BR102017021821B1 - Trocador de calor indireto - Google Patents

Abstract

Um trocador de calor indireto melhorado é provido no qual compreende uma pluralidade de circuitos de bobinas, com cada circuito de bobinas que compreende uma placa ou escapamento de tubo seccional de troca de calor indireto. Cada placa ou escapamento de tubo tem pelo menos uma mudança em sua forma geométrica ou pode ter uma mudança progressiva na sua forma geométrica que se processa a partir da entrada para a saída do circuito. A mudança na forma geométrica ao longo do comprimento de circuito permite simultaneamente equilibrar o fluxo de ar externo, coeficientes de transferência de calor interno, queda de pressão lateral do fluido interno, área seccional transversal e área de superfície de transferência de calor para otimizar transferência de calor.

Description

ANTECEDENTES E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a trocadores de calor, e mais particularmente, a um trocador de calor indireto que compreende uma pluralidade de circuitos de escapamento de tubo. Cada circuito compreende um tubo que tem uma pluralidade de escapamentos de tubo e uma pluralidade de curvas de retorno. Cada tubo pode ter a mesma área de superfície a partir de perto da sua conexão a um cabeçote de entrada até perto da sua conexão a um cabeçote de saída. Contudo, a geometria do escapamento de tubo é mudada à medida que os escapamentos de tubo se estendem a partir da entrada para perto do cabeçote de saída. Em um caso, a dimensão seccional transversal horizontal dos escapamentos de tubo diminui à medida que os escapamentos de tubo se estendem para perto do cabeçote de saída. Tal diminuição da dimensão seccional transversal horizontal pode ser progressiva a partir da proximidade do cabeçote de entrada para a proximidade do cabeçote de saída ou cada escapamento de tubo de bobina pode ter uma dimensão seccional transversal horizontal uniforme, com pelo menos uma dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo que diminui mais perto do cabeçote de saída.

[002] Em particular, é fornecido um trocador de calor indireto que compreende uma pluralidade de circuitos, com um cabeçote de entrada conectado a uma extremidade de entrada de cada circuito de um cabeçote de saída conectado a uma extremidade de saída de cada circuito. Cada circuito compreende um escapamento de tubo que se estende em uma série de escapamentos e curvas de retorno a partir da extremidade de entrada de cada circuito para a extremidade de saída de cada circuito. Nas modalidades, os escapamentos de tubo podem ter curvas de retorno ou podem ser um tubo reto longo sem curvas de retorno, tal como com uma bobina de condensador de vapor. Cada escapamento de tubo de circuito tem uma dimensão seccional transversal horizontal pré-selecionada perto da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas e cada escapamento de tubo de circuito tem uma dimensão seccional transversal horizontal que diminui à medida que o tubo de circuito se estende a partir da proximidade da extremidade de entrada de cada circuito para perto da extremidade de saída de cada circuito de bobinas.

[003] As modalidades apresentadas começam com uma geometria de tubo maior na dimensão seccional transversal horizontal ou na área seccional transversal nos primeiros escapamentos perto do cabeçote de entrada e depois têm uma redução ou achatamento (pelo menos uma vez) na dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo que prosseguem da entrada para a saída e, geralmente, na direção de fluxo de ar. Uma vantagem- chave a respeito do achatamento de modo progressivo em um condensador é que a área seccional transversal interna precisa ser a maior no ponto em que o vapor menos denso entra no escapamento de tubo. Isso atrai o gás para o escapamento de tubo, reduzindo-se a queda de pressão interna lateral, permitindo que mais vapor entre nos escapamentos de tubo. A redução de dimensão seccional transversal de escapamento de tubo horizontal ou achatamento do tubo na direção de fluxo de ar atinge várias vantagens sobre os trocadores de calor da técnica anterior. Primeiro, a área projetada reduzida reduz o coeficiente de arrastro que impõe uma resistência menor ao fluxo de ar, permitindo, deste modo, maior fluxo de ar. Além dos ganhos em fluxo de ar, para condensadores, à medida que o refrigerante é condensado, existe uma menor necessidade de área seccional transversal interior à medida que um progride a partir do começo (baixa densidade de vapor ) para a extremidade (alta densidade de líquido), de modo que seja benéfico para a redução da área seccional transversal interna à medida que o fluido flui da entrada para a saída, permitindo maiores velocidades de fluido internas e, portanto, maiores coeficientes de transferência de calor internos. Isso é válido para condensadores e para resfriadores de fluido, especialmente, resfriadores de fluido com baixas velocidades de fluido internas. Em uma (1) modalidade mostrada, o tubo pode começar redondo e o formato geométrico é afusado progressivamente para cada grupo de dois escapamentos de tubo. A decisão de quantos escapamentos de tubo têm um formato mais afusado e uma redução na dimensão seccional transversal horizontal e quanto de uma redução é necessária é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, a quantidade de coeficiente de transferência de calor interno desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível.

[004] Os diâmetros de escapamento de tubo típicos que cobrem trocadores de calor indiretos estão na faixa de 6,35 mm (1/4 polegada) a 50,8 mm (2 polegadas), contudo, essa não é uma limitação da invenção. Quando os escapamentos de tubo começam com uma grande área seccional transversal interna e depois são achatados progressivamente, a circunferência do tubo e, portanto, a área de superfície, permanecem essencialmente sem mudanças em nenhuma das razões de achatamento para um diâmetro de tubo fornecido, enquanto que a área seccional transversal interna é reduzida progressivamente e a área projetada no fluxo de ar externo ao trocador de calor indireto também é reduzida. O formato geral do tubo achatado pode ser elíptico, ovalado com um ou dois eixos geométricos de simetria, oval com um lado plano ou qualquer formato afusado. Uma métrica chave para determinar os benefícios de desempenho e queda de pressão de cada trecho é a razão entre o lado longo (vertical) do oval e o lado mais curto (horizontal). Um tubo redondo pode ter uma razão de 1:1. O nível de achatamento é indicado aumentando-se as razões dos lados. Essa invenção se refere a razões que estão na faixa de 1:1 até 6:1 para fornecer proporções de desempenho otimizadas. A razão oval máxima otimizada para cada escapamento de tubo de trocador de calor é dependente do fluido de trabalho dentro da bobina, da quantidade de ganhos de desempenho do lado de ar desejado, do aumento desejado em velocidade de fluido interna e aumento de coeficientes de transferência de calor internos, das condições de operação da bobina, da queda de pressão de tubo lateral interno admissível, bem como da capacidade para fabricação da geometria desejada da bobina. Em uma situação ideal, todos esses parâmetros serão equilibrados para satisfazer a necessidade exata do cliente a fim de otimizar o desempenho de sistema, minimizando assim o consumo de energia e água.

