ES2212332T3 - Turbulizadores con corrugaciones interrumpidas para termointercambiadores. - Google Patents
Turbulizadores con corrugaciones interrumpidas para termointercambiadores.Info
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- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/12—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes expanded or perforated metal plate
Abstract
Según un aspecto de la invención, en ella se proporciona un turbulizador para un termointercambiador, que comprende un miembro plano con una serie de filas en paralelo de ondulaciones formadas en el mismo. Las ondulaciones formadas en el mismo. Las ondulaciones se interrumpen periódicamente para formar zonas de recuperación de presión, no onduladas, situadas entre las ondulaciones. Según otro aspecto de la invención, en ella se proporciona un termointercambiador que comprende un par de placas adosadas que tienen bordes periféricos unidos y porciones centrales elevadas, que definen un aso de flujo entre ellas. Las porciones centrales definen aberturas definidas y separadas de entrada y salida. En el paso del flujo entre las aberturas de entrada y salida se encuentra situado el turbulizador que hemos descrito anteriormente.
Description
Turbulizadores con corrugaciones interrumpidas
para termointercambiadores.
La presente invención hace referencia a
termointercambiadores y, a turbulizadores utilizados en
termointercambiadores.
En los termointercambiadores realizados con
múltiples tubos o pares de placas apilados, que definen pasos de
flujo entre ellos, es común el uso de turbulizadores situados en los
tubos, o entre las placas, dentro de cada par de placas, para
reforzar la transferencia térmica, especialmente cuando, a través de
estos pasos de flujo, fluye un líquido, como por ejemplo aceite.
Estos turbulizadores tienen habitualmente la forma de inserciones de
metal expandido, y tienen ondulaciones o corrugaciones formadas en
ellos, para crear turbulencias en el flujo y, de esta manera,
aumentar, la transferencia térmica del termointercambiador.
Aunque los turbulizadores convencionales aumentan
ciertamente la transferencia térmica, una dificultad que se
encuentra en este tipo de turbulizadores es que aumentan igualmente
la resistencia al flujo o la caída de presión dentro del
termointercambiador. De hecho, la resistencia al flujo aumenta aún
mas que la ganancia de transferencia térmica producida por el
turbulizador, porque solo una parte del aumento de la turbulencia
causada por el turbulizador es efectiva para promover la
transferencia térmica. El resto se pierde en flujos parásitos o
torbellinos ineficientes.
Un intento de aliviar la caída de presión
incrementada anteriormente mencionada ha sido descrita en la Patente
EP-A- 203458, la cual describe turbulizadores para
termointercambiadores teniendo las características del preámbulo de
la adjunta Reivindicación 1: una dificultad con los turbulizadores
descritos en esta patente es que las áreas no onduladas de los
turbilizadores son demasiado grandes con respecto de las hileras de
ondulaciones, de forma que la eficiencia de la transferencia de
calor es demasiado baja.
El objeto de la presente invención es la de
mejorar el balance entre la eficiencia en el intercambio de calor y
la resistencia al fluido con respecto de los turbulizadores
conocidos.
De acuerdo con la presente invención, es
suministrado un turbulizador para termointercambiadores,
comprendiendo el turbulizador un miembro plano teniendo una
pluralidad de hileras paralelas longitudinales de ondulaciones
formadas en el mismo caracterizadas porque dichas ondulaciones son
interrumpidas para formar canales neutros longitudinales solamente
entre algunas de las hileras adyacentes de ondulaciones.
En esta forma, las ondulaciones son interrumpidas
periódicamente en el turbulizador para formar canales neutros no
ondulados situados entre los grupos de hileras longitudinales
adyacentes de ondulaciones. Sorprendentemente, esto reduce
sustancialmente la caída de presión provocada por el turbulizador
sin disminuir en forma apreciable la transferencia térmica.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, en
ella se proporciona un termointercambiador que comprende una
pluralidad de miembros de tubo separados espaciadamente definiendo
pasajes de fluido entre ellos; definiendo dichos miembros de tubo
aberturas espaciadas separadamente de entrada y salida; y un
turbulizador como se ha definido previamente y situado en al menos
uno de los pasajes de fluido entre las respectivas aberturas de
entrada y salida.
