Intercambiador de calor de hélices dobles.

Intercambiador de calor de hélices dobles.

La invención parte de la estructura de un intercambiador de calor,

del tipo de los que se constituyen a partir de una carcasa por cuyo interior circula un fluido, para intercambiar calor con el fluido que circula a su vez por uno o más tubos helicoidales dispuestos en el interior de tal carcasa, siendo los flujos paralelos y en el mismo sentido o a contracorriente, centrándose la invención en el hecho de que los tubos helicoidales previstos en el interior de la carcasa del intercambiador van montados por parejas de giro contrario para cada tubo que participa en dicha pareja, estableciéndose una intersección de las dos hélices a derecha e izquierda que describen los tubos de cada pareja, en orden a generar una turbulencia en la circulación del flujo que circula por el interior de la carcasa respecto de los tubos por los que circula el otro fluido.

Intercambiador de calor de hélices dobles.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, del tipo de los que están constituidos por una carcasa tubular por la que circula un fluido y en cuyo interior de esa carcasa se establecen una serie de conductos o tubos helicoidales por los que circula un segundo fluido, encargado de intercambiar calor con el primer fluido.

El objeto de la invención es proporcionar un nuevo concepto de estructuración para los tubos helicoidales dispuestos en el interior de la carcasa del intercambiador de calor, en orden a conseguir una mayor eficacia, o lo que es lo mismo una óptima transferencia de calor entre los fluidos que circulan en el interior de la carcasa y por el interior de los tubos helicoidales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es sabido, un intercambiador de calor es un aparato en el que existe una transferencia de calor entre dos fluidos en movimiento (líquidos o gaseosos) que están separados por algún material sólido (metal, cerámica, plástico, etc) que permite el paso de calor del fluido caliente al fluido frío sin que ambos fluidos se mezclen.

Uno de los tipos de intercambiadores de calor basado en las características anteriormente referidas, es aquel que se conoce como de "carcasa y tubo", siendo este el mas común en las aplicaciones industriales, de manera que en este tipo de intercambiador pueden distinguirse a su vez dos versiones, aquellas en las que el flujo de fluido a través de los tubos helicoidales y a través de la carcasa, presentan el mismo sentido, es decir son flujos paralelos en el sentido de circulación, mientras que el otro tipo es el que los fluidos circulan a contra flujo, es decir en un sentido en la carcasa y en sentido contrario en los tubos helicoidales del interior.

Pues bien, en ambas situaciones lo que se pretende es que el fluido externo, es decir el que circula por el interior de la carcasa, haga un contacto intimo con los tubos, de manera que para provocar ese contacto intimo a veces se utilizan deflectores que desvían al fluido externo, es decir el que circula por la carcasa, para entrar en contacto turbulento con la superficie de los tubos helicoidales por los que circula el otro fluido, eliminándose con esto la capa limite adherida externamente al tubo, que es la inhibidora de la transmisión de calor.

Sin embargo, cuando los tubos son helicoidales no se utilizan deflectores, puesto que el fluido externo se ve obligado a cambiar permanentemente de dirección y en forma rotatoria, siguiendo la hélice del tubo interno, de modo que el fluido tiende a rodear al tubo helicoidal sin romper la capa limite de fluido que esta ligado a la parte externa del mismo, con la consecuente disminución de trasferencia de calor.

Estos intercambiadores de carcasa con tubos helicoidales, habitualmente se configuran en un racimo de un número determinado de tubos, todos ellos girando a derechas o a izquierdas, de modo que el fluido externo tiende a girar en un sentido o en otro, tendiendo a moverse en la cercanía de la superficie tubular, en régimen laminar y lógicamente sin la total eliminación de la capa limite que sigue limitando la transferencia de calor entre ambos fluidos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El intercambiador de calor que se preconiza, basándose en el tipo denominado de carcasa y tubos, y estos de configuración helicoidal, presenta la particularidad de que los tubos helicoidales van montados por parejas con las hélices cambiadas en uno y otro de cada pareja, es decir una hélice a derechas y otra a izquierdas por cada pareja de tubos que incluya en el interior de la carcasa del intercambiador, siendo por tanto el número total de tubos helicoidales o serpentines par, de manera que con cada pareja se da una intersección de dos hélices a derechas y a izquierda, que pueden estar o no soldadas entre sí.

De esta manera, el fluido que circula por la carcasa, es decir el externo, se encontrará, cada media vuelta de hélice, con un ramal que gira en la otra dirección, provocando una desviación del flujo y la consecuente turbulencia que lleva consigo la eliminación de la capa limite y aumentando los coeficientes de transferencia de calor entre ambos fluidos.

El número de parejas (derecha-izquierda) ideales serán aquellas que generen una distribución cilíndrica que se acopla a la carcasa cilíndrica, pudiendo tener el intercambiador una pareja de tubos helicoidales, tres parejas, siete parejas, trece parejas, diecinueve parejas, etc aunque también podrían colocarse las parejas (derecha-izquierda) en otras distribuciones en la que la carcasa no tenga forma cilíndrica, como configuraciones cuadradas, rectangulares, o cualquier otra configuración apropiada.

Otra característica, es que cada pareja de tubos helicoidales puede presentar o realizarse en sentido lineal sin retorno, es decir con una entrada y una salida en los dos tubos, o bien con retorno del fluido, entrando por un extremo y saliendo por el extremo opuesto de otro tubo de la pareja.

En definitiva, se trata de una nueva concepción de la disposición de los tubos helicoidales pertenecientes a un intercambiador de calor del tipo "carcasa y tubos", que proporciona o produce una hiper-turbulencia en el fluido que circula por el interior de la carcasa, eliminando la capa límite de la superficie externa del serpentín que constituye el tubo helicoidal correspondiente, favoreciendo la normal transferencia de calor entre ambos fluidos.

