ES2271125T3

ES2271125T3 - Intercambiador de calor.

Info

Publication number: ES2271125T3
Application number: ES01997673T
Authority: ES
Inventors: Theodor Johannes Peter Toonen; Peter Leerkamp; Bob Meuzelaar
Original assignee: Vale Canada Ltd
Current assignee: Vale Canada Ltd
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2007-04-16
Anticipated expiration: 2021-11-23
Also published as: US7131288B2; AU2002222799A1; EP1346184A1; WO2002042707A1; JP2004522121A; EP1346184B1; JP3988046B2; US20040226702A1; DE60124005T2; NL1016713C2; CA2429489A1; DE60124005D1; ATE343114T1; TW502103B; KR20040011438A

Abstract

Un intercambiador de calor (10) para transferir calor desde un primer fluido a un segundo fluido, que comprende uno o más pasadizos de flujo (12) para un primer fluido, que están dispuestos paralelos y a distancia entre sí y la pared externa (26) de la que está en contacto de transferencia de calor con un cuerpo de flujo (20) para un segundo fluido, que está hecho de espuma metálica, caracterizada porque la espuma metálica tiene un número constante de poros (PPI) y tiene un gradiente de densidad de volumen de metal.

Description

Intercambiador de calor.

El invento se refiere a un intercambiador de calor para transferir calor desde un primer fluido a un segundo fluido, que comprende uno o más pasadizos de flujo para un primer fluido, que están dispuestos paralelos y a una distancia entre sí y la pared externa de los cuales está en contacto de transferencia de calor con un cuerpo de flujo para un segundo fluido, que está hecho de espuma metálica.

El documento EP-A-0 744 586 ha descrito un elemento de transferencia de calor, por ejemplo una placa o tubo, con una superficie grande de transferencia de calor en forma de espuma de cobre, para usar en un intercambiador de calor, para mejorar la transferencia de calor. Un elemento de este tipo es producido usando un procedimiento de deposición de vapor para depositar un polvo de óxido de cobre en una espuma de plástico que previamente ha sido provista con un adhesivo adecuado. La espuma que ha sido preparada de esta manera se dispone después bajo ligera presión en una placa o tubo, que previamente ha sido cubierta igualmente con un polvo de óxido de cobre, para formar de esta forma un elemento compuesto por sinterización. Después de la pirólisis de la espuma de plástico, el óxido de cobre es reducido para formar cobre.

Un intercambiador de calor del tipo descrito antes se usa, por ejemplo, en lo que se conoce como motores termo acústicos de calor. En un intercambiador de calor de este tipo, se forma un primer circuito de calor por un flujo de un primer fluido, tal como un gas o líquido, generalmente a través de una pluralidad de pasadizos de flujo. Un segundo circuito de calor comprende un flujo de un segundo fluido, generalmente un gas (aire, argón), a través del cuerpo poroso de flujo, cuyo cuerpo de flujo rodea los pasadizos de flujo sobre un área determinada. La dirección de flujo del segundo fluido a través del cuerpo de flujo es de forma general virtualmente perpendicular a la dirección de flujo del primer fluido en los pasadizos de flujo. El cuerpo poroso de flujo está en contacto de intercambio de calor con la pared externa de los pasadizos de flujo. Se transfiere calor, por ejemplo, desde el primer fluido a la pared interna de los pasadizos de flujo y se lleva a la pared externa como resultado de la conducción en el material de la pared. En la pared externa, tiene lugar transferencia de calor al cuerpo poroso de flujo por radiación y conducción. Tiene lugar conducción de calor en el cuerpo poroso de flujo. Cuando solo hay un cuerpo de flujo hecho de espuma metálica, esta conducción de calor es limitada, y consecuentemente a veces se proporciona una lámina delgada sólida hecha de un material con buena conductividad en la espuma metálica para aumentar la conducción de calor. La Transferencia de calor desde el cuerpo de flujo al segundo fluido tiene lugar igualmente por medio de radiación y conducción. La eficiencia de la transferencia de calor global depende, entre otras cosas, de todas estas transiciones, representando la transferencia desde el cuerpo de flujo al segundo fluido o viceversa - generalmente la transferencia de calor en el lado de gas - en particular posiblemente un factor inhibidor.

