ES2341507T3 - HEAT EXCHANGER. - Google Patents
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Abstract
Description
Intercambiador de calor.Heat exchanger.
La invención concierne a un intercambiador de calor según el preámbulo de la reivindicación 1.The invention concerns an exchanger of heat according to the preamble of claim 1.
Un intercambiador de calor de la clase citada al principio es conocido por el documento DE 200 09 560 U1. Éste consta de un serpentín arrollado a manera de rosca de tornillo, que conduce un medio líquido portador de calor, con un eje de serpentín orientado en dirección horizontal y con una parte de serpentín que se encuentra por encima del eje del serpentín y otra parte de serpentín que se encuentra por encima de dicho eje. En este intercambiador de calor están previstas en el perímetro exterior del serpentín unas acometidas de ida y de vuelta que sirven, por un lado, para la alimentación y evacuación del medio portador de calor y también, por otro, para la purga de aire. Este intercambiador de calor es parte de una caldera de calefacción, es decir que rodea a una cámara de combustión con un quemador generador de un gas de escape, circulando el gas de escape por rendijas de flujo del serpentín y cediendo entonces su calor al medio líquido portador de calor.A heat exchanger of the class cited at principle is known from document DE 200 09 560 U1. This It consists of a coil wound like a screw thread, which conducts a heat-carrying liquid medium, with a coil axis oriented in a horizontal direction and with a coil part that It is located above the axis of the coil and another part of coil that is above said axis. In this heat exchanger are provided on the outer perimeter of the coil a round-trip rush that serve, for a side, for feeding and evacuation of the heat carrier medium and also, on the other, for air purging. This exchanger of heat is part of a heating boiler, that is to say surrounding a combustion chamber with a gas generator burner exhaust, circulating the exhaust gas through flow slits of the coil and then releasing its heat to the liquid medium carrying hot.
La invención se basa en el problema de proporcionar una capacidad de purga de aire lo mejor posible en un intercambiador de forma de serpentín con eje de serpentín horizontal, concretamente con independencia de si este intercambiador presenta o no las acometidas de ida y de vuelta anteriormente descritas.The invention is based on the problem of provide the best possible air purge capacity in a coil-shaped exchanger with coil axis horizontally, regardless of whether this exchanger presents or not the round-trip connections previously described.
Este problema se resuelve con un intercambiador de calor de la clase citada al principio por medio de las características expuestas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Cabe consignar a este respecto que el intercambiador de calor según la invención no queda limitado a su aplicación en una caldera de calefacción, sino que, por el contrario, puede utilizarse también, por ejemplo, en acumuladores de agua caliente (en este caso, el intercambiador de calor no es bañado por un gas de escape de un quemador, sino por agua que debe calentarse), en los cuales se puede presentar también el problema de la transmisión de calor empeorada por aporte de gas.This problem is solved with an exchanger. of heat of the class quoted at the beginning by means of characteristics exposed in the characterizing part of the claim 1. It should be noted in this regard that the Heat exchanger according to the invention is not limited to its application in a heating boiler, but by the on the contrary, it can also be used, for example, in storage batteries hot water (in this case, the heat exchanger is not bathed by an exhaust gas from a burner, but by water that must warming up), in which the problem of heat transmission worsened by gas supply.
Por tanto, según la invención, se ha previsto que el serpentín presente una sección transversal de flujo de dos partes, en donde la primera sección transversal de flujo más grande está prevista para el medio portador de calor y la segunda sección transversal de flujo más pequeña está configurada como una hélice de purga de aire, presentando ésta por cada paso de hélice en la zona de la parte de serpentín situada por encima del eje del serpentín al menos una abertura de purga de aire que une la primera sección transversal de flujo con la segunda.Therefore, according to the invention, it is provided that the coil has a flow cross section of two parts, where the first cross section of larger flow It is intended for the heat-carrying medium and the second section Smaller flow transverse is configured as a propeller of air purge, presenting this for each propeller passage in the area of the part of the coil located above the axis of the coil at least one air purge opening that joins the first section cross flow with the second.
