ES2207098T3 - Intercambiador de calor con una pieza de union. - Google Patents

Intercambiador de calor con una pieza de union.

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ES2207098T3 ES99119580T ES99119580T ES2207098T3 ES 2207098 T3 ES2207098 T3 ES 2207098T3 ES 99119580 T ES99119580 T ES 99119580T ES 99119580 T ES99119580 T ES 99119580T ES 2207098 T3 ES2207098 T3 ES 2207098T3
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David J. Brown
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Abstract

Intercambiador de calor con una pieza de unión (3) entre un tubo no refrigerado (2) y varios tubos refrigerados (4), insertándose los tubos refrigerados (4) en un fondo de tubo (6) y estando dispuestos sobre un círculo parcial, y presentando la pieza de unión (3) un segmento de entrada (8) cilíndrico, unido al tubo no refrigerado (2) y se transforma en un segmento final (9) que se ensancha, abrazando el segmento final (9) varios canales de guiado (10) que parten del segmento de entrada (8), que están dispuestos en cada caso coaxialmente a uno de los tubos refrigerados (4) y alineados sobre el mismo círculo parcial que los tubos refrigerados (4), caracterizado porque los canales de guiado (10) están ramificados en forma de estrella desde el segmento de entrada (8) de la pieza de unión (3), y porque los tubos refrigerados (4) están rodeados por una envuelta exterior (5) común, configurada cilíndricamente y unida al fondo de tubo (6).

Description

Intercambiador de calor con una pieza de unión.
La invención se refiere a un intercambiador de calor con una pieza de unión entre un tubo no refrigerado y varios tubos refrigerados, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen piezas de unión para intercambiadores de calor (documento DE-PS 39 10 630), en las que el extremo de un tubo caliente, no refrigerado, está ensanchado hacia fuera en forma de horquilla y aislado térmicamente. Esta pieza de unión conduce el gas caliente hasta un único tubo, refrigerado desde fuera, por ejemplo mediante agua en ebullición. Este principio ha demostrado ser válido. Sin embargo, en cierto modo debe considerarse un inconveniente que el tubo refrigerado, cuyo diámetro se corresponde aproximadamente con el del tubo no refrigerado, debe ejecutarse relativamente largo a causa de su gran diámetro. Esto se produce por motivos termodinámicos, para conseguir la deseada refrigeración del gas caliente hasta una determinada temperatura.
La longitud del tubo refrigerado puede ejecutarse considerablemente más corta y, de este modo, el intercambiador de calor más económicamente, si el medio caliente se divide desde un tubo no refrigerado entre una multitud de tubos refrigerados de menor diámetro. Para ello se conocen estructuras en las que se reparte un medio caliente, desde una entrada por medio de una cámara de entrada, entre una multitud de tubos refrigerados, que se mantienen en un fondo de tubo común. Sin embargo, aquí suponen un inconveniente los arremolinamientos del medio que fluye al incidir sobre el fondo del tubo y posibles erosiones del fondo del tubo.
Del documento US-PS 54 64 057 se conoce un intercambiador de calor de tubo doble, cuyos tubos dobles están unidos a un tubo oval que sirve de colector. En el lado de entrada de gas del intercambiador de calor se ha previsto una pieza de entrada, en la que están formados varios pasos de gas unidos, respectivamente, a un tubo de guiado de gas. Cada paso de gas se ensancha en la dirección de corriente y divide el gas caliente alimentado entre varios tubos refrigerados. Los inconvenientes de este intercambiador de calor son la gran longitud constructiva en la dirección longitudinal y la circunstancia de cada tubo refrigerado exige su propio tubo de envuelta para acoger el medio refrigerante. Aparte de esto la pieza de entrada es de tipo constructivo más complejo y, de forma correspondiente, más caro.
En otro intercambiador de calor conocido de tubo doble se inserta una pieza de unión, que está configurada a modo de un tubo bifurcado y se ramifica, conservando la sección transversal, en dos o tres tubos ramificados. Cada uno de estos tubos ramificados está subordinado a uno de los tubos dobles. Este intercambiador de calor de tubo doble presenta fundamentalmente los mismos inconvenientes que el intercambiador de calor de tubo doble conforme al documento US-A-5 464 057.
En el documento US-A-5 816 322 se describe un intercambiador de calor de tubo doble, en el que los tubos dobles están dispuestos sobre un círculo parcial y unidos a un colector de tubo oval anular. Los tubos dobles están unidos a un tubo de guiado de gas a través de una pieza de unión. La pieza de unión presenta un segmento que se ensancha, en el que están previstos canales de guiado que son coaxiales, respectivamente, a uno de los tubos dobles.
Del documento AT-B-373 385 se conoce un intercambiador de calor aire-aire, en el que varios tubos de intercambio de cambio están rodeados por una envuelta exterior común. Los intercambiadores de calor desembocan en un caño de unión que se estrecha cónicamente.
La invención se ha impuesto la misión de configurar de tal manera el intercambiador de calor del género expuesto que pueda distribuir un medio caliente desde un tubo no refrigerado, por medio de una pieza de unión de tipo constructivo relativamente más sencilla y económica, con pocas turbulencias entre una multitud de tubos refrigerados, con un tipo constructivo al mismo tiempo más compacto y con ahorro de espacio, evitando un fondo de tubo con una afluencia directa.
La misión es resuelta conforme a la invención, con un intercambiador de calor del género expuesto, mediante las particularidades características de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
Mediante la disposición conforme a la invención de los canales de guiado y de los tubos refrigerados correspondientes sobre una superficie lo más pequeña posible, que puede envolverse, es posible prever para los canales de guiado una envuelta común, con preferencia cilíndrica. Lo mismo es aplicable a los tubos refrigerados que, por medio de esto, pueden guiarse también en una envuelta exterior común. Esto hace posible un tipo constructivo cilíndrico, económico y con ahorro de espacio, del intercambiador de calor.
Un ejemplo de ejecución de la invención se ha representado en el dibujo y se explica con más detalle a continuación. Aquí muestran:
la figura 1 el corte longitudinal a través de la parte inferior de un intercambiador de calor con una pieza de unión y
la figura 2 la vista en planta sobre la pieza de unión.
El intercambiador de calor 1 representado sólo parcialmente sirve para refrigerar un gas caliente con ayuda de un medio refrigerante, que es con preferencia agua en ebullición. El gas caliente es con preferencia gas de desdoblamiento, que se ha producido en un horno de desdoblamiento y debe refrigerarse en un corto tiempo hasta una temperatura más baja. Este gas caliente sale del horno de desdoblamiento a través de uno o varios tubos no refrigerados 2. Cada tubo no refrigerado 2 está unido al intercambiador de calor 1 a través de una pieza de unión 3.
El intercambiador de calor 1 se compone de varios tubos 4 refrigerados, por ejemplo cuatro, cuyo diámetro interior es menor que el diámetro interior del tubo no refrigerado. Los tubos refrigerados 4 están dispuestos sobre un círculo parcial y rodeados por una envuelta exterior 5 cilíndrica. Los tubos refrigerados 4 están soldados a un fondo de tubo 6. Al fondo de tubo 6 se conecta, en la dirección longitudinal de los tubos 4, una cámara de entrada 7 para la alimentación de un medio refrigerante. La pared exterior de la cámara de entrada 7 está soldada en dirección axial, por un lado al fondo de suelo 6 y, por el otro lado, a la envuelta exterior 5. En el otro extremo no mostrado del intercambiador de calor 1, los tubos refrigerados 4 están sujetados a un segundo fondo de tubo y rodeados por una cámara de salida para el medio refrigerante.
La pieza de unión 3 se compone de un segmento de entrada 8 cilíndrico, cuyo diámetro interior se corresponde con el del tubo no refrigerado. Este segmento de entrada 8 está conectado, por ejemplo mediante soldadura, al tubo no refrigerado 2. El segmento de entrada 8 de la pieza de unión 3 se ensancha hasta un segmento final 9 cilíndrico.
El segmento de entrada 8 de la pieza de unión 3 se ramifica en forma de estrella en varios canales de guiado 10, de los que cada uno está subordinado a uno de los tubos refrigerados 4. El segmento final 9 de la pieza de unión 3 abraza estos canales de guiado 10. Los canales de guiado 10 están dispuestos coaxialmente a los tubos refrigerados 4 y alineados sobre el mismo círculo parcial que estos. El diámetro interior de los tubos refrigerados 4 es igual o mayor que el diámetro interior de los canales de guiado 10.
Este segmento final 9 está soldado al fondo de tubo 6 que soporta los tubos refrigerados 4. Entre las superficies frontales de los canales de guiado 10, vueltas unas hacia otras, y los tubos refrigerados 4 permanece una rendija, que permite una dilatación térmica.
El espacio entre los canales de guiado y el segmento final 9 de la pieza de unión 3 está relleno de un material aislante térmicamente. La pieza de unión 3 puede estar fundida a partir de un material metálico, resistencia al calor, de forma económica y enteriza, o estar fabricada como estructura soldada.
La pieza de unión 3 descrita conduce el gas caliente, con pocas turbulencias, hasta los tubos refrigerados 4. Mediante el acuerdo entre el diámetro interior y el contorno de los canales de guiado 10 y de los tubos refrigerados 4 se descarta un arremolinamiento del gas, y no puede producirse una erosión del fondo de tubo 6.

