Intercambiador de calor.

Una unidad de intercambio de calor para la recuperación de gas caliente que comprende,

un conducto de entrada (34) al cual están conectados un conducto de intercambio de calor (59) y un conducto de derivación (58), estando uno rodeado por el otro, un montaje de intercambio de calor (2) situado dentro del conducto de intercambio de calor (59), un núcleo central (54) alrededor del cual se dispone el interior de los conductos de derivación (58) y de intercambio de calor (59), una región terminal del núcleo central proporciona un difusor (52) sobre el cual golpea el fluido que entra en la unidad, y un amortiguador (50) dispuesto para dirigir el flujo de gas a través de la unidad, de tal modo que el amortiguador (50) está situado dentro del conducto de entrada (34) y tiene dos posiciones, tales que en una primera posición el amortiguador (34) proporciona una primera superficie continua y sella sustancialmente uno de los conductos de intercambio de calor (59) y de derivación (58) con respecto al conducto de entrada (34), y caracterizado por que en la otra posición el amortiguador (50) proporciona una segunda superficie continua y sella sustancialmente el otro de los conductos con respecto al conducto de entrada (34).

Intercambiador de calor

Campo de la invención Esta invención se refiere a intercambiadores de calor. En particular, se refiere al intercambiadores de calor que tienen conjuntos de derivación internos que pueden ser accionados para controlar el desvío de un fluido caliente, generalmente un gas, alrededor de un montaje de intercambio de calor y para dirigir un flujo de fluido al interior de un circuito de derivación. En particular, aunque no exclusivamente, se refiere a intercambiadores de calor asociados con turbinas de gas y motores de gas/diesel para extraer calor de sus gases de escape. En concreto, la invención puede referirse al campo de instalaciones industriales.

Antecedentes de la invención Los intercambiadores de calor del tipo utilizado para recuperar calor de turbinas de gas o gases de escape de motores de gas/diesel se diseñan habitualmente con un circuito de derivación situado externamente al montaje de intercambio de calor y a su carcasa, con el flujo de gases de escape hacia el circuito del montaje de intercambio de calor y hacia el circuito de derivación controlados por al menos una válvula de charnela o similar, siendo conocidas tales válvulas como amortiguadores.

El documento DE 42 07 667 muestra una unidad de intercambio de calor que tiene un amortiguador en forma de una válvula de manguito deslizable axialmente en una carcasa para abrir o cerrar la entrada a un conducto que contiene un intercambiador de calor. Cuando la válvula de manguito cierra el intercambiador de calor, los gases de escape circunvalan el intercambiador de calor y pasan exclusivamente a través del manguito. Sin embargo, cuando la válvula de manguito abre el conducto, los gases de escape pasan tanto a través del conducto como del manguito.

El documento WO99/64806 muestra igualmente una unidad de intercambio de calor que tiene un amortiguador en forma de un manguito deslizante. Sin embargo, el amortiguador está dispuesto de tal modo que, en posiciones extremas del mismo, los gases de escape pueden ser dispuestos selectivamente para fluir bien a través de una derivación que contiene un intercambiador de calor o a través de un conducto que circunvala el intercambiador de calor. Sin embargo, turbulencias en una porción aguas abajo del conducto de derivación pueden provocar que el gas caliente el intercambiador de calor, incluso aunque el gas haya circunvalado el intercambiador de calor. Además, cuando el gas pasa al interior del intercambiador de calor, el ángulo a través del cual el gas es obligado a moverse puede crear una caída de presión importante que puede conducir a un aumento de la presión de retorno en la unidad de intercambio de calor. El experto en la técnica apreciará que si la presión de retorno se hace demasiado grande, entonces un motor que alimente la unidad de intercambio de calor puede no ser tan eficiente como se desea. Asimismo, la disposición particular del amortiguador significa que el amortiguador no puede ser comprobado hasta que toda la unidad está montada, lo que se puede sumar al tiempo de fabricación de la unidad.

Otro conjunto de amortiguador se proporciona en el documento EP1923545A2, en el que las superficies constitutivas sustancialmente rígidas del amortiguador son triangulares con el fin de que puedan engranarse selectivamente para sellar el conducto de derivación y separarse para sellar el conducto de intercambio de calor. La desventaja de este sistema es que para que este amortiguador funcione el fluido debe fluir a través de orificios triangulares en el conducto de entrada para entrar en el conducto de intercambio de calor. El resto de la carcasa que rodea los orificios triangulares impide por ello el flujo de gas hacia el intercambiador de calor, incluso cuando el amortiguador está situado para permitir que el gas entre en el intercambiador de calor.

