pulverizadas con agua, o
se forma una película de agua sobre estas mediante un suministro
continuo. En ese momento abriendo la válvula de la tubería de
desviación anteriormente mencionada el calor retirado puede ser
transferido parcialmente desde el segmento de intercambiador de
calor vapor-aire al segmento de intercambiador de
calor agua-aire humedecido lo cual mejora el
comportamiento global del sistema de refrigeración y por medio de
este el de la planta de potencia.
Es posiblemente práctico acoplar la instalación
de un dispositivo de interrupción del vapor en la tubería de
derivación del lado de vapor en la tubería de derivación lateral de
vapor en la sección de tubería de vapor principal después del ramal
de la tubería de derivación. Como se sabe, cuando se arrancan
plantas de potencia que usan sistemas refrigerados de aire directo
a temperaturas inferiores al punto de congelación solamente después
de alcanzar una cantidad de vapor mínima (5-10%) se
puede permitir que el vapor entre en el condensador refrigerado de
aire directo para evitar el peligro de la congelación. Hasta este
valor límite el vapor ha de ser soplado dentro del aire. La
solución según la invención permite el procedimiento de arranque
incluso con una cantidad de vapor cero. Abriendo la válvula de la
tubería de derivación de vapor y cerrando la válvula de la tubería
de vapor principal resulta posible el procedimiento de arranque a
través de la sección "trasera" (condensador de contacto
directo e intercambiador de calor agua-aire) del
sistema de refrigeración conectado en serie. Abriendo la válvula de
derivación del ciclo de agua es posible calentar el agua de
refrigeración por medio del condensador de contacto directo. En
este momento el intercambiador de calor agua-aire no
está lleno de agua, por tanto la bomba que hace circular el agua de
refrigeración hace circular este agua a través de la tubería que
deriva el intercambiador de calor (cuando la válvula de derivación
del lado de agua montada en ella está abierta). El llenado de los
intercambiadores de calor agua-aire tiene lugar con
agua caliente de esta manera, y estos solamente se pondrán en
funcionamiento después de este llenado. El intercambiador de calor
vapor-aire(condensador) se pone solamente en
funcionamiento después de la apertura de la válvula de la tubería
de vapor principal, si la circulación de vapor excede
significativamente el valor de seguridad.
En una forma de construcción más ventajosa de la
solución según la invención la cámara de recogida de condensado
inferior y vapor del intercambiador (condensador) de calor
vapor-aire en la primera sección del sistema
refrigerado por aire es transformada de tal manera que el vapor
remanente no es alimentado desde la cámara en el cuerpo de un
condensador de contacto directo separado. Por el contrario, la
cámara de recogida inferior sirve ella misma como un espacio de
condensador de contacto directo alimentando el agua refrigerada más
abajo en el intercambiador de calor agua-aire a los
chorros posicionados en la cámara inferior (en toda su longitud o
justamente en ciertas secciones). Debido a esto la condensación del
vapor remanente tiene lugar en la inmediata proximidad de la salida
de los tubos de condensador, en la cámara de recogida inferior. La
retirada de los gases que no se condensan tiene lugar en una
sección configurada adecuadamente de la cámara, preferiblemente que
contiene un enfriador posterior tipo bandeja. Para restringir el
tamaño de una cámara configurada de esta manera que realiza esta
tarea combinada (cámara de recogida de condensado y vapor remanente,
espacio de condensador de contacto directo y espacio adecuado para
la retirada de los gases que no se condensan) en uno o más
recipientes necesita ser instalada para que sirva como parte de
almacenamiento (pozo caliente) del condensador de contacto directo
para el agua de refrigeración calentada y el condensado de vapor.
Esta solución reduce significativamente la trayectoria del vapor
remanente que conduce a la condensación, por medio de esta reducción
de la presión y, consecuentemente, reduce el descenso de la
temperatura que se produce a consecuencia de la fricción del vapor,
así como a los desequilibrios durante este descenso. También es
posible colocar los intercambiadores de calor
agua-aire en mazos comunes.
Una solución más favorable puede obtenerse
integrando los intercambiadores de calor vapor-aire
y agua-aire. Eso no es solamente en un mazo de
intercambiador de calor sino que en cada tubo de intercambiador de
calor único hay un segmento que crea el intercambio de calor
vapor-aire y asimismo el intercambio de calor
agua-aire. Esto requiere un tubo intercambiador de
calor cuya forma se estira en la dirección de la circulación de
aire, y una cámara inferior multifunción que realice varias tareas.
La cámara inferior recoge el condensado y el vapor remanente que
llega desde el segmento intercambiador de calor
vapor-aire y sirve como un espacio de condensador
de contacto directo para el vapor remanente. El mismo espacio
contiene un tipo de bandeja o refrigerador posterior envasado que
ayuda en la retirada de los gases que no se condensan. Una parte del
espacio en la cámara inferior sirve también como cámara de
distribución de agua del intercambiador de calor
agua-aire y es a través de este como se alimenta el
agua refrigerada a las toberas de chorro. Dentro del tubo
intercambiador de calor integrado que empieza a partir de la cámara
de recogida inferior una parte, favorablemente la parte hacia el
lado de entrada del aire de refrigeración, está separada del resto
del tubo con una pared lateral en un plano perpendicular a la
dirección de circulación del aire de modo que es adecuada para
configurar la sección de tubería del intercambiador de calor
agua-aire. También es práctico que esta sección
termine en un punto intermedio en la longitud del tubo
intercambiador de calor, en el que está delimitado con un componente
de cierre posicionado en un plano perpendicular al eje del tubo. La
sección de tubo intercambiador de calor agua-aire
configurada de esta manera puede descomponerse en cuatro canales con
una o más paredes de separación interiores. Usando solamente una
pared de separación interior, que termina antes del componente de
cierre superior, puede estar configurado un intercambiador de calor
agua-aire de contracorriente transversal de dos
pasos de modo que desde el punto de vista de la dirección de
circulación del aire, el agua de refrigeración caliente circula
hacia arriba en el canal interior, luego gira en redondo en el
extremo de la pared de separación, circula hacia abajo en el canal
exterior en el que entra el aire y luego mientras se enfría hacia
abajo como una consecuencia del efecto de refrigeración
proporcionado por la superficie del intercambiador de calor con
aletas. El vapor que procede de la turbina llega al tubo
intercambiador de calor vapor-aire a través de la
cámara de distribución de vapor superior, a través de la sección
transversal completa del tubo intercambiador de calor. El vapor se
condensa parcialmente en la sección remanente para el intercambio de
calor vapor-aire, durante el cual no solamente la
circulación de vapor se reduce, sino que debido a la aparición de la
sección de intercambiador de calor agua-aire desde
un cierto punto la sección transversal disponible para la
circulación se reduce también. El condensado y el vapor remanente
van a la cámara inferior del mazo intercambiador de calor que
realiza la tarea combinada como se ha expuesto anteriormente. El
agua de refrigeración enfriada en las secciones de canal exteriores
se pulveriza a través de toberas de chorro posicionadas en la cámara
inferior dentro del espacio de condensador de mezclado de la cámara
inferior. Aquí esta encuentra el vapor remanente que procede de los
canales que sirven como un intercambiador de calor
vapor-aire sobre la totalidad de su longitud y se
condensa la mayor parte de este. En la cámara inferior o en un
espacio cercano es práctico construir un tipo de bandeja de
contracorriente o parte de condensador refrigerador trasero
envasada, desde la cual los gases que no se condensan pueden ser
alimentados a los eyectores en condiciones favorables.
