INTERCAMBIADOR DE CALOR, EN PARTICULAR DEL TIPO DE CONDENSACIÓN.

Intercambiador (1) de calor, en particular del tipo de condensación,

que comprende una carcasa (2, 13, 28, 33), dentro de la que está presente al menos una parte de una trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) para el paso de un primer fluido, comprendiendo dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) una primera tubería arrollada en una espiral (25), estando diseñada la carcasa (2) para recibir un segundo fluido que está en relación de intercambio de calor con el primer fluido, en el que dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) de paso comprende al menos una segunda tubería arrollada en una espiral (26, 27) que conecta, en paralelo a la primera tubería (25), una primera zona (15) y una segunda zona (36) de dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) de paso, y en el que: - el diámetro de arrollamiento de las vueltas de la primera tubería (25) es menor que el diámetro de arrollamiento de las vueltas de la segunda tubería (26, 27); - la espiral formada por la primera tubería (25) está ubicada dentro de la espiral formada por la segunda tubería (26, 27), estando fijadas las dos espirales a una distancia entre sí; y - la sección de paso de la primera tubería (25, 26) es diferente de la sección de paso de la segunda tubería (26, 27), caracterizado porque se proporcionan medios (40) espaciadores, operativos para mantener las vueltas de la tubería (25, 26, 27) respectiva a una distancia entre sí, estando compuestos los medios espaciadores por partes (40) localizadas de la tubería (25, 26, 27) respectiva, teniendo la tubería en dichas partes (40) localizadas una sección transversal sustancialmente ovalada, siendo el eje mayor de dicha sección transversal ovalada sustancialmente paralelo al eje de la espiral respectiva

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, en particular del tipo de condensación. 5

Antecedentes de la invención

Como se sabe, la función de un intercambiador de calor es transferir energía térmica entre dos fluidos. Por ejemplo, en el caso de las calderas de gas domésticas usadas ampliamente, la función del intercambiador de calor es calentar agua que circula en el interior del mismo, partiendo de humos calientes que resultan de la combustión producida por un quemador. Dichas calderas de 10 condensación están concebidas para dicho fin para aprovechar tanto el calor que se desarrolla tras la combustión como el calor latente de condensación contenido en los humos de la combustión. El calor contenido en los humos puede recuperarse mediante un intercambiador de calor que comprende una cubierta o carcasa, en cuyo interior se fija una tubería para la circulación de agua, contra la que se hacen fluir los humos. 15

La cantidad de condensación que se recupera depende principalmente de la temperatura de suministro y retorno del agua en el intercambiador de calor, con respecto al sistema de calentamiento. Además, para obtener un intercambio de calor considerable entre los fluidos dentro y fuera de la tubería del intercambiador de calor, es necesario tener una superficie de intercambio de calor tan extensa como sea posible. Para este fin, la tubería está constituida habitualmente por un tubo curvado 20 para formar un serpentín, situado en la carcasa del intercambiador de calor de modo que rodee el quemador.

Para tener disponible una gran superficie de intercambio de calor la tubería en serpentín, sin embargo, debe ser bastante larga, y esto a expensas del requisito de hacer compactas las dimensiones del intercambiador de calor globalmente. Dicho inconveniente puede reducirse 25 conformando el tubo que forma la tubería en serpentín con una sección de paso que tiene superficies planas paralelas. Si, por un lado, dicha solución permite obtener un buen intercambio de calor incluso con un serpentín que no es demasiado largo, por otro lado, implica una mayor complejidad de construcción del intercambiador de calor, con un consiguiente aumento en su coste.

Otro inconveniente de los intercambiadores de calor conocidos es que deben aislarse 30 térmicamente de manera adecuada, por ejemplo, para impedir un calentamiento excesivo del cuerpo de la caldera. La necesidad de reducir la temperatura de la carcasa del intercambiador de calor de esta manera implica el uso de aislantes, que complican adicionalmente la construcción del intercambiador de calor, así como deshacerse del mismo al final de su vida útil de trabajo.

El documento US-A-4.901.677, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1, da a 35 conocer un intercambiador de calor gas-líquido, que incluye un primer tubo con aletas circular arrollado en un serpentín helicoidal, con un segundo tubo que está enrollado alrededor del serpentín de tal manera que encaja entre vueltas adyacentes del tubo con aletas. El documento US-A-3.809.061 da a conocer un intercambiador de calor que tiene más de dos serpentines sucesivos de tubos con aletas para calentar un fluido, que se arrollan cada uno en forma de un cono truncado, arrollándose de 40 manera estrecha los serpentines y apretados entre sí de modo que las aletas de vueltas de cada par de serpentines están en acoplamiento al menos aproximado con aletas de dos vueltas del mismo serpentín y dos vueltas del otro serpentín del par.