Ahora se ha encontrado que, aunque el uso de una espuma metálica, opcionalmente en combinación con láminas delgadas o aletas, ofrece un área agrandada de superficie de intercambio de calor y posiblemente conducción aumentada, la resistencia al flujo es relativamente alta, de manera que el rendimiento global, expresado como la relación entre la transferencia de calor y la resistencia al flujo, es inferior que la de un intercambiador convencional de calor solo con aletas o láminas delgadas. En muchos casos, un aumento en la transferencia de calor cuando se usa una espuma metálica va de la mano con un aumento desproporcionado de la resistencia al flujo.

El documento US-A-4.245.469 ha descrito un intercambiador de calor en el que se dispone una matriz de metal poroso en un pasadizo de flujo a través del cual fluye un medio de transferencia de calor. Se establece que esta matriz de metal tiene una densidad mayor en una zona que es perpendicular a la dirección del flujo, de manera que el coeficiente interno de transferencia de calor es aumentado en esta zona, cuando la temperatura del ambiente es mucho mayor, que en el extremo del pasadizo. Para disminuir la reducción en volumen del medio de transferencia de calor que se produciría con un pasadizo de diámetro constante, el diámetro es aumentado en el lugar de dicha zona. Un diseño de este tipo intenta mejorar la transferencia interna de calor.

Además de esto, el documento DE A1 39 06 446 ha descrito un intercambio de calor en el que una espuma, por ejemplo de aluminio, está dispuesta en un pasadizo de flujo. Si se desea, el tamaño de poro en esta espuma puede ser variado, es decir el número de poros puede variar.

El objeto general del invento es mejorar el rendimiento global, es decir la relación mencionada antes entre la transferencia de calor y la resistencia al flujo, de un intercambiador de calor.

En el intercambiador de calor del tipo descrito antes, de acuerdo con el invento, la espuma metálica tiene un número constante de poros (PPI) y tiene un gradiente de densidad de volumen del metal. El uso de una espuma metálica con un gradiente de la densidad de volumen permite que la densidad de volumen de la espuma, en otras palabras la cantidad de metal, sea adaptada a la densidad local de fluencia de calor y la resistencia al flujo, mientras que el número de poros (PPI) permanece igual. En la espuma metálica, la densidad de fluencia de calor es la mayor en la vecindad de los pasadizos de flujo, de manera que la espuma metálica debe contener más metal en este lugar que en la periferia externa del cuerpo de flujo, en la que la densidad de fluencia de calor es mucho menor. Esto es posible como resultado de que se varía la densidad de volumen de metal de la espuma metálica usada. La disposición de la espuma metálica en el intercambiador de calor acorde con el invento tiene el objeto de promover la transferencia de calor desde la espuma metálica a la pared del pasadizo de flujo. Un gradiente de volumen del metal en la espuma metálica, mientras el PPI permanece idéntico, es más efectivo que variar el número de poros mientras que el espesor de la red de metal que separa los poros permanece igual.

La espuma metálica con un gradiente de la densidad de volumen de este tipo puede ser obtenida, por ejemplo, por métodos de recubrimiento eléctrico para recubrir eléctricamente una espuma de plástico en un baño de electrolisis, como se explicará con más detalle después.

Debe apreciarse que el documento FR-A-2 766 967 ha descrito un disipador de calor, entre otras cosas para componentes electrónicos, que comprende una espuma metálica con un gradiente del espesor de un metal depositado en la dirección de espesor de la espuma.

Como en un método de producción de este tipo la densidad en la espuma cambia en una dirección, el cuerpo de flujo comprende preferiblemente al menos dos capas de espuma metálica, de cuyas superficies de capa que tienen la misma densidad de volumen se orientan una hacia la otra. Esto permite que se consigan varias realizaciones ventajosas del cuerpo de flujo.

En una primera realización preferida, la densidad de volumen de la espuma metálica aumenta desde un lado del flujo de entrada del cuerpo de flujo para el segundo fluido hacia un pasadizo de flujo, de manera que hay presente más metal donde la densidad de fluencia de calor es mayor.