Realizaciones preferidas de la invención serán
ahora descritas, a titulo de ejemplo, con referencia a los adjuntos
dibujos, en los cuales:
La Figura 1, es una vista en perspectiva
despiezada de una realización preferida de un termointercambiador de
tipo de placa de acuerdo con la presente invención;
La Figura 2, es una vista en perspectiva ampliada
de una porción de un turbulizador utilizable en el
termointercambiador de la Figura 1, de acuerdo con la técnica
anterior;
La Figura 3, es una vista en elevación de una
porción del turbulizador de la Figura 2 tomada en la dirección de la
flecha 3 en la Figura 2;
La Figura 4, es una vista en planta del
turbulizador de las Figuras 2 y 3;
La Figura 5, es una vista en perspectiva de un
turbulizador de acuerdo con la presente invención;
La Figura 6, es una vista en elevación de una
porción del turbulizador de la Figura 5 tomada en la dirección de la
flecha 6 en la Figura 5;
La Figura 7, es una vista en planta del
turbulizador mostrado en las Figuras 5 y 6;
La Figura 8, es una vista en perspectiva de otra
realización de un turbulizador de acuerdo con la presente
invención,
La Figura 9, es una vista en elevación de una
porción del turbulizador de la Figura 8.
La Figura 10, es una vista en planta del
turbulizador mostrado en las Figuras 8 y 9;
Con referencia a la Figura 1, una realización
preferida de un termointercambiador de acuerdo con la presente
invención es indicada generalmente mediante la referencia numérica
(10) El termointercambiador (10) esta formado por una pluralidad de
miembros tubulares o pares de placas (12), espaciados separadamente,
cada uno de los cuales tiene una placa superior (14), una placa
inferior (16) y un turbulizador (18) situado entre ellas. Las placas
(14), (16) están dispuestas en posición adosada y llevan bordes
periféricos unidos (20).Las placas (14), (16) tienen también unas
porciones centrales elevadas (22), que definen un paso del flujo
entre ellas, en donde se encuentran situados los turbulizadores
(18). Las porciones centrales elevadas (22) definen también unas
aberturas separadas (24), (26) de entrada y salida, para el flujo
del fluido, tal como por ejemplo aceite, a través de los pares de
placas. Cuando se monta el termointercambiador, todas las aberturas
de entrada (24) se encuentran alineadas y en comunicación, formando
un conjunto de entrada o admisión, y todas las aberturas de salida
(26) se encuentran alineadas y en comunicación, formando un cabezal
de salida. Entre los pares de placas se encuentran situadas unas
aletas de metal expandido (28) para permitir que otro fluido, por
ejemplo aire, pueda pasar transversalmente a través de los pares de
placas. Las placas (14), (16) que están en contacto con las aletas
(28) se encuentran separadas por unos rebordes elevados de extremo
(29) para dejar espacio a las aletas (28) entre las porciones
centrales (22) de las placas.
Las placas (14), (16) y las aletas (28) pueden
tener cualquier forma y configuración deseada y, per se, no se
consideran parte de la presente invención. De hecho, las placas
(14), (16) pueden formarse con abollonados dispuestos hacia fuera,
y que coinciden en pares de placas adyacentes, en cuyo caso, no se
utilizarían las aletas (28).
Haciendo a continuación referencia a las Figuras
2, 3, y 4, un turbulizador (30) es mostrado que podría utilizarse
como el turbulizador (18) en la Figura 1, de acuerdo con una
solución de la técnica anterior y la cual no esta comprendida por
las adjuntas reivindicaciones.
Las Figuras 5 y 8 muestran otras realizaciones
preferidas de turbulizadores de acuerdo con la presente invención.