Sumario de la invención

A la luz de las consideraciones anteriores, el fin de la presente invención es proporcionar un 45 intercambiador de calor basado en un concepto nuevo, que presenta eficacia de funcionamiento, dimensiones compactas y es sencillo desde un punto de vista industrial y ventajoso de producir desde un punto de vista económico.

Con vistas a lograr dicho fin, el objeto de la invención es un intercambiador de calor, particularmente del tipo de condensación, que tiene las características indicadas en las 50 reivindicaciones adjuntas, que se entienden que forman parte integral de la presente descripción.

Breve descripción del dibujo

Fines, características y ventajas adicionales de la invención se desprenderán de la siguiente descripción con referencia a la ilustración adjunta de dibujos, proporcionados meramente a modo de ejemplo no limitativo, en los que:

− las figuras 1 y 2 son dos vistas en perspectiva del intercambiador de calor según la invención; 5

− las figuras 3 y 4 son dos vistas laterales del intercambiador de calor de las figuras 1 y 2;

− la figura 5 es una vista en planta del intercambiador de calor de las figuras 1 y 2;

− la figura 6 es una vista en despiece ordenado del intercambiador de calor según la invención;

− la figura 7 es una vista en perspectiva de un primer componente del intercambiador de calor de la figura 6; 10

− la figura 8 es un detalle del componente de la figura 7;

− la figura 9 es una vista en perspectiva de un segundo componente del intercambiador de calor de la figura 6;

− la figura 10 es una vista en sección transversal de una parte del componente de la figura 8;

− las figuras 11 y 12 son dos vistas en sección transversal del intercambiador de calor según la 15 invención según la línea XI-XI de la figura 3 y la línea XII-XII de la figura 5, respectivamente;

− las figuras 13 y 14 son dos secciones esquemáticas que ilustran etapas sucesivas de colocación recíproca entre dos componentes del intercambiador de calor de la figura 6; y

− la figura 15 ilustra una posible aplicación de dos intercambiadores de calor construidos según la invención. 20

Descripción de realizaciones preferidas de la invención

En las figuras, el número de referencia 1 indica globalmente un intercambiador de calor, en particular del tipo de condensación para una caldera de gas, construido según la presente invención.

El intercambiador 1 de calor comprende una carcasa 2 a modo de campana compuesta por material térmicamente conductor, preferiblemente acero inoxidable, obtenido mediante deformación 25 de chapa de metal, mediante operaciones de cizallamiento, estirado y prensado.

La carcasa 2 tiene una pared 3 circunferencial sustancialmente cilíndrica y una pared 4 de extremo. En zonas diametralmente opuestas de la pared 3 están formada, una vez más mediante operaciones de estirado y cizallamiento, un conector 5 de salida de condensado y un conector 6 de salida de humos, que se extienden radialmente con respecto al eje de la carcasa 2. 30

Tal como puede observarse, en particular en las figuras 6 y 7, la pared 4 de extremo tiene una zona 7 central, alrededor de la que se forma, mediante estirado, una depresión 8 anular, orientada hacia el exterior de la carcasa 2 y que tiene una profundidad que es variable progresivamente en una dirección circunferencial. En otras palabras, la zona de la pared 4 que constituye el fondo de la depresión 8 se desarrolla sustancialmente como una vuelta de una espiral, 35 que empieza y termina en una posición correspondiente a una pared inclinada corta, designada mediante 9 en las figuras 6, 7 y 8. En la pared 9, que forma una especie de “escalón” dentro de la depresión 8, están definidas tres aberturas circulares, designadas mediante 10 en las figuras 7 y 8, de diferente sección transversal. A partir de las figuras mencionadas anteriormente, puede observarse además cómo la pared 9 inclinada, que es sustancialmente plana, tiene diferentes alturas en sus dos 40 zonas de extremo longitudinales, y en particular una mayor altura en la dirección de la parte 7 de la pared 4 y una menor altura en la dirección de la parte periférica de la pared 4 (y en cualquier caso, tal como se desprenderá a continuación en el presente documento, una mayor altura en la abertura 10 para la tubería 25 y una menor altura en la abertura 10 para la tubería 27).

