Elemento de transferencia de calor para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio.

Elemento de transferencia de calor para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio que presenta un alto rendimiento y un bajo mantenimiento,

que comprende:

muescas (150) que se extienden paralelas entre sí y configuradas para formar conductos (170) entre los elementos de transferencia de calor adyacentes (100), incluyendo cada una de las muescas lóbulos (151) que sobresalen hacia fuera desde lados opuestos del elemento de transferencia de calor (100) y que tienen una altura de pico a pico Hn;

primeras ondulaciones (165) que se extienden paralelas entre sí entre las muescas (150), incluyendo cada una de las primeras ondulaciones lóbulos que sobresalen hacia fuera desde los lados opuestos del elemento de transferencia de calor que tienen una altura de pico a pico Hu1 y caracterizado por que el elemento de transferencia de calor comprende además segundas ondulaciones (185) que se extienden paralelas entre sí entre las muescas (150), incluyendo cada una de las segundas ondulaciones lóbulos que sobresalen hacia fuera desde los lados opuestos del elemento de transferencia de calor que tienen una altura de pico a pico/pico a pico Hu2, siendo Hu2 menor que Hu1.

Elemento de transferencia de calor para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio La presente invención se refiere a elementos de transferencia de calor del tipo que se encuentran en intercambiadores de calor regenerativos rotatorios.

Los intercambiadores de calor regenerativos rotatorios se usan normalmente para transferir calor de gases de combustión que salen de un horno al aire de combustión entrante. Los intercambiadores de calor regenerativos rotatorios convencionales, tales como el que se muestra con el número 1 en la figura 1, tienen un rotor 12 montado en una carcasa 14. La carcasa 14 define un conducto de entrada de gas de combustión 20 y un conducto de salida de gas de combustión 22 para la circulación de gases de combustión calientes 36 a través del intercambiador de calor 1. La carcasa 14 define además un conducto de entrada de aire 24 y un conducto de salida de aire 26 para la circulación de aire de combustión 38 a través del intercambiador de calor 1. El rotor 12 tiene separaciones radiales 16 o diafragmas que definen unos compartimentos 17 entre medias para soportar unas cestas (estructuras) 40 de elementos de transferencia de calor. El intercambiador de calor regenerativo rotatorio 1 se divide en un sector de aire y un sector de gas de combustión mediante placas de sector 28, que se extienden a través de la carcasa 14 adyacentes a las caras superiores e inferiores del rotor 12. Del documento US 6.019.160 se conocen elementos de transferencia de calor de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 a 9.

La figura 2 representa una vista en alzado extrema de un ejemplo de una cesta de elementos 40 que incluye unos cuantos elementos 10 apilados en la misma. Aunque se muestran sólo unos cuantos elementos 10, se apreciará que la cesta 40 normalmente se llena de elementos 10. Como puede verse en la figura 2, los elementos 10 están estrechamente apilados, separados entre sí, dentro de la cesta de elementos 40 para formar conductos 70 entre los elementos 10 para el flujo de aire o de gas de combustión.

Con referencia a las figuras 1 y 2, la corriente de gas de combustión caliente 36 es dirigida a través del sector de gas del intercambiador de calor 1 y transfiere calor a los elementos 10 que están en el rotor que gira de manera continua 12. Los elementos 10 son girados después alrededor del eje 18 hacia el sector de aire del intercambiador de calor 1, donde la corriente de aire de combustión 38 es dirigida sobre los elementos 10 y es calentada de este modo. En otras formas de intercambiadores de calor regenerativos rotatorios, los elementos 10 son fijos y la partes de entrada y salida de aire y gas de la carcasa 14 giran.

La figura 3 muestra partes de elementos convencionales 10 en relación apilada, y la figura 4 muestra una sección transversal de uno de los elementos convencionales 10. Típicamente, los elementos 10 son hojas de acero que han sido conformadas para incluir una o más muescas 50 y ondulaciones 65.

Las muescas 50, que se extienden hacia fuera desde el elemento 10 generalmente a intervalos igualmente separados, mantienen una separación entre elementos adyacentes 10 cuando los elementos 10 están apilados como se muestra en la figura 3, y así forman lados de los conductos 70 para el aire o el gas de combustión entre los elementos 10. Típicamente, las muescas 50 se extienden en un ángulo predeterminado (por ejemplo, 90 grados) con respecto al flujo de fluido a través del rotor (número 12 de la figura 1) .