La forma de los pasadizos de flujo no es crítica; se pueden usar tubos redondos, placas huecas planas y similares. Sin embargo, para limitar la resistencia al flujo, la forma de un pasadizo de flujo se adapta preferiblemente al perfil de flujo del segundo fluido. Un pasadizo de flujo tiene ventajosamente una sección transversal elíptica, cuyo eje principal se extiende en la dirección del flujo del segundo fluido. Un pasadizo de flujo con tal forma combina un área grande de superficie de intercambio de calor con una resistencia al flujo relativamente baja.

El cuerpo de flujo comprende entonces ventajosamente dos capas de espuma metálica, teniendo preferiblemente el mismo número de poros por pulgada lineal (PPI), de la que los lados con la mayor densidad de volumen de metal se orientan uno hacia otro. En esos lados, se proporcionan rebajes para los pasadizos de flujo.

De acuerdo con otra realización preferida, que es ventajosa en particular como consecuencia de la estructura simple modular, los pasadizos de flujo comprenden cuerpos tubulares que son rectangulares en sección transversal y están separados por secciones del cuerpo de flujo, siendo la densidad de volumen de las secciones del cuerpo de flujo la mayor en la vecindad de las paredes externas de los pasadizos de flujo. Un módulo de esta realización preferida de un intercambiador de calor puede comprender, por ejemplo, un pasadizo de flujo de este tipo que es de sección transversal rectangular y de la que se proporcionan dos paredes opuestas con una capa de espuma metálica, de la que las superficies de capa con la mayor densidad de volumen está adyacente a las paredes en cuestión.

Si se desea un intercambiador de calor que se asemeje con detalle a un intercambiador de calor con un cuerpo de flujo que comprende piezas de espuma metálica separadas por laminillas, es posible usar una pluralidad de capas de espuma metálica, de las que los gradientes de la densidad de volumen discurren paralelos a la dirección de flujo del primer fluido, preferiblemente de forma alterna. En términos de rendimiento global, esta realización es menos preferida que las otras variantes descritas antes.

Si se selecciona una espuma metálica como material para el cuerpo poroso de flujo, la transferencia de calor entre la espuma metálica, por un lado, y el segundo fluido, por otro lado, es alta y no mayor que el factor limitador, como consecuencia del área de superficie muy grande de intercambio de calor para un volumen dado.

La conducción de calor en el cuerpo de flujo hecho de espuma metálica, sin embargo, es baja, como consecuencia de su porosidad, cuya porosidad tiene también un efecto adverso en la transferencia de calor entre el cuerpo de flujo y la pared externa de los pasadizos de flujo. Un aumento gradual en la cantidad de metal en la espuma conduce a una mejora en el efecto global de estos dos factores contradictorios.

Es preferible usar una espuma metálica hecha de un metal con un alto coeficiente de conducción de calor, tal como cobre. Los cuerpos de flujo están también hechos ventajosamente de un metal con alta conducción de calor y transferencia de calor, tal como cobre. Otros metales adecuados incluyen, entre otros, indio, plata, níquel y acero inoxidable. El material de inicio usado para la producción de la espuma metálica es ventajosamente una espuma de plástico, tal como poliuretano, poliéster o poliéter con una red abierta de poros interconectados y un valor PPI constante. El diámetro de los poros está preferiblemente en el intervalo de 400-1500 micrómetros, más preferiblemente 800-1200 micrómetros. El gradiente de volumen puede subir desde menos del 5% hasta más del 95% en la dirección de flujo del fluido que fluye a través de la espuma. El espesor del metal depositado en la espuma de plástico tiene ventajosamente un gradiente que está comprendido entre 5-10 micrómetros, preferiblemente en el lado de flujo de entrada del cuerpo de flujo, a 30-70 micrómetros, preferiblemente en la vecindad de los pasadizos de flujo, por ejemplo 8 micrómetros y 42 micrómetros, respectivamente. Espumas metálicas de este tipo son fáciles de producir por medio de formación eléctrica de, por ejemplo, cobre en un substrato de espuma de polímero en un baño adecuado de electrolisis, seguido opcionalmente por pirólisis del polímero. Si se desea, una capa delgada conductiva, por ejemplo una capa de cobre, puede ser depositada primero en la espuma usando otras técnicas, por ejemplo (magnetron) PVD, CVD y similares, después de lo cual se permite que esta película crezca adicionalmente en el baño de electrolisis.

