Método para hacer un tubo múltiple de un intercambiador de calor en espiral.

Un método de fabricación de un intercambiador de calor de tubos múltiples que comprende las etapas de:

a) enrollar un primer tubo intercambiador de calor (18) alrededor de un eje (X) para formar un primer bucle(22);

b) enrollar un segundo tubo intercambiador de calor (34) alrededor del eje para formar un segundo bucle (38);

c) entrecruzar el primer tubo intercambiador de calor (18) con el segundo tubo intercambiador de calor (34) detal manera que el primer bucle (22) sea vecino del segundo bucle (38) a lo largo del eje (X);

en el que el primer tubo intercambiador de calor (18) tiene una primera porción rotativamente libre (26) y una primeraporción fija (30) y el segundo tubo intercambiador de calor (34) tiene una segunda porción rotativamente libre (42) yuna segunda porción fija ( 46), siendo libres la primera porción rotativamente libre (26) y la segunda porciónrotativamente libre (42) para enrollarse alrededor del eje (X) y estando fijadas la primera porción fija (30) y lasegunda porción fija (46) contra el enrollamiento alrededor del eje (A);

en el que la primera porción rotativamente libre (26) y la segunda porción rotativamente libre (42) están fijadas a undispositivo (50);

el dispositivo (50) se hace girar para entrecruzar el primer tubo intercambiador de calor (18) con el segundo tubointercambiador de calor (34);

la primera porción fija (30) y la segunda porción fija (46) son recibidas en orificios (98) de una guía (54),caracterizado porque la citada guía (54) es móvil a lo largo del eje (X) y los citados orificios (98) está biselado porlo que los citados tubos intercambiadores de calor primero y segundo (18, 34) pueden ser alimentados con unángulo (Β) al citado eje (X).

Método para hacer un tubo múltiple de un intercambiador de calor en espiral

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método de fabricación de un intercambiador de calor.

Un intercambiador de calor se utiliza comúnmente para aplicaciones de refrigeración, enfriamiento, y calentamiento. Para estas aplicaciones, el intercambiador de calor transfiere calor desde un fluido a otro fluido sin que los fluidos se mezclen uno con el otro. El fluido puede ser un gas o un líquido. Para ciertas aplicaciones de alta presión que implican gas de C02, los fabricantes han utilizado un diseño de tubo en tubo para el intercambiador de calor. Esencialmente, el intercambiador de calor es un tubo que contiene un fluido rodeado por otro tubo más grande que contiene el otro fluido. Por ejemplo, el gas COx puede circular dentro del tubo interior mientras que el agua puede circular en el tubo circundante. El calor se intercambia a través de la superficie del tubo interior.

Para una aplicación de alta presión, los diámetros de los tubos se tienen que mantener pequeños (menos de 9, 52 mm (3/8 de pulgada) ) para que tengan un grosor de pared razonable. Para sistemas de gran capacidad, estos tubos son problemáticos puesto que el intercambiador de calor requiere un gran número de circuitos en paralelo. Como consecuencia, la longitud del intercambiador de calor puede ser muy larga.

Además, el agua que se utiliza en el intercambiador de calor se puede usar posteriormente para el consumo o para un proceso sanitario. Es fundamental que el agua no se contamine durante el proceso de intercambio de calor. El diseño convencional de tubo en tubo presenta un riesgo de contaminación del agua debido a que el tubo para un fluido, por ejemplo para el agua, rodea el tubo del otro fluido de intercambio de calor. Como consecuencia, la rotura del tubo interior dentro del tubo más grande podría producir la contaminación del agua en el tubo más grande.

Una solución propuesta canaliza un fluido de intercambio de calor en un tubo que se enrolla alrededor de un tubo recto que tiene el otro fluido. Sin embargo, debido a las diferentes geometrías de los tubos, los dos tubos pueden tener áreas limitadas de contacto físico de uno con el otro. Por consiguiente, el intercambio de calor no es muy eficiente.

La fabricación de este intercambiador de calor único también presenta un reto. Específicamente, en el pasado, los fabricantes han producido un tubo helicoidal enrollando un único tubo alrededor de un dispositivo. En algunos casos, los fabricantes también han enrollado un único tubo sobre sí mismo para crear múltiples capas de tubería enrollada en un esfuerzo para aumentar el área de superficie por longitud lineal del intercambiador de calor. Sin embargo, las técnicas anteriores no logran enrollar más de un tubo de intercambio de calor en una espiral helicoidal apretada, como sería lo más adecuado para la transferencia de calor óptima.