El documento WO 2007/084011A describe una unidad de recuperación de calor que comprende un intercambiador de calor que está dispuesto en un espacio anular que constituye una parte de un conducto de escape de, por ejemplo, una turbina de gas o un motor diesel. Un conducto de derivación para el escape se dispone a través del espacio anular y la distribución del flujo de escape a través del intercambiador de calor y el conducto de derivación se regula por medio de una válvula de regulación. La válvula de regulación es una válvula de amortiguación giratoria que está dispuesta en el conducto de escape contiguamente al intercambiador de calor, teniendo dicha válvula de amortiguación giratoria una parte estacionaria y una parte giratoria ambas de las cuales están provistas de aberturas que pueden ser forzadas a cubrirse o solaparse entre sí. Ambas partes estacionaria y giratoria están formadas por dos porciones cónicas dirigidas opuestamente.

Una unidad de intercambio de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce del documento US 6302191.

Resumen de la invención De acuerdo con un primer aspecto de la invención se proporciona una unidad de intercambio de calor para la recuperación de gas caliente de acuerdo con la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.

La unidad de intercambio de calor puede comprender, un conducto de entrada al cual están conectados un conducto de intercambio de calor y un conducto de derivación, estando uno rodeado por el otro, un montaje de intercambio de calor situado dentro del conducto de intercambio de calor y un amortiguador dispuesto para dirigir el flujo de gas a través de la unidad, de tal modo que el amortiguador está situado dentro de conducto de entrada y tiene dos posiciones extremas, tales que en una primera posición extrema el amortiguador proporciona una primera superficie continua y sella sustancialmente uno de los conductos de intercambio de calor y de derivación con respecto al conducto de entrada y en la otra posición extrema el amortiguador proporciona una segunda superficie continua y sella sustancialmente el otro de los conductos con respecto al conducto de entrada.

Tal disposición se considera ventajosa ya que proporciona menos resistencia de flujo a la entrada de fluido a la unidad en cada una de las posiciones del amortiguador en comparación con el estado de la técnica anterior. El fluido que entra en la unidad puede fluir al interior de cada uno de los conductos de intercambio de calor y de derivación sustancialmente a través de toda la sección transversal de cada uno de estos conductos.

En algunos modos de realización se proporciona una unidad de intercambio de calor para la recuperación de calor de un gas caliente que comprende, un conducto de entrada al cual están conectados un conducto anular de intercambio de calor y un conducto anular de derivación, estando uno rodeado por el otro, un montaje de intercambio de calor situado dentro del conducto de intercambio de calor, un núcleo central alrededor del cual se dispone el interior de los conductos de derivación y de intercambio de calor, y un amortiguador dispuesto para dirigir el flujo de gas a través de la unidad, de tal modo que el amortiguador está situado dentro del conducto de entrada y tiene dos posiciones extremas, tales que en una primera posición extrema el amortiguador sella sustancialmente uno de los conductos de intercambio de calor y de derivación con respecto al conducto de entrada y en la otra posición extrema el amortiguador sella sustancialmente el otro de los conductos con respecto al conducto de entrada.

Tal disposición se considera conveniente ya que proporciona una trayectoria más recta para el flujo de fluido a través de la misma. Como tal, es probable que haya una menor caída de presión en el flujo de gas. Las unidades de intercambio de calor tienen generalmente una especificación de caída máxima de presión a través de toda la unidad y como hay una caída de presión reducida a través del amortiguador se puede utilizar más caída de presión en el diseño del montaje de intercambio de calor, reduciendo así beneficiosamente el tamaño, peso y coste del montaje de intercambio de calor. Adicionalmente, proporcionar el núcleo central puede contribuir al flujo de fluido, reduciendo así la presión de retorno y/o promoviendo el silenciado del flujo de fluido. Concretamente, el núcleo central puede dividir el flujo de fluido, dirigiéndolo así de modo que golpee sobre el amortiguador de un modo más uniforme y menos turbulento. Puede ocurrir que una región terminal del núcleo central, sobre la cual golpea el fluido que entra en la unidad, tenga forma hemisférica. Esto puede ser particularmente adecuado para dividir ventajosamente el flujo de fluido.

