ES2198517T3 - Intercambiador de calor para la preparacion de agua para uso industrial. - Google Patents
Intercambiador de calor para la preparacion de agua para uso industrial.Info
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Abstract
LA INVENCION TRATA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR (1) PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS SUCIAS, EN EL CUAL HAY DISPUESTA ALREDEDOR DE UNA PIEZA (3) CENTRAL UNA HELICE TUBULAR (5) PARA LA CONDUCCION DE LAS AGUAS SUCIAS (BW) A UN DEPOSITO (2), DEPOSITO (2) QUE PUEDE SER ACCIONADO CON AGUA CALIENTE (HW). EN EL PERIMETRO EXTERIOR (6) DE LA PIEZA (3) HAY PRACTICADA UNA RANURA (7) EN FORMA DE HELICE. EN DICHA RANURA (7) ESTA INTRODUCIDA LA HELICE TUBULAR (5). LA UNIDAD PREVIAMENTE MONTADA, FORMADA POR LA PIEZA (3) Y LA HELICE TUBULAR (5), SE INTRODUCE EN EL DEPOSITO (2), A CUYO EFECTO LA PIEZA (3) CON SU SUPERFICIE EXTERIOR (8) CONTACTA CON LA PARED INTERIOR (9) DEL DEPOSITO (2). EL AGUA CALIENTE (HW) CIRCULA EN EL SENTIDO LONGITUDINAL DE LA HELICE TUBULAR (5), ESTO ES, EN PARALELO A ELLA. ASI RESULTA UN ESPACIO DE TIEMPO DE CONTACTO MAS PROLONGADO PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR Y UNA TRANSMISION TERMICA MAS INTENSA. CON ELLO PUEDE ACORTARSE LA LONGITUD DE LA HELICE TUBULAR (5) Y POR CONSIGUIENTE REDUCIRTAMBIEN EL DIAMETRO DE LA HELICE TUBULAR (5). EL INTERCAMBIADOR DE CALOR (1) DESTACA PUES POR SU ELEVADO RENDIMIENTO CON UN VOLUMEN DE CONSTRUCCION OPTIMIZADO A LA TECNICA DE APLICACION.
Description
Intercambiador de calor para la preparación de
agua para uso industrial.
El invento se refiere a un intercambiador de
calor según las características del preámbulo de la reivindicación
1 para la preparación de agua para uso industrial.
Un intercambiador de calor para la preparación de
agua industrial forma parte, a través del documento EP 0 178 351
B1, del estado de la técnica. En él se dispone un serpentín de tubo
y por el que se hace pasar el agua para uso industrial, en un
recipiente cilíndrico alrededor de un elemento interior, al mismo
tiempo, que le serpentín de tubo se dispone entre el elemento
interior y la pared del recipiente. El agua de calefacción fluye a
través del recipiente. Debido al contacto con el serpentín de tubo
tiene lugar la transmisión de energía calorífica al agua para uso
industrial.
En el diseño de un intercambiador se procura
fundamentalmente, que se obtenga un rendimiento de intercambio lo
más alto posible con un volumen de construcción razonable desde el
punto de vista de la técnica de aplicación. Sin embargo, el
intercambiador de calor conocido posee el inconveniente de que para
obtener un rendimiento de intercambio exigido y teniendo en cuenta
una longitud admisible del recipiente, el diámetro del serpentín de
tubo tiene que ser dimensionado correspondientemente grande. Esto
conduce en conjunto a una longitud de tubo comparativamente grande.
Debido a la sección transversal del anillo del serpentín de tubo
resultante de ello, se produce también una velocidad de circulación
menor, lo que da lugar a una transmisión de calor deficiente.
Otro inconveniente es que el agua de calefacción
recorre el recipiente desde la entrada hasta la salida sólo en un
sentido en la dirección longitudinal. Con ello, el intercambio de
calor sólo puede tener lugar durante un tiempo relativamente
corto.
El documento
US-A-2 146 141 describe un
intercambiador de calor para la preparación de agua para uso
industrial en el que un serpentín de tubo para la conducción del
agua para uso industrial está dispuesto en un recipiente alrededor
de un elemento central y en el que el recipiente puede ser tratado
con agua de calefacción. El serpentín de tubo está dispuesto en una
ranura con forma helicoidal, que se extiende sobre el contorno del
elemento interior y en la que se conduce el agua de calefacción. En
este intercambiador de calor es problemática la hermetización del
elemento interior con relación al recipiente. En especial en el
caso de recipientes alargados es preciso mantener tolerancias de
fabricación pequeñas para que el espacio remanente entre el
elemento interior y la superficie envolvente interior del recipiente
no resulte demasiado grande, con lo que las corrientes de fluido
podrían pasar a través de este espacio hacia la espira siguiente de
la ranura.