A partir de las figuras 6, 7 y 12 puede observarse cómo, en una zona de esquina entre las 45 paredes 3 y 4, en la parte de fondo del intercambiador 1 de calor, la carcasa 2 se estira de modo que presenta un rebaje 12, que se comunica directamente...

1. Intercambiador (1) de calor, en particular del tipo de condensación, que comprende una carcasa (2, 13, 28, 33), dentro de la que está presente al menos una parte de una trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) para el paso de un primer fluido, comprendiendo dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) una primera tubería arrollada en una espiral (25), estando 5 diseñada la carcasa (2) para recibir un segundo fluido que está en relación de intercambio de calor con el primer fluido, en el que dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) de paso comprende al menos una segunda tubería arrollada en una espiral (26, 27) que conecta, en paralelo a la primera tubería (25), una primera zona (15) y una segunda zona (36) de dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) de paso, y en el que: 10

− el diámetro de arrollamiento de las vueltas de la primera tubería (25) es menor que el diámetro de arrollamiento de las vueltas de la segunda tubería (26, 27);

− la espiral formada por la primera tubería (25) está ubicada dentro de la espiral formada por la segunda tubería (26, 27), estando fijadas las dos espirales a una distancia entre sí; y 15

− la sección de paso de la primera tubería (25, 26) es diferente de la sección de paso de la segunda tubería (26, 27),

caracterizado porque se proporcionan medios (40) espaciadores, operativos para mantener las vueltas de la tubería (25, 26, 27) respectiva a una distancia entre sí, estando compuestos los medios espaciadores por partes (40) localizadas de la tubería (25, 26, 27) respectiva, 20 teniendo la tubería en dichas partes (40) localizadas una sección transversal sustancialmente ovalada, siendo el eje mayor de dicha sección transversal ovalada sustancialmente paralelo al eje de la espiral respectiva.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) de paso comprende al menos una tercera tubería arrollada en una 25 espiral (27), conectando las tuberías (25, 26, 27) primera, segunda y tercera en paralelo dichas zonas (15, 36) primera y segunda de dicha trayectoria (15, 18, 25, 26, 27, 36, 38) de paso, en el que:

− el diámetro de arrollamiento de las vueltas de la segunda tubería (26) es menor que el diámetro de arrollamiento de las vueltas de la tercera tubería (27); 30

− la espiral formada por la segunda tubería (26) está ubicada dentro de la espiral formada por la tercera tubería (27), estando fijadas la segunda tubería y la tercera tubería a una distancia entre sí; y

− la sección de paso de la tercera tubería (27) es diferente de la sección de paso de al menos una entre las tuberías (25, 26) primera y segunda. 35

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque las espirales formadas por dichas tuberías (25, 26, 27):

− son sustancialmente coaxiales entre sí; y/o

− tienen una dimensión diferente en una dirección axial; y/o

− tienen un número diferente de vueltas; y/o 40

− tienen intersticios (40) entre las vueltas respectivas que son diferentes para cada tubería (25, 26, 27).

4. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque

− la sección de paso de la primera tubería (25) es mayor que la sección de paso de la segunda tubería (26, 27); y/o 45

− el número de vueltas de la primera tubería (25) es menor que el número de vueltas de la segunda tubería (26, 27); y/o

− los intersticios (40) entre las vueltas de la primera tubería (25) son mayores que los intersticios entre las vueltas de la segunda tubería (26); y/o

− la dimensión en una dirección axial de la primera tubería (25) es menor que la de la segunda tubería (26, 27).

5. Intercambiador de calor según las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque: 5

− la sección de paso de la segunda tubería (26) es mayor que la sección de paso de la tercera tubería (27); y/o

− el número de vueltas de la segunda tubería (26) es menor que el número de vueltas de la tercera tubería (27); y/o

− los intersticios entre las vueltas de la segunda tubería (26) son mayores que los 10 intersticios entre las vueltas de la tercera tubería (27); y/o

− la dimensión en una dirección axial de la segunda tubería (26) es menor que la de la tercera tubería (27).

6. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque al menos una de dichas zonas primera y segunda comprende el mismo espacio intermedio o 15 hueco (15, 36) definido en una pared lateral de la carcasa (2, 13, 28, 33).

7. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho hueco (15, 36) tiene una forma sustancialmente toroidal y tiene, en particular, una sección de paso que varía en una dirección circunferencial.

8. Intercambiador de calor según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho hueco (15, 36) 20 está formado por la unión sellada de un primer componente y un segundo componente (2, 13; 28, 33), teniendo al menos uno, una depresión (8; 30) respectiva.

9. Intercambiador de calor según la reivindicación 8, caracterizado porque los componentes (28, 33) primero y segundo tienen una forma sustancialmente circular y tienen aberturas (29, 34) centrales pasantes respectivas que son sustancialmente coaxiales entre sí, estando asociado 25 a al menos uno de dichos componentes (28, 33) un primer conector (38) para el paso del primer fluido.

10. Intercambiador de calor según la reivindicación 8, caracterizado porque el primer componente (2) está compuesto por una única pieza que define una pared (3) cilíndrica y una parte (4) de cierre lateral, estando formada en esta última una depresión (8) respectiva, 30 estando definida en dicha pared (3) cilíndrica una abertura para el paso (5, 6) del segundo fluido, cuyo eje se extiende radialmente con respecto al eje de dicha pared (3) cilíndrica.

11. Intercambiador de calor según la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo componente (13) va a fijarse en dicha parte (4) de cierre lateral y tiene en particular una forma predominantemente circular. 35

12. Intercambiador de calor según la reivindicación 10 o la reivindicación 11, caracterizado porque el segundo componente (13) tiene una parte (17) respectiva que se extiende sobre una zona localizada de la pared (3) cilíndrica del primer componente (2), estando formada en dicha zona un rebaje (12) respectivo del segundo componente (2), que está en comunicación con dicho hueco (15), estando asociada a dicha parte (17) del segundo componente (13) un 40 conector (18) respectivo para el paso del primer fluido.

13. Intercambiador de calor según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho hueco (15, 36) está al menos en parte delimitado por una parte de pared respectiva que se desarrolla en forma de una vuelta, que empieza y termina en una zona (9, 31) de conexión, en la que están formadas aberturas (10, 32) de conexión para los extremos (25', 26', 27'; 25”, 26”, 27”) de 45 dichas tuberías (25, 26, 27).

14. Intercambiador de calor según la reivindicación 13, caracterizado porque dicha parte de pared está inclinada con respecto a un plano ortogonal al eje de las espirales formadas por dichas tuberías (25, 26, 27).

15. Intercambiador de calor según la reivindicación 13, caracterizado porque dicha zona de conexión comprende una pared (9, 13) inclinada sustancialmente plana, que se encuentra en particular en un plano que es transversal con respecto al plano donde se encuentra la pared respectiva de la carcasa (4, 13; 28, 33), teniendo dicha pared (9, 13) inclinada diferentes alturas en zonas longitudinales opuestas, y en particular una mayor altura en la abertura (10) 5 de conexión para dicha primera tubería (25) y una menor altura en la abertura de conexión para dichas tuberías (26, 27) segunda y/o tercera.

16. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas tuberías (25, 26, 27) se cortan en los extremos (25', 26', 27'; 25”, 26”, 27”) respectivos con un corte inclinado y se sueldan en una posición correspondiente a las aberturas (10, 32) formadas en 10 una parte (9, 31) de pared de la carcasa (2, 13, 28, 29), que se extiende según un plano que tiene una inclinación sustancialmente similar a la de dicho corte inclinado.

17. Intercambiador de calor según la reivindicación 16, caracterizado porque dicha parte (9, 31) de pared está preformada de modo que dichas aberturas (10, 32) presentan rebordes periféricos respectivos de una geometría adecuada, en particular con el fin de evitar el uso de 15 material de soldadura añadido.

18. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha distancia a la que las vueltas de una de dichas tuberías (25, 26, 27) se mantienen entre sí mediante dichos medios (40) espaciadores es constante a lo largo del desarrollo de la tubería (25, 26, 27).

19. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios (40) 20 espaciadores se disponen a aproximadamente 60º entre sí a lo largo del desarrollo de una vuelta de la tubería (25, 26, 27) respectiva.

20. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas tuberías (25, 26, 27) son de una sección transversal redondeada y se obtienen partiendo de un tubo con una sección transversal inicialmente circular. 25

21. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dentro de dicha carcasa (2, 13, 28, 33) está situado un quemador (42), de modo que esté rodeado por dicha primera tubería (25).