Cualquiera de ellas podría utilizarse como turbulizador (18) en el
termointercambiador (10) mostrado en la Figura 1. Los turbulizadores
mostrados en las Figuras 2,5, y 8 no son más que ilustraciones de
secciones o partes de los turbulizadores. Se observara que estos
turbulizadores pueden hacerse de cualquier longitud o anchura
deseada, dependiendo del procedimiento de fabricación. Los
turbulizadores suelen ser estampados o laminados con aluminio de
aproximadamente 0,01 pulgadas (0,25 mm) de espesor. No obstante,
pueden utilizarse también para los turbulizadores otros materiales o
materiales más gruesos o más finos.
El turbulizador (30) es un miembro plano que
tiene una serie de ondulaciones (32), (34) formadas en el miso. Las
ondulaciones (32), (34) se encuentran dispuestas en filas paralelas.
Cuando el turbulizador (30) tiene forma alargada, las ondulaciones
(32), (34) están dispuestas en filas paralelas y longitudinales
(36), así como en filas transversales paralelas (38).
Las ondulaciones (32), (34) se interrumpen
periódicamente para formar zonas de recuperación de presión (40) no
onduladas, situadas entre las ondulaciones (32), (34) o en el curso
inferior de las ondulaciones (32), (34), en cada hilera de
ondulaciones (36). En otras palabras, las ondulaciones (32), (34) de
cada fila están separadas por zonas de recuperación de presión (40)
en lugar de encontrarse situadas contiguas entre sí.
El turbulizador (30) tiene un plano central que
contiene zonas (40) de recuperación de la presión, como indica la
flecha (41) de la figura 3, y ondulaciones (32) (34) que se
extienden alternativamente por encima (ondulaciones (32)) y por
debajo (ondulaciones (34)) del plano central (41). Las ondulaciones
(32), (34) tienen la forma de puentes, y el turbulizador (30) tiene
una orientación de caída presión alta en la dirección de los
puentes, o en dirección longitudinal, y una orientación de caída a
presión baja en la dirección que pasa debajo de los puentes o en
dirección transversal. En la realización ilustrada en la Figura 2,
las ondulaciones (32) (34) se encuentran interrumpidas en la
dirección de caída de alta presión por zonas (40) de la
recuperación de la presión, situadas entre las ondulaciones o en el
curso inferior de las mismas. Como puede verse mejor en la figura 4,
las zonas (40) de recuperación de la presión están situadas, por su
parte, en zonas transversales o canales neutros (41).
Cuando el turbulizador (30) es utilizado como el
turbulizador (18) en el termointercambiador (10) de la Figura 1, el
fluido fluye en orientación de caída de alta presión o dirección
paralela a las hileras longitudinales (36) desde las aberturas de
entrada (24) a las aberturas de salida (26). El fluido fluye
alrededor, debajo o a través de las ondulaciones (32), (34). Esto
produce turbulencias y reduce el crecimiento de la capa limite ,
aumentando el coeficiente de transferencia térmica. Sin embargo las
zonas (40) de recuperación permiten una recuperación de la presión a
fin de reducir la resistencia al flujo o la caída de presión en el
fluido que pasa desde las aberturas de entrada a las aberturas de
salida (26).
En el turbulizador (30), las ondulaciones (32),
(34) se encuentran alineadas en la dirección de caída de baja
presión o dirección transversal. Por otra parte, las zonas (40) de
recuperación de la presión se encuentran alineadas en la dirección
de la caída de baja presión o dirección transversal, para formar
canales neutros (41). Las zonas (40) de recuperación de la presión
forman así unos canales neutros continuados (41) en la dirección de
la caída de baja presión. Estos canales neutros (41) proporcionan
también áreas que pueden utilizarse para expulsar el turbulizador de
los troqueles usados para fabricar el turbulizador.