El invento se basa, partiendo del estado de la
técnica en el problema de crear un intercambiador de calor
simplificado desde el punto de vista de la técnica de fabricación y
que garantice una asiento hermético, favorable desde el punto de
vista de la técnica de montaje, del elemento interior en el
recipiente.
La solución de este problema reside según el
invento en las características expuestas en la reivindicación
1.
El serpentín de tubo está dispuesto en un canal
con forma helicoidal, que se extiende sobre el contorno del
elemento interior. El agua de calefacción es conducida a través del
canal. El serpentín de tubo apoya en el canal. Esto hace posible una
construcción muy compacta y robusta del intercambiador de calor. El
recorrido de contacto de los medios del intercambiador, es decir el
agua de calefacción y el agua para uso industrial es en el
intercambiador de calor según el invento varias veces mayor que en
las construcciones en las que el agua de calefacción sólo recorre
el intercambiador longitudinalmente de un extremo al otro. Por lo
tanto, el tiempo de contacto entre los medios del intercambiador
también son grandes, debido a la construcción. A consecuencia de la
intensa transmisión de calor se puede diseñar manifiestamente menor
la longitud del serpentín de tubo. Correspondientemente, entonces
también es posible una reducción esencial del diámetro del
serpentín de tubo. Las comparaciones prácticas pusieron de
manifiesto, que el volumen de construcción del intercambiador de
calor según el invento se puede reducir aproximadamente a la mitad
con un rendimiento comparable con el de un intercambiador de calor
con construcción convencional.
La posición de montaje del intercambiador de
calor según el invento es independiente de la dirección de paso del
agua para uso industrial y del agua de calefacción. Por lo tanto, el
intercambiador de calor puede ser dispuesto tanto vertical, como
también horizontal desde el punto de vista de su eje
longitudinal.
El canal se conforma en el contorno exterior del
elemento interior. En esta estructura de canales se rosca el
serpentín de tubo. Una unidad premontada de esta clase se puede
introducir después en el recipiente en la dirección axial. Esta
forma de proceder es racional, se puede automatizar perfectamente
desde el punto de vista de la técnica de fabricación y garantiza un
montaje correcto y exacto del serpentín de tubo en el elemento
interior.
Es fundamental, que el elemento interior
acanalado contacte la superficie exterior de la pared interior del
recipiente de forma hermética a medios. De esta forma se obliga al
agua de calefacción a circular exactamente en la dirección
longitudinal del serpentín de tubo, es decir exactamente paralela a
él. De aquí resultan un tiempo de contacto grande del agua de
calefacción con el serpentín de tubo, que conduce el agua para uso
industrial y con ello una transmisión de calor intensa. El grado de
rendimiento de un intercambiador de calor según el invento es por
ello correspondientemente alto.
Esto se consigue con el invento por el hecho de
que los flancos del canal se estrechan a modo de labios en la
dirección hacia la pared interior.
El diámetro exterior del elemento interior se
dimensiona en este caso ligeramente mayor que el diámetro interior
del recipiente, de manera, que los extremos de los flancos se
doblen ligeramente, cuando se introduce el elemento interior en el
recipiente. Después de la introducción, los extremos asientan a modo
de labios en la pared del recipiente.
Para favorecer el posicionado correcto y la
sujeción del serpentín de tubo en el elemento interior se prevén,
según la reivindicación 2, elementos de fijación en el canal.
Si bien cabe imaginar diferentes forma de
ejecución de los elementos de fijación, se debe ver una solución
especialmente favorable para la práctica en el hecho de que los
elementos de fijación se construyan como protuberancias en los
flancos del canal (reivindicación 3). Esta forma de ejecución se
puede realizar sin un coste adicional de fabricación esencial y
garantiza un espacio anular correcto para el paso del agua de
calefacción.
A pesar de que el elemento interior central se
puede fabricar con todos los materiales apropiados, una forma de
ejecución especialmente ventajosa reside en las características de
la reivindicación 4. Según ella, el elemento interior es de un
material termoplástico. Por ello, el elemento interior con una
construcción robusta e insensible a corrosión se caracteriza por un
peso relativamente pequeño.
