Intercambiador de calor.

Intercambiador de calor para transferir la energía térmica de un gas al menos a dos espirales (20,

30) de material termoconductor a través de las cuales circula un líquido, las cuales disponen de una distancia entre espirales (P) igual, en donde las espirales (20, 30) están dispuestas de tal manera que a través de ellas puede existir una circulación radial y se solapan coaxial y radialmente, y en dirección radial el espacio intermedio entre dos espiras de una espiral (20, 30) está cubierto por al menos otra espiral (20, 30), caracterizado porque las espirales (20, 30) están sujetadas axialmente mediante al menos dos paredes (1A, 1B) y al menos dos separadores (41) en forma de listón mantienen constante la distancia axial entre las paredes (1A, 1B) y la rendija (E1, E2), entre los pasos de espiral de las espirales (20, 30).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06004561.

Solicitante: VAILLANT GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: BERGHAUSER STRASSE 40 42859 REMSCHEID ALEMANIA.

Inventor/es: MENARI,LILA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24H1/43 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24H CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA O DE AIRE, QUE TIENEN MEDIOS PARA PRODUCIR CALOR, EN GENERAL (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor C09K 5/00; hornos de cracking térmico no catalítico C10G 9/20; dispositivos, p. ej. válvulas, para ventilación o aireación de recintos F16K 24/00; purgadores de agua de condensación o dispositivos análogos F16T; producción de vapor F22; aparatos de combustión F23; estufas domésticas u hornillas F24B, F24C; sistemas de calefacción doméstica o de otros lugares F24D; hornos, hornos de cuba, retortas F27; cambiadores de calor F28; dispositivos o elementos de calentamiento eléctrico H05B). › F24H 1/00 Calentadores de agua que tienen medios para producir calor, p. ej. caldera, calentador de agua instantáneo, calentador de agua por acumulación térmica (F24H 7/00, F24H 8/00 tienen prioridad; partes constitutivas F24H 9/00; calderas de vapor F22B; estufas u hornillas de uso doméstico con medios adicionales para calentar agua F24B 9/00, F24C 13/00). › enrollados helicoidalmente o en espiral.
  • F28D7/00 F […] › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización.
  • F28D7/02 F28D […] › F28D 7/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización. › estando las canalizaciones enrolladas helicoidalmente (F28D 7/10 tiene prioridad).
  • F28F9/013 F28 […] › F28F PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS APARATOS INTERCAMBIADORES O DE TRANSFERENCIA DE CALOR (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; purgadores de agua o aire, ventilación F16). › F28F 9/00 Carcasas; Cabezales; Soportes auxiliares para elementos; Elementos auxiliares dentro de las carcasas. › para los tubos o ensamblajes de tubos.

PDF original: ES-2536445_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Intercambiador de calor La presente invención se refiere a aparatos para calentar líquidos, como calderas y calentadores de agua, y en especial a los intercambiadores de calor de estos aparatos.

Los citados aparatos contienen una fuente de calor casi siempre en forma de un quemador de gas, cuyos gases de escape calientes se conducen hasta un intercambiador de calor de gas-líquido, que con frecuencia se compone de un tubo arrollado helicoidalmente, a través del cual circula el líquido calentado.

Los gases de escape calientes, después de que hayan circulado alrededor del tubo y con ello hayan entregado energía térmica, se conducen hasta el aire libre. La eficiencia térmica depende con ello de la calidad de la transferencia energética entre el gas de escape y el tubo del intercambiador de calor. Esta transferencia está determinada sobre todo por la duración del contacto entre el gas de escape y el tubo así como de la turbulencia del flujo de los gases de escape calientes. Por ello es necesario alargar la región en la que entran en contacto los gases de escape calientes y el tubo.

A partir del documento US 4, 981, 171 se conoce un intercambiador de calor, en el que las espirales tienen una sección transversal oval y están dispuestas en forma de pila en filas así como en columnas. A través de un soplador se aspira aire exterior caliente y se alimenta a las espirales multi-escalón de tipo rejilla. En el curso de su flujo radial se extrae energía térmica del aire exterior y por ello se enfría éste. El aire con una temperatura más baja se alimenta a continuación a un espacio, en el que se encuentran por ejemplo alimentos, como productos cárnicos, que deben refrigerarse. El intercambiador de calor tiene en consecuencia la tarea de enfriar aire ambiente y poner a disposición del mismo un espacio. Un funcionamiento de quemador ni está previsto ni es apropiado, ya que los gases de escape calientes que provienen del quemador fluirían radialmente entre las espirales sin haber completado un intercambio de calor suficiente.