Se pueden usar varias técnicas de soldadura y fundido (inducción, difusión) para unir la espuma metálica a los pasadizos de flujo. Las aleaciones de soldadura que contienen estaño son eminentemente adecuadas para la espuma de cobre.

El intercambiador de calor acorde con el invento es preferiblemente de estructura modular, de manera que se pueden combinar una pluralidad de módulos para formar una unidad mayor.

El invento se refiere también a una bomba de calor, por ejemplo un dispositivo de conversión termoacústico, para convertir energía como se define en la reivindicación 11, en la que se usan intercambiadores de calor acordes con el invento. El motor para comprimir y desplazar el fluido gaseoso es, por ejemplo, un circuito cerrado de resonancia acústica. El regenerador usado tiene preferiblemente una estructura estratificada que comprende capas de espuma de un metal con conductividad pobre. Ejemplos de un dispositivo de conversión termoacústica de este tipo incluyen un motor de calor termoacústico y un motor termoacústico.

El invento se explicará más adelante haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una realización de un intercambiador de calor acorde con la técnica anterior;

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una primera realización de un intercambiador de calor acorde con el invento;

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de una segunda realización de un intercambiador de calor acorde con el invento;

La figura 4 muestra una vista en perspectiva de un módulo del intercambiador de calor acorde con la reivindicación 3;

La figura 5 muestra una vista en perspectiva de una tercera realización de un intercambiador de calor acorde con el invento; y

La figura 6 describe esquemáticamente un dispositivo termoacústico de conversión para conversión de energía, en el que se usan intercambiadores de calor acordes con el invento.

En la realización del intercambiador de calor 10, acorde con la técnica anterior, que se ilustra en la figura 1, se disponen varios pasadizos tubulares 12 de flujo, por ejemplo hechos de cobre, paralelos entre sí. El sentido de flujo de un primer fluido a través de los pasadizos 12 de flujo se indica por una sola flecha, en la situación ilustrada desde arriba hacia abajo. Los extremos de entrada 14 de los pasadizos 12 de flujo se conectan usualmente entre sí con la ayuda de una tapa distribuidora (no mostrada). Los extremos de salida 16 están conectados entre sí de una manera similar. Un cuerpo poroso de flujo para un segundo flujo se denota en global por la referencia numérica 20 y comprende varias tiras de metal 22 que están dispuestas a una distancia entre sí y paralelas unas de otras y cada una tiene una capa 24 de espuma metálica entre ellas. Se proporcionan agujeros para los pasadizos de flujo 12 en los lugares apropiados en las tiras de metal 22 y las capas 24. Las tiras de metal 22 están soldadas a las paredes externas 26 de los pasadizos de flujo 12. El cuerpo de flujo 20 está dispuesto en una cámara o carcasa (no mostrada), que están provista con una alimentación y una descarga y, si se desea, medios de distribuidor para el segundo fluido. Los lados de la carcasa del intercambiador de calor 10 pueden estar provistos con medios de acoplamiento, de manera que una pluralidad de intercambiadores de calor pueden ser acoplados entre sí según se requiera.

La figura 2 muestra una realización preferida de un intercambiador de calor acorde con el invento, en el que componentes idénticos a los mostrados en la figura 1 se denotan por los mismos números y referencias.

El intercambiador de calor 10 comprende varios pasadizos paralelos 12 de flujo que están dispuestos a una distancia entre sí y tienen una sección transversal elíptica, a través de la que se guía un fluido, por ejemplo un líquido. El cuerpo de flujo 20 comprende dos partes de espuma metálica 30 y 32, cada una con un gradiente de densidad de volumen paralelo al sentido de flujo del segundo fluido, por ejemplo gas. Para simplificar la figura, la superficie con la mayor densidad de volumen se indica por una línea sólida gruesa en esta figura y en las figuras siguientes. En la parte 30, la densidad de volumen (cantidad de metal) aumenta en el sentido de flujo del segundo fluido, mientras que en la parte 32 la densidad de volumen disminuye en el sentido de flujo indicado. Consecuentemente, la mayoría del metal está presente en la vecindad inmediata de los pasadizos de flujo 12, en los que también prevalece la mayor densidad de fluencia de calor. La superficie externa del cuerpo de flujo 20, en particular el lado de flujo de entrada (y lado de descarga), está relativamente abierto.