El elemento interior posee, según la
reivindicación 5, un canal interior.
En la práctica es obvio, que el elemento interior
se construya con forma cilíndrica hueca. La pared del elemento
interior puede ser diseñada en este caso relativamente delgada.
Además del ahorro adicional de peso ligado a ello, se puede utilizar
el canal interior para la conducción del agua de calefacción y/o
para tramos de tubería.
De esta manera se puede realizar una construcción
en la que el agua de calefacción sea conducida a través del canal
interior hasta el lado opuesto a la entrada del intercambiador de
calor, sea invertida aquí y retorne a través del espacio anular
entre el serpentín de tubo y el canal. Las conexiones del
intercambiador de calor, es decir tanto para el agua para uso
industrial, como también para el agua de calefacción, se hallan
entonces todas ellas en un lado del intercambiador de calor.
El invento se describe con detalle en lo que
sigue por medio de ejemplos de ejecución representados en el dibujo.
En él muestran:
La figura 1, en una sección longitudinal
vertical, una forma de ejecución del intercambiador de calor.
La figura 2, en una representación ampliada, el
detalle II de la figura 1.
La figura 3, en una representación ampliada, el
detalle III de la figura 2.
La figura 4, en una representación ampliada, el
detalle IV de la figura 2.
La figura 5, igualmente en una sección
longitudinal vertical, otra forma de ejecución de un intercambiador
de calor.
En la figura 1 se representa con 1 un
intercambiador de calor para la preparación de agua para uso
industrial. Con las flechas BW se indica el recorrido del agua para
usoindustrial y con las flechas HW el recorrido del agua de
calefacción.
El intercambiador 1 de calor comprende
esencialmente un recipiente 2 con un elemento 3 interior central
alrededor del que se dispone un serpentín 5 de tubo formado por un
tubo 4. El elemento 3 interior es de polietileno reticulado.
En el contorno 6 exterior del elemento 3 interior
está conformado un canal 7 con forma helicoidal. El serpentín 5 de
tubo está roscado en el canal 7. La unidad premontada formada por
el elemento 3 interior y el serpentín 5 de tubo es introducida en el
recipiente 2, al mismo tiempo, que el elemento 3 interior contacta
con su superficie 8 exterior de forma hermética a medios la pared 9
interior del recipiente 2. De esta forma se crea un espacio 10
anular entre el serpentín 5 de tubo y el canal 7.
El agua BW para uso industrial penetra a través
de la entrada 11 en el serpentín 5 de tubo, recorre este serpentín
y es extraída nuevamente a través del elemento 12 de tubo y de la
salida 13. Al mismo tiempo, el agua HW de calefacción penetra a
través de una entrada 14 en un canal 15 interior del elemento 3
interior con forma de cilindro hueco. En el extremo 16 opuesto a la
entrada 14 se desvía el agua HW de calefacción y penetra en el
canal 7, respectivamente en el espacio 10 anular. El agua HW de
calefacción recorre entonces el espacio 10 anular en sentido
ascendente y de forma helicoidal hasta la salida 17 del agua de
calefacción. De esta manera se obtiene un tiempo de contacto grande
del agua HW de calefacción con el serpentín 5 de tubo, que conduce
el agua BW para uso industrial, de manera, que tiene lugar una
transmisión de calor intensa.
Como muestran en especial las figuras 2 y 3, el
canal 7 dispone de flancos 18, 19, que se estrechan a modo de
labios en la dirección hacia la pared 9 interior del recipiente 2.
El diámetro exterior del elemento 3 interior se dimensiona de tal
modo, que los extremos 20 de los flancos 18, 19 se curven
ligeramente, cuando se introduce el elemento 3 interior en el
recipiente 2, como muestra la figura 3. Los extremos 20 asientan
entonces de forma hermética en la pared 9 interior. Con ello se
garantiza la conducción obligada del agua HW de calefacción a
través del espacio 10 anular entre el serpentín 5 de tubo y el
canal 7.
De la figura 4 se desprende, que en el canal 7
están dispuestos elementos 21 de fijación para el serpentín 5 de
tubo. Estos están formados por protuberancias 22, 23 previstas en
los flancos 18, 19. Las protuberancias 22, 23 se encargan de la
distancia correcta y de la orientación de la posición del serpentín
5 de tubo en el canal 7.
