BR112013015664B1

BR112013015664B1 - Tubo trocador de calor

Info

Publication number: BR112013015664B1
Application number: BR112013015664-3A
Authority: BR
Inventors: Arvi Artamo; Pentti Juhola
Original assignee: Rinheat Oy
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2020-12-15
Also published as: EP2469215B1; WO2012085337A1; US9677825B2; ES2541444T3; CN103261829B; US20130255923A1; CN103261829A; BR112013015664A2; EP2469215A1

Abstract

proteção e tubo trocador de calor. a presente invenção refere-se a uma proteção e tubo trocador de calor compreendendo tubos de superfície de calor (6) circundados por uma proteção (1), os mencionados tubos de superfície de calor (6) se comunicando com uma câmara extrema de entrada (11) através de uma placa de tubo (5) em um extremo e com uma câmara extrema de saída (12) através de uma placa de tubo (4) no outro extremo, e no lado de proteção do tubo trocador de calor tem-se pelo menos uma placa defletora (7) feita de faixas planas (21) suportando os tubos de superfície de calor (6) e guiando o fluxo de lado de proteção. a invenção é caracterizada pelo fato de que as faixas planas (21) formando uma placa defletora (7) são retas e mais finas que a distância entre os tubos (6) a serem suportados, e sendo que o suporte requerido é provido colocando-se cada faixa plana (21) da placa defletora (7) em uma posição inclinada com respeito aos tubos de superfície de calor (6) de modo que um dos cantos transversais da faixa plana (21) está suportando um e o outro está suportando o outro dos tubos adjacentes (6).

Description

Campo da invenção

[0001] A presente invenção refere-se a uma proteção e um trocador d calor de tubos compreendendo tubos de superfície de calor circundados por uma proteção, os mencionados tubos se comunicando em um extremo com uma câmara extrema de entrada através de uma placa de tubo e no outro extremo com uma câmara extrema de saída por meio de uma placa de tubo, e no lado de proteção do trocador de calor tem-se pelo menos uma placa defletora feita de faixas planas para suportar os tubos de superfície de calor e para guiar o fluxo de lado de proteção.

Antecedentes da invenção

[0002] A solução mais generalizada para guiar o fluxo do lado de proteção e para suportar os tubos de superfície de calor é usar defletores segmentais de guia/suporte feitos de uma placa. A construção e dimensionamento deste tipo de defletores tem sido bem discutida por exemplo, na norma TEMA (“Standard of the Tubular Exchanger Mabufactures’ Association”: Norma da Associação de Fabricantes de Trocadores Tubulares). Uma fraqueza desses refletores é que nas esquinas formadas pela proteção de trocador de calor e as placas defletoras existem “áreas mortas”, onde a velocidade de fluxo é baixa e a transferência de calor é fraca, e essas áreas também contaminam-se facilmente, e o suporte provido por elas para os tubos de superfície de calor contra vibração e inclinação é insuficiente, especialmente, quando tubos com um diâmetro pequeno e as paredes finas são usados em trocadores de calor com um diâmetro grande.

[0003] A publicação de patente U.S. No. 5,642,778 apresenta outra solução para suportar tubos de superfície de calor. Neste caso, os tubos de superfície de calor são suportados por meio de um anel externo e hastes refletoras redondas fixadas ao mesmo em paralelo. A inclinação desejada e o suporte dos tubos são providos mudando-se a espessura e o número das hastes do defletor.

[0004] Quando os defletores são posicionados transversalmente, um suporte de quatro pontos é provido para cada tubo de superfície de calor. Um suporte de quatro pontos requer dois ou quatro arranjos sequênciais transversais dos defletores de haste. Fraquezas deste tipo de suporte são que uma grande quantidade de defletores de haste é requerida para prover um suporte suficiente, as longas hastes dos defletores facilmente começam a vibrar o que pode levar a sua ruptura, e que a perda de pressão no lado de proteção é relativamente alta.