En una subversión más de esta solución el tubo
intercambiador de calor con aletas exteriormente, alargado en la
dirección de la circulación de aire, está descompuesto en varios
canales con paredes de separación. El vapor que procede de la
turbina entra aquí también a través de toda la sección transversal
del intercambiador de calor, en otras palabras, entra en el tubo
intercambiador de calor a través de todos los canales. Algunos de
estos canales de condensación de vapor se extienden todo el camino
desde la cámara de distribución superior hasta la cámara de
recogida inferior y terminan en ella; el resto de los canales de
vapor de agua empiezan en la cámara de distribución de vapor
superior y terminan en un punto intermedio de la longitud de la
tubería de intercambiador de calor. Antes del punto final de estos
canales hay una abertura de paso a través de la pared de separación
con el canal de condensación de vapor vecino. En otra solución
práctica hay orificios o aberturas repetidamente en las paredes de
separación entre los canales usados para la condensación de vapor,
debido a cuyos orificios la parte de condensación llega a ser
acanalada casi única (de modo similar a la especificación de
patente número WO 98/33028). Dos o más, pero un número par de
canales de la tubería de intercambiador de calor multicanal (dos de
sus canales en el caso de un total de cuatro canales) están
separados del inicio del espacio de vapor a partir del extremo
inferior hacia arriba hasta una cierta altura (preferiblemente sobre
el lado de la entrada de aire de refrigeración) y sirven para
formar la sección de intercambiador de calor
agua-aire.
La solución aquí descrita y sus variantes por
medio de sus funciones combinadas e integradas, así como sus
unidades estructurales contribuyen al establecimiento de un
procedimiento más económico y más eficiente debido a que evita
largas longitudes de desplazamiento del medio. Como se menciona el
vapor puede entrar en la sección transversal total de tubo de todos
los tubos que forman los intercambiadores de calor. Naturalmente, el
intercambiador de calor vapor-aire necesita estar
obturado al vacío. Así pues los intercambiadores de calor
agua-aire uniformes integrados en un cuerpo con las
secciones de vapor-aire pueden ser también
construidos de modo que estén obturados al vacío. Esto permite
recircular el agua de refrigeración calentada y para que el
incremento de presión requerido para la distribución entre los
tubos de intercambiador de calor sea de un grado tal que se requiere
para superar solamente la fricción del ciclo, permitiendo que
ciertas secciones del intercambiador de calor
agua-aire estén a la presión atmosférica. En un
intercambiador de calor configurado de esta manera la condensación
tiene lugar en cuatro operaciones pero en un cuerpo intercambiador
de calor único, parcialmente en la sección de intercambiador de
calor vapor-aire, en un menor grado a lo largo de la
pared que separa el vapor y el agua que circula de los tubos de
intercambiador de calor individuales, con la inyección de agua de
refrigeración enfriada en la cámara de recogida inferior que sirve
también como el espacio de condensador de contacto directo, y
finalmente en el mismo lugar en una sección enfriadora de tipo de
bandeja que conduce a donde al aire se ha retirado.
Una construcción más favorable puede ser puesta
en práctica en un caso usando un intercambiador de calor integrado
parcialmente similar al del caso anterior, cuando dentro de los
tubos individuales está configurado un número impar, incluso
justamente uno, de canales como un intercambiador de calor
agua-aire. Entonces desde la cámara de recogida,
que también sirve como un condensador de contacto directo, el agua
de refrigeración caliente va a un espacio de almacenamiento, desde
el que la bomba transporta esta a una tubería de agua de
refrigeración de distribución exterior. Es práctica si la tubería
de agua de refrigeración de distribución corre entre los mazos del
intercambiador de calor dispuestos en una forma de A, y desde esta
hay ramales para el canal en el lado de entrada, con respecto a la
dirección de la circulación de aire, de cualquier tubo único en una
sección intermedia de los tubos que forman el mazo de
intercambiadores de calor. El agua de refrigeración, en esta
sección de canal que circula desde sus entradas hacia abajo todo el
recorrido, se enfría de nuevo y puede ser inyectada dentro de la
cámara de recogida inferior que sirve también como un espacio de
condensador de contacto directo a través de toberas adecuadas para
formar chorros.
