Intercambiador de calor.

Intercambiador de calor (10) para el intercambio de calor entre fluidos,

que comprende una carcasa (12) que presenta una entrada (20, 27) y una salida (26, 28) para cada fluido, conectándose la entrada (20, 27) y la salida (26, 28) para cada fluido entre sí mediante una trayectoria de flujo (38, 58), comprendiendo la trayectoria de flujo (38) de un primer fluido una pluralidad de módulos de intercambio de calor (60) que comprenden por lo menos un tubo hueco longitudinal (36), en el que los módulos (60) se disponen en una configuración de matriz que comprende por lo menos dos columnas de tubos longitudinales (36) y por lo menos dos filas de tubos longitudinales (36), y en el que un módulo (60) presenta por lo menos un conector (50) para conectarse a un conector de cooperación (50) de un módulo adyacente (60), de tal modo que el espacio (56) que se encuentra entre los módulos adyacentes (60) define una trayectoria de flujo (58) para un segundo fluido, paralela a la trayectoria de flujo (38) del primer fluido, en el que cada módulo (60) presenta unos conectores integrales (50) para conectarse con un conector de cooperación (50) de cada módulo adyacente (60), y en el que un conector (50)se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud de un módulo (60) paralelo al eje longitudinal de un tubo longitudinal (36) del mismo,

caracterizado porque

los módulos (60) se realizan de material plástico,

los conectores (50) de los módulos (60) se conectan entre sí sustancialmente en toda la longitud del módulo (60) de tal modo que la configuración de la matriz es una disposición autoportante, y

un módulo (60) presenta por lo menos un conector macho (50') y por lo menos un conector hembra (50''), en el que el conector macho (50') coopera con el conector hembra (50'') de un módulo adyacente (60) mediante un ajuste a presión o un ajuste deslizante.

Intercambiador de calor.

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor destinado al intercambio de calor entre los fluidos.

El documento US-A-3.648.768 ha dado a conocer elementos de intercambiador de calor de material plástico que consisten en una pluralidad de tubos paralelos que presentan puentes de conexión que mantienen los tubos espaciados transversalmente, cuyos elementos se pueden realizar en una sola pieza. Se afirma en dicho documento que los elementos se deben diseñar para que presenten una estabilidad estática inherente para todos los efectos prácticos, más específicamente una resistencia a la flexión suficiente para permitir que los elementos soportados en sus extremos salven una distancia de varios metros sin doblarse. Cuando se combinan varios elementos de este tipo para formar un bloque intercambiador de calor más grande, se utilizan elementos espaciadores cuyos lados opuestos se ajustan a los contornos de un lado de cada uno de dos elementos de intercambio de calor adyacentes. Dichos elementos espaciadores pueden, por ejemplo, pegarse o soldarse con los elementos correspondientes. Se puede utilizar asimismo medios de conexión mecánicos tales como remaches, tornillos y varillas de conexión. Los elementos se pueden conectar a cabezales recortando los extremos de los puentes de conexión de tal modo que unos extremos del tubo individual corto sobresalgan desde el cuerpo principal restante de los puentes de conexión. Dichos extremos de los tubos pueden disponerse en los orificios del cabezal o fijarse a los mismo utilizando acopladores cortos. Debido al diseño, dicho intercambiador de calor conocido, que presenta un bloque de intercambio de calor que comprende una pluralidad de elementos de este tipo, es un intercambiador de calor de flujo transversal.

Una desventaja significativa de la que adolece dicho dispositivo conocido es que, aunque se dice que los elementos son de pared delgada, se requieren unas paredes relativamente gruesas en los intercambiadores de calor de escala industrial, lo que limita en gran medida la transferencia de calor entre los fluidos. Además, a pesar de que los elementos se pueden realizar en una sola pieza, se requiere un trabajo laborioso tanto por medios (físico) químicos como por medios mecánicos para montar varios elementos en un bloque de intercambio de calor grande.

