ES2230406T3 - Intercambiador de calor para caldera de condensacion. - Google Patents
Intercambiador de calor para caldera de condensacion.Info
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Abstract
Intercambiador de calor (5) para una caldera de condensación (1) del tipo que comprende una pluralidad de tubos (8) que definen un recorrido (9) para el flujo del agua entre una sección de rendimiento (10) proveniente de un sistema de calentamiento hasta una sección de suministro (11) hacia el sistema; caracterizado por el hecho que comprende: - un primer tubo individual (8a) con sección transversal substancialmente oval o rectangular y que define una primera pared lateral de una cámara de combustión; - un segundo tubo individual (8a) opuesto al primer tubo y que tiene una sección transversal substancialmente oval o rectangular y que define una segunda pared lateral de una cámara de combustión, dicha segunda pared lateral siendo opuesta a la primera pared lateral.
Description
Intercambiador de calor para caldera de
condensación.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor adecuado para una caldera de
condensación.
Como bien se sabe, las calderas de condensación
explotan sea el calor que se desarrolla como consecuencia de la
combustión, sea el calor latente de condensación que está en los
humos de combustión y que, en las calderas tradicionales, se debía
perder a través de la chimenea sin ser aprovechado.
El calor contenido en los humos generalmente se
recupera a través de intercambiadores de calor, de diferentes
formas y materiales, en los cuales los humos fluyen contra una
pluralidad de tubos a través de los cuales fluye el agua de un
sistema de calentamiento. La cantidad de calor de condensación que
se recupera depende principalmente de la temperatura de suministro
y de retorno del agua del sistema de calentamiento.
Si bien las calderas de condensación que
comprenden intercambiadores de calor conocidos permiten
verdaderamente recuperar el calor de los humos, también cabe decir
que presentan algunas desventajas.
En particular, los tubos deben estar conectados
recíprocamente para proporcionar un recorrido continuo al agua y
tal conexión resulta ser compleja, voluminosa, y costosa. Asimismo,
la conexión es fija o, de todos modos, difícil de modificar para
cambiar el recorrido seguido por el agua dentro del intercambiador
de calor.
La patente de invención europea EP 0.687.870
publica un intercambiador de calor del tipo descrito arriba, en el
cual los tubos están hechos de acero inoxidable con un espesor de
0,5\pm0,2 mm y están dispuestos de manera tal que en la región de
humos sus distancias recíprocas sea de 1,0\pm0,5 mm y están
superpuestos de manera adyacente o descentrados, soldados o
broncesoldados, de manera de proteger las paredes laterales del
calor del quemador.
Las paredes laterales están constituidas por una
superposición compleja de tubos que tienen sección transversal
circular.
La patente de invención DE 198 02 426 presenta un
calentador de agua que tiene una cámara de combustión en un árbol
enfriado por agua, con un entrehierro anular entre su borde
inferior y el borde superior de un conductor de calor. Hay una
abertura para el flujo de los gases de combustión entre al menos un
lado, preferentemente ambos lados, del conductor de calor (32) y
una región de la pared enfriada por agua del árbol.
El conductor de calor puede estar formado a
partir de un paquete de placas con tubos (36) que transportan agua
que pasa a través del mismo. El intercambiador de calor de este
documento substancialmente comprende tubos con una sección
transversal oval, que definen las paredes laterales de una cámara
de combustión. Una desventaja de esta construcción está dada por la
pérdida de calor que se produce en la estricción entre los tubos
lo cual reduce la eficiencia del intercambiador de calor.
El objetivo de la presente invención es el de
eliminar las desventajas mencionadas con anterioridad poniendo a
disposición un intercambiador de calor en una caldera de
condensación donde las paredes de la cámara de combustión se puedan
obtener de manera sumamente simple y económica, sin tener que
superponer una pluralidad de tubos con sección transversal
circular como se hace siguiendo la técnica conocida.
Otro objetivo es que los tubos se puedan conectar
recíprocamente de manera simple, rápida y versátil para poder
cambiar el recorrido seguido por el agua dentro del intercambiador
de calor.
Otro objetivo es el de aumentar la superficie de
intercambio de calor del intercambiador de calor.
