Intercambiador de calor.

Intercambiador de calor, en particular intercambiador de calor de condensación, que presenta:

- una unidad de intercambio

(20) que incluye una pluralidad de conductos helicoidales (21-23) sustancialmente coaxiales entre sí para un primer fluido, que comprende por lo menos un primer, un segundo y un tercer conducto (21-23), presentando el primer, segundo y tercer conducto (21-23) unas espiras de diferente diámetro, de manera que el segundo conducto (22) forme una hélice que se extiende dentro de una hélice formada por el primer conducto (21, 23) y el tercer conducto (23) forme una hélice dentro de la cual se extiende la hélice formada por el primer conducto (21),

- una carcasa (2) para alojar la unidad de intercambio (20), presentando la carcasa (2) una primera pared de extremo (3), una segunda pared de extremo (4) y una parte periférica (5) entre las dos paredes de extremo (3, 4), estando la carcasa (2) adaptada para recibir un segundo fluido para el intercambio de calor con el primer fluido, presentando la primera pared (3) una abertura pasante (11), en particular para un quemador (50), en el que cada conducto de la pluralidad (21-23) presenta una entrada (21a, 22a, 23a) y una salida (21b, 22b, 23b), estando la salida (21b, 23b) del primer conducto (21, 23) conectada sustancialmente en serie con la entrada (22a) del segundo conducto (22),

caracterizado por que la salida (23b) del tercer conducto (23) está conectada con la entrada (22a) del segundo conducto (22) en paralelo con el primer conducto (21), siendo la sección de flujo del segundo conducto (22) preferentemente mayor que la sección de flujo del primer conducto (21) y mayor que la sección de flujo del tercer conducto (23).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2011/051175.

Solicitante: COSMOGAS S.R.L.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA LEONARDO DA VINCI 16 47014 MELDOLA ITALIA.

Inventor/es: ALESSANDRINI,ALBERTO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA... > Partes constitutivas > F24H9/14 (Empalme de secciones diferentes, p. ej. en calentadores de agua (en radiadores F28F 9/26))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA... > Partes constitutivas > F24H9/02 (Cubiertas; Envueltas de protección; Paneles decorativos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA... > Calentadores de agua que tienen medios para producir... > F24H1/43 (enrollados helicoidalmente o en espiral)

PDF original: ES-2534295_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Intercambiador de calor.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, en particular de tipo de condensación.

Técnica anterior

La función de un intercambiador de calor es la de transferir energía térmica entre dos fluidos: por ejemplo, en el caso de calderas de gas domésticas, la función del intercambiador de calor es calentar agua que circula en su interior, partiendo de los humos calientes que resultan de la combustión producida por medio de un quemador. Dichas calderas están concebidas para aprovechar tanto el calor que se desarrolla tras la combustión como el calor latente de condensación, contenido en los humos de combustión. Para recuperar el calor contenido en los humos, el intercambiador de calor comprende una carcasa definida en la que hay una trayectoria de circulación del agua, en contra de la cual se hacen fluir los humos.

La cantidad de calor de condensación que se recupera depende principalmente de la temperatura de suministro y retorno del agua desde/al intercambiador de calor. Además, para obtener un intercambio considerable entre los fluidos dentro y fuera de la trayectoria del intercambiador de calor, es necesario disponer de una superficie de intercambio de calor que sea lo más extensa posible. Con este fin, la trayectoria mencionada anteriormente puede incluir una pluralidad de conductos o tubos helicoidales, dispuestos sustancialmente coaxiales entre sí, rodeando el conducto más interno de la pluralidad el quemador.

En un primer tipo de soluciones, los conductos helicoidales funcionan en paralelo; es decir, se extienden cada uno entre una cámara de entrada y una cámara de salida del intercambiador de calor, que están formadas en los dos extremos axiales de la correspondiente carcasa. Una solución de este tipo se conoce a partir del documento n.° WO 25/89.

En un segundo tipo de soluciones, a las que hace referencia la presente invención, varios conductos helicoidales están conectados en serie, por medio de conectores sustancialmente en forma de U, de modo que el agua penetra en el intercambiador de calor desde la entrada del primer conducto de la serie y sale del intercambiador de calor a través de la salida del último conducto de la serie. Una solución de este tipo se conoce a partir del documento n.° EP-A-1 813 882, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1.