En una forma de construcción más del
intercambiador de calor integrado la distribución del agua de
refrigeración caliente se efectúa de nuevo en la sección de
distribución configurada en la cámara de recogida inferior y desde
esta el agua que ha de ser enfriada circula hacia arriba en un canal
hasta una sección intermedia de la longitud total del canal. El
agua de refrigeración enfriada se inyecta a través de orificios o
toberas formadas en la sección superior del canal en el canal
vecino, en el que realiza la condensación del vapor remanente que
circula desde los canales de condensador a través de la cámara de
recogida inferior dentro de este espacio de mezclado. Una tubería
de sección transversal significativamente menor que la de la sección
transversal del canal entra en cada sección de canal que sirve como
un espacio "vecino" de mezclado para el canal enfriador de
agua hasta su extremo. A través de estas tuberías los gases que no
se condensan que se concentran más en la parte superior del espacio
de mezclado son aspirados fuera y alimentados a las tuberías de
recogida del sistema de eyección. Esta solución da un resultado
favorable cuando las condiciones justifican que la condensación de
aire-vapor ha de tener un papel dominante en el
intercambio de calor en comparación con el intercambio de calor
agua-aire.
Algunas construcciones favorables de la
invención se describen detalladamente como ejemplos, con ayuda de
las figuras, en las que:
la figura 1 muestra un sistema refrigerado por
aire con un intercambiador de calor vapor-aire, un
intercambiador de calor agua-aire y un condensador
de contacto directo;
la figura 2 muestra un sistema refrigerado por
aire de tiro natural;
la figura 3 muestra un sistema refrigerado por
aire en el que además del vapor remanente del intercambiador de
calor vapor-aire el condensador de contacto directo
puede también condensar directamente una parte del vapor expandido
en la turbina;
la figura 4 muestra un sistema refrigerado por
aire, en el que la cámara de recogida inferior del intercambiador de
calor vapor-aire sirve también como un condensador
de contacto directo;
la figura 5a muestra un sistema refrigerado por
aire con tubos intercambiadores de calor integrados que contienen
una sección de tubos intercambiadores de calor
vapor-aire y una sección de tuberías
intercambiadoras de calor agua-aire a
contracorriente transversales de dos pasos, que termina en un punto
intermedio de la longitud de la tubería;
la figura 5b muestra una sección
A-A de la figura 5a;
la figura 5c muestra una sección
B-B de la figura 5b;
la figura 6a muestra un sistema refrigerado por
aire con tubos intercambiadores de calor integrados, que contiene
una sección de intercambiador de calor vapor-aire
dividida en canales por paredes de separación, y sobre los canales
que terminan en un punto intermedio de la longitud del tubo hay una
abertura de pasaje, y contiene también una sección de tubos
intercambiadores de calor agua-aire a
contracorriente, transversal de dos pasos;
la figura 6b muestra una sección
A-A de la figura 6a;
la figura 6c muestra una sección
B-B de la figura 6b;
la figura 7a muestra un sistema refrigerado por
aire con tubos intercambiadores de calor integrados, que contienen
una sección de tubos intercambiadores de calor
vapor-aire con paredes de separación perforadas de
modo continuo, y una sección de tubos intercambiadores de calor
agua-aire a contracorriente, transversal de dos
pasos, que termina en un punto intermedio de la longitud del
tubo;
la figura 7b muestra una sección
A-A de la figura 7a;
la figura 7c muestra una sección
B-B de la figura 7b;
la figura 8a muestra un sistema refrigerado por
aire con tubos intercambiadores de calor integrados, que contiene
una sección de tubos intercambiadores de calor
vapor-aire y una sección de tubos
agua-aire de circulación transversal, paso único,
cuyo suministro de agua se resuelve desde una tubería de
distribución de agua exterior que pasa entre los mazos
intercambiadores de calor dispuesta en una forma de A;
la figura 8b muestra una sección
B-B de la figura 8a;
la figura 9a muestra un sistema refrigerado de
aire con tubos intercambiadores de calor integrados, que contiene
una sección de tubos intercambiadores de calor
vapor-aire una sección de tubos
agua-aire de circulación transversal de paso único,
cuyo suministro de agua se resuelve por medio de una cámara
inferior, y una sección de tuberías situada entre las dos unidades
anteriormente mencionadas, que sirven como un espacio de condensador
de contacto directo;
la figura 9b muestra una sección
B-B de la figura 9a.
El sistema refrigerado por aire en la figura 1
muestra un mazo del intercambiador de calor
vapor-aire aplicado y el intercambiador de calor
agua-aire el condensador de contacto directo y el
modo en que están conectados entre sí. El vapor 1 que se ha de
condensar expandido en la turbina entre en el mazo 3 de
intercambiador de calor vapor-aire a través de la
cámara 24 de distribución de vapor superior. Desde la cámara 24 de
distribución de vapor superior la corriente de vapor que se ha de
condensar 21 entra en cada tubo con aletas del mazo de
intercambiador de calor vapor-aire anteriormente
mencionado, cuyos tubos con aletas sirven como condensadores 2
refrigerados por aire. Circulando a través del tubo 2 de
intercambiador de calor vapor-aire con aletas, una
parte del vapor se condensa como resultado del efecto de
enfriamiento del aire 4 de refrigeración ambiental movido por el
ventilador 5 (o por alguna otra unidad de movimiento de aire). El
condensado 8 y la corriente 22 de vapor remanente entran en la
cámara 25 de recogida inferior del tubo 2 de intercambiador de
calor, vapor-aire. El vapor 23 remanente acumulado
no entra en un intercambiador de calor vapor-aire
adicional para ser condensado allí, sino que entra en un
condensador 9 de contacto directo bastante compacto conectado a la
cámara 25 de recogida inferior. Los chorros de agua de
refrigeración introducidos en el condensador de contacto directo a
través de las toberas 10 sirven como una superficie realizando la
condensación del vapor 23 remanente acumulado. La mezcla del agua
de refrigeración que se calienta en el transcurso de la
condensación, y el vapor condensado en el condensador 9 de contacto
directo se acumula en la parte 15 de almacenamiento (pozo caliente).
El refrigerador posterior 37 cerrado o de tipo de bandeja, que
ayuda a eliminar los gases no condensados está situado en una parte
apropiada del condensador 9 de contacto directo. Los gases no
condensados son bombeados fuera del refrigerador posterior 37
mediante bombas eyectoras, a través de la tubería 11 de eliminación
de aire. Desde la parte de almacenamiento del condensador 15 de
contacto directo el agua, la cantidad de la cual está en proporción
con el vapor condensado, y el condensado 8 de la cámara 25 de
recogida inferior del intercambiador 3 de calor
vapor-aire entran en una tubería de condensado.