Dichos objetivos se logran en su totalidad
mediante el intercambiador de calor según la presente invención,
que está caracterizado por el contenido de las reivindicaciones
expuestas abajo y en particular por el hecho que el mismo comprende
un primer tubo (8a) individual que substancialmente tiene una
sección transversal oval o rectangular y que define una primera
pared lateral de una cámara de combustión y un segundo tubo (8a)
individual opuesto al primer tubo y que substancialmente tiene una
sección transversal oval o rectangular y que define una segunda
pared lateral de una cámara de combustión, dicha segunda pared
siendo opuesta a la primera pared lateral.
Preferentemente, dichos tubos se obtienen
soldando dos mitades simétricas en correspondencia de los lados
cortos de la sección transversal rectangular y están provistos de
rebajes o protuberancias de rigidez.
El intercambiador también puede comprender al
menos dos tapas colocadas al final de la pluralidad de tubos y
provistas de paredes separadoras que forman cámaras de conexión
entre los tubos y definen la configuración del recorrido del flujo
del agua.
Esta y otras características se pondrán aún más
de manifiesto a partir de la descripción que sigue de una
realización preferida ilustrada, a título puramente ejemplificador
y no limitativo, mediante las láminas de dibujos anexas, en las
cuales:
- la figura 1 muestra una vista lateral
parcialmente seccionada de una caldera de condensación que
comprende un intercambiador de calor según la presente
invención;
- la figura 2 muestra una vista frontal
parcialmente seccionada de la caldera de la figura 1;
- las figuras 3 y 4 muestran las tapas o placas
terminales izquierda y derecha respectivamente;
- la figura 5 muestra la sección
A-A de la tapa de la figura 3;
- las figuras 6, 7 y 8 muestran tres vistas
diferentes de las aletas de los tubos, en particular la figura 7
es una sección B-B de la figura 6;
- las figuras 9 y 10 muestran dos vistas en
perspectiva, desde dos ángulos diferentes, del intercambiador de
calor;
- las figuras 11 y 12 muestran el intercambiador
de calor del lado de las dos placas terminales según una variación
de ejecución, que corresponden respectivamente a las figuras 3 y
4;
- la figura 13 muestra la sección
C-C de la figura 11;
- las figuras 14, 15 y 16 muestran,
respectivamente, una vista en perspectiva, una vista lateral y una
vista amplificada de un detalle del rebaje o protuberancia, de
conductos especiales con sección transversal rectangular;
- la figura 17 muestra una vista en perspectiva
de un difusor.
Con referencia a las figuras, el numeral 1 indica
globalmente una caldera de condensación la cual comprende un
ventilador (2) que, por medio de su vacío, crea una mezcla entre el
gas combustible y el aire a través del efecto Venturi.
Posteriormente esta mezcla se mueve hacia un quemador (3) que
sobresale dentro de una cámara de combustión (4).
Los humos que se generan a partir de la
combustión fluyen a través de un intercambiador de calor (5),
ceden calor y posiblemente se condensan en la porción inferior del
intercambiador de calor donde se ha provisto una descarga de
condensación (6). Posteriormente, los humos son extraídos a través
de una chimenea (7).
El intercambiador (5) está provisto de una
pluralidad de tubos (8), preferentemente hechos de aluminio puro y
con un espesor de 0,8 mm a 2 mm, distribuidos en dos bloques
superpuestos, conectados en serie entre sí. Los tubos (8) definen
un recorrido para el flujo del agua que llega del sistema de
calentamiento; dicho recorrido se desarrolla dentro del
intercambiador de calor entre una sección de rendimiento (10)
proveniente del sistema de calentamiento y una sección de
suministro (11) hacia el sistema de calentamien-
to.
to.
De manera original, el intercambiador de calor
(5) comprende al menos una tapa (12) (dos en los ejemplos
mostrados en las figuras 3, 4 y 13) colocada en un extremo de la
pluralidad de tubos (8). De manera original, en su interior las
tapas (12) están provistas de un laberinto, constituido por paredes
separadoras (13) (y no meras juntas como en la técnica conocida)
que realizan cámaras de conexión (14) entre los tubos y que por
consiguiente determinan la configuración del recorrido del
agua.
Las tapas (12) se pueden colocar en el extremo de
los tubos, pero también se pueden broncesoldar a los mismos para
constituir un bloque único.
Por lo tanto, modificando la configuración del
laberinto es posible modificar, de manera muy simple, el recorrido
(9).