[005] A granularidade da progressão de achatamento é um aspecto importante dessa invenção. Em uma extremidade, há um projeto em que a quantidade de achatamento é aumentada progressivamente através do comprimento de múltiplos trechos ou escapamentos de tubo de cada circuito. Isso pode ser realizado através de um sistema de rolo automatizado construído no processo de fabricação de tubo. Um projeto similar com menos granularidade pode envolver pelo menos uma redução de etapa de modo que um ou mais trechos ou escapamentos de tubo de cada circuito possam ter o mesmo nível de achatamento. Por exemplo, um projeto pode ter o primeiro escapamento de tubo sem grau de achatamento, como pode ser o caso com um tubo redondo, e os seguintes três escapamentos de tubo de circuito podem ter um nível de fator de compressão (grau de achatamento) e os quatro trechos de escapamento de tubo finais podem ter outro nível (nível maior) de fator de compressão. O projeto menos granular pode ter um ou mais trechos ou escapamentos de tubo de tubo redondo seguidos por um ou mais trechos ou escapamentos de tubo de um único nível de tubo achatado. Isso pode ser realizado com um conjunto de rolos ou fornecendo-se uma bobina de topo com tubos redondos e a bobina de fundo com tubos elípticos ou achatados. Ainda outro meio para fabricar os diferentes formatos geométricos de tubo pode ser a estampagem dos formatos de tubo variantes e a soldagem das placas em conjunto conforme constatado no documento 4.434.112. É provável que, em breve, trocadores de calor sejam projetados e produzidos por meio de máquinas de impressão 3D para as geometrias exatas a fim de otimizar a transferência de calor, conforme proposto nessa invenção.

[006] O achatamento de escapamento de tubo pode ser realizado em linha com o processo de fabricação de tubo, por meio da adição de rolos automatizados entre o laminador de tubos e o processo de flexão. Alternativamente, o processo de achatamento pode ser realizado como uma etapa separada com uma operação de prensagem depois de que ocorra a flexão. As modalidades apresentadas são aplicáveis para qualquer material de tubo de trocador de calor comum em que o mais comum é aço carbono galvanizado, cobre, alumínio e aço inoxidável, porém, o material não é uma limitação da invenção.

[007] Agora que os circuitos de tubo podem ser achatados progressivamente, reduzindo desse modo a dimensão seccional transversal horizontal, é possível adensar de modo extremo os circuitos de escapamento de tubo sem engasgamento de fluxo de ar externo. As modalidades propostas permitem, desse modo, um “adensamento extremo” de circuitos de tubo de trocador de calor indireto. Um método descrito na Patente Número de Série U.S. 6.820.685 pode ser empregado para fornecer áreas de depressão na área de superposição das curvas em U, para reduzir localmente o diâmetro na curva de retorno, se desejado. Adicionalmente, os usuários versados na técnica terão a capacidade para fabricar curvas de retorno em escapamentos de tubo nas razões de achatamento desejadas, e essa não é uma limitação da invenção.

[008] Outra forma para fabricar uma mudança de formas geométricas é empregar o uso de um trocador de calor indireto de topo e de fundo. O trocador de calor de topo pode ser produzido a partir de todos os tubos redondos enquanto que o trocador de calor de fundo pode ser produzido com um formato mais afusado. Isso conserva a área de superfície de transferência de calor enquanto aumenta o fluxo de ar global e diminui a área seccional transversal interna. Outra forma de fabricar uma mudança de forma geométrica é empregar o uso de um trocador de calor indireto de topo e de fundo. O trocador de calor de topo pode ser produzido a partir de todos os tubos redondos enquanto que o trocador de calor de fundo pode ser produzido com uma redução em circuitos, em comparação à bobina de topo. Isso reduz a área de superfície de transferência de calor enquanto aumenta o fluxo de ar global e diminui a área seccional transversal interna. Desde que as bobinas de topo e de fundo tenham pelo menos uma mudança de forma geométrica ou de número de circuitos, o sistema de trocador de calor indireto pode estar em conformidade com essa modalidade.

[009] Um objetivo da invenção é começar com escapamentos de tubo de área seccional transversal interna grande e depois reduzir progressivamente a dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo à medida que progridem da entrada para a saída, a fim de reduzir o coeficiente de arrastro e permitir mais fluxo de ar externo.

[0010] Um objetivo da invenção é começar com escapamentos de tubo de área seccional transversal interna grande e depois reduzir progressivamente a dimensão seccional transversal horizontal dos escapamentos de tubo à medida que progridem da entrada para a saída, para permitir que o fluido de menor densidade (vapor) entre no escapamento de tubo com muita pouca queda de pressão a fim de maximizar a taxa de fluxo de fluido interno.

[0011] Um objetivo da invenção é começar com escapamentos de tubo de área seccional transversal interna grande e depois reduzir progressivamente a dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo à medida que progridem da entrada para a saída, a fim de permitir a densificação de circuito de tubo extremo sem engasgamento de fluxo de ar externo.

[0012] Um objetivo da invenção é começar com escapamentos de tubo de área seccional transversal interna grande e depois reduzir progressivamente a dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo à medida que progridem da entrada para a saída, a fim de aumentar a velocidade de fluido interno e aumentar os coeficientes de transferência de calor internos na direção de trajetória de fluxo de fluido interno.

[0013] Um objetivo da invenção é começar com escapamentos de tubo de área seccional transversal interna grande e depois reduzir progressivamente a dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo à medida que progridem da entrada para a saída em condensadores, a fim de aproveitar o fato de que à medida que o vapor é condensado existe uma necessidade de área seccional transversal menor, o que dá como resultado coeficientes de transferência de calor internos maiores com maior fluxo de ar, em consequência, maior capacidade.

[0014] Um objetivo da invenção é começar com escapamentos de tubo de área seccional transversal interna grande e depois reduzir progressivamente a dimensão seccional transversal horizontal de escapamentos de tubo à medida que progridem da entrada para a saída, equilibrando-se a demanda do cliente sobre a capacidade desejada e queda de pressão de fluido interno admissível a fim de customizar o projeto de trocador de calor indireto para satisfazer e exceder as expectativas do cliente.

[0015] Um objetivo da invenção é mudar um formato geométrico de escapamento de tubo de circuitos pelo menos uma vez ao longo da trajetória de circuito a fim de permitir equilibrar de modo simultâneo o fluxo de ar externo, os coeficientes de transferência de calor internos, a área seccional transversal e a área de superfície de transferência de calor para otimizar a transferência de calor.