En algunos modos de realización se proporciona una unidad de intercambio de calor para la recuperación de calor de un gas caliente que comprende... [Seguir leyendo]

1. Una unidad de intercambio de calor para la recuperación de gas caliente que comprende, un conducto de entrada (34) al cual están conectados un conducto de intercambio de calor (59) y un conducto de derivación (58) , estando uno rodeado por el otro, un montaje de intercambio de calor (2) situado dentro del conducto de intercambio de calor (59) , un núcleo central (54) alrededor del cual se dispone el interior de los conductos de derivación (58) y de intercambio de calor (59) , una región terminal del núcleo central proporciona un difusor (52) sobre el cual golpea el fluido que entra en la unidad, y un amortiguador (50) dispuesto para dirigir el flujo de gas a través de la unidad, de tal modo que el amortiguador

(50) está situado dentro del conducto de entrada (34) y tiene dos posiciones, tales que en una primera posición el amortiguador (34) proporciona una primera superficie continua y sella sustancialmente uno de los conductos de intercambio de calor (59) y de derivación (58) con respecto al conducto de entrada (34) , y caracterizado por que en la otra posición el amortiguador (50) proporciona una segunda superficie continua y sella sustancialmente el otro de los conductos con respecto al conducto de entrada (34) .

2. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 1, en la cual el amortiguador (50) comprende una carcasa troncocónica cuando está en la primera posición.

3. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la cual el amortiguador (50) comprende una carcasa sustancialmente cilíndrica cuando está en la segunda posición.

4. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la cual el amortiguador (50) comprende una superficie del amortiguador proporcionada por al menos un miembro de lámina, siendo cada miembro de lámina corrugado.

5. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 4, en la cual la superficie del amortiguador está soportada por una pluralidad de ejes (300) y la unidad comprende además un mecanismo de movimiento del amortiguador dispuesto para mover el amortiguador (50) entre las dos posiciones, comprendiendo el mecanismo un anillo (316) con el cual está articulado cada eje (300) .

6. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 1, en la cual el amortiguador (600) comprende una pluralidad de miembros de lámina (616, 618) soportados por una pluralidad de ejes (614) , estando dispuestos los miembros de lámina (616, 618) en una rejilla de ventilación.

7. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 6, en la cual el amortiguador (600) tiene dos conductos (602, 604) , estando uno rodeado por el otro, que se alinean con el conducto de intercambio de calor (59) y con el conducto de derivación (58) .

8. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 7, en la que cada eje (614) soporta al menos dos miembros de lámina (616, 618) que están orientados perpendicularmente entre sí

9. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 8, en la que miembros de lámina (616, 618) orientados perpendicularmente, soportados por el mismo eje (614) , están en conductos separados (602, 604) y ambos conductos (602, 604) tienen tan sólo miembros de lámina (616, 618) orientados paralelamente.

10. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 9, en la que ejes (614) se accionan al unísono y cuando son accionados los miembros de lámina (616, 618) orientados paralelamente en cada conducto (602, 602) son girados por los ejes (614) acoplándose o desacoplándose funcionalmente de modo que sellen uno del conducto de intercambio de calor (59) y del conducto de derivación (58) , y abran el otro.

11. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 10, en la que cada miembro de lámina tiene uno o más listones en regiones de borde de los mismos para crear una junta cuando los miembros de lámina (616, 618) se orientan de modo que sellen uno de los conductos (58, 59) .

12. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el interior de los conductos proporciona el conducto de intercambio de calor (59) y el exterior de los conductos proporciona el conducto de derivación (58) .

13. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en la que el interior de los conductos anulares proporciona el conducto de derivación (58) y el exterior de los conductos anulares proporciona el conducto de intercambio de calor (59) .

14. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que al menos uno de los conductos de intercambio de calor (59) y de derivación (58) tiene forma anular.

15. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el conducto de intercambio

de calor (59) y el conducto de derivación (58) se pueden cerrar selectivamente y al menos uno de los conductos tiene una o más tomas de fluido (1104) en los mismos cada una de las cuales está dispuesta de tal modo que cuando ese conducto está sustancialmente cerrado y el fluido fluye a través del otro de los conductos, se aspira fluido a través de la (s) toma (s) (1104) y al interior de ese conducto.

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4

Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8

Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13