Desde la parte 15 de almacenamiento del condensador 9 de contacto
directo el agua 13 de refrigeración calentada es transportada al
mazo 7 del intercambiador de calor agua-aire
mediante una bomba 14 de circulación y extracción de agua de
refrigeración. La corriente 13 de agua de refrigeración caliente se
enfría de nuevo mediante el aire 4 de refrigeración movido por el
ventilador 5 en los tubos 6 con aletas del intercambiador 7 de
calor agua-aire. Prácticamente el reenfriamiento
tiene lugar en un intercambiador de calor de contracorriente
transversal de dos pasos. La corriente 12 de agua de refrigeración
reenfriada en el intercambiador 7 de calor
agua-aire es inyectada en el espacio de condensador
9 de contacto directo por medio de las toberas 10 anteriormente
mencionadas. Debido al procedimiento cíclico que termina como este
el deflegmador usado en las soluciones conocidas resulta
innecesario.
En el caso de tareas que requieran mayor
retirada de calor el sistema de aire enfriado mostrado en la figura
1 se modifica de modo que el vapor expandido 1 que llega de la
turbina 20 es distribuido en diversos intercambiadores 3 de calor
vapor-aire, es decir condensadores, conectados en
paralelo entre sí. En tales casos no solamente puede ser usado un
condensador 9 de contacto directo, sino que un condensador 9 de
contacto directo puede ser conectado indirectamente a cada uno de
los mazos de intercambiador del condensador 3 de
vapor-aire separadamente, de modo que pueden ser
conectados en el lado del agua para acortar las trayectorias del
vapor.
En la figura 1 el los mazos del intercambiadores
de calor vapor-aire 3 y agua-aire 7
se muestran separados uno de otro, y de acuerdo con ello cada uno
tiene su propio ventilador 5. Al mismo tiempo es posible también
colocar los mazos intercambiadores de calor
vapor-aire 3 y agua-aire 7
combinados uno con otro en una celda única, y en este caso tienen un
ventilador 5 común.
La figura 2 muestra una solución similar a la
mostrada en la figura 1, con la diferencia de que los ventiladores
5 usados para mover el aire 4 de refrigeración en la figura 1 están
sustituidos por una estructura de torre de enfriamiento que induce
el tiro natural 5a. En vez de la circulación forzada del aire
resulta posible usar el tiro natural de modo que sobre el lado
medio existe la circulación forzada del mazo 7 del intercambiador
de calor y el condensador 9 de contacto directo durante la etapa más
crítica; y la condensación del vapor remanente 23 y la retirada de
los gases que no se condensan se resuelve en o desde el espacio 9 de
condensador de contacto directo, que puede ser considerado como
compacto. Como un resultado de esto, la influencia de las
circunstancias externas (temperatura de aire, velocidad del viento,
etc.) se reduce, y el procedimiento permanece controlable.
El ejemplo de la construcción en la figura 3
muestra una construcción en la que el vapor 1 que se ha de condensar
puede pasar a través del mazo 3 del intercambiador de calor
vapor-aire en la forma de vapor remanente 23, y
también a través de una tubería 26 de vapor de derivación y a través
de una válvula 27 de vapor situada en ella, directamente dentro del
espacio 9 de condensador de contacto. Esto mejora significativamente
la controlabilidad de la totalidad del sistema de refrigeración y
la selección del modo óptimo de funcionamiento. Si una válvula 28
de paso se monta también en la tubería de distribución de vapor
principal, cerrando esta se pueden asegurar condiciones favorables
incluso en el caso en que la temperatura sea inferior a cero grados
cuando el bloque de planta de potencia se inicia, y el sistema de
refrigeración puede ser iniciado seguramente y se puede economizar
agua. En tales casos el arranque tiene lugar en la parte trasera del
sistema de refrigeración conectado en serie, es decir a través del
condensador 9 de contacto directo y el intercambiador 7 de calor
agua-aire. Cuando el bloque de la planta de
potencia se arranca los intercambiadores 7 de calor
agua-aire no están llenos, y el agua corriente de
refrigeración circula a través solamente de una tubería de
derivación, hasta que se calienta a la temperatura apropiada.
Solamente después de esto los intercambiadores 7 de calor
agua-aire se llenan y ponen en funcionamiento. El
intercambiador 3 de calor vapor-aire se pone en
funcionamiento abriendo la válvula 28 de paso, cuando la corriente
1 de vapor ha excedido significativamente el valor de seguridad
necesario para el funcionamiento exento de heladas.
La figura 4 muestra un ejemplo de construcción
favorable más, en el que el condensado inferior y el vapor
remanente que recoge la cámara 29 del mazo 3 de intercambiador de
calor vapor-aire proporciona también el espacio de
condensación del condensador de contacto directo. De esta manera, en
oposición a los ejemplos de construcciones anteriores mostrados en
las figuras 1, 2 y 3, no es necesaria la separación de la unidad 9
de condensador de contacto directo. Por el contrario la corriente 12
de agua enfriada se inyecta a través de una línea de toberas 10
situada en la cámara 29 de recogida inferior. De esta manera la
condensación de las corrientes 22 de vapor remanentes descargadas
desde los tubos 2 de intercambiador de calor
vapor-aire y la retirada de los gases 11 no
condensados simplemente no tiene lugar en un condensador de contacto
directo compacto, por el contrario separado, sino sin movimiento
alguno, en la cámara 29 de recogida inferior combinada y el espacio
de condensador de contacto directo, reduciendo las pérdidas causadas
por los movimientos aún más. Para restringir el tamaño de la cámara
29 el recipiente que sirve como pozo caliente del condensador 15 de
contacto directo ha de ser creado para que admita el agua 13 de
refrigeración caliente y el condensado 8a de vapor.