Existe, por lo tanto, la necesidad de un intercambiador de calor y un método de fabricación del intercambiador de calor que evite las deficiencias anteriores y mejore la eficiencia de intercambio de calor.

Un método de fabricación de un intercambiador de calor y que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1 se describe en el documento US – A - 4451960.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un método de fabricación de un intercambiador de calor de tubos múltiples como se establece en la reivindicación 1. A diferencia de las técnicas actuales de fabricación, la técnica de la invención enrolla un primer tubo intercambiador de calor con al menos un segundo tubo intercambiador de calor alrededor de un eje común. Tanto el primer tubo intercambiador de calor como el segundo tubo intercambiador de calor tienen porciones libres móviles que se enrollan alrededor del eje común de rotación en una forma de espiral mientras que las otras porciones de los tubos intercambiadores de calor están fijadas contra la rotación. De esta manera, los tubos múltiples pueden ser enrollados juntos y entrecruzados entre las porciones rotativamente libres y las porciones fijas del tubo. Como consecuencia, la técnica de la invención permite la creación de una espiral helicoidal apretada que tiene el primer tubo intercambiador de calor entrecruzado con el segundo tubo intercambiador de calor.

Una guía impide que las porciones fijas del tubo se enrollen alrededor del eje de rotación. La guía se puede mover a lo largo del eje para alterar la posición de las porciones fijas de los tubos. De esta manera, las secciones de los tubos pueden ser entrecruzadas y a continuación la guía se aleja de la sección entrecruzada de los tubos para permitir que otras secciones de los tubos se entrecrucen. Esta guía permite que los tubos se puedan enrollar uniformemente juntos. Otra guía también puede ser usada para mantener las porciones fijas de los tubos en su posición.

Los tubos pueden estar enrollados alrededor de una barra que se extiende a lo largo del eje de rotación. Esta barra puede definir el diámetro de los enrollamientos helicoidales. Además, la barra puede tener un patrón en espiral para asegurar que los tubos estén enrollados en forma helicoidal. La barra puede ser retirada posteriormente y reemplazada por un tercer dispositivo de intercambio de calor para crear una capa adicional para el intercambio de calor.

Un intercambiador de calor fabricado por el método de la invención comprende al menos un primer tubo conductor térmico y un segundo tubo conductor térmico. Cada tubo puede conducir un fluido para su uso en un proceso de intercambio de calor. En contraste con otros diseños, el diseño de la invención entrecruza el primer tubo con el segundo tubo de manera que el bucle de un tubo es vecino del bucle del otro. De esta manera, el intercambiador de calor aumenta considerablemente la cantidad de área superficial para el intercambio de calor por unidad de longitud lineal de tubo, de manera que se puede conseguir un diseño más compacto. Además, la extensión en espiral de los tubos juntos induce turbulencia en el fluido dentro de los tubos para mejorar la transferencia de calor. La extensión en espiral de los tubos juntos también asegura el contacto físico cercano entre los tubos para mejorar el intercambio de calor. Diferentes fluidos pueden pasar a través de cada uno de los tubos y se pueden extender juntos para el intercambio de calor. Debido a que cada fluido está contenido dentro de su propio tubo, los fluidos no se entremezclan durante el intercambio de calor. Los fluidos dentro de cada uno de estos tubos están protegidos además contra la contaminación cruzada debido a que los tubos no comparten una pared común sino que, de hecho, cada uno tiene su propia pared. En el caso de rotura de una de las paredes, se puede fugar fluido pero no se mezcla con el fluido en el otro tubo.

Los bucles de los tubos primero y segundo se pueden enrollar alrededor del mismo eje y se pueden enrollar, además, a lo largo de un ángulo generalmente común en relación con este eje. Múltiples tubos pueden estar entrecruzados de esta manera. Los tubos en espiral también pueden ser encerrados dentro de una carcasa. La carcasa puede ser otro tubo que tiene una entrada de fluido y una salida de fluido para un tercer fluido.