La figura 1 muestra una posible configuración de
las paredes separadoras (13) y de las respectivas cámaras de
conexión (14), para obtener un recorrido predeterminado, por ejemplo
del tipo mostrado en las figuras 3 y 4, mientras que las figuras
11, 12 y 13 muestran una variación de ejecución en la cual el
intercambiador de calor tiene una sección transversal
substancialmente rectangular en lugar de seis la-
dos.
dos.
De manera ventajosa, los tubos (8) comprenden una
pluralidad de aletas (15) para mejorar el intercambio de calor
entre los humos y el agua. De manera ventajosa, dichas aletas (15)
están broncesoldadas sobre los respectivos tubos (8), o soldadas
con estaño, o soldadas mediante soldadura láser o soldadura TIG
(sigla proveniente del inglés, soldadura de tungsteno a gas inerte)
(con electrodo de tungsteno).
Las aletas (15) tienen un espesor de 0,5 - 2 mm y
un paso de 2,5 a 4 mm, el término paso (pitch, en inglés)
significa la distancia entre dos aletas contiguas.
En las figuras 6, 7 y 8 se muestra con mayor
definición la configuración de una aleta individual, las cuales
muestran claramente que hay una única aleta que incorpora una
pluralidad de tubos.
Dicha aleta se "abre" hacia abajo de manera
que la sucesión de aletas forme una protuberancia (16) (mostrada
en la figura 10) a la cual se puede aplicar con suma facilidad una
campana recolectora de humos, no mostrada, conectada con la chimenea
(7).
Las aletas pueden comprender espaciadores (17)
que tienen la función de facilitar el ensamblado y aumentar la
turbulencia de los humos para mantener los humos adheridos a los
tubos y mejorar el intercambio de calor.
De modo original los tubos (8) en la parte
superior comprenden un par de tubos (8a) con una sección oval o
rectangular que también constituyen las paredes laterales
superiores de la cámara de combustión, como se puede ver en las
figuras 9 y 10, mientras que la parte inferior de las paredes
laterales está constituida por las aletas (15) que están
adecuadamente inclinadas y broncesoldadas (o si no soldadas) para
formar una pared lateral continua y cerrada.
De manera original, los tubos (8a) están formados
a partir de la unión por soldadura (las líneas de soldadura están
indicadas como 8c y están en los lados cortos de la sección
transversal rectangular de los tubos, o en correspondencia de los
extremos con menor radio de curvatura de las secciones
transversales ovales) de dos mitades de hojas metálicas, cada una
de las cuales está provista de rebajes o protuberancias (8b) que,
cuando las dos mitades están soldadas entre sí, están acopladas e
interactúan con los correspondientes rebajes o protuberancias de la
otra mitad para dar rigidez al tubo (8a).
Preferentemente los rebajes o protuberancias (8a)
tienen forma circular con una sección trapezoidal isósceles, como
se puede ver en la figura 16.
Los tubos (8a) de forma substancialmente oval o
rectangular provistos de rebajes o protuberancias permiten, de modo
sumamente simple y económico, reemplazar ventajosamente la
pluralidad de tubos circulares superpuestos de los intercambiadores
pertenecientes a la técnica conocida.
El número de referencia 18 indica un difusor,
mostrado en detalles en la figura 17, el cual tiene el cometido de
mejorar el intercambio de calor y está configurado como una rejilla
de una hoja metálica contorneada provista de orificios distribuidos
sobre su superficie para obtener una mejor distribución del flujo
interno.
El funcionamiento de la caldera descrita arriba
es según se indica a continuación. El ventilador (2) genera la
mezcla de gas y aire que se introduce dentro del quemador (3). Los
humos que se generan a partir de la combustión fluyen a través del
intercambiador de calor (5) y salen a través de la chimenea (7). La
humedad de condensación se extrae a través de la descarga (6).
Pasando a través del intercambiador de calor (5),
los humos transfieren calor al agua que sigue el recorrido a lo
largo de los tubos (8) (que puede tener aletas), entre la sección
de rendimiento proveniente del sistema de calentamiento y la
sección de suministro hacia el sistema de calentamiento.
La presencia y conformación original de las tapas
(12) permite realizar el recorrido con suma facilidad, de manera
rápida y sin ocupar demasiado espacio, permitiendo además cambiarlo
en función del diferente laberinto adoptado, es decir de la
disposición de las paredes separadoras (13) y de las respectivas
cámaras de conexión (14).