Sumário da invenção

[0005] O objetivo da presente invenção é desenvolver uma proteção e um tubo trocador de calor, sendo que o fluxo de lado de proteção é guiado de modo a alcançar uma transferência de calor tão suficiente quanto possível com uma pré-determinada perda de pressão, e ao mesmo tempo um suporte suficiente dos tubos de superfície de calor é provido, para prevenir a danificação dos tubos pela vibração e/ou inclinação dos tubos, e para solucionar as desvantagens mencionadas acima. Este objetivo é alcançado por meio de um trocador de calor que é caracterizado pelo fato de que as faixas planas formando uma placa defletora são retas e mais finas que a distância entre os tubos a serem suportados, e que o suporte requerido é provido colocando-se cada faixa plana da placa defletora em uma posição inclinada com respeito aos tubos de superfície de calor de modo que um dos cantos transversais da faixa plana suporta um de dois tubos adjacentes e o outro suporta o outro. O trocador de calor pode ser instalado ou em uma posição vertical ou uma posição horizontal. Devido à placa defletora em concordância com a invenção, cada tubo de superfície de calor é suportado em quatro pontos, e ao mesmo tempo, não existem áreas mortas deixadas na construção que poderiam estar sujeitas a contaminação e enfraqueceriam a transferência de calor.

[0006] Devido a este tipo de placa defletora, pode-se conseguir um fluxo de lado de proteção uniforme e uma boa transferência de calor ao longo de todo o comprimento dos tubos de superfície de calor. A queda de pressão é baixa, porque somente 10 a 20% da área de secção transversal de fluxo no lado de proteção é coberta pelas placas defletoras.

[0007] Uma ranhura paralela com o tubo de troca de calor pode ser vantajosamente formada ou maquinada nos pontos dos cantos de faixa plana das placas defletoras que suportam os tubos de superfície de calor, visando fazer a superfície de contato entre o tubo e a faixa plana mais larga.

[0008] Os tubos de superfície de calor podem ser ou retos, conforme o qual a câmara extrema de entra é localizada em um extremo do tubo trocador de calor, ou eles podem ser formados como um U, conforme o qual a câmara extrema de entrada e a câmara extrema de saída são localizadas no mesmo extremo coberto por uma proteção comum de modo que as mencionadas câmaras são separadas uma da outra por uma parede divisória.

[0009] Boa transferência de calor e baixa contaminação combinados conjunto de manipulação uma baixa queda de pressão levam a um tubo trocador de calor tendo ambos uma superfície de calor menor e um tamanho menor.

[0010] A placa defletora em concordância com a invenção é, em adição a um fluxo de uma fase, também aplicável para uso em vaporizadores e condensadores.

[0011] A placa defletora em concordância com a invenção é também aplicável para tubos de superfície de calor com diferentes perfis e/ou fins.

Breve descrição das figuras

[0012] A invenção será agora descrita em mais detalhe a continuação com referência a um desenho, sendo que

[0013] A figura 1 mostra uma vista em secção transversal de um trocador de calor de única passagem de tubo com tubos retos e placas de tubo fixas;

[0014] A figura 2 mostra um detalhe A ampliado da figura 1;

[0015] A figura 3 mostra uma secção a-a ampliada da figura 1;

[0016] A figura 4 mostra uma secção correspondente como na figura 1, onde os tubos de superfície de calor são arranjados na forma de um triangulo eqüilátero;

[0017] A figura 5 mostra um exemplo de como os cantos da faixa plana da placa defletora pode ser formado no ponto de contato com os tubos de superfície de calor; e

[0018] A figura 6 mostra um exemplo de como os cantos da faixa plana da placa defletora pode ser maquinado no ponto de contato com os tubos de superfície de calor.