Además, se conoce un intercambiador de calor de contracorriente compacto por ejemplo a partir del documento US

n. 2005/0.217.837 En dicho intercambiador de calor conocido, se dispone una pluralidad de tubos que transportan fluidos paralelos que se extienden longitudinalmente y se encuentran en contacto térmico entre sí. Según dicha publicación cada tubo presenta por lo menos una curva congruente con una curva de un tubo inmediatamente adyacente. Todos los tubos se realizan por separado y a continuación se ensamblan entre sí utilizando, por ejemplo, una aleación basada en la Ag para la soldadura fuerte. Durante su utilización, un primer fluido de intercambio de calor circula a través de cualquier tubo en una dirección opuesta a una dirección de un segundo fluido de intercambio de calor que circula a través de un tubo inmediatamente adyacente. De este modo se alcanza una relación de intercambio de calor de contracorriente entre los fluidos intercambio de calor primero y segundo. Desde el contexto de la especificación resulta evidente que dicho intercambiador de calor de contracorriente compacto está destinado, obviamente, a utilizarse en sistemas aeroespaciales de potencia dinámica. En dicho dispositivo conocido, los tubos intercambiadores de calor se realizan de acero inoxidable.

Los intercambiadores de calor realizados de metal tal como en el documento US n. 2005/0217837 son susceptibles de ensuciarse. Además la corrosión del metal del que se realizan los canales del intercambiador de calor puede provocar problemas según la naturaleza de los fluidos cuyo calor se va a intercambiar. Se puede alcanzar una mejora con respecto a la corrosión utilizando metales más resistentes a la corrosión, que resultan más costosos, o aleaciones tales como el acero inoxidable.

La patente US No. 4.733.718 ha dado a conocer cuerpos intercambiadores de calor o cuerpos acumuladores de calor para aplicar según los principios de recuperación o regeneración. Dicho cuerpo comprende una pila de paneles de cámara hueca extrudidos realizados de plástico y que presentan unas paredes exteriores lisas planas y puentes que unen las paredes exteriores en una única pieza. Se afirma que el plástico debe ser resistente a los medios que, en su utilización, circularán a través de las cámaras de los paneles de cámara hueca. La temperatura de reblandecimiento del plástico debe ser superior la temperatura de funcionamiento más elevada. Las ventajas reivindicadas de este cuerpo intercambiador de calor conocido constituido por una pila de paneles de cámara hueca individuales consisten en que los costes de construcción y los gastos son bajos. Los ejemplos de paneles de cámara hueca individuales mostrados en el presente documento comprenden un cuerpo de plástico de una fila de cuatro cámaras huecas adyacentes. Varios de dichos paneles se pueden apilar para formar el cuerpo intercambiador de calor. La unión de dichos paneles en la zona de las superficies frontales de los mismos se puede realizar por soldadura, pegado o mecánicamente utilizando, por ejemplo, elementos de sujeción. Se prefieren los elementos de enclavamiento que cooperen con elevaciones y/o depresiones de las superficies exteriores de las superficies frontales de los paneles. Las desventajas de dicho intercambiador de calor conocido se refieren a la transferencia de calor que afecta al espesor de la pared doble, siendo la sección transversal cuadrada una fuente de problemas de sellado y dificultades que se encuentran en la alimentación por separado de las cámaras. Además, aunque se pueden realizar fácilmente paneles individuales, el montaje de una pluralidad de elementos en una configuración

apilada resulta dificultoso. El procedimiento de fabricación de los paneles puede resultar más complicado si las piezas de enclavamiento se deben encontrar presentes en los propios paneles.

El documento WO 2005/071339/ da a conocer un intercambiador de calor para el intercambio de calor entre aceite y agua. Una forma de realización de dicho dispositivo conocido comprende filas de módulos interconectados. Cada módulo comprende un tubo longitudinal que presenta unas aletas y dos conectores dispuestos diametralmente que permiten montar una pluralidad de módulos en una fila lineal de módulos. Se dispone una placa de separación como soporte entre las filas de módulos interconectados. Un primer fluido circula a través de los tubos longitudinales, al mismo tiempo que un segundo fluido circula en el espacio entre los módulos y la carcasa y/o placas de separación del intercambiador de calor.