[0016] Um objetivo da invenção é mudar um formato geométrico da bobina de placa pelo menos uma vez ao longo da trajetória de circuito, a fim de permitir equilibrar de modo simultâneo o fluxo de ar externo, os coeficientes de transferência de calor internos, a área seccional transversal e a área de superfície de transferência de calor para otimizar transferência de calor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] Nos desenhos: A Figura 1 é uma vista lateral de um trocador de calor indireto da técnica anterior que inclui uma série de escapamentos de tubo de serpentina; A Figura 2A é uma vista posterior de um trocador de calor indireto, em conformidade com a primeira modalidade da presente invenção; A Figura 2B é uma vista posterior de um trocador de calor indireto, em conformidade com uma segunda modalidade da presente invenção; A Figura 3 é uma vista lateral de um circuito do trocador de calor indireto, em conformidade com a primeira modalidade da presente invenção; A Figura4A é uma vista posterior de um trocador de calor indireto, em conformidade com uma terceira modalidade da presente invenção; A Figura4B é uma vista posterior de um trocador de calor indireto, em conformidade com uma quarta modalidade da presente invenção; A Figura5 é uma vista posterior de um trocador de calor indireto, em conformidade com uma quinta modalidade da presente invenção; A Figura6 é uma vista posterior de dois trocadores de calor indiretos, em conformidade com uma sexta modalidade da presente invenção; A Figura7A é uma vista posterior de dois trocadores de calor indiretos, em conformidade com uma sétima modalidade da presente invenção; A Figura7B é uma vista posterior de dois trocadores de calor indiretos, em conformidade com uma oitava modalidade da presente invenção; A Figura7C é uma vista posterior de dois trocadores de calor indiretos, em conformidade com uma nona modalidade da presente invenção; A Figura 8 é uma vista posterior de dois trocadores de calor indiretos, em conformidade com uma décima modalidade da presente invenção; A Figura 9 é uma vista em 3D de um trocador de calor indireto, em conformidade com uma décima primeira modalidade da presente invenção. A Figura 10A, a Figura 10B e a Figura 10C são vistas em perspectiva parciais da décima primeira modalidade da presente invenção; A Figura 11A é uma vista posterior de um trocador de calor indireto, em conformidade com uma duodécima modalidade da presente invenção; A Figura 11B é uma vista em 3D da duodécima modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Com referência agora à Figura 1, um produto de bobina resfriado por evaporação 10 da técnica anterior pode ser uma torre de resfriamento de circuito fechado ou um condensador por evaporação. Ambos esses produtos são bem conhecidos e podem operar úmidos no modo de evaporação, parcialmente úmidos em um modo híbrido ou podem operar secos, com a bomba de pulverização 12 desligada quando as condições de ambiente ou cargas menores o permitam. A bomba 12 recebe o fluido pulverizado resfriado evaporativamente mais frio, geralmente água, a partir do reservatório de água fria 11 e o bombeia para o cabeçote de água de pulverização primário 19 onde a água sai de bocais ou orifícios 17 para distribuir água sobre o trocador de calor indireto 14. O cabeçote de água de pulverização 19 e os bocais 17 servem para distribuir uniformemente a água sobre o topo do trocador de calor indireto 14. À medida que a agua mais fria é distribuída sobre o topo do trocador de calor indireto 14, o motor 21 gira o ventilador 22, o que induz ou puxa ar ambiente para dentro através de claraboias de entrada 13, para cima através do trocador de calor indireto 14, depois através eliminadores de desvios 20, que serve para impedir que desvios deixem a unidade e depois o ar aquecido seja soprado para o meio ambiente. O ar geralmente flui em uma direção de contrafluxo para a água de pulverização descendente. Embora a Figura 1 seja mostrada com o ventilador axial 22 que induz ou puxa ar através da unidade, o sistema de ventilador real pode ser de qualquer estilo de sistema de ventilador que movimente ar através da unidade, que inclui, porém, sem limitação, induzir e forçar um desvio em um fluxo geralmente de contrafluxo, fluxo cruzado ou paralelo em relação ao jato. Adicionalmente, o motor 21 pode ser de acionamento por correia, conforme mostrado, de acionamento por engrenagem ou conectado diretamente ao ventilador. O trocador de calor indireto 14 é mostrado com um cano de conexão de entrada 15 conectado ao cabeçote de entrada 24 e o cano de conexão de saída 16 conectado ao cabeçote de saída 25. O cabeçote de entrada 24 é conectado à entrada dos múltiplos circuitos de tubo de serpentina, enquanto que o cabeçote de saída 25 é conectado à saída dos múltiplos circuitos de tubo de serpentina. Os escapamentos de tubo de serpentina são conectados com seções de curva de retorno 18. As seções de curva de retorno 18 podem ser formadas de modo contínuo no circuito denominado de escapamentos de tubo de serpentina ou podem ser soldadas entre comprimentos retos de tubos. Deve-se entender que a direção de fluido de processo pode ser revertida para otimizar a transferência de calor e não é uma limitação para as modalidades apresentadas. Também deve-se entender que o número de circuitos e o número de trechos ou filas de escapamentos de tubo dentro de um trocador de calor indireto de serpentina não é uma limitação para as modalidades apresentadas.

[0019] Com referência agora à Figura 2A, a bobina indireta 100 está em conformidade com uma primeira modalidade da presente invenção. A Figura 2A mostra oito circuitos e oito trechos ou filas de tubo de modalidade 100. O trocador de calor indireto 100 tem cabeçotes de entrada e saída 102 e 104 e compreende escapamentos de tubo 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112 e 113. Os escapamentos de tubo 106 e 107 são um par de tubos redondos de geometria idêntica e têm diâmetros de tubo equivalentes 101. Os escapamentos de tubo 108 e 109 são outro par de escapamentos de tubo que têm uma geometria diferente em comparação com os pares de escapamento de tubo 106 e 107 com formatos equivalentes que têm dimensões D3 horizontais reduzidas e a dimensão D4 vertical aumentada em relação aos tubos redondos 106 e 107. A razão entre D4 e D3 normalmente é maior que 1,0 e menor que 6,0. Adicionalmente, o escapamento de tubo de trocador de calor 108 e 109 pode ter uma razão uniforme entre D4 e D3 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D4 e D3 ao longo de seu comprimento. O par de escapamentos de tubo 110 e 111 têm ainda uma geometria diferente e têm formatos equivalentes com dimensões D5 horizontais reduzidas e a dimensão D6 vertical aumentada, em relação aos escapamentos de tubo 108 e 109. A razão entre D6 e D5 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e também é maior que a razão entre D4 e D3. Adicionalmente, o escapamento de tubo 110 e 111 pode ter uma razão uniforme entre D6 e D5 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D6 e D5 ao longo de seu comprimento. O par de escapamentos de tubo 112 e 113 têm ainda uma geometria diferente e têm formatos equivalentes com dimensões D7 horizontais reduzidas e uma dimensão D8 vertical aumentada em relação aos escapamentos de tubo 110 e 111. A razão entre D8 e D7 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e também maior que a razão entre D6 e D5. Adicionalmente, os escapamentos de tubo 112 e 113 podem ter uma razão uniforme entre D8 e D7 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D8 e D7 ao longo de seu comprimento. O escapamento de tubo 106 é conectado ao cabeçote de entrada 102 de trocador de calor indireto 100 e o escapamento de tubo 113 é conectado ao cabeçote de saída 104. Em uma disposição de modalidade preferida, os tubos são redondos na entrada que tem uma razão de dimensão vertical de escapamento de tubo entre a vertical e a horizontal de 1,0 e são achatados progressivamente até uma razão de dimensão de escapamento de tubo entre a vertical e a horizontal de aproximadamente 3,0 perto da saída. Os limites práticos de razões de dimensão entre a horizontal e a vertical estão entre 1,0 para tubos redondos e podem ser tão altos quanto 6. Deve-se entender, nesta primeira modalidade, que à medida que a razão de dimensão de escapamento de tubo entre a vertical e a horizontal aumenta, os escapamentos de tubo se tornam mais achatados e mais afusados, o que permite maior fluxo de ar enquanto mantém as áreas superficiais externa e interna constantes. Deve-se observar que na primeira modalidade, a dimensão horizontal é reduzida progressivamente da entrada para a saída dos escapamentos de tubo, enquanto que a dimensão vertical é aumentada progressivamente da entrada para a saída. Deve-se entender adicionalmente que os formatos de tubo podem começar como redondos e serem achatados progressivamente, conforme mostrado, podem começar como achatados e serem mais achatados progressivamente, ou começar afusados e se tornarem mais afusados. Quando se lida com formatos elípticos, a razão B/A normalmente é maior que 1 e se refere aos eixos geométricos maior e menor, respectivamente. Deve-se entender adicionalmente que o primeiro escapamento de tubo pode ser elíptico com uma razão B/A próxima de 1,0 e aumentar progressivamente a razão elíptica de B/A entre a entrada e a saída. Deve-se entender que a primeira modalidade mostra dimensões horizontais reduzidas progressivamente e dimensões verticais aumentadas progressivamente do primeiro para o último escapamento de tubo e que o formato inicial, seja redondo, elíptico ou afusado não é uma limitação da modalidade. Deve-se entender adicionalmente que cada dois trechos podem ter o mesmo formato de tubo, conforme mostrado, ou todo o tubo pode ser achatado ou afusado progressivamente. A decisão de como fazer o trocador de calor indireto circuitos é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível.

