ES2642289T3

ES2642289T3 - Caldera

Info

Publication number: ES2642289T3
Application number: ES11726234.5T
Authority: ES
Inventors: Adam Pacholski
Original assignee: AIC SA
Current assignee: AIC SA
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: EP2710306B1; EP2710306A1; PL2710306T3; WO2012158050A1

Description

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DESCRIPCION

Caldera

La invencion se refiere a un intercambiador de calor de combustion del grupo de intercambiador de tubena, disenado para intercambiar calor entre un gas y un lfquido, en el cual el calor transferido al lfquido es generado a partir de un quemado de gas o de gasoleo de calefaccion. Se aplica en ingeniena termica, particularmente instalaciones de calefaccion central domesticas.

Hay muchos tipos conocidos de intercambiadores de calor de tubena. Su estructura depende del sitio de su aplicacion, el agente circulante utilizado, y las demandas y necesidades espedficas. Todos los intercambiadores de calor de tubena del tipo de lfquido-gas comparten una caractenstica comun, es decir, todos tienen un sistema de elementos de tubena que transfieren gas caliente o lfquido, montado entre dos paredes perforadas de una camara encerrada en una cubierta exterior, en donde circula el agua calentada o el gas. En instalaciones de calefaccion central domesticas, en donde el calor es generado quemando gas o gasoil, los intercambiadores de calor estan provistos de una camara de combustion montada por encima de la pared perforada superior, y tienen racores de tubena de entrada y de salida de agua, un racor de tubena de entrada de gas, y un racor de tubena de escape de gas. En dichos intercambiadores, los conjuntos de tubenas estan situados verticalmente. Tambien conocidos, son los intercambiadores de calor utilizados en ingeniena termica, denominados condensadores o licuefactores, compuestos de un numero de conjuntos de tubenas instalados en una camara encerrada en una cubierta exterior. En dichos intercambiadores, las tubenas son montadas entre la parte inferior perforada, con la camara de agua por debajo, desde donde es transferida el agua las tubenas para servir como agente de enfriamiento para la corriente que sale de las salidas de turbina y se transfiere a la camara donde estan instaladas las tubenas. Dependiendo del tipo de intercambiador de calor de tubena, los elementos de tubena utilizados en los sistemas de tubenas difieren en sus diametros y formas, y pueden estar equipados de diferentes elementos auxiliares, tal como deflectores o tubenas adicionales, etc., de manera que mejoran la eficiencia del intercambio de calor.

Se conoce de la memoria descriptiva de la patente polaca No. 186723, un intercambiador de calor de tubena lfquido- gas, en el cual se introduce gas caliente en una camara encerrada en una cubierta exterior que se enfna mientras circula alrededor de las tubenas montadas entre la parte inferior perforada plana. Las tubenas son llenadas con el agente de enfriamiento que fluye en la camara y la abandona a traves de racores de tubenas montados en la tapa inferior perforada. El gas que se condensa es drenado del intercambiador a traves del racor de tubena de salida en la cubierta exterior que encierra la camara de intercambio de calor. La camara es tambien montada con tubenas perforadas adicionales, cuyas secciones extremas que van a traves de la parte inferior perforada estan conectadas a la tubena de recoleccion conectada a la tubena de escape de vapor. Las tubenas perforadas son utilizadas para succionar el aire del espacio lleno de gas del intercambiador y descargarlo fuera. Ademas, el intercambiador de calor esta dividido con deflectores situados perpendiculares a los elementos de tubena.

Ademas, el intercambiador de calor conocido de la solicitud de patente internacional publicada bajo el No. WO 2008/131616 consta de una cubierta cilmdrica con racores de tubena de entrada y de salida, encerrando un conjunto de elementos de tubena, donde las tubenas van a traves de un deflector espiral y estan conectadas a paredes perforadas con forma de discos planos que se montan en la cubierta exterior cilmdrica. Dentro del intercambiador se instalan varillas de traccion, una de las cuales discurre a lo largo del eje central de la cubierta exterior cilmdrica. Las varillas de traccion estan ancladas en la pared perforada en un extremo, y el deflector espiral en el otro. Estan divididas en segmentos y equipadas con tubenas separadoras. El intercambiador descrito puede tambien presentar tubenas adicionales que discurren a traves del deflector espiral, aunque no ancladas en las paredes perforadas, para mejorar la rigidez, proteger contra deformaciones y facilitar la coincidencia de las aberturas en el deflector espiral con las tubenas del intercambiador. La memoria descriptiva describe la estructura del deflector espiral en detalle.