La figura 3 muestra otra realización, en la que los pasadizos de flujo 12, que son de sección transversal rectangular, están dispuestos entre las secciones 40 del cuerpo de flujo 20. Cada sección 40 está compuesta de dos capas de espuma metálica 42, cuyas superficies con la mayor densidad de volumen adjunta a las paredes externas 44 de dos pasadizos de flujo 12 dispuestos uno junto a otro, mientras que las superficies que tienen la menor densidad de volumen se soportan una contra la otra. En esta figura, la superficie de separación entre las dos capas de espuma 42 de una sección 40 se indica por una línea de trazos y puntos. La figura 4 muestra un módulo de la realización de un intercambiador de calor acorde con el invento ilustrado en la figura 3.

La figura 5 muestra incluso otra variante del intercambiador de calor acorde con el invento, en el que se disponen seis capas de metal 50 apiladas alternativamente como cuerpo de flujo 20, el gradiente de las cuales aumenta y disminuye alternativamente de forma repetida como se ve en el sentido de flujo del primer flujo que es guiado a través de los pasadizos de flujo 12.

La figura 6 muestra un esquema de silueta de una bomba de calor acorde con el invento, en este caso una realización de un dispositivo 60 de conversión termoacústica para conversión de energía, en el que se pueden usar ventajosamente intercambiadores de calor acordes con el invento.

El dispositivo 60 comprende un circuito 62 de resonancia acústico-mecánico o acústico de relleno de gas con un regenerador 64, por ejemplo hecho de espuma de níquel, dispuesto entre dos intercambiadores de calor 10 acordes con el invento. Si el dispositivo 60 es usado como una bomba de calor, se suministra energía mecánica al gas, por ejemplo por medio de un diafragma que está hecho para oscilar con la ayuda de un motor eléctrico lineal. Otras posibilidades incluyen, por ejemplo, una estructura de pistón libre o fuelle. El gas que se ha hecho oscilar y funciona como un segundo fluido extrae calor de un primer fluido en el primer intercambiador de calor 10 y bombea el calor extraído por medio del regenerador al segundo intercambiador de calor 10, en el que el calor es transferido a un tercer fluido. De esta manera, es posible transferir calor desde un flujo o fluido que están a una temperatura baja a un fluido que está a una temperatura alta. La variación periódica de presión y el desplazamiento de gas requeridos para este procedimiento tienen lugar en el circuito cerrado de resonancia 62 bajo la influencia de una onda acústica potente. En este punto, debería apreciarse que la amplitud de presión es muchas veces mayor que lo acostumbrado en un espacio libre, es decir del orden de magnitud del 10% de la presión principal en el sistema.

Si el dispositivo de conversión se usa como un motor, se suministra calor al intercambiador de calor a temperatura alta y es disipado por un intercambiador de calor adicional a temperatura baja, por ejemplo temperatura ambiente, con el resultado de que se mantiene la oscilación. Si se suministra más calor que el necesario para mantener la oscilación, es posible que algo de la energía acústica sea extraída del resonador como emisión útil.

El rendimiento de los intercambiadores de calor acordes con el invento se explica con más detalles más abajo en base a los ejemplos siguientes.

Se produjeron y ensayaron varios intercambiadores de calor. El cuerpo poroso de flujo de un primer intercambiador de calor A está hecho de tiras de espuma de cobre (25 poros por centímetro (65 poros por pulgada)) con una longitud de 90 mm y una anchura de 12 mm. Se estampan agujeros para los pasadizos de flujo. Los pasadizos de flujo comprendían nueve tubos pequeños de cobre, con un diámetro externo de 6 mm (diámetro interno 4 mm) dispuestos a intervalos regulares. El pasadizo efectivo para el segundo fluido es 90 mm x 70 mm. Se conectaron colectores en los extremos de entrada y extremos de salida de los pequeños tubos de cobre a una alimentación de agua y descarga de agua, respectivamente.