[0020] Com referência agora à Figura 2B, a bobina indireta 150 está em conformidade com uma segunda modalidade da presente invenção. A Figura 2B mostra oito circuitos e oito trechos ou filas de tubo de modalidade 150. O trocador de calor indireto 150 tem cabeçotes de entrada e saída 102 e 104 e compreende escapamentos de tubo 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112 e 113. Os escapamentos de tubo 106 e 107 na Figura 2B não são redondos como eram na Figura 2A, em vez disso são um par de escapamentos de tubo que tem uma dimensão D1 horizontal inicial e uma dimensão D2 vertical inicial. Os escapamentos de tubo 108 e 109 são outro par de escapamentos de tubo que têm uma geometria diferente em comparação com os pares de escapamento de tubo 106 e 107 com formatos equivalentes que têm dimensões D3 horizontais reduzidas e a dimensão D4 vertical aumentada em relação aos tubos redondos 106 e 107. A razão entre D4 e D3 normalmente é maior que 1,0 e menor que 6,0 e a razão entre D4 e D3 normalmente é maior que a razão entre D2 e D1. Adicionalmente, o escapamento de tubo de trocador de calor 108 e 109 pode ter uma razão uniforme entre D4 e D3 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D4 e D3 ao longo de seu comprimento. O par de escapamentos de tubo 110 e 111 têm ainda uma geometria diferente e têm formatos equivalentes com dimensões D5 horizontais reduzidas e a dimensão D6 vertical aumentada, em relação aos escapamentos de tubo 108 e 109. A razão entre D6 e D5 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e também é maior que a razão entre D4 e D3. Adicionalmente, o escapamento de tubo 110 e 111 pode ter uma razão uniforme entre D6 e D5 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D6 e D5 ao longo de seu comprimento. O par de escapamentos de tubo 112 e 113 têm ainda uma geometria diferente e têm formatos equivalentes com dimensões D7 horizontais reduzidas e uma dimensão D8 vertical aumentada em relação aos escapamentos de tubo 110 e 111. A razão entre D8 e D7 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e também maior que a razão entre D6 e D5. Adicionalmente, os escapamentos de tubo 112 e 113 podem ter uma razão uniforme entre D8 e D7 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D8 e D7 ao longo de seu comprimento. O escapamento de tubo 106 é conectado ao cabeçote de entrada 102 de trocador de calor indireto 100 e o escapamento de tubo 113 é conectado ao cabeçote de saída 104. Em uma disposição, os tubos começam quase redondos na entrada que tem uma razão de dimensão de escapamento de tubo entre a vertical e a horizontal próxima de 1,0 e são achatados progressivamente até uma razão de dimensão de escapamento de tubo entre a vertical e a horizontal próxima de 3,0 perto da saída. Os limites práticos de razões de dimensão entre a horizontal e a vertical estão entre 1,0 para tubos redondos e podem ser tão altos quanto 6. Deve-se entender nessa segunda modalidade, que à medida que a razão de dimensão de escapamento de tubo entre a vertical e a horizontal aumenta, os escapamentos de tubo se tornam mais achatados e mais afusados, o que permite maior fluxo de ar enquanto mantém as áreas superficiais externa e interna constantes. Deve-se observar que nessa segunda modalidade, a dimensão horizontal é reduzida progressivamente da entrada para a saída dos escapamentos de tubo enquanto que a dimensão vertical é aumentada progressivamente da entrada para a saída. Deve-se entender adicionalmente que os formatos de tubo podem começar levemente achatados, em comparação a primeira modalidade mostrada na Figura 2A que começa com tubos redondos e depois pode ser achatada progressivamente, conforme mostrado, ou começar afusados e se tornarem mais afusados. Quando se lida com formatos elípticos, a razão B/A normalmente é maior que 1 e se refere aos eixos geométricos maior e menor, respectivamente. Deve-se entender adicionalmente que o primeiro escapamento de tubo pode ser elíptico com uma razão B/A próxima de 1,0 e aumentar progressivamente a razão elíptica de B/A entre a entrada e a saída. Deve-se entender que a segunda modalidade mostra dimensões horizontais reduzidas progressivamente e dimensões verticais aumentadas progressivamente do primeiro para o último escapamento de tubo e, que o formato inicial, seja redondo, elíptico ou afusado não é uma limitação da modalidade. Deve-se entender adicionalmente que cada dois trechos podem ter o mesmo formato de tubo, conforme mostrado, ou todo o tubo pode ser achatado ou afusado progressivamente. A decisão de como fazer o trocador de calor indireto circuitos é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível.

[0021] Com referência agora à Figura 3, o circuito 103 da primeira modalidade da Figura 2 é mostrado a partir de uma vista lateral para entender como cada circuito pode ser construído. Os escapamentos de tubo 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112 e 113 também são mostrados a partir de uma vista em corte AA. Os escapamentos de tubo 106 e 107, em geral, são tubos redondos e têm diâmetros de tubo equivalentes 101. O escapamento de tubo 106 tem uma curva em U redonda 120 que o conecta ao escapamento de tubo 107. O escapamento de tubo 107 é conectado ao escapamento de tubo 108 com a transição 115. A transição 115 começa como redonda em uma extremidade e muda para o formato de razão entre D4 e D3 na outra extremidade. A transição 115 pode simplesmente ser prensada ou fundida a partir de uma matriz, extrudada ou pode ser um encaixe que é tipicamente soldado ou por solda-brasagem forte nos escapamentos de tubo. A transição 115 também pode ser prensada no tubo quando o tubo está passando pela operação de flexão em serpentina. O método para conformar a transição 115 não é uma limitação da invenção. As curvas em U redondas 120 podem ser formadas para se encaixarem na seguinte curva de retorno de modo que o número de circuitos no trocador de calor indireto possa ser adensado conforme ensinado no documento 6.820.685. As curvas em U 120 também podem ser achatadas mecanicamente enquanto que os escapamentos de tubo são flexionados e assumem o formato geral a cada trecho de escapamento de tubo que pode ser um formato de curvas de retorno que muda ao longo do circuito de bobinas. A discussão anterior é a mesma para transições 115, 116 e 117. Os escapamentos de tubo 108 e 109 têm dimensões D3 horizontais equivalentes e reduzidas e uma dimensão D4 vertical aumentada. A razão entre D4 e D3 normalmente é maior que 1,0 e menor que 6,0. Adicionalmente, os escapamentos de tubo de bobina 108 e 109 podem ter uma razão uniforme entre D4 e D3 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D4 e D3 ao longo de seu comprimento. Os escapamentos de tubo 110 e 11 têm dimensões D5 horizontais equivalentes e reduzidas e uma dimensão D6 vertical aumentada. A razão entre D6 e D5 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e também maior que a razão entre D4 e D3. Adicionalmente, os escapamentos de tubo 110 e 111 podem ter uma razão uniforme entre D6 e D5 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D6 e D5 ao longo de seu comprimento. Os escapamentos de tubo 112 e 113 têm dimensões D7 horizontais equivalentes e reduzidas e uma dimensão D8 vertical aumentada. A razão entre D8 e D9 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e também maior que a razão entre D6 e D5. Adicionalmente, o escapamento de tubo 112 e 113 pode ter uma razão uniforme entre D8 e D7 ao longo de seu comprimento, conforme mostrado, ou uma razão que aumenta de modo uniforme entre D8 e D7 ao longo de seu comprimento.