Además de esto, a partir del documento EP 678186 B1 se conoce un intercambiador de calor, cuyos tubos helicoidales tienen una sección transversal oval y se mantienen a la medida mediante unos separadores incorporados en forma de listones. Sin embargo, el intercambiador de calor sólo presenta un escalón o una espiral para el intercambio de energía térmica.

Asimismo a partir del documento DE 4428097 A1 se conoce un intercambiador de calor, en el que los gases de escape calientes circulan axialmente a través de las espirales. Evidentemente aquí no se produce ninguna radiación térmica directa del quemador sobre las espirales. A causa de la disposición axial diferentes flujos de gases de escape circulan alrededor de cada espiral. En consecuencia no se produce ningún intercambio de calor doble, como en el caso de una disposición radial, en la que los gases de escape fluyen consecutivamente alrededor de los tubos de intercambiador de calor, empezando por la espiral interior y hacia la espiral exterior.

El documento DE 299 06 481 U1 hace patente un intercambiador de calor con dos espirales de tubo coaxiales, que se solapan entre sí de tal manera, que la radiación térmica de un quemador dispuesto coaxialmente, que recorre la rendija de la espiral interior, es recogida por la espiral exterior.

El objetivo de la presente invención es el aumento del grado de eficacia durante el intercambio de calor entre unos gases calientes que proceden de una fuente de calor, como por ejemplo un quemador, y las espirales de un intercambiador de calor a través de las cuales circula un fluido a calentar, con base en una disposición adecuada.

Con este fin la invención se refiere en primer lugar a un intercambiador de calor para el acoplamiento térmico de gases calientes, que proceden de un quemador, con un tubo a través del cual circula un líquido a calentar. El tubo está arrollado con ello en forma de hélice alrededor del quemador. Mediante las amplias rendijas entre las espiras pueden evacuarse radialmente los gases de escape, que se han producido durante el proceso de combustión, en un canal de gases de escape de una envoltura de intercambiador de calor que abraza el tubo. El intercambiador de calor contiene con ello al menos dos espirales, que están dispuestas coaxialmente una respecto a la otra y en general de forma que se solapan radialmente, en donde las dos espirales tienen la misma distancia entre espirales y el dislocamiento axial entre ellas supone realmente la mitad de una distancia entre espirales. En consecuencia las dos espirales dispuestas en serie o paralelo forman dos paredes concéntricas, que confinan el espacio en el que se producen los gases de escape calientes y dejan salir radialmente los mismos sucesivamente a través de los huecos de sus espiras. A causa del dislocamiento de la mitad de una distancia entre espirales los puntos centrales de las espiras, con una sección transversal circular o aplanada axialmente, de ambas espirales están dispuestos en un plano axial, como los vértices de un triángulo isósceles. Por este motivo los gases de escape fluyen en primer lugar a través de los huecos de dos espiras adyacentes de las espirales interiores e inciden a continuación sobre la espira de la espiral exterior, casi en el vértice del triángulo isósceles. Allí la corriente de gases de escape se divide en dos corrientes parciales casi idénticas, que fluyen por los dos lados de las espiras de la espiral

exterior, antes de que salgan radialmente a través de los huecos de la espiral exterior. Las espiras exteriores representan con esto un obstáculo, lo que aumenta la duración del contacto gas de escape-tubo y de este modo la efectividad. La instalación de una o más espirales adicionales, que circundan la espiral exterior de forma correspondiente al principio anteriormente descrito del dislocamiento axial, puede aumentar de nuevo el rendimiento.

Es necesario tener en cuenta que la invención es independiente de la forma de las espiras. Por ello no es imprescindible que las secciones transversales de las espiras sean circulares. De este modo la realización de la invención es también posible con secciones transversales ovales, lenticulares o romboidales.

La espiral exterior es en funcionamiento más fría que la espiral interior, que además de a los gases de escape calientes también está expuesta a la radiación térmica directa del quemador, mientras que la espiral exterior proporciona una gran superficie para la condensación del líquido, habitualmente agua, que se ha vaporizado previamente principalmente en el espacio delimitado por la espiral interior.

El diámetro exterior de la espiral interior es mayor que el diámetro interior de la espiral exterior. En consecuencia la espiral interior no puede implantarse en la espiral exterior mediante un sencillo movimiento de traslación. Las espiras de la espiral interior montada penetran radialmente en los espacios intermedios de las espiras de la espiral exterior y definen, de este modo, unos huecos axialmente oblicuos entre las espiras de ambas espirales, que pueden calibrarse entre las espiras de una espiral sobre la base de los huecos puramente axiales. Por ello se tiene la impresión de que las espiras de ambas espirales están engranadas fijamente unas con otras.

Los gases de escape circulan en primer lugar a través de las rendijas de la espiral interior y llegan, a través de una rendija oblicua situada entre las dos espirales, a los huecos de la espiral exterior. Si las rendijas entre las espiras y entre las espirales son igual de grandes, los gases de escape sufren una pérdida de presión casi constante durante la circulación a través de las espirales.