Se conoce de la solicitud de patente internacional publicada bajo el No. WO 2009/078577, un calentador que comprende una carcasa cilmdrica, un intercambiador lfquido-gas situado verticalmente, un quemador instalado en la camara de combustion del intercambiador, una entrada y una salida del agua calentada, un conducto de escape de humo, una entrada de gas, accesorios que suministran el aire y que lo mezclan apropiadamente con el gas, asf como dispositivos de control. Este modo de realizacion del intercambiador de calor contiene un conjunto de elementos de tubena rectangulares en seccion trasversal, distribuidos de forma regular entre las paredes de la cubierta exterior que forma la camara, a traves de los cuales fluye el agua calentada. Los extremos superiores de las tubenas estan anclados en la pared perforada superior plana debajo de la camara de combustion. Las tubenas, perforadas a traves de la pared perforada inferior plana y que cruzan la camara de recirculacion de gases de escape, estan conectadas con el conducto de escape de humo. La camara de agua esta montada con los deflectores en forma de disco, a traves de los cuales discurren los elementos de tubena. Estos deflectores de separacion perturban la circulacion de agua y por tanto se mejora el intercambio de calor. Estan situados perpendiculares a los elementos de tubena, y su diametro es menor que el diametro interior de la cubierta del intercambiador de calor para dejar algun espacio entre los deflectores y la cubierta para que fluye el agua. Dicha memoria descriptiva discute la correlacion entre la anchura de este espacio y la circulacion del agua, asf como la presion del agua en los deflectores. En el modo de realizacion descrito se propone equipar a los deflectores con tubenas de circulacion para evitar una presion aumentada de agua en los deflectores. Estas tubenas estan ancladas en el deflector superior en un extremo, y en el inferior en el extremo opuesto. La variante estructural del modo de realizacion descrito en la solicitud contempla dejar algun espacio entre

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las paredes de elemento de tubena y las aberturas en los deflectores, a traves de las cuales discurren las tubenas para aumentar la perturbacion de circulacion de agua y para mejorar la eficiencia del intercambio de calor. La caldera descrita esta equipada con un circuito de agua auxiliarmente independiente que consta de tubenas espirales instaladas en la camara de agua y enrolladas alrededor de la camara de combustion.

Es conocida de la solicitud de patente europea publicada bajo el No. EP 0271434 A2 una caldera que comprende una cubierta exterior, que encierra un conjunto de elementos de tubena que discurren verticalmente anclados en paredes perforadas a ambos extremos, una camara de combustion de gas situada sobre la pared perforada superior y un deflector montado transversalmente a los elementos de tubena, con aberturas a traves de las cuales discurren los elementos de tubena, mas un lfquido, un gas, y racores de tubena de entrada y de salida de humo. La pared perforada superior tiene forma de tejado y un borde de tejado intersecta con el eje de un quemador. El deflector tiene una abertura central en el eje del quemador. Una circunferencia del deflector coincide con la circunferencia de la cubierta exterior.

Un intercambiador de calor de combustion de acuerdo con la invencion, comprende una cubierta exterior, la cual encierra un conjunto de elementos de tubena que discurren verticalmente anclados en paredes perforadas en ambos extremos, una camara de combustion de gas situada sobre la pared perforada superior, y un deflector montado transversal a los elementos de tubena con una circunferencia que coincide con la circunferencia de la cubierta exterior y con una abertura central y con aberturas a traves de las cuales discurre en los elementos de tubena, mas un lfquido, un gas, y racores de tubena de entrada y de salida de humo esta caracterizado porque la pared perforada superior con forma de disco plano o conico o esferico tiene un saliente situado centralmente que apunta hacia abajo hacia la pared perforada inferior y el diametro del saliente se corresponde con el diametro del abertura central en el deflector que esta bajo el saliente.

En una de las variantes del intercambiador de calor de combustion, las paredes del saliente tienen forma conica.

En otra variante del intercambiador de calor de combustion, las paredes del saliente tienen forma esferica.