[0022] Com referência agora à Figura 4A, o trocador de calor indireto 200 está em conformidade com uma terceira modalidade da presente invenção. A modalidade 200 tem oito circuitos e oito trechos ou escapamentos de tubo. A modalidade 200 tem pelo menos uma redução em dimensão horizontal e um aumento em dimensão vertical dentro dos escapamentos de tubo de circuito. O trocador de calor indireto 200 tem cabeçotes de entrada e saída 202 e 204 respectivamente e compreende tubos de bobina que têm comprimentos de escapamento 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212 e 213. Deve-se observar que os escapamentos de tubo 206, 207, 208 e 209 têm diâmetros de tubo equivalentes 201. A modalidade 200 também tem escapamentos de tubo 210, 211, 212 e 213, sendo que cada um têm dimensões D3 de seção transversal horizontal equivalentes e dimensões D4 de seção transversal vertical equivalentes. A razão entre D4 e D3 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e a dimensão D4 vertical é maior que o diâmetro de tubo 201 enquanto que a dimensão D3 horizontal é menor que o diâmetro de tubo 201. Em uma disposição da terceira modalidade, a primeira razão é maior ou igual a 1,0 e menor que 2,0 (é igual a 1,0 com tubos redondos) e a segunda razão é maior que a primeira razão, porém, menor que 6,0. Observa-se que, na terceira modalidade da Figura 4A, cada comprimento de escapamento de tubo de circuito tem pelo menos uma mudança de forma geométrica à medida que o escapamento de tubo de circuito se estende da entrada para a saída. A decisão de quantos escapamentos de tubo têm dimensões de seção transversal horizontais reduzidas, conforme mostrado nas Figuras 6 e 7, é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível e não é uma limitação da invenção.

[0023] Com referência agora à Figura 4B, o trocador de calor indireto 250 está em conformidade com uma quarta modalidade da presente invenção. A modalidade 250 tem oito circuitos e oito trechos ou escapamentos de tubo. A modalidade 250 tem pelo menos uma redução na dimensão horizontal e aumenta na dimensão vertical dentro dos escapamentos de tubo de circuito. O trocador de calor indireto 250 tem cabeçotes de entrada e saída 202 e 204 respectivamente e compreende tubos de bobina que têm comprimentos de escapamento 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212 e 213. Deve-se observar que, ao contrário da modalidade mostrada na Figura 4A que começou com tubos redondos nos primeiros trechos ou filas, a modalidade 250 tem escapamentos de tubo 206, 207, 208 e 209, em que cada um têm dimensões D1 de seção transversal horizontal equivalentes e dimensões D2 seção transversal vertical equivalentes. A razão entre D2 e D1 normalmente é maior que 1,0 e menor que 6,0. A modalidade 250 também tem escapamentos de tubo 210, 211, 212 e 213, sendo que cada um têm dimensões D3 de seção transversal horizontal equivalentes e dimensões D4 de seção transversal vertical equivalentes. A razão entre D4 e D3 normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e, geralmente, maior que a razão entre D2 e D1. Em uma disposição da quarta modalidade, a primeira razão (D2/D1) é maior ou igual a 1,0 e menor que 2,0 (D2/D1 é maior que 1,0 conforme mostrado) e a segunda razão (D4/D3) é maior que a primeira razão, porém, menor que 6,0. Observa-se que, na quarta modalidade da Figura 4B, cada comprimento de escapamento de tubo de circuito tem pelo menos uma mudança em formato geométrico à medida que o escapamento de tubo de circuito se estende da entrada para a saída. A decisão de quantos escapamentos de tubo têm dimensões de seção transversal horizontais reduzidas é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível e não é uma limitação da invenção.

[0024] Com referência agora à Figura 5, o trocador de calor indireto 300 está em conformidade com uma quinta modalidade da presente invenção. A modalidade 300 tem oito circuitos e oito trechos ou escapamentos de tubo, em que cada par de escapamentos de tubo tem um diâmetro diferente e tem diâmetros progressivamente menores a partir do escapamento de tubo de entrada 306 para o escapamento de tubo de saída 313. A modalidade 300 tem cabeçotes de entrada e saída 302 e 304, respectivamente, e compreende tubos de bobina que têm escapamentos de tubo 306, 307, 308, 309, 310, 311, 312 e 313. Deve-se observar que o par de escapamentos de tubo 306 e 307 tem um diâmetro D1, os escapamentos de tubo 308 e 309 tem um diâmetro D2 de tubo, escapamentos de tubo 310 e 311 tem um diâmetro D3 de tubo e escapamentos de tubo 312 e 313 tem um diâmetro D4 de tubo. Deve-se observar que existem diâmetros de escapamento de tubo progressivamente menores que procedem do escapamento de tubo de entrada 306 para o escapamento de tubo de saída 313 e que D1>D2>D3>D4. É possível que cada escapamento de tubo seja de um diâmetro diferente ou pode existir apenas uma mudança no diâmetro de escapamento de tubo dentro das passagens de circuito de tubo, e esses dois ainda estar em conformidade com a quinta modalidade. Os tubos são mostrados na quinta modalidade como redondos, mas cada tubo pode ser achatado ou afusado assim como fornecer ainda mais fluxo de ar e, a geometria real não é uma limitação da invenção. A decisão de quantos escapamentos de tubo têm um diâmetro diferente é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível. As passagens de tubos de diâmetros que diferem podem ser unidas entre si por soldagem ou solda-brasagem forte, unidas por um acoplamento redutor, unidas por deslizamento do tubo de menor diâmetro dentro do tubo de maior diâmetro e depois por solda-brasagem forte, ou podem ser fixadas mecanicamente. Os meios para conectar escapamentos de tubos de diâmetros diferentes não é uma limitação da invenção. A quinta modalidade tem uma redução de área seccional transversal, uma redução de área de superfície de tubo com um aumento em fluxo de ar externo.