Las figuras 5a,b,c, 6a,b,c y 7a,b,c muestran un
nivel aun más alto de integración de las funciones y la realización
del procedimiento. La característica distintiva más importante de
estas soluciones es la combinación de los intercambiadores de calor
vapor-aire 3 y agua-aire 7 de modo
que no solamente están integrados dentro de un mazo intercambiador
de calor, sino dentro de cada tubo intercambiador de calor con
aletas de los mazos intercambiadores de calor. Consecuentemente,
cada tubo 39 de intercambiador de calor con aletas integrado del
mazo intercambiador de calor refrigerado por aire integrado tiene
una sección de tubos que realiza el intercambio 35a de calor
vapor-aire y una sección de tuberías que realiza el
intercambio 35b de calor agua-aire.
Una integración creciente de elementos
importantes adicionales y la combinación de las unidades de
refrigeración de vapor-aire y
agua-aire es una cámara 30 inferior de función
combinada, en la que el vapor remanente 22 que llega desde la
sección 35a de vapor-aire y el condensado 8a se
recogen; también sirve como un espacio de condensador de contacto
directo como un resultado del hecho de que el agua de refrigeración
enfriada se inyecta a través de las toberas 10 situadas en ella; el
refrigerador posterior 37 que ayuda en la retirada de los gases no
condensados está situado también aquí (o en un espacio conectado
estrechamente con este), así como el espacio 36 de distribución del
agua de refrigeración de la sección 35b de tubos intercambiadores
de calor agua-aire. Prácticamente el refrigerador
posterior 37 es un dispositivo de tipo de bandeja o cerrado
adecuado para la transferencia de masas y el calentamiento a
contracorriente. Ambas secciones del tubo 39 de intercambio de
calor integradas tienen una superficie de intercambiador de calor
del mismo tipo de geometría, y de acuerdo con esta, de modo similar
a la sección 35a de tuberías del intercambiador de calor
vapor-aire, la sección 35b de intercambiador de
calor agua-aire puede ser hecha también de un modo
hermético al vacío. De este modo la bomba 14a usada para hacer
circular el agua de refrigeración caliente puede ser una simple
bomba de circulación en vez de la denominada bomba de extracción y
circulación.
Dentro del tubo 39 intercambiador de calor
integrado se crea la sección 35b de tubo intercambiador de calor
agua-aire de modo que arrancando desde la cámara 30
inferior combinada una parte, prácticamente la parte sobre el lado
por el que entra el aire 4 de refrigeración, está delimitada con una
pared lateral 32 desde la otra parte del tubo, en un plano
perpendicular a la dirección de circulación del aire 4. Además,
prácticamente esta sección 35b de agua-aire termina
en un punto intermedio de la longitud del tubo 39 intercambiador de
calor integrado, que está delimitada en el extremo superior por un
componente de cierre situado en un lugar perpendicular al eje del
tubo 30 intercambiador de calor integrado. Como un resultado de esto
desde la cámara 24 de distribución de vapor superior la corriente
21 de vapor puede entrar en la sección de tubo intercambiador de
calor vapor-aire usando la sección transversal
completa del tubo 39 de intercambiador de calor integrado.
Dentro de los tubos intercambiadores de calor
con aletas la construcción separada pero integrada de la sección 39
de intercambiador de calor vapor-aire y la sección
35b de intercambiador de calor agua-aire puede ser
promocionada favorablemente por aplicar los tubos intercambiadores
de calor con aletas en la dirección de circulación del aire de
refrigeración, y por crear canales que con paredes de separación
dentro de la sección transversal 39 proporcionada, donde los
canales dividen el tubo intercambiador de calor en partes, y en los
canales, de acuerdo con su función expuesta en los ejemplos de
construcción, son conducidos el medio de vapor de la sección de
refrigeración vapor-aire y el medio de agua de
refrigeración de la sección de refrigeración
agua-aire.
En los ejemplos de construcción mostrados en las
figuras 5a,b,c y en las figuras descritas más adelante las tuberías
intercambiadoras de calor según la invención están divididas en
canales como se ha descrito anteriormente.
La sección 35b de tubo intercambiador de calor
agua-aire construida como anteriormente puede estar
dividida en más canales con paredes de separación. Si hay una pared
separadora interior 34 (cuya pared 34 de separación termina antes
de alcanzar el componente 33 de cierre), entonces puede ser
construido un intercambiador de calor agua-aire de
contracorriente transversal de dos pasajes de modo que con respecto
a la dirección de circulación del aire 4 el agua 13 de
refrigeración templada circula hacia arriba en el canal interior,
luego retrocede en el espacio entre el extremo de la pared 34 de
separación y el componente 33 de cierre circula hacia abajo en el
canal exterior sobre el lado por el que entra el aire. Durante este
recorrido, como un resultado del efecto de refrigeración de la
superficie del tubo 39 intercambiador de calor integrado con aletas
el agua de refrigeración se enfría.
Colocando otra pared 34 de separación el
segmento 35b de intercambiador de calor agua-aire
puede ser dividido incluso en más trayectorias de un número par.
De acuerdo con el anterior ejemplo de
construcción del sistema de refrigeración mostrado en las figuras
5a,b,c y su tubo 39 intercambiador de calor integrado contiene una
sección 35a de intercambiador de calor vapor-aire y
la sección 35b de intercambiador de calor agua-aire
delimitada por un componente 33 de obturación y una pared lateral
32. La sección 35b de intercambiador de calor
agua-aire está dividida en dos trayectorias por una
pared 34 de separación. El agua que se enfría circula hacia arriba
en el canal interior con respecto a la dirección de circulación del
aire de refrigeración, y circula hacia abajo en el canal exterior.
(En la figura 5c el medio agua está marcado con líneas, la
dirección de circulación es hacia arriba en comparación con el plano
del dibujo, marcada con el signo "-", y hacia abajo en
comparación con el plano del dibujo, marcada con el signo
"+"). La parte 35a de espacio remanente del tubo 39
intercambiador de calor integrado crea la sección de tubo
intercambiador de calor vapor-aire, en la que el
vapor que se condensa circula hacia abajo. (En la figura 5c el medio
de vapor no está marcado con líneas en el canal, la dirección de la
circulación es hacia abajo en comparación con el plano del dibujo,
marcada con el signo "+"). Según la descripción anterior de la
cámara 24 de distribución de vapor superior el vapor 21 entra en la
sección 35a de tubo intercambiador a través de toda la sección
transversal del tubo 39 intercambiador de calor integrado.