La forma de ejecución de un intercambiador 24 de
calor representada en la figura 5 comprende nuevamente un
recipiente 25, un elemento 26 interior central y un serpentín 27
de tubo. El elemento 26 interior está formado por un cilindro 29
hueco de un material termoplástico en cuyo contorno 29 exterior se
conforma un canal 30 con forma helicoidal. El serpentín 27 de tubo
se aloja en el canal 30.
La posición de montaje representada del
intercambiador 24 de calor es horizontal.
Como se puede observar, además, en la figura 5,
el intercambiador 24 de calor dispone de una entrada 31 de agua de
calefacción y de una salida 32 de agua de calefacción dispuestas en
los extremos 33, respectivamente 34 opuestos del intercambiador 24
de calor. El agua BW para uso industrial es aportada a través de la
entrada 35 y es conducida en primer lugar por medio del tramo 36 de
tubo hasta el extremo 34, antes de que fluya a través del serpentín
27 de tubo hacia la salida 37. El agua HW de calefacción es
conducida en sentido opuesto al del agua BW para uso industrial a
través de la garganta 30 conforma helicoidal hasta la salida 32 de
agua de calefacción, donde abandona el intercambiador 24 de
calor.
El recorrido de contacto para la transmisión de
la energía calorífica del agua HW de calefacción al agua BW para
uso industrial, que fluye a través del serpentín 27 de tubo, es con
ello suficientemente largo, de manera, que tiene lugar un
intercambio de calor intenso.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
1 \+ Intercambiador de calor\cr 2 \+ Recipiente\cr 3 \+ Elemento
interior\cr 4 \+ Tubo\cr 5 \+ Serpentín de tubo\cr 6 \+ Contorno
exterior de 3\cr 7 \+ Canal\cr 8 \+ Superficie de 3\cr 9 \+ Pared
interior de 2\cr 10 \+ Espacio anular\cr 11 \+ Entrada de 5\cr 12
\+ Tramo de tubo\cr 13 \+ Salida\cr 14 \+ Entrada de agua de
calefacción\cr 15 \+ Canal interior de 3\cr 16 \+ Extremo de 1\cr
17 \+ Salida de agua de calefacción\cr 18 \+ Flanco de 7\cr 19 \+
Flanco de 7\cr 20 \+ Extremo\cr 21 \+ Elementos de fijación\cr 22
\+ Protuberancia\cr 23 \+ Protuberancia\cr 24 \+ Intercambiador de
calor\cr 25 \+ Recipiente\cr 26 \+ Elemento interior\cr 27 \+
Serpentín de tubo\cr 28 \+ Cilindro hueco\cr 29 \+ Contorno
exterior de 26\cr 30 \+ Canal\cr 31 \+ Entrada de agua de
calefacción\cr 32 \+ Salida de agua de calefacción\cr 33 \+
Extremo de 24\cr 34 \+ Extremo de 24\cr 35 \+ Entrada\cr 36 \+
Elemento de tubo\cr 37 \+ Salida\cr BW \+ Agua para uso
industrial\cr HW \+ Agua de
calefacción\cr}
Claims (5)
1. Intercambiador de calor para la preparación de
agua para uso industrial en el que un serpentín (5, 27) para la
conducción del agua para uso industrial está dispuesto en un
recipiente (2, 25) alrededor de un elemento (3, 26) interior
central y en el que el recipiente (2, 25) puede ser recorrido por
agua de calefacción, al mismo tiempo, que el serpentín (5, 27) de
tubo está dispuesto en un canal (7, 30), que se extiende de forma
helicoidal, conformado en el contorno exterior y que el agua de
calefacción es conducida en el canal (7, 30) y que el elemento (3)
interior acanalado contacta de forma hermética a medios con su
superficie (8) exterior la pared (9) interior del recipiente (3),
caracterizado porque los flancos (18, 19) del canal (7) se
estrechan a modo de labios en la dirección hacia la pared (9)
interior, al mismo tiempo, que el diámetro exterior del elemento
(3, 26) interior se dimensiona ligeramente mayor que el diámetro
interior del recipiente (2, 25).
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque en el canal (7) están
dispuestos elementos (21) de fijación para el serpentín (5) de
tubo.
3. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los elementos
(21) de fijación están formados por protuberancias (22, 23)
previstas en los flancos (18, 19).
4. Intercambiador de calor según las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el elemento (3,
26) interior es de un material termoplástico.
5. Intercambiador de calor según las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento (3)
interior posee un canal (15) interior.
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