[0025] Com referência agora à Figura 6, a sexta modalidade 450 é mostrada com pelo menos dois trocadores de calor indiretos 400 e 500. A modalidade 450 tem um trocador de calor de topo indireto 400 com oito circuitos e quatro trechos ou escapamentos de tubo e o trocador de calor de fundo indireto 500 também tem oito circuitos e quatro trechos ou escapamentos de tubo. O trocador de calor de topo indireto 400 é colocado no topo do trocador de calor de fundo indireto 500, de modo que exista um total de oito circuitos e oito trechos ou escapamentos de tubo para todo o trocador de calor indireto de modalidade 450. A bobina indireta de topo 400 tem cabeçotes de entrada e saída 402 e 404, e compreende escapamentos de tubo 406,407,408 e 409 que geralmente têm escapamentos de tubo redondos do mesmo diâmetro 465. Deve-se entender que os escapamentos de tubo 406,407,408 e 409 são quatro passagens e compreendem um dos oito circuitos de bobinas indiretas 400 e que os tubos de bobina são conectados por curvas em U que não são mostradas. O trocador de calor de fundo indireto 500 tem cabeçotes de entrada e saída 502 e 504 e compreende escapamentos de tubo 510, 511, 512 e 513. Todas os escapamentos de tubo no trocador de calor de fundo indireto 500 têm a mesma razão entre D2 e D1, que normalmente é maior que 1,0, menor que 6,0 e a dimensão D2 vertical é maior que o diâmetro de escapamento de tubo indireto de topo 465. Deve-se entender que os escapamentos de tubo 510, 511, 512 e 513 são quatro passagens e compreendem um dos oito circuitos de trocador de calor indireto 500 e que os escapamentos de tubo são conectados por curvas em U que não são mostradas. Deve-se entender adicionalmente que todos os tubos mostrados no trocador de calor de fundo indireto 500 geralmente têm o mesmo formato de tubo achatado e a mesma razão entre D2 e D1. O cabeçote de saída de trocador de calor indireto de topo 404 é conectado ao cabeçote de entrada 502 de trocador de calor de fundo indireto 500 por meio de tubulação de conexão 520, conforme mostrado. Alternativamente, os cabeçotes de entrada 402 e 502 podem ser conectados entre si em paralelo e os cabeçotes de saída 404 e 504 podem ser conectados em paralelo (não mostrados). Observe-se que o trocador de calor de fundo indireto 500 pode, em vez disso, empregar tubos de diâmetro menores ou simplesmente um formato de tubo mais afusado que os escapamentos de tubo de trocador de calor de topo indireto 400 e ainda estar em conformidade com a sexta modalidade. O trocador de calor de topo indireto 400 é mostrado com tubos redondos, porém, conforme mostrado na Figura 4B, os tubos em seção indireta de topo 400 podem começar com um formato menos achatado que a seção de troca de calor indireta de fundo 500 e ainda podem estar em conformidade com a sexta modalidade. Os escapamentos de tubo de trocador de calor indireto de topo e de fundo de tubo também podem ser elípticas, sendo que a razão B/A entre escapamentos de tubo de trocador de calor indireto de topo é menor que a razão B/A entre os escapamentos de tubo de trocador de calor indireto de fundo, e ainda está em conformidade com a sexta modalidade. A decisão da diferença de geometria entre trocadores de calor indiretos de topo e de fundo é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível.

[0026] Agora com referência à Figura 7A, 7B e 7C a sétima, a oitava e a nona modalidades são mostradas, respectivamente. Para aumentar adicionalmente a eficiência de troca de calor da sexta modalidade 450 mostrada na Figura 6, a sétima modalidade 550 é mostrada na Figura 7A com uma folga 552 que separa o trocador de calor de topo indireto 400 e o trocador de calor de fundo indireto 500. A folga 552, que é maior de 25,4 mm (1 polegada) de altura, permite mais resfriamento de zona de chuva da água de pulverização, permitindo-se o contato direto entre o ar que flui e a água de pulverização que geralmente fluem para baixo. Outra forma para aumentar adicionalmente a eficiência de troca de calor da sexta modalidade 450 da Figura 6 é adicionar uma seção de troca de calor direta 554 entre a seção de troca de calor indireta de topo 400 e a seção de troca de calor indireta de fundo 500, conforme mostrado na oitava modalidade 560 na Figura 7B. Adicionar a seção direta 554, que é de pelo menos 25,4 mm (1 polegada) de altura, permite o resfriamento de água de pulverização entre as seções de troca de calor indiretas 400 e 500, permitindo-se a troca de calor direta entre o ar que flui e a água de pulverização que geralmente está fluindo para baixo. Para realizar um modo híbrido de operação da sexta modalidade 450 mostrada na Figura 6, a seção de pulverização secundária 556 é adicionada entre a seção de troca de calor indireta de topo 400 e a seção de troca de calor indireta de fundo 500, conforme mostrado na nona modalidade 570 na Figura 7C. Adicionar a seção de pulverização secundária 556 permite que o trocador de calor de fundo indireto 500 opere úmido quando a seção de troca de calor de topo 400 pode funcionar seca, o que economiza água e adiciona um modo híbrido de operação.

[0027] Com referência agora à Figura 8, a décima modalidade 650 é mostrada com pelo menos dois trocadores de calor indiretos 600 e 700. A modalidade 650 tem um trocador de calor de topo indireto 600 com oito circuitos e quatro trechos ou escapamentos de tubo. Observe-se, porém, que o trocador de calor de fundo indireto 700 tem uma redução no número de circuitos em comparação com a seção de troca de calor indireta de topo 600. Nesse caso, a seção indireta de fundo 700 tem seis circuitos, enquanto que a seção indireta de topo 600 tem oito circuitos. O trocador de calor de topo indireto 600 é colocado no topo de trocador de calor de fundo indireto 700, de modo que exista um total de oito escapamentos de tubo, mas deve se observar que a redução de projeção de tubo horizontal é realizada mudando-se o número de circuitos, mudando, desse modo, a geometria de tubos projetados na direção de fluxo de ar. Essa mudança em geometria entre as seções indiretas de topo e de fundo 600 e 700, respectivamente, diminui a área total de seção transversal de tubo, reduz a área de superfície de transferência de calor de tubo total enquanto aumenta o fluxo de ar externo. A seção de troca de calor indireta de topo 600 tem cabeçotes de entrada e saída 602 e 604 e compreende escapamentos de tubo 606, 607, 608 e 609 que geralmente têm escapamentos de tubo redondos do mesmo diâmetro 665. Deve-se entender que os escapamentos de tubo 606, 607, 608 e 609 são quatro passagens e compreendem um dos oito circuitos de seção de troca de calor indireta 600 e que os escapamentos de tubo são conectados por curvas de retorno que não são mostradas. A seção de troca de calor indireta de fundo 700 tem cabeçotes de entrada e saída 702 e 704 e compreende escapamentos de tubo 710, 711, 712 e 713, em que todos geralmente têm escapamentos de tubo redondas do mesmo diâmetro 765, que geralmente é o mesmo diâmetro que os diâmetros de escapamento de tubo 665. Deve-se entender que os escapamentos de tubo 710, 711, 712 e 713 são quatro trechos e compreendem um dos seis circuitos de trocador de calor indireto 700 e que os escapamentos de tubo são conectados por curvas de retorno que não são mostradas. O cabeçote de saída de trocador de calor indireto de topo 604 é conectado à entrada 702 de trocador de calor de fundo indireto 700 por meio de tubulação de conexão 620, conforme mostrado. Alternativamente, os cabeçotes de entrada 602 e 702 podem ser conectados entre si em paralelo e os cabeçotes de saída 604 e 704 podem ser conectados em paralelo (não mostrados). Observa-se que as seções de troca de calor indiretas de topo e de fundo 600 e 700, respectivamente, podem empregar o mesmo formato de tubo, seja redondo, elíptico, achatado ou afusado. É a redução de circuitos em seção de troca de calor de fundo 700 que é a metodologia para reduzir a geometria horizontal de tubo projetada para aumentar o fluxo de ar, aumenta a velocidade de fluido interno e os coeficientes de transferência de calor internos na décima modalidade 650. A decisão das geometrias usadas e a diferença no número de circuitos entre as seções de trocador de calor indireto de topo e de fundo é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de tubo lateral interno admissível. Conforme foi mostrado na Figura 7A, 7B e 7C de como aumentar adicionalmente a eficiência de troca de calor da sexta modalidade que incluiu duas seções de trocador de calor indireto, a mesma pode ser feita com a décima modalidade, em que trocador de calor de topo indireto 600 e o trocador de calor de fundo indireto 700 podem ser separados adicionando-se uma folga maior que 25,4 mm (1 polegada), conforme mostrado na Figura 7A ou, adicionando-se uma seção de troca de calor direta, conforme mostrado na Figura 7B. Para adicionar um modo híbrido de operação à décima modalidade, a seção de pulverização secundária pode ser adicionada entre os dois trocadores de calor indiretos 600 e 700, conforme mostrado na Figura 7C.