La anchura de las filas longitudinales onduladas
(36) es preferiblemente lo más estrecha que sea factible para el
diseño de los útiles y para fines de mantenimiento. Para fines de
refrigeración de automóviles, una anchura mínima preferida sería de
aproximadamente de 0,02 pulgadas (0.5 mm). La anchura máxima no
debería superar diez veces la mínima. La anchura máxima sería
típicamente de aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm). La longitud de
las zonas longitudinales (40) de la recuperación de la presión varía
de la separación longitudinalmente en aproximadamente un 5% de la
separación longitudinal o entre centros de la separación de la linea
central entre las ondulaciones (32).(34) hasta un 75%
aproximadamente de la separación entre dos ondulaciones consecutivas
cualesquiera (32), (34). Una escala preferible se encontraría entre
0,02 pulgadas (0,5 mm) a 0,5 pulgadas (1,25 cm) aproximadamente, o
de alrededor del 40% al 50% de la linea central de la distancia
entre lineas centrales, de ondulaciones longitudinalmente
consecutivas (32),(34).
La altura de las ondulaciones (32), (34) por
encima o por debajo del plano central (41) que contiene zonas de
recuperación de la presión (40) depende del espesor del material
utilizado para el turbulizador (30). Esta altura no debe de ser
inferior al espesor del material y varía típicamente desde el mínimo
a aproximadamente 10 veces el espesor del material, en el que se
utiliza aluminio para el turbulizador (30). Una buena escala sería
de 0,01 pulgadas (0,25 mm) a 0,5 pulgadas (1.25 cm).
La longitud de las ondulaciones (32), (34) es
normalmente, y en sentido longitudinal, alrededor de 2 veces la
altura de las ondulaciones. La altura varía normalmente desde
alrededor de 2 veces el espesor del material hasta unas 20 veces el
espesor del mismo. Una buena escala sería de 0,02 pulgadas (0,5 mm)
a 1,0 pulgadas (2,5 cm) aproximadamente.
Haciendo acto seguido referencia a las figuras
5,6 y 7, se ilustra un turbulizador (55) que es en su mayoría
similar al turbulizador (30) de la figura 2, si se exceptúan las
ondulaciones (32), (34) que se encuentran igualmente interrumpidas
en la dirección de la caída de baja presión, para formar zonas
adicionales (56) de recuperación de la presión, situadas entre
algunas de las filas de las ondulaciones (36). En realidad, la zona
de recuperación de la presión se extiende longitudinalmente a todo
lo largo del turbulizador (55),para formar canales longitudinales
neutros (58) en la dirección de caída de alta presión o longitudinal
del turbulizador (55). Para fines de fabricación, se prefiere que la
anchura de los canales neutros (58) sea aproximadamente igual que la
anchura de las filas de las ondulaciones (36). En el turbulizador
(55), las ondulaciones (32), (34) se encuentran alineadas en la
dirección de caída de baja presión o transversal, pero podrían estar
también escalonadas. Cuando las ondulaciones (32), (34) están
alineadas en la dirección de caída a baja presión o transversal, se
comprenderá que las zonas (40) de recuperación de la presión están
alineadas para proporcionar canales neutros transversales (59) en la
dirección de caída de baja presión, y las zonas (56) de recuperación
de presión están alineadas para proporcionar canales neutros
longitudinales (58) en la dirección de caída de alta presión. Cuando
las ondulaciones (32), (34) están escalonadas, solo se formarían
canales neutros longitudinales (58). En todos los demás aspectos,
el turbulizador (55) es similar a los turbulizadores (30), (45) y
(50).
Haciendo a continuación referencia a las figuras
8, 9 y 10, se ilustra un turbulizador (60) en el que las
ondulaciones (32), (34) solo están interrumpidas en la dirección de
caída de baja presión o transversal, y únicamente entre algunas de
las filas de ondulaciones (36). Estas interrupciones disponen unas
zonas (61) de recuperación de la presión en forma de canales neutros
longitudinales (62). En todos los demás aspectos, el turbulizador
(60) es similar a los turbulizadores (30) y (55). En las figuras 8 a
10, el turbulizador (60) se muestra cortado en el sentido
longitudinal, en la mitad de las ondulaciones (32), (34). En la
practica, los turbilizadores serían normalmente cortados en el
sentido longitudinal entre las ondulaciones, como ocurre en las
figuras 1 a 7.