En un segundo intercambiador de calor B, se usa un cuerpo de flujo hecho de la misma espuma de cobre, pero en este intercambiador de calor hay colocadas laminillas de bronce con un espesor de 0,25 mm. La espuma y las laminillas son soldadas juntas en un horno. Para evitar que la espuma metálica se cierre bajo la influencia del calor, las tiras de espuma de cobre y laminillas de bronce también pueden ser soldadas una a una a los tubos pequeños de cobre.

En un tercer intercambiador de calor C, el cuerpo de flujo comprende solo 39 laminillas de bronce.

En un cuarto intercambiador de calor D acorde con el invento, como se muestra en la figura 2, que tiene las mismas dimensiones y número de tubos que los intercambiadores de calor A-C, el cuerpo de flujo comprende dos capas de espuma de cobre, que se produjeron a temperatura ambiente en una espuma de PU con un diámetro de poro de 800 micrómetros en un baño de cobre de composición CuSO_{4} = 250 g/l, H_{2}SO_{4} = 70 g/l, Cl^{-} = 15 mg/l y pH = 0-1, con una densidad actual de 5 A/dm^{2}. Después de la pirólisis, una capa de espuma producida de esta manera tenía un espesor de metal de 8 micrómetros en un lado, mientras por otro lado el espesor del metal depositado era 42 micrómetros. Rebajes correspondiente a la mitad del diámetro de los tubos pequeños de cobre se proporcionaron en los últimos lados de estas capas de espuma, después de lo cual los tubos pequeños se colocaron en estos rebajes. Se usó soldadura de estaño como técnica de unión.

Estos intercambiadores de calor se usaron para realizar ensayos, en los que una cantidad de agua caliente (T = aprox. 80ºC), controlada usando un caudalímetro, se hizo circular a través de los tubos pequeños por medio de un baño de termostato. Se usó una bomba centrífuga para succionar aire ambiente a través del cuerpo de flujo del intercambiador de calor, que fue dispuesto en un pasadizo. El volumen de aire succionado fue medido usando un caudalímetro entre el intercambiador de calor y la bomba centrífuga. Se midió la caída de presión a través del cuerpo de flujo y la temperatura de entrada T_{1} y temperatura de salida T_{2} del primer flujo de fluido, que comprende agua, y la temperatura de salida T_{3} del segundo flujo de fluido, que comprende aire. La cantidad de calor Q absorbido por el flujo de aire es calculada de la velocidad de flujo volumétrico de agua F_{w} (l/min) y la diferencia de temperatura entre el flujo entrante y saliente de agua (T_{1} - T_{2}) usando la siguiente fórmula:

Q = W_{w} \cdot (T_{1}-T_{2}) \cdot F_{w}/60 [W],

donde W_{w} es la capacidad calorífica del agua (4180 J.Kg.K^{-1}). Estos ensayos se realizaron con varias velocidades de aire. El número Reynolds fue determinado de la velocidad medida de gas en el lugar del intercambiador de calor y el diámetro hidráulico D_{H} = 0,0033 para todos los intercambiadores de calor A-D. El valor de viscosidad se aplica a la temperatura de gas del aire fresco succionado, cuya temperatura se midió igualmente. El número Nusselt para el lado del gas puede ser calculado eliminando la transferencia de calor en el lado del líquido y asumiendo un flujo turbulento en el tubo: Nu(Re) = Q-D_{H}/\lambda.\DeltaT_{1}, donde A_{w} es el área total de la superficie de intercambio de calor y \DeltaT_{1} es la diferencia de temperatura entre el gas y el intercambiador de calor.

Como es habitual en el campo especialista, la transferencia de calor se representa como jH = Nu.Re^{-1}.Pr^{-1/3} contra Re, donde Pr es el número Prandtl, que para el aire es 0,7.

El llamado coeficiente de fricción puede ser calculado de la misma manera

f = A_{0} \Deltap/A_{w} (1/2 \rho v^{2})

de la caída de presión medida y la velocidad medida para estos intercambiadores de calor de dimensiones conocidas y puede ser representado como una función del número Reynolds.