[0028] Ainda com referência à Figura 9, a décima primeira modalidade 770 é mostrada como um condensador de vapor resfriado por ar. O cabeçote de vapor 772 abastece com vapor os escapamentos de tubo 774. Os escapamentos de tubo 774 são fixados ao cabeçote de vapor 772 e aos cabeçotes para coleta de condensados 779 por diversas técnicas que incluem soldagem e soldagem a forno e não é uma limitação da invenção. As aletas onduladas 804 são fixadas aos escapamentos de tubo 774 por diversas técnicas tais como soldagem e soldagem a forno e, não é uma limitação da invenção. O propósito de aletas onduladas 804 é permitir a transferência de calor a partir do tubo para a aleta para a corrente de ar que flui. À medida que o vapor é condensado em escapamentos de tubo 774, o condensado de água é coletado em cabeçotes para coleta de condensados 779. O motor de ventilador 776 gira o ventilador 777 para forçar o ar através das aletas onduladas de condensador de vapor 804. A plataforma de ventilador 775 veda o ar pressurizado que deixa o ventilador 777, de modo que deve sair através de aletas onduladas 804. Existem múltiplos circuitos de escapamento de tubo 774 paralelos e, para mostrar os detalhes da mudança em geometria dos escapamentos de tubo 774 e das aletas onduladas 804, dois circuitos mostrados dentro de linhas pontilhadas 800 são mostrados nas Figuras 10A, 10B e 10C para clarificar.

[0029] Agora com referência à Figura 10A, 10B e 10C, a décima primeira modalidade 770 da Figura 9 é redefinida para mostrar dois escapamentos de tubo na Figura 10A, que é uma vista detalhada de escapamentos de tubo 774 da Figura 9. Deve-se observar que os escapamentos de tubo 774 não têm curvas de retorno, porém, em vez disso são um escapamento de tubo longo. O comprimento dos escapamentos de tubo é tipicamente de alguns pés até 30,48 mm (100 pés) e não é uma limitação da invenção. Os circuitos de escapamento de tubo 774 são mostrados com apenas dois de muitas (centenas) de escapamentos de tubo paralelos repetidos agora com escapamentos de tubo 774 e aletas onduladas 804. As aletas onduladas 804 são instaladas tipicamente a cada lado de escapamento de tubo 802 e funcionam para aumentar a transferência de calor do ar que é forçado através de aletas onduladas 804 para condensar indiretamente o vapor dentro de escapamentos de tubo 774. Os escapamentos de tubo 774 têm uma seção transversal interna redonda no topo (que tem uma área seccional transversal interna máxima na conexão de vapor) com um diâmetro 865 mostrado nas Figuras 10C. O escapamento de tubo 774 é então achatado progressivamente a partir do topo para o fundo, de modo que a dimensão seccional transversal horizontal D5 é menor, então o diâmetro 865 e a razão entre D6 e D5 normalmente são maiores que 1 e menores que 6. Em caso de começar com um formato não redondo, tal como com microcanais, por exemplo, a razão pode aumentar para cima de 20,0. A chave para essa modalidade é uma mudança em formato geométrico a partir do topo para o fundo e pode ser qualquer formato que seja mais afusado perto do fundo que do topo e não está limitado a um formato achatado. A distância entre escapamentos de tubo 774 pode ser vista em 838 no topo e na dimensão mais ampla 840 no fundo. A largura de aletas onduladas 804 é 850 no topo e uma dimensão mais ampla 852 no fundo. Essa ampliação progressiva de aleta ondulada 804 permite maior área de contato entre o tubo à medida que um progride a partir do topo para o fundo e, mais área de superfície aletada à medida em que um percorre a partir do topo para o fundo, o que aumenta a transferência de calor geral para o escapamento de tubo 774. Em referência à Figura 10C, em que a aleta ondulada 804 foi removida a título de clareza, pode ser visto que o escapamento de tubo 774 é redondo com um diâmetro 865 no topo e é achatado com uma largura D5 e um comprimento D6. Conforme foi discutido com todas as outras modalidades, o achatamento progressivo pode ser feito em etapas que têm a dimensão de achatamento uniforme a cada poucos pés ou os escapamentos de tubo podem ter uma razão que aumenta de modo uniforme entre o comprimento e a largura (mostrado como D6 a D5 no fundo) ao longo de todo o comprimento, conforme mostrado na Figura 10C. Existem múltiplos aperfeiçoamentos da décima primeira modalidade da Figura 10 em relação à técnica anterior. Primeiro, a área seccional transversal interna está no máximo no topo, em que o vapor a ser condensado entra no tubo. Isso permite que o gás de baixa densidade que entra flua a uma taxa de fluxo maior com uma queda de pressão menor. Depois, à medida que o vapor é condensado, a necessidade de área seccional transversal interna é reduzida devido ao fato de que existe um fluido muito mais denso que tem tanto o vapor como o condensado na trajetória de fluxo e a mudança de geometria permite um uso ótimo de área de superfície de transferência de calor. Adicionalmente, a área de superfície externa e interna é a mesma no topo e no fundo de cada escapamento de tubo ainda que à medida que a dimensão seccional transversal horizontal é reduzida progressivamente, mais ar é convidado para fluir à medida que o escapamento de tubo é achatado progressivamente. Adicionalmente, a dimensão seccional transversal horizontal reduzida em relação à trajetória de fluxo de ar aumenta as velocidades de fluido internas e os coeficientes de transferência de calor internos enquanto permite que mais ar externo flua, o que aumenta a capacidade para condensar mais vapor. Outra vantagem é que à medida que o escapamento de tubo é achatado, a aleta ondulada pode ser aumentada em tamanho tanto na largura como no comprimento se desejado, e a aleta para a área de contato de tubo aumenta à medida que um procede da ponta para o fundo do escapamento de tubo, o que aumenta a transferência de calor para o tubo.