Además, los tubos pueden ser enrollados de tal manera que creen un volumen dentro de los enrollamientos de los tubos. Otro dispositivo de intercambio de calor se puede colocar dentro de este volumen para incrementar el intercambio de calor. Este dispositivo adicional de intercambio de calor se puede extender en espiral en una dirección opuesta a la espiral de los bucles para mejorar aún más el intercambio de calor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las diversas características y ventajas de la presente invención serán evidentes a los expertos en la técnica a partir de la descripción detallada que sigue de la realización actualmente preferida. Los dibujos que acompañan la descripción detallada se pueden describir brevemente como sigue:

La figura 1 ilustra una vista lateral en sección transversal de un intercambiador de calor de tubos múltiples fabricado por el método de la invención.

La figura 2 ilustra el enrollamiento inicial de un tubo con relación al otro tubo.

La figura 3 ilustra el enrollamiento de los tubos múltiples para formar los bucles vecinos del intercambiador de calor de tubos múltiples.

La figura 4 ilustra el equipo utilizado para construir el intercambiador de calor de tubos múltiples en espiral.

La figura 5A muestra una vista frontal de un dispositivo usado para enrollar los tubos múltiples.

La figura 5B muestra una... [Seguir leyendo]

1. Un método de fabricación de un intercambiador de calor de tubos múltiples que comprende las etapas de:

a) enrollar un primer tubo intercambiador de calor (18) alrededor de un eje (X) para formar un primer bucle (22) ; b) enrollar un segundo tubo intercambiador de calor (34) alrededor del eje para formar un segundo bucle (38) ; c) entrecruzar el primer tubo intercambiador de calor (18) con el segundo tubo intercambiador de calor (34) de tal manera que el primer bucle (22) sea vecino del segundo bucle (38) a lo largo del eje (X) ;

en el que el primer tubo intercambiador de calor (18) tiene una primera porción rotativamente libre (26) y una primera porción fija (30) y el segundo tubo intercambiador de calor (34) tiene una segunda porción rotativamente libre (42) y una segunda porción fija ( 46) , siendo libres la primera porción rotativamente libre (26) y la segunda porción rotativamente libre (42) para enrollarse alrededor del eje (X) y estando fijadas la primera porción fija (30) y la segunda porción fija (46) contra el enrollamiento alrededor del eje (A) ; en el que la primera porción rotativamente libre (26) y la segunda porción rotativamente libre (42) están fijadas a un dispositivo (50) ; el dispositivo (50) se hace girar para entrecruzar el primer tubo intercambiador de calor (18) con el segundo tubo intercambiador de calor (34) ; la primera porción fija (30) y la segunda porción fija (46) son recibidas en orificios (98) de una guía (54) , caracterizado porque la citada guía (54) es móvil a lo largo del eje (X) y los citados orificios (98) está biselado por lo que los citados tubos intercambiadores de calor primero y segundo (18, 34) pueden ser alimentados con un ángulo (º) al citado eje (X) .

2. El método de fabricación del intercambiador de calor de tubos múltiples de la reivindicación 1 que incluye la etapa de:

enrollar el primer tubo intercambiador de calor (18) y el segundo tubo intercambiador de calor (34) a lo largo de una guía axial (66) que se extiende a lo largo del eje (X) .

3. El método de fabricación del intercambiador de calor de tubos múltiples de la reivindicación 2, que incluye la etapa de:

retirar la guía axial (66) y sustituir la guía axial (66) por un tercer tubo intercambiador de calor (56) .

4. El método de fabricación del intercambiador de calor de tubos múltiples de la reivindicación 3, en el que el citado tercer tubo intercambiador de calor (96) se extiende en espiral en una dirección opuesta a la espiral de los bucles primero y segundo (22, 38) .

5. El método de fabricación del intercambiador de calor de tubos múltiples de la reivindicación 2, que incluye la etapa de:

retirar la guía axial (66) y reemplazar la guía axial (66) por un cilindro simple que conduce otro fluido.

6. El método de fabricación del intercambiador de calor de tubos múltiples de la reivindicación 2, en el que la guía axial (66) tiene un patrón en espiral con el que el primer bucle (22) del primer tubo intercambiador de calor (18) y el segundo bucle (38) del segundo tubo intercambiador de calor (34) están enrollados.

7. El método de fabricación del intercambiador de calor de tubos múltiples de la reivindicación 1, en el que los bucles primero y segundo (22, 38) están enrollados para formar un volumen interno (222) y en el que un dispositivo térmicamente conductor (226) está espaciado dentro del volumen (222) , comprendiendo el dispositivo térmicamente conductor (226) una pieza de metal tal como cobre, que tiene una espiral (230) en la dirección opuesta a la espiral de los bucles primero y segundo (22, 38) .