Además de las muescas 50, el elemento 10 es típicamente corrugado para proporcionar una serie de ondulaciones (corrugaciones) 65 que se extienden entre muescas adyacentes 50 formando un ángulo agudo Au con respecto al flujo de fluido de intercambio de calor, indicado con la flecha marcada con la letra "A" en la figura 3. Las ondulaciones 65 tienen una altura Hu y actúan para aumentar la turbulencia en el aire o en el gas de combustión que fluye a través de los conductos 70 y de este modo interrumpen la capa límite térmica que existiría de otro modo en esa parte del medio fluido (ya sea aire o gas de combustión) adyacente a la superficie del elemento 10. La existencia de una capa límite de fluido ininterrumpida tiende a impedir la transferencia de calor entre el fluido y el elemento 10. Las ondulaciones 65 en elementos adyacentes 10 se extienden oblicuamente a la línea de flujo. De esta manera, las ondulaciones 65 mejoran la transferencia de calor entre el elemento 10 y el medio fluido. Además, los elementos 10 pueden incluir partes planas (no mostradas) , que son paralelas a y están en pleno contacto con las muescas 50 de elementos adyacentes 10. Para ejemplos de otros elementos de transferencia de calor 10, se hace referencia a las patentes US 2.596.642, 2.940.736, 4.396.058, 4.744.410, 4.553.458 y 5.836.379.

Aunque tales elementos muestran relaciones de transferencia de calor favorables, los resultados pueden variar ampliamente dependiendo del diseño específico y de la relación dimensional entre las muescas y las ondulaciones. Por ejemplo, aunque las ondulaciones proporcionan un grado mejorado de transferencia de calor, éstas también aumentan la pérdida de presión a través del intercambiador de calor (número 1 de la figura 1) . Idealmente, las ondulaciones en los elementos van a inducir un grado relativamente alto de flujo turbulento en esa parte del medio fluido adyacente a los elementos, mientras que las muescas se van a dimensionar de manera que el medio fluido que no es adyacente a los elementos (es decir, el fluido que está cerca del centro de los conductos) va a experimentar un menor grado de turbulencia, y por tanto mucha menos resistencia para circular. Sin embargo, alcanzar el nivel óptimo de turbulencia de las ondulaciones puede ser difícil de lograr ya que tanto la transferencia de calor como la pérdida de presión tienden a ser proporcionales al grado de turbulencia que se produce por las ondulaciones. Un diseño de ondulación que aumenta la transferencia de calor también tiende a aumentar la pérdida de presión y, a la inversa, una forma que reduce la pérdida de presión tiende a reducir también la transferencia de calor.

El diseño de los elementos también debe presentar una configuración de superficie que sea fácil de limpiar. Para limpiar los elementos, ha sido habitual proporcionar sopladores de hollín que proporcionan un chorro de aire o vapor a alta presión a través de los conductos que hay entre los elementos apilados para desalojar cualesquiera depósitos de partículas de la superficie de los mismos y arrastrarlos dejando una superficie relativamente limpia. Para facilitar el soplado de hollín, es ventajoso que los elementos tengan una forma tal que cuando se apilen en una cesta, los conductos estén suficientemente abiertos para proporcionar una línea de visión entre los elementos, lo que permite que el chorro soplador de hollín penetre entre las hojas para la limpieza. Algunos elementos no proporcionan un canal abierto para llevar a cabo lo mencionado, y aunque tienen buenas características de transferencia de calor y de pérdida de presión, no se limpian muy bien con sopladores de hollín convencionales. Tales canales abiertos también permiten el funcionamiento de un sensor para medir la cantidad de radiación infrarroja que sale del elemento. Se pueden usar sensores de radiación infrarroja para detectar la presencia de un "punto caliente", que se reconoce generalmente como un antecedente de un incendio en la cesta (número 40 de la figura 2) . Tales sensores, comúnmente conocidos como detectores de "punto caliente", son útiles en la prevención de la aparición y el aumento de incendios. Los elementos que no tienen un canal abierto evitan que la radiación infrarroja salga del elemento y sea detectada por el detector de punto caliente.

Por lo tanto, existe la necesidad de un elemento de transferencia térmica de intercambio de calor regenerativo rotatorio que proporcione una pérdida de presión disminuida para una cantidad dada de transferencia de calor y que sea fácil de limpiar mediante un soplador de hollín y compatible con un detector de punto caliente.

Resumen de la invención La presente invención puede materializarse como un elemento de transferencia de calor [100] para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio [1], de acuerdo con la reivindicación 1.

Se puede también materializar como un elemento de transferencia de calor [100] para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio [1], de acuerdo con la reivindicación 9.

La presente invención también puede materializarse como una cesta [40] para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio [1], de acuerdo con la reivindicación 15.