Descrição detalhada da invenção

[0019] O lado de proteção do trocador de calor é formado de uma proteção cilíndrica 1 sendo conectada às placas de tubo 4 e 5 por meio da proteção expandida e das partes abaixo 2 e 3. Os tubos de superfície de calor 6 são fixados em seus extremos às mencionadas placas de tubo 4 e 5. As placas defletoras 7 arranjadas a distancias pré-determinadas para suportar os tubos e para guiar o fluxo são fixadas à proteção 1 por meio dos anéis 8. As conexões de tubulação de lado de proteção 9 e 10 são fixadas às partes de proteção expandida 2 e 3.

[0020] As câmaras extremas de lado de tubo 11 e 12 são formadas de uma proteção cilíndrica 13 e uma placa extrema que pode ser aberta 14. As conexões de tubulação de lado de tubo 15 e 16 são fixadas à parte de proteção 13 das câmaras.

[0021] O trocador de calor de acordo com a figura 1 é apropriado para a transferência de calor para ambos fluxos de líquido e de vapor/gás.

[0022] O meio de liberação de calor flui para a câmara extrema de entrada de lado de tubo 11 do trocador de calor através da conexão de tubulação 15 e em seguida para os tubos de superfície de calor 6. O meio fluindo a jusante nos tubos de superfície de calor 6 esfria para baixo e sai para fora do trocador de calor através da câmara extrema de saída 12 e a conexão de tubulação 16.

[0023] O meio recebendo calor é direcionado através da conexão de tubulação 9 para a parte inferior expandida 2 do lado de proteção, onde o meio fluindo é distribuído de modo a fluir sob o canto de placa 18 uniformemente sobre todo o comprimento periférico em torno do feixe de tubos 19. O meio fluindo enche o volume de proteção entre os tubos e flui neste espaço paralelo com os tubos de baixo para cima.

[0024] Os tubos de superfície de calor 6 passam através das placas defletoras 7 em concordância com a invenção localizada no lado de proteção a distancias pré-determinadas. As placas defletoras 7 suportam os tubos de superfície de calor 6 e aumentam a turbulência do meio fluindo axialmente entre os tubos, assim intensificando a transferência de calor.

[0025] O meio que tem fluido de baixo para cima através da parte de proteção flui sobre um canto de placa 20 para a parte superior expandida 3 do lado de proteção, de onde ele é passado para fora do trocador de calor através da conexão de tubulação 10.

[0026] As placas defletoras 7, em concordância com a invenção, são formadas de faixas planas finas retas entalhadas ou inclinadas 21 colocadas transversalmente. Os entalhes nas faixas fixam as faixas transversais uma à outra e tornam rígida a rede defletora. A figura 2 mostra como a faixa plana 21 da placa defletora 7 é inclinada em um ângulo α, por meio do qual o canto inferior esquerdo da faixa 21 suporta um e o canto superior direito outro tubo de superfície de calor 6. A espessura s, a largura l e o ângulo α da faixa plana 21 podem ser mudados para prover um desejado defletor guia e de suporte.

[0027] A figura 3 mostra a construção de uma placa defletora 7 provendo um suporte de quatro pontos, quando os tubos de superfície de calor 6 são arranjados em uma forma quadrada, e a figura 4 mostra a construção de uma placa defletora 7, quando o arranjo dos tubos de superfície de calor 6 tem a forma de um triangulo eqüilátero.

[0028] Na figura 1, a placa defletora 7 é suportada sobre um anel 8 fixado à proteção 1. O anel atua ao mesmo tempo como uma faixa de vedação evitando que o fluxo passe pelo feixe de tubos 19. As placas defletoras 7 podem também ser suportadas por meio de tirantes, tal como os defletores de guia/suporte em formato de placa em proteção e trocadores de calor de tubos convencionais.

[0029] Pontos das placas defletoras 7 deixados sem tubos podem ou ser feitos de uma placa ou ser cobertos por uma lâmina (fina) para evitar fluxos de desvios negativos e vazamento. Para diminuir a queda de pressão causada pela placa defletora 7, é vantajoso chanfrar os cantos das faixas planas formando a placa defletora 7, como mostrado na figura 2.