Los intercambiadores de calor con disposición en serie de los conductos helicoidales son generalmente voluminosos y bastante complicados de producir.

Además, en estos intercambiadores de calor conocidos, las hélices formadas por los diversos conductos helicoidales se "empaquetan" entre dos paredes de extremo opuestas de la carcasa. Esto conlleva la necesidad de prever masas significativas de aisladores térmicos en las paredes de extremo mencionadas anteriormente. Este tipo de solución está además lejos de ser flexible desde el punto de vista de la producción dado que las dimensiones axiales de la carcasa del intercambiador de calor están determinadas por las dimensiones axiales de los conductos helicoidales. Tal como se ha comentado, la potencia térmica de un intercambiador de calor depende, entre otras cosas, de la superficie de intercambio de calor, de modo que - de no ser por otras complicaciones de producción y coste - los ¡ntercambiadores de calor concebidos para diferentes potencias térmicas difieren entre sí en cuanto al número de vueltas de los diversos conductos, y por tanto en cuanto a la dimensión axial de las correspondientes hélices: se entenderá que, puesto que dichas hélices están empaquetadas entre las dos paredes de extremo de la carcasa, ésta última puede construirse a propósito para cada modelo de Intercambiador de calor, por lo menos en cuanto a la dimensión de su parte periférica, en la que también se definen habitualmente la salida de humo y los conectores de entrada y salida para el agua.

Estas soluciones conocidas presentan entonces el inconveniente adicional de que la etapa de pruebas puede tener lugar en la práctica sólo cuando el Intercambiador de calor se ha ensamblado prácticamente por completo, concretamente con el conjunto de conductos helicoidales montado dentro de la carcasa. En el caso de defectos de producción (por ejemplo, fugas de líquido debidas a juntas o soldaduras imperfectas), el producto debe desmontarse por lo menos en parte, con los tiempos y costes que esto Implica.

En términos generales, además, la estructura de los ¡ntercambiadores de calor conocidos con disposición en serie de varios conductos helicoidales está lejos de ser flexible también desde el punto de vista de la posibilidad de Instalación en aparatos de usuario, tales como calderas o calentadores de agua, por ejemplo debido a la colocación de los conectores de entrada y salida de agua. Un ejemplo adicional se muestra en el documento GB 5691.

Sumario de la invención

A la luz de las consideraciones anteriores, el objetivo principal de la presente invención es proporcionar un ¡ntercamblador de calor que, aunque presenta dimensiones compactas, garantizará un funcionamiento eficiente y será sencillo y económicamente ventajoso de producir.

Un objetivo auxiliar de la Invención es proporcionar un ¡ntercambiador de calor que se distingue por una alta flexibilidad tanto en términos de producción como en términos de instalación. Otro objetivo auxiliar de la invención es proporcionar un ¡ntercamblador de calor que sea fácil de probar.

Con la vista puesta en conseguir el objetivo principal mencionado anteriormente, el objeto de la invención es un ¡ntercamblador de calor, en particular de tipo de condensación, que presenta las características indicadas en las reivindicaciones adjuntas, que forman parte Integral de las enseñanzas técnicas proporcionadas en la presente memoria en relación con la Invención.

Breve descripción de los dibujos

Objetivos, características y ventajas adicionales de la Invención se desprenderán de la descripción que sigue con referencia a los dibujos adjuntos, que se proporcionan meramente a modo de ejemplo no limitativo y en los que:

- las figuras 1 y 2 son vistas en perspectiva de un ¡ntercamblador de calor según la invención;

- la figura 3 es una vista frontal del ¡ntercamblador de calor de las figuras 1 y 2;

- las figuras 4 y 5 son secciones según las líneas IV-IV y V-V de la figura 3, a escala ampliada;

- las figuras 6 y 7 son vistas parcialmente en despiece ordenado, desde ángulos diferentes, del intercambiador de calor de las figuras 1 y 2;

- las figuras 8 y 9 son vistas en despiece ordenado, desde ángulos diferentes, del intercambiador de calor de las figuras 1 y 2, a escala reducida;

- las figuras 1 y 11 son vistas en perspectiva, desde ángulos diferentes, de un conjunto de conductos helicoidales del ¡ntercambiador de calor de las figuras 1 y 2;

