ES2624489T3

ES2624489T3 - Intercambiador de calor

Info

Publication number: ES2624489T3
Application number: ES10805533.6T
Authority: ES
Inventors: Franco Provenziani
Original assignee: Provides Metalmeccanica SRL
Current assignee: Provides Metalmeccanica SRL
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2017-07-14
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: US20130277013A1; EP2649396B1; CA2820848C; CA2820848A1; EP2649396A1; US9464851B2; WO2012077143A1; CN103261827B; CN103261827A

Abstract

Un conjunto intercambiador de calor que comprende: -tercambiador de calor (101) del tipo inundado que comprende: - un haz de tubos principal (10) dentro del cual circula, durante su uso, un primer fluido de servicio; y - una falda (1) que actúa como una carcasa exterior y rodea dicho haz de tubos principal (10) y es apta para recibir un segundo fluido de servicio que, durante su uso, circula sobre dicho haz de tubos principal (10); y - más unidades extraíbles (100); siendo dichas o cada unidad extraíble (100) apta para insertarse de forma que puede desmontarse dentro de dicho intercambiador de calor (101) y comprende: - un haz de tubos secundario (19) dentro del cual circula, durante su uso, un fluido de servicio auxiliar; y - medios (7) para realizar una conexión desmontable a dicho intercambiador de calor (101), siendo dichos medios aptos para permitir la inserción de dicho haz de tubos secundario (19) en el interior de la falda de dicho intercambiador aguas abajo del haz de tubos principal (10) con respecto al segundo fluido de servicio.

Description

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DESCRIPCION

Intercambiador de calor

La presente invencion se refiere a un conjunto intercambiador de calor particularmente adecuado para su uso en plantas industrials de aire acondicionado.

Un tipo muy comun de intercambiador de calor para uso industrial es un asf llamado intercambiador de calor inundado, como se muestra en, por ejemplo, el documento US5836382.

Como es bien conocido por la persona experta en la materia, este tipo de intercambiador tiene una falda que actua como una carcasa exterior y que contiene uno o mas haces de tubos en el interior del cual un primer fluido de servicio, concretamente, un fluido “caliente”, fluye. Un segundo fluido de servicio “fno”, es decir, un fluido refrigerante se suministra luego dentro de la falda y circula sobre el haz o haces de tubos para garantizar intercambio de calor con el primer fluido.

De acuerdo con los modos de funcionamiento mas comunes, al final de la etapa de intercambio, el segundo fluido debfa evaporarse por completo. Sin embargo, un inconveniente que se encuentra frecuentemente es que el segundo fluido de servicio contiene partmulas residuales atomizadas (mayormente debido a bajo sobrecalentamiento del vapor) que pueden danar los componentes aguas abajo del intercambiador o en cualquier caso resulta en su funcionamiento en condiciones no estandar. Un conjunto intercambiador de calor que comprende un intercambiador de calor inundado y un recalentador se conoce por el documento US2010/0132927.

Ademas, un inconveniente general de los sistemas conocidos consiste en su precaria versatilidad en respuesta a los cambios en la temperatura del fluido y requerimientos de tasa de flujo aguas abajo.

Por eso, el problema tecnico planteado y resuelto por la presente invencion es el proporcionar un intercambiador de calor y una unidad extrafble asociada que sean capaces de superar los inconvenientes antes mencionados con referencia a la tecnica anterior.

Este problema se soluciona mediante un conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 1.

Elementos preferidos de la presente invencion se definen en las reivindicaciones dependientes de la misma.

La presente invencion proporciona un numero de ventajas significativas. La ventaja principal consiste en el hecho que la unidad extrafble de acuerdo con la invencion, mediante un haz de tubos secundario vinculado, permite un mayor sobrecalentamiento del fluido de servicio refrigerante, eliminando de este modo cualesquiera partfculas lfquidas atomizadas presentes en el flujo de la misma.

Ademas, como esta unidad de acuerdo con la invencion es desmontable, el mantenimiento puede realizarse facilmente.