Una vez descritas las realizaciones preferidas de
la invención, se comprenderá que pueden introducirse diversas
modificaciones en las estructuras arriba descritas. Por ejemplo, en
lugar de utilizar pares de placas (12) como miembros tubulares que
definen los pasos de flujo que contienen los turbulizadores (18)
podrían utilizarse tubos continuos, planos u oblongos. En este caso,
los turbulizadores (18) se insertarían longitudinalmente en un
extremo de los tubos. En los turbulizadores (18), las ondulaciones
(32), (34) han sido ilustradas redondeadas con diversas curvaturas.
Estas ondulaciones pueden tener cualquier configuración, por ejemplo
semicircular, sinusoidal, trapezoidal o incluso en forma de V, si se
desea. En el termointercambiador (10) ilustrado en la figura 1, el
turbulizador (18) es mostrado orientado de manera que el flujo siga
la dirección de caída a baja presión, o dirección longitudinal. No
obstante, el turbulizador podría girarse 90 grados, de manera que el
flujo que va desde la entrada (24) a la salida (26) siga la
dirección de caída a baja presión, si se desea. Se comprenderá
igualmente que podrían mezclarse las diversas características de los
turbulizadores (30),(55) y (60) y hacerse coincidir, o bien
emplearse una combinación de estas características en el mismo
turbulizador. Por otra parte cualquier termointercambiador dado
podría tener una combinación de las clases de turbulizadores arriba
descritas. Otras modificaciones a la estructura descrita
anteriormente serán aparentes para aquellos expertos en la
técnica.
Claims (10)
1. Un turbulizador para un termointercambiador
teniendo el turbulizador un miembro plano que tiene una pluralidad
de filas paralelas de ondulaciones (36) de ondulaciones (32, 34)
formadas en el mismo caracterizado porque dichas ondulaciones
(32 34) se encuentran interrumpidas para formar canales neutros
longitudinales (58; 62) solamente entre algunas de las hileras
longitudinales adyacentes (36) de las ondulaciones.
2. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 1, caracterizado porque las ondulaciones (32,
34) tienen la forma de puentes, estando los puentes orientados
longitudinalmente para definir una orientación hacia la caída de
alta presión en la dirección de los puentes y una orientación hacia
la caída de baja presión transversalmente en la dirección que pasa
debajo de los puentes.
3. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 2, caracterizado porque las hileras (36) de
las ondulaciones están interrumpidas en la dirección longitudinal
para formar zonas de recuperación de presión (40) situadas
longitudinalmente entre las ondulaciones (32,34).
4. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 3, caracterizado porque las ondulaciones (32,
34) están alineadas en la dirección transversal, estando también
alineadas las zonas de recuperación de la presión (40)
transversalmente para formar canales neutros (59) en la dirección
transversal.
5. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 2, caracterizado porque las ondulaciones (32,
34) están escalonadas en la dirección transversal.
6. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 2, caracterizado porque las ondulaciones
(32,34) están alineadas en la dirección transversal.
7. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 3, caracterizado porque el turbulizador tiene
un plano central que contiene las zonas de recuperación de presión,
y porque las ondulaciones (32, 34) en cada hilera (36) de las
ondulaciones se extienden alternativamente por encima y por debajo
del plano central.
8. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 5, caracterizado porque tiene un plano central
conteniendo las zonas de recuperación de presión, y porque las
ondulaciones (32, 34) en cada hilera (26) de las ondulaciones se
extienden alternativamente por encima y por debajo del plano
central.
9. Un turbulizador de acuerdo con la
Reivindicación 1, caracterizado porque dichos grupos incluyen
tres hileras (36) de ondulaciones, estando un solo canal neutro
longitudinal (58; 62) entre cada uno de los grupos.
10. Un termointercambiador (10) que comprende una
serie de miembros tubulares separados, que definen entre ellos pasos
de flujo, definiendo dichos miembros tubulares aberturas separadas
de entrada y salida (24, 26) ; y un turbulizador (55; 60) de acuerdo
con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, estando
situado dicho turbulizador (55; 60) en al menos uno de los pasos de
flujo entre las correspondientes aberturas de entrada y salida (24,
26).
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