Circulando a través de toda la sección transversal el vapor 21 se
condensa gradualmente, y en el punto superior de la sección 35b de
intercambiador de calor agua-aire (que es el
componente 33 de cierre) la sección transversal de la sección 35a
de intercambiador de calor de vapor-aire
evidentemente disminuye, pero aquí el caudal del volumen del vapor
es significativamente inferior. El vapor remanente que deja la
sección 35a de refrigeración de vapor-aire se
condensa además por el agua enfriada tomada de la sección 35b de
agua-aire e inyectada dentro del vapor a través de
una tobera 10, y la mezcla de agua de refrigeración y agua
condensada procedente de la sección de refrigeración de
vapor-aire y creada como un resultado de la
inyección llega a la cámara de recogida combinada que sirve también
como un condensador 30 de contacto directo y entra en el espacio 15
de almacenamiento. Los gases no condensados son eliminados de la
cámara 30 hermética de vacío por medio del refrigerador posterior
37. Una cantidad en proporción con el agua de refrigeración es
transportada desde la mezcla de agua de refrigeración y condensado
recogida en la cámara 30 y en su espacio 15 de almacenamiento
mediante una bomba de circulación en el espacio 36 de distribución,
desde el que se devuelve a la sección 35b de intercambiador de calor
agua-aire.
En el caso de una versión de la solución
descrita en relación con las figuras 5a,b,c mostrada en las figuras
6a,b,c la sección 35a de tubo intercambiador de calor
vapor-aire está dividida en canales paralelos con
más paredes 31 de separación colocadas en planos perpendiculares a
la dirección de circulación del aire de refrigeración. Ciertos
canales de la sección 35a de tubo intercambiador de calor
vapor-aire no se extienden a todo lo largo del
canal, sino que terminan en el componente 33 de cierre superior de
la sección 35b de tubo intercambiador de calor
agua-aire. En el extremo de las paredes 31 de
separación de estos canales hay aberturas 41. El vapor o condensado
que circula en estos canales puede entrar en los canales vecinos a
través de estas aberturas.
En las figuras 7a,b,c se muestra una versión del
ejemplo de construcción descrito en relación con las figuras
5a,b,c, en la que el espacio interior del tubo 39 de intercambiador
de calor integrado que contiene una sección de
vapor-aire y una sección de
agua-aire está dividido en canales paralelos con
paredes 31a de separación en la dirección de circulación del aire
de refrigeración, situadas en un plano perpendicular a la dirección
de circulación, en el que las paredes 31a que separan ciertos
canales del segmento 35a de tubo intercambiador de calor
vapor-aire están atravesadas de modo continuo y
perforadas para conseguir que el espacio de condensación sea un
espacio de canal único.
Las figuras 8a,b muestran un ejemplo de
construcción favorable en el que de modo similar a las figuras
5a,b,c, 6a,b,c y 7a,b,c el mazo 40 intercambiador de calor y cada
uno de sus tubos 39a intercambiadores de calor son elementos que
realizan la condensación de vapor y refrigeración de agua
integradas. Al mismo tiempo la admisión del agua 13 de
refrigeración caliente se introduce en la sección 35b de tubos
intercambiadores de calor colocados en el canal exterior de los
tubos 39a intercambiadores de una tubería 42 de distribución de agua
de refrigeración conducida entre los mazos 40 de intercambiadores
de calor dispuestos en una forma en A, en paralelo con el plano de
los mazos y con la línea central de la cámara 24 de distribución de
vapor superior. El agua de refrigeración circula hacia abajo y se
vuelve a enfriar en la sección 35b de tubo intercambiador de calor,
y es inyectada a través de las toberas 10 en la cámara de recogida
inferior combinada y se dirige al espacio 29a de condensador de
contacto directo. De acuerdo con esto, con respecto a la relación
entre el intercambio de calor vapor-aire y
agua-aire esta solución es prácticamente adecuada en
el caso de una mayor proporción. Se debe tener en cuenta que el
segmento 35b de tubería de intercambiador de calor
agua-aire puede estar dividido en trayectorias con
dos o más placas de separación de un número par, de una manera que
en la última trayectoria al agua de refrigeración circula hacia
abajo como se ha descrito anteriormente, y al final del canal se
inyecta dentro de la cámara 29a de recogida inferior combinada a
través de las toberas 10.
Las figuras 9a,b muestran un ejemplo de
construcción más en la que de modo similar a las figuras 5a,b,c,
6a,b,c, 7a,b,c, y 8a,b se aplica un mazo 40 de intercambiadores de
calor vapor-aire y agua-aire
integrados, que se compone de tubos 39b intercambiadores de calor
de función integrada. De modo similar a la figura 8a,b, dentro del
tubo 39b intercambiador de calor la sección 35b de intercambiador de
calor agua-aire usa solamente un canal 35b de
refrigeración de agua. Este canal es también el canal exterior de la
tubería 39b de intercambiador de calor situada sobre el lado por el
que se introduce el aire de refrigeración. Además, la sección 35b de
intercambiador de calor agua-aire no se extiende a
lo largo de toda la longitud del tubo intercambiador de calor en
este caso, sino que a una altura intermedia es delimitada con un
componente 33 de cierre superior de la sección 35a de
intercambiador de calor, vapor-aire. No obstante, el
agua 13 de refrigeración calentada no es admitida a través de una
tubería de distribución fuera del mazo de intercambiadores de calor,
sino con la ayuda de una parte 36a de espacio de distribución de
agua hecho en la cámara 25a de recogida inferior. A diferencia, con
el caso de la solución descrita en la figura 8, en este caso el agua
de refrigeración circula hacia arriba, y el procedimiento de
reenfriamiento termina a medida que el agua alcanza la parte
superior de la sección 35b de intercambiador de calor
agua-aire. Desde aquí el agua de refrigeración es
inyectada a través de toberas 10 en una sección de tubería de
intercambiador de calor que forma un condensador de
vapor-aire combinado vecino y el espacio 35c de
condensador de contacto directo. En la parte superior la sección que
sirve como un condensador de vapor combinado y el espacio 35c de
condensador de mezclado están también delimitados con un componente
33 de cierre superior, mientras que un lado está separado de la
sección 35b de tubo intercambiador de calor
agua-aire por otra pared 43 de separación. El vapor
remanente entra en la cámara 25a de recogida inferior desde los
canales de la sección 35a de tubos intercambiadores de calentamiento
de vapor-aire (parte de condensador) que corre a lo
largo de toda la longitud, entonces este cambia de dirección y
circula hacia arriba en la sección que sirve como un condensador de
vapor combinado y un espacio 35c de condensador de contacto
directo, hasta que se condensa como un resultado del agua de
refrigeración inyectada a través de las toberas desde la sección
35b de intercambiador de calor de aire agua. Los gases no
condensados llegan a concentrarse en la parte superior de la
sección de tubo del intercambiador de calor que forma el espacio 35c
de condensación. Estos gases son eliminados mediante tuberías 44 de
eliminación de aire de un pequeño diámetro, que se extienden a lo
largo de la sección que forma el espacio 35c de condensación. Estas
tuberías de eliminación de aire unen la tubería 45 de recogida de
eliminación de aire colocada en la cámara 25a inferior de función
combinada, y desde allí alcanzan el sistema eyector por medio de la
eliminación 11 de aire.