Otras ventajas, elementos caractensticos y modos de empleo de la presente invencion seran evidentes desde la siguiente descripcion detallada de varias realizaciones preferidas de la misma, proporcionadas a modo de ejemplo no limitante. Se hara referencia a las figuras en los dibujos anexos en los que:

• La Figura 1 muestra una vista lateral esquematica de un intercambiador de calor de acuerdo con una primera realizacion preferida de la presente invencion;

• La Figura 1A muestra una vista en seccion transversal del intercambiador de acuerdo con la Figura 1, a lo largo de la lmea A-A del mismo;

• La Figura 1B muestra una vista frontal esquematica del intercambiador de acuerdo con la Figura 1;

• La Figura 2 muestra una vista lateral esquematica de un intercambiador de calor de acuerdo con una segunda realizacion preferida de la presente invencion;

• La Figura 2A muestra una vista transversal del intercambiador de acuerdo con la Figura 2, a lo largo de la lmea A-A del mismo; y

• La Figura 2B muestra una vista frontal esquematica del intercambiador de acuerdo con la Figura 2.

Para comenzar con referencia a las Figuras 1, 1A y 1B, se denota en general un intercambiador de calor de acuerdo a una realizacion preferida de la invencion con 101.

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El intercambiador de calor 101 se muestra con un par de unidades de intercambiador extrafoles montadas en el mismo, estando denotada cada una con 100 y estando disenadas de acuerdo con una realizacion preferida de la invencion.

El intercambiador 101 es del tipo llamado inundado e incluye una falda 1 que actua como una carcasa exterior y que tiene una forma rectangular tfpica definida por un eje longitudinal de simetna L y por un eje transversal de simetna T.

Uno o mas tubos principales 10 se alojan dentro de la falda 1 y tienen, circulando dentro de ellos, un primer fluido de servicio, en concreto, un fluido “caliente”. Este primer fluido de servicio se suministra dentro del haz de tubos principal 10 del intercambiador 101 a traves de una entrada 4 y fluye hacia fuera a traves de una salida 14 dispuesta al mismo lado -frontal - de la falda 1 que la entrada 4. La entrada y la salida 4 y 14 pueden tener la forma de conectores o toberas del tipo conocido en sr En la presente realizacion, dicho primer fluido de servicio es agua. Variantes de aplicacion pueden concebir el uso de agua con anticongelante u otros fluidos.

Los tubos del haz principal 10 atraviesan, por lo tanto, longitudinalmente el espacio dentro de la falda 1 a lo largo de un paso serpenteante, con al menos una seccion de salida y al menos una seccion de retorno. A lo largo de este paso serpenteante, los tubos del haz principal 10 estan soportados por membranas o deflectores 20 y por una placa tubular central 3 que se extiende transversalmente dentro de la falda 1, de un lado al otro de la misma, y se fija permanentemente a esta por medio de soldadura. Dos placas tubulares 2 adicionales se proporcionan en las paredes exteriores frontal y trasera de la falda 1 y se fijan tambien permanentemente a la ultima mediante, por ejemplo, soldadura.

Los tubos del haz principal 10 estan conectados de forma permanente, y en particular, por ejemplo, embutidos dentro de agujeros especiales en el haz de placas 2 y 3.

En la pared trasera de la falda 1, es decir, al lado opuesto de la entrada 4 y la salida 14, se dispone un cabezal o elemento de cierre terminal 8 en el exterior de la placa tubular 2 respectiva y se fija a esta. El cabezal 8 recoge el agua desde la parte inferior del paso serpenteante del haz de tubos principal 10 y surte a la parte superior de la misma.

En la pared frontal de la falda 1, tambien en este caso, se dispone un elemento de cierre terminal 16 similar en el exterior de la placa tubular 2 respectiva y se fija a esta. Este elemento terminal frontal 16 tiene un tabique interno sellado 21 que separa el fluido de servicio entrante suministrado por el conector 4 del fluido saliente que se ha transportado al conector 14.