De forma preferible, la geometna del vertice del saliente en la pared perforada superior cambia en escalones.

El vertice del saliente es plano biselado.

La ventaja del modo de realizacion de acuerdo con la invencion consiste en que se logra un flujo simetrico y equilibrado de lfquido alrededor de la camara de combustion, lo cual mejora las condiciones de trabajo del sistema de intercambiador completo, y se intensifica el enfriamiento de la seccion central de la pared perforada superior, que es el elemento mas expuesto a danos provocados por un sobrecalentamiento del material.

El modo de realizacion de ejemplo del intercambiador de calor de combustion de acuerdo con la invencion es ilustrado en el dibujo, donde la figura 1 presenta la seccion longitudinal del intercambiador y la figura 2 visualiza diferentes variantes de forma de la pared perforada superior del intercambiador.

El intercambiador de calor de combustion consta de conjuntos de elementos 1 de tubena situados verticalmente dispuestos radialmente, cuyos extremos son soldados a la pared 2 perforada superior en la parte superior, y a la pared 3 perforada inferior en la parte inferior. Los elementos 1 de tubena tienen dos paredes paralelas conectadas entre sf con paredes en forma de arco, que las hacen parecerse a un rectangulo en seccion transversal. Por encima de la pared 2 perforada superior esta la camara 4 de combustion de chapa de acero soldada de forma permanente a la pared perforada. Montado perpendicular al conjunto de elementos de tubena, por debajo de la pared 2 perforada y en su proximidad intermedia, se situa horizontalmente un deflector 5 hecho de chapas de acero. El deflector 5 tiene un numero de aberturas, cuyos diametros se corresponden con los diametros de los elementos 1 de tubena que discurren a traves de ellas. El deflector 5 tiene forma de un disco plano con una abertura 6 central en el medio. En el medio de la pared 2 perforada superior, tambien con forma de disco plano, hay un saliente 7, apuntando su vertice hacia abajo hacia la pared 3 perforada inferior. La pared 3 perforada inferior tiene tambien forma de disco plano. El diametro del saliente 7 en la pared 2 perforada superior se corresponde con el diametro de la abertura 6 central en el deflector 5. El paquete formado por el conjunto de elementos 1 de tubena, las paredes 2, 3 perforadas, y el deflector 5 esta encerrado en una cubierta 8 exterior con forma de un cono truncado que aumenta en diametro hacia la parte superior. El deflector 5 tiene un diametro exterior que se corresponde con el diametro interior de la cubierta 8 exterior y esta, en el modo de realizacion de ejemplo, conectado a la camara de combustion con elementos separadores. El saliente 7 en la pared 2 perforada superior tiene forma de un cono con un 9 plano biselado horizontal en el vertice. Por encima de la pared 2 perforada superior hay una camara 4 de combustion, la cual puede estar encerrada en la cubierta 8 exterior junto con el paquete de tubena, o en otro elemento soldado a la cubierta 8 exterior conica. El intercambiador tiene una tapa 10 montada con un racor de tubena de entrada de gas o de gasoil de calefaccion, un conjunto de aberturas para la instalacion del quemador y del sistema que suministra al intercambiador con una mezcla de aire/combustible quemado en la camara de combustion, y otros elementos de montaje, que aseguran un uso seguro del intercambiador y que permiten su integracion con una caldera. La pared 3 perforada inferior esta soldada de forma permanente a la cubierta 8 exterior en los puntos de contacto. Las tubenas de racores de entrada 11 de agua y la salida 12 de agua estan instaladas respectivamente en la seccion superior e inferior de la cubierta 8 exterior, y el

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tanque 13 inferior formado por debajo de la pared 3 perforada inferior esta montado con una racor 14 de tubena de drenaje de condensado y un racor 15 de tubena de escape de bodegas.