Las cámaras de conexión (14) además sirven como
pared frontal de la cámara de combustión húmeda. Por ejemplo, se
pueden usar dos intercambiadores de calor tradicionales, cada uno
con su propio bloque o manojo de tubos, y tales intercambiadores de
calor substancialmente pueden estar superpuestos y conectados
entre sí por medio de apropiados laberintos de manera tal, por
ejemplo, que el retorno del agua entre dentro del intercambiador de
calor inferior y luego se mueva hacia el superior, desde el cual
sale desde el conducto de suministro.
Claims (18)
1. Intercambiador de calor (5) para una caldera
de condensación (1) del tipo que comprende una pluralidad de tubos
(8) que definen un recorrido (9) para el flujo del agua entre una
sección de rendimiento (10) proveniente de un sistema de
calentamiento hasta una sección de suministro (11) hacia el
sistema; caracterizado por el hecho que comprende:
- un primer tubo individual (8a) con sección
transversal substancialmente oval o rectangular y que define una
primera pared lateral de una cámara de combustión;
- un segundo tubo individual (8a) opuesto al
primer tubo y que tiene una sección transversal substancialmente
oval o rectangular y que define una segunda pared lateral de una
cámara de combustión, dicha segunda pared lateral siendo opuesta a
la primera pared lateral.
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, donde dichos tubos (8a) se pueden obtener
soldando dos mitades simétricas en correspondencia de los lados
cortos de sección rectangular o de los menores radios de curvatura
de la sección oval.
3. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, donde dichos tubos (8a) están provistos de
rebajes o protuberancias (8b) de rigidez.
4. Intercambiador de calor según la
reivindicación 3, donde los rebajes o protuberancias (8b) tienen
forma circular y sección trapezoidal isósceles.
5. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho que comprende
un difusor (18) obtenido por medio de una rejilla perforada y
contorneada.
6. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho que comprende
al menos dos tapas (12) colocadas en el extremo de la pluralidad de
tubos (8) y en su interior provistas de paredes separadoras (13)
que realizan cámaras de conexión (14) entre los tubos (8) y definen
la conformación del recorrido (9) para el flujo del agua.
7. Intercambiador de calor según la
reivindicación 6, donde las cámaras de conexión (14) están
configuradas de manera tal de cumplir también la función de pared
frontal de una cámara de combustión húmeda.
8. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, donde la pluralidad de tubos (8) está distribuida
según dos bloques superpuestos.
9. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, donde se ha provisto una cámara de combustión
húmeda (4), circundada por el agua del sistema de
calentamiento.
10. Intercambiador de calor según una cualquiera
de las precedentes reivindicaciones, donde los tubos (8) están
asociados con aletas (15) para mejorar el intercambio de calor
entre los humos y el agua.
11. Intercambiador de calor según una cualquiera
de las precedentes reivindicaciones, donde los tubos (8) están
hechos de aluminio puro y tienen un espesor de 0,8 - 2 mm.
12. Intercambiador de calor según la
reivindicación 10, donde las aletas (15) están broncesoldadas o
soldadas con latón, o soldadas sobre los respectivos tubos (8).
13. Intercambiador de calor según la
reivindicación 10, donde cada aleta (15) está configurada de manera
tal de conectar recíprocamente, rodeándolos, una pluralidad de
tubos (8).
14. Intercambiador de calor según la
reivindicación 13, donde cada aleta tiene un espesor de
aproximadamente 0,5 - 2 mm y la distancia entre dos aletas
contiguas o paso de las aletas es de alrededor de 2,5 - 4 mm.
15. Intercambiador de calor según la
reivindicación 10, donde las aletas (15) están configuradas de
manera tal como para definir una protuberancia inferior (17) a la
cual se aplica una campana para recolectar los humos.
16. Intercambiador de calor según la
reivindicación 10, donde las aletas (15) están inclinadas y
broncesoldadas para formar una pared lateral del intercambiador de
calor.
17. Intercambiador de calor según la
reivindicación 10, donde las aletas (15) están provistas de
espaciadores (17) configurados de manera tal de aumentar la
turbulencia de los humos y así mantener los humos adheridos a los
tubos (8) y mejorar el intercambio de calor.
18. Caldera de condensación (1)
caracterizada por el hecho que la misma comprende un
intercambiador de calor (5) según está reivindicado en una
cualquiera de las precedentes reivindicaciones.
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