Una placa divide el espacio interior de la espira interior axialmente en una primera región, en la que está posicionado el quemador, y en una segunda región axialmente alejada, en la que se encuentra la abertura de gases de escape. De esta forma los gases de escape salen radialmente de la región de quemador, siguen después en una ruta axial hasta una región en forma de capa, que está situada entre el lado exterior de la espiral exterior y el lado interior de la envoltura de intercambiador de calor, y circulan por último a lo largo de una ruta radial hasta una segunda región, antes de que fluyan hacia fuera de la abertura de gases de escape. En esta realización es ventajosa la ruta de desvío que se obtiene mediante la placa deflectora, que garantiza un doble intercambio de calor.

En otra realización ventajosa un peine orientado axialmente posee unas sujeciones para apoyar la espiral interior. El peine está dispuesto entre la espiral interior y la exterior y mantiene a la distancia deseada las rendijas entre... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Intercambiador de calor para transferir la energía térmica de un gas al menos a dos espirales (20, 30) de material termoconductor a través de las cuales circula un líquido, las cuales disponen de una distancia entre espirales (P) igual, en donde las espirales (20, 30) están dispuestas de tal manera que a través de ellas puede existir una circulación radial y se solapan coaxial y radialmente, y en dirección radial el espacio intermedio entre dos espiras de una espiral (20, 30) está cubierto por al menos otra espiral (20, 30) , caracterizado porque las espirales (20, 30) están sujetadas axialmente mediante al menos dos paredes (1A, 1B) y al menos dos separadores (41) en forma de listón mantienen constante la distancia axial entre las paredes (1A, 1B) y la rendija (E1, E2) , entre los pasos de espiral de las espirales (20, 30) .

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque dos espirales (20, 30) adyacentes están dispuestas axialmente dislocadas en la mitad de una distancia entre espirales (P/2) .

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las espirales (20, 30) están moldeadas como espirales helicoidales con un diámetro de espiral que aumenta o se reduce continuamente en dirección axial.

4. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las espirales (20, 30) están moldeadas como espirales helicoidales con diámetros de espiral alternativos en dirección axial.

5. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la rendija entre dos pasos de espiral de la espiral más interior (20) es mayor que la rendija entre dos pasos de espiral de la al menos una espiral exterior (30) .

6. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las al menos dos espirales (20, 30) están conectadas en paralelo.

7. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las al menos dos espirales (20, 30) están conectadas consecutivamente en serie.

8. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque una placa deflectora (19) está dispuesta en un plano radial y divide el espacio interior de la espiral más interior (20) axialmente en un primer volumen (10) , en el que se encuentra una fuente de calor (3) , y un segundo volumen (15) dislocado axialmente, que está unido a una salida de gases de escape (4) .

9. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos una, de forma preferida varias sujeciones (33, 36) de tipo peine, distribuidas por el perímetro, mantienen constante la rendija (E1, E2) entre dos pasos de espiral de al menos una espiral (20, 30) .

10. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque al menos una, de forma preferida varias grapas (23) en forma de U, distribuidas por el perímetro, mantienen constante la rendija (E1, E2) entre dos pasos de espiral de al menos una espiral (20, 30) .

11. Procedimiento para producir un intercambiador de calor para transferir la energía térmica de un gas al menos a dos espirales (20, 30) de material termoconductor a través de las cuales circula un líquido, las cuales disponen de una distancia entre espirales (P) igual, en donde las espirales (20, 30) están dispuestas de tal manera que a través de ellas puede existir una circulación radial y se solapan coaxial y radialmente, y en dirección radial el espacio intermedio entre dos espiras de una espiral (20, 30) está cubierto por al menos otra espiral (20, 30) , en donde las espirales (20, 30) están sujetadas axialmente mediante al menos dos paredes (1A, 1B) y al menos dos separadores (41) en forma de listón mantienen constante la distancia axial entre las paredes (1A, 1B) y la rendija (E1, E2) entre los pasos de espiral de las espirales (20, 30) , caracterizado porque al ejercer un momento de giro sobre al menos una de las espirales (20, 30) , el diámetro exterior de la espiral interior (20) se reduce y/o el diámetro interior de la espiral exterior (30) se agranda y a continuación, mediante un movimiento de traslación dirigido axialmente de al menos una espiral (20, 30) , en el caso de una traslación axial nula o dirigida en contrasentido de al menos otra espiral (20, 30) , las espirales (20, 30) se implantan unas en otras, las espirales (20, 30) se sujetan a través de las paredes (1A, 1B) , y se aplican al menos dos separadores (41) en forma de listón a las paredes (1A, 1B) .


 

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