Breve descripción de los dibujos El propósito de la... [Seguir leyendo]

1. Elemento de transferencia de calor para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio que presenta un alto rendimiento y un bajo mantenimiento, que comprende:

muescas (150) que se extienden paralelas entre sí y configuradas para formar conductos (170) entre los elementos de transferencia de calor adyacentes (100) , incluyendo cada una de las muescas lóbulos (151) que sobresalen hacia fuera desde lados opuestos del elemento de transferencia de calor (100) y que tienen una altura de pico a pico Hn;

primeras ondulaciones (165) que se extienden paralelas entre sí entre las muescas (150) , incluyendo cada una de las primeras ondulaciones lóbulos que sobresalen hacia fuera desde los lados opuestos del elemento de transferencia de calor que tienen una altura de pico a pico Hu1 y caracterizado por que el elemento de transferencia de calor comprende además segundas ondulaciones (185) que se extienden paralelas entre sí entre las muescas (150) , incluyendo cada una de las segundas ondulaciones lóbulos que sobresalen hacia fuera desde los lados opuestos del elemento de transferencia de calor que tienen una altura de pico a pico/pico a pico Hu2, siendo Hu2 menor que Hu1.

2. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que Hu1 es menor que Hn.

3. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación Hu2/Hu1 es mayor que 0, 2 y menor que 0, 8

4. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la relación Hu2/Hn es mayor que aproximadamente 0, 06 y menor que aproximadamente 0, 72,

5. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la relación Hu1/Hn es mayor que aproximadamente 0, 30 y menor que aproximadamente 0, 9.

6. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las primeras ondulaciones tienen una anchura Wu1, las segundas ondulaciones tienen una anchura Wu2, y Wu1 no es igual a Wu2.

7. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 6, en el que Wu2/Wu1 es mayor que aproximadamente 0, 2 y menor que aproximadamente 1, 2.

8. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el elemento de transferencia de calor comprende además una zona plana dispuesta entre las muescas y que se extiende paralela a las mismas.

9. Elemento de transferencia de calor para un intercambiador de calor regenerativo rotatorio que presenta un alto rendimiento y un bajo mantenimiento, que comprende:

muescas (150) que se extienden paralelas entre sí y configuradas para formar conductos (170) entre los elementos de transferencia de calor adyacentes (100) , incluyendo cada una de las muescas lóbulos (151) que sobresalen hacia fuera desde lados opuestos del elemento de transferencia de calor;

primeras ondulaciones (165) dispuestas entre las muescas, extendiéndose las primeras ondulaciones paralelas entre sí y teniendo una anchura Wu1; caracterizado por que el elemento de transferencia de calor comprende además segundas ondulaciones (185) dispuestas entre las muescas, extendiéndose las segundas ondulaciones paralelas entre sí y teniendo una anchura Wu2, en el que Wu1 no es igual a Wu2.

10. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las primeras ondulaciones tienen una altura Hu1, las segundas ondulaciones tienen una altura Hu2, y Hu1 no es igual a Hu2.

11. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que Hu1 es menor que Hn.

12. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con reivindicación 1, en el que la relación Hu2/Hu1 es mayor que 0, 2 y menor que 0, 8

13. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la relación Hu2/Hn es mayor que aproximadamente 0, 06 y menor que aproximadamente 0, 72,

14. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la relación Hu1/Hn es mayor que aproximadamente 0, 30 y menor que aproximadamente 0, 9.

15. Cesta para intercambiador de calor regenerativo rotatorio que presenta un alto rendimiento y un bajo mantenimiento, que comprende:

una pluralidad de elementos de transferencia de calor apilados, separados entre sí, proporcionándose de ese modo una pluralidad de conductos entre los elementos de transferencia de calor adyacentes para hacer circular un fluido de intercambio de calor entre los mismos, estando conformado cada uno de los elementos de transferencia de calor según 6 la reivindicación 1 y en el que Hu2 es menor que Hn.

16. Cesta para intercambiador de calor regenerativo rotatorio de acuerdo con la reivindicación 15, en la que la relación Hu2/Hu1 es mayor que aproximadamente 0, 20 y menor que aproximadamente 0, 80.

17. Cesta para intercambiador de calor regenerativo rotatorio de acuerdo con la reivindicación 16, en la que la relación Hu1/Hn es mayor que aproximadamente 0, 3 y menor que aproximadamente 0, 9

18. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 15, en el que las primeras ondulaciones tienen 12 una anchura Wu1, las segundas ondulaciones tienen una anchura Wu2, y Wu1 no es igual a Wu2.

19. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 18, en el que Wu2/Wu1 es mayor que aproximadamente 0, 2 y menor que aproximadamente 1, 2.

20. Elemento de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el elemento de transferencia de calor comprende además una zona plana dispuesta entre las muescas y que se extiende paralela a las mismas.

Figura 1

ESTADO DE LA TÉCNICA

Figura 4

ESTADO DE LA TÉCNICA

Figura 5

Figura 6