El documento FR 1 259 288 describe un conjunto para mantener los tubos de un sobrecalentador o intercambiador de calor a una distancia adecuada entre sí. Se introducen un combustible y aire en un horno. El combustible entra en combustión en el horno y el gas de combustión producido se descarga a través de una abertura. Se suspende un sobrecalentador en el horno. El sobrecalentador comprende diversos paneles constituidos por tubos. Los tubos se pueden realizar como módulos de intercambio de calor que comprenden por lo menos un tubo hueco longitudinal. Los tubos se conectan entre sí mediante elementos macho y elementos hembra.

El documento DE 835 612 describe un intercambiador de calor con una pluralidad de tubos refrigerantes. Los tubos se ven atravesados por un refrigerante al mismo tiempo que un fluido a refrigerar circula en los espacios que rodean los tubos. Cada tubo presenta una pluralidad de aletas o nervios de refrigeración longitudinales, que se extruden integralmente con el tubo a partir de un metal dúctil tal como plomo, aluminio, cobre o similares. Las aletas de enfriamiento de los tubos refrigerantes se disponen de tal modo entre sí que sirven tanto para soportar los tubos refrigerantes como para formar canales casi cerrados con las aletas de los tubos adyacentes a través de los que resulta posible la circulación longitudinal. Una parte de las aletas longitudinales que entran contacto entre sí se unen entre sí mediante soldadura en toda la longitud de dicha parte. Es decir, las aletas no se conectan entre sí en toda la longitud de los tubos.

Resulta evidente que los diseños y los procedimientos de montaje descritos anteriormente resultan complicados, engorroso laborioso, lentos y, por lo tanto, costosos, obteniéndose un producto final inferior a lo óptimo con respecto a sus propiedades finales de transferencia... [Seguir leyendo]

1. Intercambiador de calor (10) para el intercambio de calor entre fluidos, que comprende una carcasa (12) que presenta una entrada (20, 27) y una salida (26, 28) para cada fluido, conectándose la entrada (20, 27) y la 5 salida (26, 28) para cada fluido entre sí mediante una trayectoria de flujo (38, 58) , comprendiendo la trayectoria de flujo (38) de un primer fluido una pluralidad de módulos de intercambio de calor (60) que comprenden por lo menos un tubo hueco longitudinal (36) , en el que los módulos (60) se disponen en una configuración de matriz que comprende por lo menos dos columnas de tubos longitudinales (36) y por lo menos dos filas de tubos longitudinales (36) , y en el que un módulo (60) presenta por lo menos un conector (50) para conectarse a un conector de cooperación (50) de un módulo adyacente (60) , de tal modo que el espacio (56) que se encuentra entre los módulos adyacentes (60) define una trayectoria de flujo (58) para un segundo fluido, paralela a la trayectoria de flujo (38) del primer fluido, en el que cada módulo (60) presenta unos conectores integrales (50) para conectarse con un conector de cooperación (50) de cada módulo adyacente (60) , y en el que un conector (50) se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud de un módulo (60) paralelo al eje longitudinal de un tubo longitudinal (36) del mismo, caracterizado porque los módulos (60) se realizan de material plástico, los conectores (50) de los módulos (60) se conectan entre sí sustancialmente en toda la longitud del módulo (60) de tal modo que la configuración de la matriz es una disposición autoportante, y un módulo (60) presenta por lo menos un conector macho (50') y por lo menos un conector hembra (50'') , en el que el conector macho (50') coopera con el conector hembra (50'') de un módulo adyacente (60) mediante un ajuste a presión o un ajuste deslizante.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que un módulo (60) comprende un tubo longitudinal (36) provisto de cuatro conectores (50) formando un ángulo de 90º .

3. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en particular para el intercambio de calor entre fluidos, siendo por lo menos uno de los mismos un fluido que provoca corrosión y/o ensuciamiento, en el que el material plástico comprende un relleno destinado a mejorar la conducción del calor, preferentemente reforzado con fibras.

4. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un tubo longitudinal (36)

presenta una sección transversal circular. 35

5. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los tubos (36) presentan un espesor de pared comprendido entre 0, 01 y 1 mm, preferentemente inferior a 0, 1 mm.

6. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en ambos extremos del tubo longitudinal (36) los extremos de los conectores (50) se han eliminado en una cierta longitud, y en el que, preferentemente, la longitud entre un panel distribuidor (34) y el extremo de un conector (50) es suficiente para definir un colector (54) para el segundo fluido en un primer extremo, y en el que la longitud entre un panel colector (44) y el extremo de un conector (50) es suficiente para definir un distribuidor (52) para el segundo fluido en el extremo opuesto (24) .

7. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los conectores de cooperación (50) de distintos módulos (60) son particiones que separan los espacios adyacentes que forman la trayectoria de circulación del segundo fluido.

8. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un módulo (60) comprende un tubo longitudinal (36) que presenta por lo menos dos conectores (50) , siendo el ángulo formado entre los conectores adyacentes inferior a 180º .

9. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un módulo (60)

comprende por lo menos dos tubos longitudinales (36) conectados entre sí dispuestos uno al lado del otro mediante una red de interconexión de material de una sola pieza, en el que por lo menos los tubos extremos del mismo presentan unos conectores para conectarse con otro módulo adyacente.

10. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un distribuidor (30, 52) para conectar la entrada (20, 27) de un fluido con la trayectoria de circulación correspondiente (38, 58) , y un colector (40, 54) para conectar la trayectoria de circulación correspondiente (38, 58) con la salida (26, 28) de dicho fluido.

11. Intercambiador de calor según la reivindicación 10, en el que un primer distribuidor (30) de un primer fluido

comprende una cámara de distribución (32) en un extremo (22) de la carcasa (12) definida por una pared extrema (14) de la carcasa (12) , un panel distribuidor (34) separado de dicha pared extrema (14) y las 9

secciones de pared lateral correspondientes de la carcasa (12) , y en el que un primer colector (40) del primer fluido comprende una cámara colectora (42) en el extremo opuesto (24) de la carcasa (12) definida por la pared extrema opuesta (16) de la carcasa (12) , un panel colector (44) separado de dicha pared extrema opuesta (16) y las secciones de pared lateral correspondientes de la carcasa (12) , y en el que el panel distribuidor (34) y el panel colector (44) presentan una pluralidad de orificios pasantes (46) que corresponden al número total y a las posiciones de los tubos (36) que definen la primera trayectoria de circulación (38) , extendiéndose los tubos longitudinales (36) a través de los orificios pasantes (46) del panel distribuidor (34) y del panel colector (44) en comunicación fluida con la cámara de distribución (32) y la cámara colectora (42) .

12. Intercambiador de calor según la reivindicación 11, en el que un segundo distribuidor (52) de un segundo fluido comprende una cámara de distribución en dicho extremo opuesto (24) de la carcasa definida por el panel colector (44) , enfrentándose las secciones conectoras de los módulos (60) al panel colector (44) y las secciones correspondientes de pared lateral de la carcasa (12) , y un segundo colector (54) del segundo fluido comprende una cámara colectora en dicho primer extremo (22) de la carcasa definida por el panel distribuidor (34) , enfrentándose las secciones conectoras de los módulos (60) al panel distribuidor (34) y las secciones correspondientes de pared lateral de la carcasa (12) , encontrándose dichos segundo distribuidor (52) y segundo colector (54) en comunicación fluida mediante los espacios (56) que se encuentran entre los módulos adyacentes (60) que definen la trayectoria de circulación (58) del segundo fluido.

13. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un tubo longitudinal (36) presenta una parte de extensión que comprende una sección de tubo (80) que presenta un extremo regenerado (82) introducido en el extremo abierto (84) de la longitudinal tubo (36) , y en el que, preferentemente, el otro extremo de la sección de tubo (80) se extiende herméticamente a través del orificio pasante (46) en un panel (34, 44) .

14. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el intercambiador de calor es del tipo de pasos múltiples y en el que se disponen unos medios de retorno del fluido en un colector y/o distribuidor.