[0030] A superfície de suporte no ponto de contato entre a faixa plana 21 da placa defletora 7 e o tubo de superfície de calor 6 pode ser aumentada, por exemplo, como mostrado na figura 5. Ela mostra uma ranhura pressionada ao canto da faixa 21 no ponto de contato com o tubo 6 a ser suportado, correspondendo à curvatura do tubo, por meio do qual a superfície de contato da faixa plana 21 com o tubo é aumentada em ambas a direção lateral e a direção vertical.

[0031] Na figura 6, a correspondente ranhura no canto da faixa plana 21 foi feita por exemplo, por esmerilhação. Uma superfície de suporte maior suporta o tubo 6 melhor e permite o uso de tubos sendo corrugados, perfilados ou aletados em vários modos nos trocadores de calor em concordância com a invenção.

Claims

1. Tubo trocador de calor, compreendendo tubos de superfície de calor (6) circundados por uma proteção (1), os mencionados tubos de superfície de calor (6) se comunicando com uma câmara extrema de entrada (11) através de uma placa de tubo (5) em um extremo e com uma câmara extrema de saída (12) através de uma placa de tubo (4) no outro extremo, e no lado de proteção do tubo trocador de calor tem-se pelo menos uma placa defletora (7) feita de faixas planas (21), sendo mais finas do que a distância entre os tubos (6) a serem suportados e colocados na transversal para suportar os tubos da superfície de calor (6) e aumentando a turbulência de direcionar axialmente o fluxo do lado de proteção, pelo qual um dos cantos de cada faixa plana (21) está suportando os tubos de outras de duas fileiras adjacentes de tubos (6) caracterizadopelo fato de as faixas planas finas (21) formando uma placa defletora (7) terem uma seção transversal reta e o suporte necessário é provido ao colocar as citadas faixas planas (21) da placa defletora (7) com um dos cantos transversais das faixas (21) cruzando entre si em um nível e o outro canto das citadas faixas (21) em outro nível paralelo ao primeiro nível e em uma distância (h) do mesmo, sendo que as ranhuras nas faixas (21) fixam as faixas transversais uma à outra e tornam rígida a rede refletora, por meio do qual o suporte requerido é provido colocando-se todas as faixas planas (21) em uma posição inclinada com respeito aos tubos de superfície de calor (6) e com um dos cantos transversais de todas as faixas (21) em um nível e o outro canto de todas as faixas (21) em outro nível paralelo ao primeiro nível e a uma distância (h) do mesmo, por meio do qual um dos cantos transversais de cada faixa plana (21) está suportando os tubos de uma fileira dos tubos de superfície de calor e o outro canto está suportando os tubos da outra das duas fileiras adjacentes de tubos de superfície de calor (6).

2. Tubo trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada tubo de superfície de calor (6) passando através da placa defletora (7) ser suportado pelas faixas planas (21) da placa defletora (7) em quatro pontos.

3. Tubo trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de nos cantos das faixas planas (21) da placa defletora (7) existir formada ou maquinada uma ranhura paralela com o tubo (6) nos pontos suportando os tubos de superfície de calor (6), a mencionada ranhura ampliando a superfície de contato entre o tubo (6) e a faixa plana (21).

4. Tubo trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de os tubos de superfície de calor (6) serem retos, por meio do qual a câmara extrema de entrada (11) está localizada em um extremo do tubo trocador de calor e a câmara extrema de saída (12) no extremo oposto do tubo trocador de calor.

5. Tubo trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de os tubos de superfície de calor (6) serem formados em U, por meio do qual a câmara extrema de entrada e a câmara extrema de saída são localizadas no mesmo extremo do tubo trocador de calor circundadas por uma proteção comum (13), as mencionadas câmaras sendo separadas uma da outra por meio de uma parede divisória.