El sistema refrigerado por aire según la
invención, que contiene una sección de refrigeración de
vapor-aire compuesta de tubos intercambiadores de
calor con aletas y una sección de refrigeración de
agua-aire conectada en serie compuesta de tubos
intercambiadores de calor con aletas que muestra ventajas
significativas en comparación con la refrigeración de aire directa
mediante aire que contiene solamente intercambiadores de calor de
vapor-aire ordinarios, como un resultado de:
- adaptación a circunstancias externas,
- la posibilidad de omitir deflegmadores,
- aumentar la flexibilidad y seguridad de
funcionamiento,
- aumentar la controlabilidad, y
- posibilidad de disminuir los gastos de
establecimiento.
En el sistema refrigerado por aire según la
invención, la integración de la sección de refrigeración de
vapor-aire y la sección de refrigeración de
agua-aire en sus tubos intercambiadores de calor con
aletas origina un incremento significativo adicional de las ventajas
anteriores.
Claims (17)
1. Sistema refrigerado por aire, que contiene un
intercambiador (3) de calor vapor-aire compuesto de
tubos con aletas sobre el lado exterior adecuadas para la
condensación directa parcial de un medio en el estado de vapor con
aire ambiente, cuyo intercambiador de calor recibe el vapor de una
cámara (24) de distribución superior y termina en una cámara (25)
inferior, la cual recoge la cantidad de condensado según el vapor
condensado y el vapor que no se ha condensado todavía.
caracterizado porque
tiene al menos un condensador (9) de contacto
directo en el que el vapor remanente que no se ha condensado (23)
todavía procedente de la cámara (25) de recogida inferior del
intercambiador (3) de calor vapor-aire se condensa
bajo el efecto del agua (12) de refrigeración refrigerada en un
intercambiador (7) de calor agua-aire y pulverizada
por medio de toberas (10); siendo al mismo tiempo eliminados los
gases (11) que no se condensan del condensador (9) de contacto
directo anteriormente mencionado a través de un refrigerador (37)
posterior envasado o de tipo bandeja estructurado adecuadamente.
2. Sistema refrigerado por aire según la
reivindicación 1, caracterizado porque
la condensación del vapor remanente (23) todavía
no condensado tiene lugar en uno o más condensadores (9) de
contacto directo con agua (12) de refrigeración enfriada en el
intercambiador (7) de calor agua-aire; el
condensador de contacto directo o los condensadores (9) de contacto
directo están conectados en serie con el intercambiador de calor o
los intercambiadores de calor agua-aire y están
conectados directamente unos con otros.
3. Sistema refrigerado por aire según las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque
el intercambiador (3) de calor
vapor-aire y el intercambiador (7) de calor
agua-aire comprenden mazos (3, 7) compuestos de
tubos (2, 6) intercambiadores de calor con aletas, y los mazos están
colocados en celdas en el sistema de circulación (4) de aire de
refrigeración.
4. Sistema refrigerado por aire según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
el mazo (3) del intercambiador de calor
vapor-aire y el mazo (7) del intercambiador de calor
agua-aire están combinados uno con otro en la misma
celda, y los primeros mazos están conectados directamente a espacios
(9) de condensador de contacto directo separados individuales.
5. Sistema refrigerado por aire según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque
sobre el exterior de los tubos (2) de
intercambiador de calor con aletas que forman el intercambiador (3)
de calor vapor-aire y el intercambiador (7) de calor
agua-aire el aire (4) de refrigeración se hace
circular mediante un ventilador (5) o una estructura de torre que
induce un tiro natural (5a).
6. Sistema refrigerado por aire según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque
en el condensador de contacto directo o
condensadores (9) de contacto directo después del intercambiador (3)
de calor vapor-aire, una parte de la corriente (1)
de vapor expandida en la turbina (20), además de permanecer en la
corriente (23) de vapor procedente de la cámara (25) de recogida,
puede ser condensada también directamente abriendo la válvula (27)
de una tubería (26) de derivación creada prácticamente.
7. Sistema refrigerado por aire según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque
el intercambiador (3) de calor
vapor-aire está equipado con una cámara (29) de
recogida inferior agrandada que funciona también como un
condensador de contacto directo, en el que hay toberas (10)
adecuadas para pulverizar agua (12) de refrigeración enfriada en el
intercambiador (7) de calor agua-aire posicionada en
secciones o de modo continuo, como un resultado de lo cual la
condensación del vapor remanente (22) tiene lugar directamente
después de que este último abandona los tubos (2) intercambiadores
de calor. De acuerdo con ello la retirada de los gases (11) no
condensados tiene lugar desde el espacio (29) de condensador de
contacto directo de la cámara de recogida inferior combinada y
agrandada.
8. Sistema refrigerado por aire según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque
para mejorar el comportamiento del periodo de
pico del sistema de refrigeración de aire la superficie del
intercambiador (7) de calor agua-aire conectado en
serie con el intercambiador (3) de calor vapor-aire
se humedece con agua pulverizada dentro del aire (4) de
refrigeración, o se forma una película de agua continua sobre
esta.