Claims (6)

1. Intercambiador de calor con una pieza de unión (3) entre un tubo no refrigerado (2) y varios tubos refrigerados (4), insertándose los tubos refrigerados (4) en un fondo de tubo (6) y estando dispuestos sobre un círculo parcial, y presentando la pieza de unión (3) un segmento de entrada (8) cilíndrico, unido al tubo no refrigerado (2) y se transforma en un segmento final (9) que se ensancha, abrazando el segmento final (9) varios canales de guiado (10) que parten del segmento de entrada (8), que están dispuestos en cada caso coaxialmente a uno de los tubos refrigerados (4) y alineados sobre el mismo círculo parcial que los tubos refrigerados (4), caracterizado porque los canales de guiado (10) están ramificados en forma de estrella desde el segmento de entrada (8) de la pieza de unión (3), y porque los tubos refrigerados (4) están rodeados por una envuelta exterior (5) común, configurada cilíndricamente y unida al fondo de tubo (6).
2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque el segmento final (9) de la pieza de unión (3) es cilíndrico.
3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segmento final (9) de la pieza de unión (3) está unido al fondo de tubo (6), que soporta los tubos refrigerados (4).
4. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el espacio entre los canales de guiado y el segmento final (9) de la pieza de unión (3) está relleno de un material aislante térmicamente.
5. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los canales de guiado (10) presentan un diámetro interior menor que el tubo no refrigerado (2).
6. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el diámetro interior de los tubos refrigerados (4) es igual o mayor que el diámetro interior de los canales de guiado (10).
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