- las figuras 12 y 13 son una vista frontal y una vista trasera del ¡ntercambiador de calor de las figuras 1 y 2, con una pared frontal retirada y un cuerpo de carcasa retirado, respectivamente;

- las figuras 14 y 15 son dos vistas en perspectiva de un elemento de conexión hidráulica del intercambiador de calor de las figuras 1 y 2;

- la figura 16 es un alzado frontal de un ¡ntercambiador de calor según las figuras 1 y 2, dotado además de un correspondiente quemador;

- la figura 17 es una sección transversal según la línea XVII-XVII de la figura 16;

- la figura 18 ¡lustra una unidad de Intercambio según una posible variante de la invención; y

- la figura 19 ¡lustra una unidad de Intercambio múltiple, que incluye una pluralidad de unidades según la figura 18.

Descripción de formas de realización... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Intercambiador de calor, en particular intercambiador de calor de condensación, que presenta:

- una unidad de intercambio (2) que incluye una pluralidad de conductos helicoidales (21-23) sustancialmente coaxiales entre sí para un primer fluido, que comprende por lo menos un primer, un segundo y un tercer conducto (21-23), presentando el primer, segundo y tercer conducto (21-23) unas espiras de diferente diámetro, de manera que el segundo conducto (22) forme una hélice que se extiende dentro de una hélice formada por el primer conducto (21, 23) y el tercer conducto (23) forme una hélice dentro de la cual se extiende la hélice formada por el primer conducto (21),

- una carcasa (2) para alojar la unidad de intercambio (2), presentando la carcasa (2) una primera pared de extremo (3), una segunda pared de extremo (4) y una parte periférica (5) entre las dos paredes de extremo (3, 4), estando la carcasa (2) adaptada para recibir un segundo fluido para el intercambio de calor con el primer fluido, presentando la primera pared (3) una abertura pasante (11), en particular para un quemador (5),

en el que cada conducto de la pluralidad (21-23) presenta una entrada (21a, 22a, 23a) y una salida (21b, 22b, 23b), estando la salida (21b, 23b) del primer conducto (21, 23) conectada sustancialmente en serie con la entrada (22a) del segundo conducto (22),

caracterizado por que la salida (23b) del tercer conducto (23) está conectada con la entrada (22a) del segundo conducto (22) en paralelo con el primer conducto (21), siendo la sección de flujo del segundo conducto (22) preferentemente mayor que la sección de flujo del primer conducto (21) y mayor que la sección de flujo del tercer conducto (23).

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que

- el segundo conducto (22) presenta una sección de flujo mayor que las secciones de flujo del primer y tercer conducto (21,23);

- el primer, segundo y tercer conducto (21-23) presentan, en sección transversal, una forma tal que las respectivas hélices presentan sustancialmente el mismo paso (P), en el que en particular el primer y tercer conductos (21, 23) presentan una sección transversal generalmente circular y el segundo conducto (22) presenta una sección transversal generalmente ovalada o aplanada, presentando la sección ovalada del segundo conducto (22) un eje menor (Y), generalmente paralelo al eje de la correspondiente hélice, que es sustancialmente igual al diámetro (D) de la sección circular del primer y tercer conductos (21, 23).

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 2, en el que

- la unidad de intercambio (2) está soportada por la primera pared de extremo (3) de la carcasa (2); y

- la entrada (21a) del primer conducto (21), la entrada (23a) del tercer conducto (23) y la salida (22b) del segundo conducto (22) están sustancialmente en la primera pared de extremo (3) de la carcasa (2).

4. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada conducto de la pluralidad (21-23) presenta un codo intermedio (21c-23c) para definir un respectivo tramo Inicial de conducto (21 d, 23d), o bien un tramo final de conducto (22d), respectivamente, que se extiende en una dirección generalmente axial de la correspondiente hélice.

5. Intercambiador de calor según la reivindicación 4, en el que dichos tramos de conducto (21 d-23d) son sustancialmente rectilíneos y sustancialmente paralelos entre sí, en particular paralelos entre sí y con respecto al eje de la hélice formada por el respectivo conducto (21-23), y se extienden fuera de la hélice formada por el conducto más externo (23) de la pluralidad (21-23).

6. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 2, en el que las hélices formadas por dos conductos adyacentes de la pluralidad (21-23) están separadas entre sí, de manera que un Intersticio sustancialmente cilindrico esté definido entre dichos dos conductos adyacentes.

7. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, en el que la unidad de intercambio (2) comprende una pluralidad de elementos de ligadura (32) que se extienden en uno de dichos intersticios cilindricos, sustancialmente en una dirección axial de las hélices formadas por los conductos de la pluralidad (21-23).

8. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 2, en el que

- la unidad de intercambio (2) incluye una primera placa de extremo (26), encarada generalmente a la primera pared (3) de la carcasa (2) y que presenta una respectiva abertura pasante (27) conectada a la abertura pasante

(11) de la primera pared (3) de la carcasa (2) y sustanclalmente coaxial a la misma, estando definida por lo menos una de dichas aberturas por una parte tubular (26a) de la primera pared (3) o la primera placa (26), estando la primera placa (26) fijada a la primera pared (3), en particular mediante soldadura,

- las espiras en un primer extremo de las hélices formadas por los conductos de la pluralidad (21-23) están en contacto con la primera placa (26), y

- por lo menos una parte anular (26b) de la primera placa (26) está separada de la primera pared (3) de la carcasa (2), de manera que entre la primera pared (3) y dicha parte anular (26b) de la primera placa (26) esté definido un intersticio generalmente anular (28).

9. Intercamblador de calor según la reivindicación 8, en el que la unidad de intercambio (2) Incluye una segunda placa de extremo (3), generalmente encarada a la segunda pared (4) de la carcasa (2), separada de la misma, y las espiras en un segundo extremo de las hélices formadas por los conductos de la pluralidad (21-23) están en contacto con la segunda placa (3).

1. Intercamblador de calor según las reivindicaciones 7 a 9, en el que los elementos de ligadura (32) presentan unos extremos opuestos fijados a la primera y segunda placa (26, 3), respectivamente, presentando las placas (26, 3) en particular, unas ranuras pasantes para los elementos de ligadura (32).

11. Intercamblador de calor según la reivindicación 2, que comprende también un elemento conector (12) montado en la primera pared (3) de la carcasa (2), definiendo el elemento conector (12) un primer y segundo canal (12a, 12b), estando el primer canal (12a) conectado con la salida (22b) del segundo conducto (22) y presentando el segundo canal (12b) una entrada y dos salidas (12c) conectadas a las entradas (21a, 23a) del primer y tercer conducto (21, 23), respectivamente.

12. Intercamblador de calor según la reivindicación 1 o 2, que comprende también un elemento colector (24-25) montado en un extremo de entrada (22a) del segundo conducto (22) y un extremo de salida (21b) del primer conducto (21), o extremos de salida (21 b, 23b) del primer y tercer conductos, (21, 23), respectivamente, presentando el elemento colector (24-25) por lo menos uno de entre:

- un cuerpo de tapa (24), que define una superficie generalmente curvada encarada a dicho extremo de entrada (22a) y dicho extremo de salida o extremos de salida (21b, 23b);

- un elemento de placa (25) que presenta unas aberturas pasantes, en las que están fijados de manera sellada dicho extremo de entrada (22a) y dicho extremo de salida o extremos de salida (21 b, 23b), en particular por soldadura.

13. Intercamblador de calor según la reivindicación 12, en el que los conductos de la pluralidad (21-23) están cortados en dicho extremo de entrada (22a) y dicho extremo o extremos de salida (21b, 23b) con un corte inclinado.

14. Intercamblador de calor según la reivindicación 1 o 2, que comprende una pluralidad de dichas unidades de intercambio (2, 2, 2") conectadas entre sí.

15. Intercamblador de calor según la reivindicación 14, en el que

- en cada una de dichas unidades (2, 2, 2"), la salida (23b, 23b, 23b") del tercer conducto (23) está conectada con la entrada (22a, 22a, 22a") del segundo conducto (22) en paralelo con la salida (21b, 21b, 21b") del primer conducto (21);

- las salidas (22b, 22b, 22b") de los segundos conductos (22) de dichas unidades (2, 2, 2") están conectadas en paralelo;

- las entradas (22a, 22a, 22a", 23a, 23a, 23a") del primer y tercer conductos (21, 23) de dichas unidades (2, 2, 2") están conectadas en paralelo.