Un segundo fluido de servicio “fno”, es decir, un fluido refrigerante, en forma lfquida o forma casi totalmente lfquida, se suministra luego dentro de la falda 1 a traves de un par de entradas inferiores 9. Este fluido de servicio inunda la falda 1, circulando sobre el haz de tubos principal 10 para asegurar el intercambio de calor con el primer fluido de servicio, y se retrae luego dentro de un par especial de toberas 6 de salida/admision, estando ahora en forma gaseosa. Estas ultimas estan dispuestas en la parte superior de la falda 1 - es decir, al lado opuesto de las entradas inferiores 9 - y cada una en un lado respectivo de la placa tubular central 3. Las entradas 9 y las salidas 6 pueden tambien tener la forma de conectores o toberas del tipo de por sf conocido.

Respecto al flujo del segundo fluido de servicio, la placa tubular central 3 forma una serie de tabiques para el intercambio de calor entre el primer y el segundo fluido, definiendo por lo tanto dos circuitos de intercambio que, como se ha senalado, se disponen en serie.

El intercambiador 101 considerado en este documento es, por lo tanto, del tipo llamado de doble circuito (en el lado de la falda) o del tipo “doble paso” (lado interno del tubo). En otra realizacion que concibe solamente un “paso”, la entrada y la salida para el primer fluido estan ubicadas en lados opuestos. Una variante asf concibe tambien otras modificaciones en la disposicion de los elementos dentro de la competencia de una persona experta en la materia.

Es mas, otras variantes de construccion con tres o mas pasos (en el lado del tubo) o tres o mas circuitos (en el lado de la falda) pueden concebirse tambien.

Como puede apreciarse mas claramente en la Figura 1A, en el interior de la falda 1 el flujo del segundo fluido de servicio es guiado por medios de distribucion. En el presente ejemplo, estos comprenden, ventajosamente, un distribuidor longitudinal con la forma de una placa perforada 13, en concreto, una placa de chapa metalica, fijada a la propia falda 1 permanentemente de una manera sellada por medio de, por ejemplo, soldadura y dispuesta por debajo del haz de tubos principal 10.

Otros elementos de distribucion transversal se vinculan a la placa de distribucion longitudinal 13 que, en el presente ejemplo, consiste en deflectores o tabiques 12 que se fijan a la falda 1 y se extienden por toda la altura del haz de tubos principal 10, transversalmente junto a este ultimo.

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La inclinacion de los deflectores transversales 12 corresponde a una disposicion transversalmente escalonada de los tubos del haz principal 10 y tiene el efecto de que las burbujas de gas resultantes de la evaporacion del segundo fluido de servicio tras el intercambio de calor con el haz de tubos 10 no tiene un impacto directo en las hileras de tubos transversalmente adyacentes del haz de tubos principal 10, favoreciendo por tanto la eficiencia de intercambio ya que las burbujas ocupan espacio eliminando, por lo tanto, espacio del lfquido, resultando en ineficiencia durante el intercambio. Ademas, con la disposicion antes mencionada se crea un flujo convectivo que mejora el intercambio.

Como se menciono anteriormente, un par de unidades extrafbles 100, que en la presente invencion actuan como sobrecalentadores del segundo fluido de servicio, se vinculan con el intercambiador 101 como se describe en este documento. En concreto, se inserta una primera unidad extrafble 100 a traves de la pared trasera de la falda 1 y una segunda unidad extrafble 100 se inserta a traves de la pared frontal de la falda 1, de modo que hay una unidad extrafble para cada uno de los circuitos de intercambio separados por la placa tubular central 3.

Para simplificar, se proporcionara la siguiente descripcion con referencia a solo una de dichas unidades 100, siendo los comentarios tambien aplicables a la otra unidad en el lado opuesto.

La unidad extrafble 100 se conecta de manera que se pueda retirar del intercambiador 101 en la porcion superior de la placa tubular 2 frontal o trasera respectiva, mediante, por ejemplo, pernos o medios mecanicos similares. Una placa de fijacion o brida 7, que actua tanto como placa tubular para la unidad 100 y como un medio para realizar el montaje sobre el intercambiador 101, se proporciona con el proposito de esta conexion.

La placa de fijacion 7 tiene un sello mecanico entre esta y la placa tubular vinculada 2 que impide cualquier perdida de refrigerante (en el lado de la falda).

Una realizacion diferente puede concebir medios para la conexion desmontable de la unidad extrafble 100 y el intercambiador 101 distintos a los considerados en este documento.