En consecuencia, se produce un aumento de los coeficientes de transferencia de calor respecto a los intercambiadores usados hasta ahora.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva longitudinal de dos tubos helicoidales formando una pareja (derecha-izquierda) para la circulación de un fluido en el interior de una carcasa de un intercambiador de calor por la que circulará, exteriormente a esos tubos otro fluido.

La figura 2.- Muestra una vista longitudinal de dos tubos formando una pareja acoplados entre si, viéndose el sentido de circulación del fluido en el interior de cada tubo, a través de las flechas representadas en la zona derecha de la pareja de tubos helicoidales referidos.

La figura 3.- Muestra una vista esquemática, según un alzado, de un intercambiador de calor con tres parejas de tubos helicoidales, realizado de acuerdo con el objeto de la invención, viéndose la circulación del fluido en el interior de esos tubos, en sentido contrario, es decir a contracorriente, respecto del sentido de circulación del fluido en el interior de la carcasa cilindrica del intercambiador.

La figura 4 - Muestra una vista como la de la figura 2 pero con retorno del fluido a través de los dos tubos que forman la pareja según el objeto de la invención.

La figura 5.- Muestra una vista en planta de un intercambiador en el que participan tres parejas de tubos helicoidales.

La figura 6.-Muestra, finalmente, una variante de realización según una vista en perfil, en la que, el intercambiador incluye en sus extremos unas cámaras de distribución del fluido, mediante las que se consigue una mejor uniformidad del flujo entrante/saliente

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Como se puede ver en las figuras referidas, el intercambiador de calor objeto de la invención, como es convencional, incluye una carcasa cilindrica (1) por la que circula un fluido, según las flechas indicadas en la figura 3, y en el interior de esa carcasa (1) parejas de conductos helicoidales (2) por las que circula un fluido caloportador, con objeto de que exista una transferencia de calor entre los fluidos de las parejas de tubos helicoidales (2) y el fluido que circula por el interior de la carcasa (1), viéndose en el caso representado como la circulación del fluido a través de las parejas de tubos helicoidales (2), es a contracorriente respecto de la que se establece en el interior de la carcasa (1).

En cualquier caso, y según el objeto de la invención, cada pareja de tubos helicoidales (2), incluye dos tubos (2) y (2") con la hélice en un caso a derechas y en otro caso a izquierdas, según se indica por las flechas representadas en la figura 1, de manera que el número de parejas de tubos (2) que incluirá el cuerpo cilindrico (1) o carcasa del intercambiador, podrá ser de 1, 3, 7, 13,

1a.- Intercambiador de calor, que siendo del tipo de los que se constituyen a partir de una carcasa por cuyo interior circula un fluido, para intercambiar calor con el fluido que circula a su vez por uno o mas tubos helicoidales dispuestos en el interior de tal carcasa, siendo los flujos paralelos y en el mismo sentido o a contracorriente, se caracteriza porque los tubos helicoidales previstos en el interior de la carcasa del intercambiador van montados por parejas de giro contrario para cada tubo que participa en dicha pareja, estableciéndose una intersección de las dos hélices a derecha e izquierda que describen los tubos de cada pareja, en orden a generar una turbulencia en la circulación del flujo que circula por el interior de la carcasa respecto de los tubos por los que circula el otro fluido.

2a.- Intercambiador de calor, según reivindicación 1, caracterizado porque los tubos de cada pareja son susceptibles de estar unidos exteriormente entre si mediante soldadura.

3a.- Intercambiador de calor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los dos tubos helicoidales de cada pareja concurren en una entrada común y en una salida también común opuesta al extremo de entrada.

4a.- Intercambiador de calor, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los tubos helicoidales de cada pareja van montados según un sentido lineal sin retorno del flujo que circula por los mismos.

5°.- Intercambiador de calor, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los tubos helicoidales de cada pareja presentan una disposición en sentido lineal con retorno del fluido.

6a.- Intercambiador de calor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sentido de circulación del fluido por el interior de las parejas de tubos, es a contracorriente de la circulante por el interior de la carcasa.

7a.- Intercambiador de calor, según reivindicación 1 a 4, caracterizado porque el sentido del flujo circulante las parejas de tubos en el interior de las carcasas, es el mismo que el sentido del flujo que circula por el interior de la carcasa.

8a.- Intercambiador de calor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de parejas de tubos helicoidales en el interior de la carcasa es variable.

9a.- Intercambiador de calor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en correspondencia con los extremos de la carcasa se definen sendas cámaras en las que participa una pared interior, dotada de una pluralidad de orificios por los que se hace pasar el fluido a calentar o a enfriar, de manera que dichas cámaras son atravesadas por el conducto extremo del fluido que circula por los tubos helicoidales, mientras que por las mismas circula el fluido que circula por el seno de la carcasa.

10a.- Intercambiador de calor, según reivindicación 9, caracterizado porque los orificios de la pared interna de las cámaras extremas de la carcasa del intercambiador son del mismo diámetro y distribución irregular.

11a.- Intercambiador de calor, según reivindicación 9, caracterizado porque los orificios de la pared interna de las cámaras extremas de la carcasa del intercambiador se agrupan de forma regular pero con distintos diámetros distintos diámetros.

12a.- Intercambiador de calor, según reivindicación 9, caracterizado porque los orificios de la pared interna de las cámaras extremas de la carcasa del intercambiador pueden ser circulares o de cualquier otra configuración.