9. Sistema refrigerado por aire según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque
contiene un intercambiador (40) de calor
refrigerado por aire cuyos tubos (39) intercambiadores de calor con
aletas integradas tienen una sección que realiza el intercambio
(35a) de calor vapor-aire y una sección que realiza
el intercambio (35b) de calor agua-aire y ambas
están conectadas directamente a un espacio que funciona como un
condensador (30) de contacto directo.
10. Sistema refrigerado por aire según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado
porque
los tubos (39) intercambiadores de calor
integrados que forman la sección de intercambiador de calor
vapor-aire y la sección de intercambiador de calor
agua-aire son tubos con aletas divididos en partes
de canal, estirados en la dirección de circulación del aire de
refrigeración.
11. Sistema refrigerado por aire según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque
empezando desde el espacio (30) de la cámara de
recogida inferior combinada la sección que realiza el intercambio
35b de calor agua-aire situada en los tubos (39)
intercambiadores de calor con aletas integradas se extiende
solamente hasta un punto intermedio de la altura de la longitud del
tubo (39) de intercambiador de calor integrado, una parte del cual
está dividida en canales, en la que la sección está delimitada por
un componente (33) de cierre situado en un plano perpendicular al
eje de la tubería de intercambiador de calor, y en la dirección de
la circulación del aire de refrigeración cubre también solamente una
parte de la anchura completa del tubo (39) intercambiador de calor
con aletas integrado (donde este está delimitado con una placa (32)
de separación colocada en un plano perpendicular a la dirección de
circulación del aire exterior), como un resultado de lo cual el
vapor que se ha de condensar (21) entra en la sección que realiza el
intercambio (35a) de calor vapor-aire en la sección
transversal completa de la tubería (39) de intercambiador de calor
integrado, mientras que después de un punto intermedio está
atraviesa solamente una parte de la sección transversal hacia la
cámara de recogida combinada del espacio de condensador (30) de
contacto directo.
12. Sistema refrigerado por aire según
cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado
porque
la sección (35b) de intercambiador de calor
agua-aire está dividida en dos pasos por una pared
(34) de separación en el tubo (39) de intercambiador de calor con
aletas integrado, de modo que el agua de refrigeración que entra en
el segmento (35b) de intercambiador de calor
agua-aire circula hacia arriba por el paso interior
y circula hacia abajo por el paso exterior, que está en el lado por
el que entra el aire (4) de refrigeración; colocando una pared
(34) de separación más el segmento (35b) de intercambiador de calor
agua-aire puede ser dividido en mas pasos uniformes
de un número par.
13. Sistema refrigerado por aire según
cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado
porque
tiene una cámara (30) inferior de función
combinada, que funciona como un condensador de contacto directo, en
el que el vapor remanente (22) que llega desde la sección (35a) de
vapor-aire se condensa bajo el efecto del agua
(12a) de refrigeración que viene desde la sección (35b) de
agua-aire y es inyectada a través de las toberas
(10) situadas en la cámara inferior (30) y el condensado 8a se
recoge; el refrigerador (37) posterior que ayuda en la retirada de
los gases no condensados y el espacio (36) de distribución de agua
de refrigeración de la sección (35b) de tubería de intercambiador
de calor agua-aire están situados también en la
misma cámara inferior
(30).
(30).
14. Sistema refrigerado por aire según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque
el espacio interno del tubo (39) intercambiador
de calor con aletas integrado está dividido en canales paralelos
con paredes (31) de separación en la dirección de circulación del
aire de refrigeración, situado en un plano perpendicular a la
dirección de circulación, y en el extremo de los canales de la
sección (35a) de intercambio de calor vapor-aire
que termina en un punto intermedio que es una abertura (41) a través
de la cual pueden pasar el vapor y el condensado libremente dentro
de los canales que se extienden a lo largo de toda la longitud del
tubo (39) de intercambiador de calor.
15. Sistema refrigerado por aire según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque
el espacio interno del tubo (39) intercambiador
de calor integrado está dividido en canales paralelos con paredes
(31) de separación en la dirección de circulación del aire de
refrigeración, situados en un plano perpendicular a la dirección de
circulación, donde las paredes (31) que separan ciertos canales de
la sección (35a) de la tubería de intercambiador de calor
vapor-aire están perforadas de modo continuo y
atravesadas.
16. Sistema refrigerado por aire según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque
tiene una tubería (42) de distribución de agua
de refrigeración exterior, que se extiende entre los mazos (40)
formados por los tubos (39a) de intercambiador de calor con aletas
integrados dispuestos en una forma de A, en paralelo con la línea
central de la cámara (24) de distribución de vapor, y desde la cual
el agua de refrigeración calentada en el espacio de funcionamiento
como un condensador (29a) de contacto directo es introducida en la
parte superior de la sección (35b) de intercambiador de calor
agua-aire situada sobre el lado de la circulación
de aire, desde el cual el agua circula hacia abajo y se enfría,
siendo pulverizada a través de las toberas (10) situadas en el
extremo de la sección dentro de la cámara de recogida combinada,
espacio (29a) de condensador de contacto directo.
17. Sistema refrigerado por aire según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque
el tubo (39b) intercambiador de calor con aletas
integrado tiene tres secciones separadas por paredes de separación:
sección (35a) de tubo intercambiador de calor de
vapor-aire; sección (35b) de tubo intercambiador de
calor agua-aire en la que el agua de refrigeración
que circula hacia arriba desde la parte (36a) de cámara de
distribución de agua de la cámara (25a) de distribución/recogida
inferior de función combinada es pulverizada a través de las
toberas (10) situadas en el extremo de la sección de tubo
intercambiador de calor agua-aire, en la tercera
sección (35c) de tubo intercambiador de calor vecino que sirve como
un espacio de condensador de mezclado; desde el punto extremo
superior de la sección que sirve como un espacio (35c) de
condensador de contacto directo una delgada tubería (44) de
eliminación se extiende a lo largo de toda la longitud de la
sección, dirigida a la cámara inferior combinada (25a) para eliminar
los gases no condensados.
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