La unidad extrafble 100 comprende un haz de tubos secundario 19 que durante la operacion es atravesado por un fluido de servicio auxiliar, en la aplicacion descrita en este documento, un fluido “caliente”, en concreto, un refrigerante lfquido suministrado por una planta de condensacion. Este haz de tubos secundario 19 sigue un paso serpenteante con al menos una seccion de salida y al menos una seccion de retorno, cuya longitud se define por la distancia entre la placa tubular 2 frontal o trasera correspondiente y la placa tubular central 3 del intercambiador 101.

En la variante de intercambiador con un unico circuito ya mencionada, la longitud se definina por la distancia entre las dos placas tubulares frontal y trasera.

La unidad extrafble 100 tiene, por lo tanto, una entrada y una salida 17 y 18 que se disponen juntas la una de la otra en la misma pared frontal o trasera de la falda 1, teniendo estas tambien la forma de conectores o toberas que son de por sf conocidos. En el lado opuesto a estos ultimos, se proporciona un cabezal o elemento de cierre terminal 15 que se sella con un sello, siendo dicho cabezal requerido para el retorno del fluido auxiliar en el interior de los tubos del haz secundario 19 despues de la seccion de salida.

Debido a la disposicion descrita, la unidad 100 puede introducirse y conectarse al intercambiador 101 de una manera sencilla y rapida, actuando sobre un solo lado (frontal o trasero) de este ultimo.

Preferiblemente, los tubos del haz de tubos secundario 19 son del tipo con aletas.

Fijado a la falda 1, sobre el haz de tubos principal 10 - es decir, aguas abajo del intercambio de calor entre este ultimo y el fluido de servicio secundario - el intercambiador 101 tiene medios para canalizar el flujo del fluido secundario hacia el haz de tubos 19 de la unidad extrafble 100. Estos medios de canalizacion, en el presente ejemplo, tienen la forma de dos deflectores laterales 11 que se fijan a la falda 1 y se disenan en la forma de placas laterales inclinadas que se extienden por todo el largo longitudinal de la falda 1.

De esta manera, el fluido de servicio secundario que asciende despues de inundar el haz de tubos principal 10 y en la presente solicitud tiene la forma de un gas refrigerante humedo, se “canaliza” a lo largo de su paso hacia las salidas 6 mediante los deflectores 11 hacia el haz de tubos secundario 19. A lo largo de este paso en el que el fluido de servicio secundario inunda el haz de tubos 19, el lfquido caliente dentro del ultimo, se enfna y el gas secundario humedo se calienta mas que el intercambio de calor con el haz de tubos principal 10. Esto permite que un compresor dispuesto aguas abajo del intercambiador 101 extraiga gas sobrecalentado “seco” a traves del conector de admision 6, asegurando de este modo, la absoluta ausencia de gotas de lfquido en el propio gas.

Al mismo tiempo, el fluido de servicio auxiliar que esta, normalmente, en el estado lfquido, se subenfna y fluye hacia afuera por la salida 18. Preferiblemente, este fluido de servicio saliente se vuelve a introducir en la fase de intercambio por una de las entradas 9, normalmente, a traves de una valvula de expansion/regulacion que mantiene el nivel de lfquido dentro de la falda 1 a un nivel deseado, entrando por debajo del haz de tubos principal 10 en la forma de un fluido de servicio secundario “frio”. Este tipo de conexion entre la salida 18 para el fluido de servicio

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auxiliar que circula dentro de la unidad extrafole 100 y la entrada 9 para el fluido de servicio secundario, puede tambien ser del tipo desmontable.

Ademas, toda la longitud de los deflectores 11 esta provista de una gma para insertar la unidad extrafole 100, que tambien actua como un soporte para la propia unidad 100.

De la descripcion anterior se puede entender como la unidad extrafble 100 forma un intercambiador desmontable disenado para proporcionar una fase de intercambio de calor secundaria.

Una segunda realizacion de la invencion se muestra en las Figuras 2, 2A y 2B que emplea los mismos numeros de referencia ya utilizados para los componentes que son iguales o similares a aquellos de la primera realizacion.