El intercambiador de calor de combustion puede realizarse de muchas maneras diferentes en terminos de la forma de la pared 2 perforada superior y su saliente 7 situado centralmente, la forma del deflector 5, la forma de la pared 3 perforada inferior y la forma de la camara 4 de combustion. En particular, la pared 2 perforada superior puede ser o bien plana, conica o esferica y el saliente 7 que apunta hacia abajo puede tener forma de un cono, o un fragmento de una esfera. Por otro lado, de forma preferible, la geometna del vertice del saliente 7 cambia en escalones, particularmente si el vertice es un plano 9 biselado horizontalmente. En modos de realizacion espedficos tambien la pared 3 perforada inferior y el deflector 5 pueden tener diferentes formas, tales como discos, conos, fragmentos de esferas, u otros. En particular, la pared 3 perforada inferior puede estar conformada de manera que coincide con la forma de la pared 2 perforada superior y tiene un saliente en el centro. Diferentes modos de realizacion de la invencion pueden diferir en las secciones transversales de los elementos 1 de tubena del intercambiador y de la geometna de sus posicionamientos mutuos.

El intercambiador de calor esta disenado para quemar gas natural, propano, y gasoil de calefaccion y por tanto obtener calor utilizando el calor del agua que circula en la instalacion de calentamiento central. El combustible es quemado en la camara 10 de combustion en la seccion superior del intercambiador, entonces los humos fluyen hacia abajo a traves de los elementos uno de tubena vertical pasando el calor en su camino hasta el agua que circula dentro de la cubierta 8 exterior, entre la entrada 11 de agua y la salida 12 de agua. Cuando fluye hacia abajo, los humos se enfnan por debajo de una temperatura de punto de rodo y se acumulan en el contenedor 13 inferior, desde donde son drenados. Con el condensado acumulado a traves del racor 14 de tubena de drenaje de condensado y el escape 15 de humo de gas. El agua calentada circula fuera y alrededor de los elementos 1 de tubena en la direccion opuesta al flujo de los humos, es decir el agua es introducida a traves del racor 11 de tubena de entrada de agua en la parte inferior del intercambiador y fluye hacia arriba alrededor de los elementos 1 de tubena y de la camara 4 de combustion con lo cual es retirada del intercambiador de calor a traves del racor 12 de tubena de salida en la seccion superior del intercambiador. El flujo de agua deseado contra la pared 2 perforada superior, que forma la parte inferior de la camara 4 de combustion, esforzado por la forma apropiada de la pared perforada y por el deflector 5 que esta inmediatamente por debajo. A traves de la abertura 6 central en el deflector 5, el flujo del lfquido es dirigido primero al punto central, es decir, al saliente 7 en el centro de la pared 2 perforada superior. Por tanto, la corriente que fluye fuera de la abertura 6 central en el deflector 5 es dividida de forma simetrica y de forma uniforme en todas las direcciones. Esto asegura una distribucion uniforme de temperatura en la pared perforada superior y la protege de un calentamiento local. La geometna irregular del saliente 7 en su vertice, especialmente su plano 9 biselado, hace que la corriente adyacente a la pared se separe de la pared 2 perforada superior y anada turbulencia al flujo. Esto, a su vez, se convierte en una relacion de intercambio de calor mejorada entre el lfquido y la pared perforada y reduce el riesgo de deposito de incrustacion de sedimento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor que comprende una cubierta (8) exterior, que encierra un conjunto de elementos (1) de tubena que discurren verticalmente anclados en paredes (2, 3) perforadas en ambos extremos, una camara (4) de combustion de gas situada sobre la pared (2) perforada superior, y un deflector (5) montado transversal a los elementos

5 (1) de tubena con una circunferencia que coincide con una circunferencia de la cubierta (8) exterior y con una abertura

(6) central y con aberturas a traves de las cuales discurren los elementos (1) de tubena, mas un lfquido, un gas, y racores de tubena de entrada y de salida de humo, caracterizado porque la pared (2) perforada superior con forma de disco plano o conico o esferico tiene un saliente (7) situado centralmente apuntando hacia abajo hacia la pared (3) perforada inferior y el diametro del saliente (7) se corresponde con el diametro de la abertura (6) central en el deflector 10 (5) que esta por debajo del saliente (7).
2. El intercambiador de calor de combustion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque las paredes del saliente (7) tienen forma conica.
3. El intercambiador de calor de combustion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque las paredes del saliente (7) tienen forma esferica.

15 4. El intercambiador de calor de combustion de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la

geometna del vertice del saliente (7) en la pared (2) perforada superior cambia en escalones.
5. El intercambiador de calor de combustion de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque el vertice del saliente (7) es plano (9) biselado.