La tabla siguiente muestra los resultados de la transferencia de calor (jH), el coeficiente de fricción (f) y el ratio jH/f para Re=300 para los distintos intercambiadores de calor A-D.

TABLA

Intercambiador de calor	jH	F	jH/f
A	0,07	20	0,004
B	0,7	40	0,018
C	0,03	1,4	0,021
D	0,5	15	0,033

Se puede ver de la tabla anterior que, como se esperaba, el intercambiador de calor A (sólo espuma) proporciona una mayor transferencia de calor que el intercambiador C (sólo laminillas). Sin embargo, la resistencia al flujo ha aumentado desproporcionalmente. Además de esto, puede verse que, aunque el intercambiador de calor B (espuma y laminillas) consigue una mayor transferencia de calor que el intercambiador de calor D acorde con el invento, la resistencia al flujo es muy alta. El intercambiador de calor acorde con el invento tiene el mejor rendimiento global, expresado como jH/f. Es claro de esto que, usando una espuma con una distribución adecuada de metal y cambiando la cantidad de este metal, es posible conseguir un equilibrio favorable entre transferencia/conducción de calor, por un lado, y resistencia al flujo, por otro lado.

Claims

1. Un intercambiador de calor (10) para transferir calor desde un primer fluido a un segundo fluido, que comprende uno o más pasadizos de flujo (12) para un primer fluido, que están dispuestos paralelos y a distancia entre sí y la pared externa (26) de la que está en contacto de transferencia de calor con un cuerpo de flujo (20) para un segundo fluido, que está hecho de espuma metálica, caracterizada porque la espuma metálica tiene un número constante de poros (PPI) y tiene un gradiente de densidad de volumen de metal.

2. Un intercambiador de calor acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de flujo (20) está compuesto de dos capas de espuma metálica (30, 32; 42; 50), de las cuales las superficies de capa con la misma densidad de volumen se orientan una hacia otra.

3. Un intercambiador de calor acorde con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la densidad de volumen de la espuma metálica aumenta desde un lado de flujo interno del cuerpo de flujo (20) para el segundo fluido hacia los pasadizos de flujo.

4. Un intercambiador de calor acorde con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los pasadizos de flujo (12) tienen una sección transversal elíptica, cuyo eje principal se extiende en la dirección de flujo del segundo fluido.

5. Un intercambiador de calor acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque los pasadizos de flujo (12) comprenden cuerpos tubulares que son se sección transversal rectangular y están separados por secciones (40) del cuerpo de flujo (20), siendo la densidad de volumen de las secciones (40) del cuerpo de flujo (20) la mayor en la vecindad de las paredes externas (26) de los pasadizos de flujo (12).

6. Un intercambiador de calor acorde con la reivindicación 2, caracterizado porque el gradiente aumenta y disminuye alternativamente en el sentido de flujo del primer fluido.

7. Un intercambiado de calor acorde con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el metal de la espuma metálica es cobre.

8. Un intercambiador de calor acorde con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la conexión entre el cuerpo de flujo (20) y la pared externa (26) del al menos un pasadizo de flujo comprende una unión soldada.

9. Un intercambiador de calor acorde con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la unión soldada comprende estaño o una aleación de estaño.

10. Un intercambiador de calor acorde con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el intercambiador de calor (10) tiene una estructura modular y está provista con medios de acoplamiento para acoplar entre sí intercambiadores modulares de calor.

11. Una bomba de calor para conversión de energía, que comprende un motor para comprimir y desplazar un segundo fluido gaseoso, y un intercambiador de calor para transferir calor desde un primer fluido al segundo fluido, y un intercambiador de calor para transferir calor desde el segundo fluido a un tercer fluido, un regenerador (64) que está dispuesto entre los intercambiadores de calor, como se ve en el sentido de flujo del gas, caracterizado porque los intercambiadores de calor son dispositivos (10) acordes con una o más de las reivindicaciones anteriores.

12. Una bomba de calor acorde con la reivindicación 11, caracterizada porque el regenerador (64) comprende una estructura estratificada de una pluralidad de capas de espuma metálica hecha de un metal con una conductividad pobre.

13. Una bomba de calor acorde con la reivindicación 12, caracterizada porque el metal de pobre conductividad es níquel.