Comparada con la primera realizacion ya descrita, en la segunda realizacion, la configuracion de los tubos del haz secundario 19 de la unidad extrafble 100 es diferente, ya que estos tubos, que tambien tienen aletas, tienen una disposicion llamada “batena” que es bien conocida por la persona experta en la materia. Esto significa que el elemento de cierre terminal 15 se forma de hecho por varios cabezales que normalmente se componen de tubos de cobre/acero. En una realizacion preferida, los tubos de la unidad extrafble son suaves o estriados, en forma de batena con asf llamadas laminas empacadas.

Como ya se menciono en una variacion de la realizacion, el intercambiador puede tener un solo circuito en vez de dos circuitos (sin placa tubular central 3) y en este caso puede, de todas formas, vincularse a un par de unidades extrafbles o a una unica unidad extrafble.

Debe entenderse que en la descripcion proporcionada en este documento el uso de los terminos relativos, tales como “frontal”, “trasero”, “superior” e “inferior”, deben entenderse como puramente ejemplificadores y de naturaleza funcional con el proposito de garantizar una mayor claridad descriptiva con referencia a los dibujos de las realizaciones consideradas.

La presente invencion se ha descrito en este documento con referencia a realizaciones preferidas de la misma. Se entiende que pueden existir otras realizaciones relativas a la misma idea ingeniosa, como se define por el ambito de proteccion de las reivindicaciones que se proporcionan a continuacion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un conjunto intercambiador de calor que comprende:

■ un intercambiador de calor (101) del tipo inundado que comprende:

- un haz de tubos principal (10) dentro del cual circula, durante su uso, un primer fluido de servicio; y

- una falda (1) que actua como una carcasa exterior y rodea dicho haz de tubos principal (10) y es apta para recibir un segundo fluido de servicio que, durante su uso, circula sobre dicho haz de tubos principal (10); y

■ una o mas unidades extrafbles (100); siendo dichas o cada unidad extrafble (100) apta para insertarse de forma que puede desmontarse dentro de dicho intercambiador de calor (101) y comprende:

- un haz de tubos secundario (19) dentro del cual circula, durante su uso, un fluido de servicio auxiliar; y

- medios (7) para realizar una conexion desmontable a dicho intercambiador de calor (101), siendo dichos medios aptos para permitir la insercion de dicho haz de tubos secundario (19) en el interior de la falda de dicho intercambiador aguas abajo del haz de tubos principal (10) con respecto al segundo fluido de servicio.
2. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho haz de tubos secundario (19) se extiende de una manera serpenteante, con una seccion de salida y una seccion de retorno.
3. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion anterior, en el que dichas o cada unidad extrafble (100) tiene una entrada (17) y una salida (18) para el segundo fluido de servicio, que estan dispuestas en el mismo lado.
4. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de conexion desmontable comprenden una placa tubular secundaria (7).
5. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de conexion de fluido desmontables que son aptos para establecer comunicacion de fluidos entre una salida (18) de fluido auxiliar de dichas o cada unidad extrafble (100) y una entrada (9) para un segundo fluido de servicio del intercambiador (101).
6. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios (11) para canalizar el segundo fluido de servicio hacia dicho haz o haces de tubos secundarios (19) de dicha unidad o unidades extrafbles (100).
7. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion anterior, en el que dichos medios de canalizacion comprenden uno o mas deflectores laterales (11) que se extienden longitudinalmente dentro de dicha falda (1).
8. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios (12, 13) para distribuir el segundo fluido de servicio dentro de dicha falda (1).
9. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion anterior, en el que dichos medios de distribucion comprenden un distribuidor longitudinal (13) dispuesto aguas arriba de dicho haz de tubos principal (10).
10. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion anterior, en el que dicho distribuidor longitudinal comprende una placa perforada (13).
11. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que dichos medios de distribucion comprenden uno o mas elementos de distribucion transversales (12) dispuestos junto a dicho haz de tubos principal (10).
12. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion anterior, en el que dichos elementos de distribucion transversales comprenden deflectores o tabiques inclinados (12).
13. El conjunto intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una grna para la insercion de dicha unidad (100) dentro del propio intercambiador.