[0030] Agora com referência à Figura 11, uma vista posterior e vista em 3D de uma duodécima modalidade da presente invenção é mostrada como 950. A seção de troca de calor indireta 950 consiste em placas de troca de calor indiretas 952 em que, em uma torre de resfriamento de circuito fechado ou condensador por evaporação, a água evaporativa é pulverizada no lado externo das placas e o ar também é passado para o lado externo das placas para resfriar ou condensar indiretamente o fluido interno. O cabeçote de placa de entrada 951 permite que o fluido entre no interior das placas e o calor de saída 953 permite que o fluido dentro das placas saia de volta para o processo. Observe-se de modo particular que o espaçamento de topo de linha central 954 e espaçamento de fundo de linha central 954 entre as placas são uniformes e geralmente iguais enquanto que a folga de espaçamento de ar de placa exterior 956 é propositalmente menor que o espaçamento de ar 957. Desse modo, as placas têm um formato cônico em espessura que diminui a partir da adjacente à extremidade de entrada para a adjacente à extremidade de saída. Essa mudança na geometria de placa alcança muitos dos mesmos benefícios mostrados em todas as outras modalidades. Na décima segunda modalidade 950 existe, essencialmente, a mesma área de superfície de transferência de calor, uma redução progressiva de área seccional transversal interna da entrada (topo) para a saída (fundo) e uma folga de ar 956 progressivamente maior no topo em comparação com 957 no fundo, o que permite maior fluxo de ar, aumenta a velocidade de fluido interno e aumenta os coeficientes de transferência de calor internos à medida que um percorre do topo para o fundo. A decisão das geometrias usadas e as folgas de ar progressivas entre seções de trocador de calor de placa indireto de topo e de fundo é um equilíbrio entre a quantidade de melhoramento de fluxo de ar desejado, dificuldade em grau de fabricação e queda de pressão de lado de placa interna permissível.

Claims (15)

1. Trocador de calor indireto (100, 200), compreendendo: uma pluralidade de circuitos de bobinas, um cabeçote de entrada (102, 202) conectado a uma extremidade de entrada de cada circuito de bobinas e um cabeçote de saída (104, 204) conectado a uma extremidade de saída de cada circuito de bobinas, cada circuito de bobinas compreendendo um tubo de circuito (106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113; 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213) que se estende em uma série de comprimentos de escapamento e dobras de retorno (120) a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a extremidade de saída de cada circuito de bobinas, cada comprimento de escapamento de tubo de circuito tendo uma dimensão seccional transversal horizontal que diminui e uma dimensão seccional transversal vertical que aumenta conforme o comprimento de escapamento de tubo de circuito se estende a partir da proximidade da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a proximidade da extremidade de saída de cada circuito de bobinas, caracterizado pelo fato de que cada tubo de circuito (106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113; 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213) tem uma área seccional transversal que diminui a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a extremidade de saída de cada circuito de bobinas.

2. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a área de superfície de cada tubo de circuito (106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113; 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213) é a mesma a partir de perto de sua conexão ao cabeçote de entrada (102, 202) até perto de sua conexão ao cabeçote de saída (104, 204).

3. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma primeira razão da dimensão seccional transversal vertical de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito para a dimensão seccional transversal horizontal de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito sai próxima à extremidade de entrada de cada circuito de bobinas, e uma segunda razão da dimensão seccional transversal vertical de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito para a dimensão seccional transversal horizontal de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito sai próxima à extremidade de saída de cada circuito de bobinas, e em que a segunda razão é maior do que a primeira razão.

4. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira razão está entre 1,0 e 2,0, e a segunda razão é maior do que a primeira razão, mas menor do que 6,0.

5. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que cada comprimento de escapamento de tubo de circuito tem uma dimensão seccional transversal horizontal que diminui progressivamente e uma dimensão seccional transversal vertical que aumenta progressivamente conforme o comprimento de escapamento de tubo de circuito se estende a partir da proximidade da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas à proximidade da extremidade de saída de cada circuito de bobinas.

6. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que cada tubo de circuito (106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113; 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213) compreende uma série de comprimentos de escapamento e dobras de retorno (120) a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a extremidade de saída de cada circuito de bobinas; e, cada comprimento de escapamento de tubo de circuito individual é de uma dimensão seccional transversal horizontal uniforme e uma dimensão seccional transversal vertical uniforme entre dobras de retorno (120), e em que a dimensão seccional transversal horizontal de comprimentos de escapamento tubo de circuito diminui mais próximo à extremidade de saída de cada tubo de circuito (106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113; 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213) e a dimensão seccional transversal vertical de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito aumenta mais próximo à extremidade de saída de cada circuito de bobinas.

7. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que cada dobra de retorno (120) de tubo de circuito é circular na seção transversal.

8. Trocador de calor indireto (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada comprimento de escapamento de tubo de circuito na extremidade de entrada de cada circuito de bobinas conforme conectado ao cabeçote de entrada (102, 202) é circular na seção transversal.

9. Trocador de calor indireto (300), compreendendo: uma pluralidade de circuitos de bobinas, um cabeçote de entrada (302) conectado a uma extremidade de entrada (306) de cada circuito de bobinas e um cabeçote de saída (304) conectado a uma extremidade de saída (313) de cada circuito de bobinas, cada circuito de bobinas compreende um tubo de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) que se estende em uma série de comprimentos de escapamento e dobras de retorno a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a extremidade de saída de cada circuito de bobinas, cada comprimento de escapamento de tubo de circuito tendo uma dimensão seccional transversal horizontal pré-selecionada para seu comprimento total, com as dimensões seccionais transversal e horizontal de comprimentos de escapamento totais de tubo de circuito que diminuem conforme os tubos de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) se estendem a partir da proximidade da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para próximo à extremidade de saída de cada circuito de bobinas, caracterizado pelo fato de que a dimensão seccional vertical de comprimentos de escapamento totais de tubo de circuito também diminui conforme os tubos de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) se estendem a partir da proximidade da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para próximo à extremidade de saída de cada circuito de bobinas.

10. Trocador de calor indireto (300) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada comprimento de escapamento de tubo de circuito tem uma área seccional transversal que diminui a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a extremidade de saída de cada circuito de bobinas.

11. Trocador de calor indireto (300) de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que uma primeira razão da dimensão seccional transversal vertical de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito para a dimensão seccional transversal horizontal de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito sai próximo à extremidade de entrada de cada circuito de bobinas, e uma segunda razão da dimensão seccional transversal vertical de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito para a dimensão seccional transversal horizontal de cada comprimento de escapamento de tubo de circuito sai próxima à extremidade de saída de cada circuito de bobinas, e em que a segunda razão é maior do que a primeira razão.

12. Trocador de calor indireto (300) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a primeira razão está entre 1,0 e 2,0, e a segunda razão é maior do que a primeira razão, mas menor do que 6,0.

13. Trocador de calor indireto (300) de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que: cada tubo de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) é compreendido de uma série de comprimentos de escapamento e dobras de retorno a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para à extremidade de saída de cada circuito de bobinas; e, cada comprimento de escapamento de tubo de circuito individual é de uma dimensão seccional transversal horizontal uniforme e uma dimensão seccional transversal vertical uniforme entre dobras de retorno, e em que a dimensão seccional transversal horizontal de cada comprimento de escapamento diminui mais perto da extremidade de saída de cada tubo de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) e a dimensão seccional transversal vertical de cada comprimento de escapamento aumenta mais perto da extremidade de saída (313) de cada circuito de bobinas.

14. Trocador de calor indireto (300) de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que cada tubo de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) é compreendido uma série de comprimentos de escapamento e dobras de retorno a partir da extremidade de entrada de cada circuito de bobinas para a extremidade de saída de cada circuito de bobinas, e cada dobra de retorno do tubo de circuito é circular na seção transversal.

15. Trocador de calor indireto (300) de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelo fato de que cada tubo de circuito (306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313) é compreendido de aço galvanizado, aço inoxidável, alumínio ou cobre.

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