La medida de una "sección transversal de flujo de dos partes" incluye aquí tanto la posibilidad de un serpentín en principio monopieza con dos recintos de flujo como la posibilidad de que esté incorporado otro componente en el serpentín. Expresado con otras palabras, en esta variante se dispone un serpentín adicional (hélice de purga de aire) en el serpentín, haciendo posible la abertura de purga de aire prevista por cada hélice preferiblemente en la zona más superior un escape de aire o gas que posiblemente se haya acumulado.The measure of a "cross section of flow two-part "includes here both the possibility of a coil in principle it monopieza with two enclosures of flow as the possibility that another component is incorporated in the coil. Expressed in other words, in this variant a coil is arranged additional (air purge propeller) on the coil, making possible air purge opening provided by each propeller preferably in the uppermost zone an air or gas leak that It may have accumulated.
Para entender mejor la invención hay que tener en cuenta lo siguiente: En intercambiadores de calor de forma de serpentín con eje de serpentín horizontal existe el problema de principio de que, debido a la fuerza de la gravedad se acumula en la zona superior de los serpentines gas que penetra en el intercambiador de calor juntamente con el medio portador de calor. Esto es poco deseable, ya que se empeora así la transmisión de calor. En el ejemplo de realización según el documento DE 200 09 560 U1 está prevista en cada segunda hélice una acometida a través de la cual se puede evacuar dicho gas (no obstante, éste se acumula en los pasos de hélice sin acometida). En un intercambiador de calor sin tales acometidas, es decir, por ejemplo, en uno según el documento EP 1 562 006 A1, este fenómeno puede ser tanto más problemático cuanto más grande sea el intercambiador de calor.To better understand the invention you have to have Consider the following: In form heat exchangers coil with horizontal coil axis there is the problem of principle that, due to the force of gravity it accumulates in the upper area of the gas coils that penetrates the heat exchanger together with the heat carrier medium. This is undesirable, since the transmission of hot. In the exemplary embodiment according to DE 200 09 560 U1 is planned in each second propeller a rush through which can evacuate said gas (however, it accumulates in the propeller steps without rush). In a heat exchanger without such connections, that is, for example, in one according to the EP 1 562 006 A1, this phenomenon can be so much more problematic the bigger the heat exchanger.
Según la invención, se solventa ahora este problema debido a que exactamente en el sitio en que se acumula el gas se proporciona una posibilidad de evacuación correspondiente, concretamente debido a que allí está prevista en la hélice de purga de aire al menos una abertura de purga de aire a través de la cual puede salir el gas.According to the invention, this is now solved problem because exactly at the site where the gas provides a corresponding evacuation possibility, specifically because there is provided in the purge propeller of air at least one air purge opening through which Gas can escape.
La condición de que la hélice de purga de aire deberá ser de sección transversal más pequeña que la del serpentín es aquí, por un lado, forzosa, ya que, en caso contrario, esta hélice ni siquiera podría estar dispuesta en el serpentín, pero, por otro lado, esta condición tiene también la consecuencia de que pueda salir a través de la hélice de purga de aire sobre todo el gas y, solamente en partes muy pequeñas, el medio portador de calor. Más adelante, se entrará en mayores precisiones sobre esto.The condition that the air purge propeller It should be smaller in cross-section than the coil it is here, on the one hand, forced, since, otherwise, this propeller could not even be arranged on the coil, but, on the other hand, this condition also has the consequence that can exit through the air purge propeller over all the gas and, only in very small parts, the carrier medium of hot. Later, it will be more precise about this.
Otros perfeccionamientos ventajosos del intercambiador de calor según la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.Other advantageous improvements of heat exchanger according to the invention follows from the subordinate claims.
El intercambiador de calor según la invención, incluidos sus ventajosos perfeccionamientos según las reivindicaciones subordinadas, se explica seguidamente con más detalle ayudándose de la representación del dibujo de diferentes ejemplos de realización.The heat exchanger according to the invention, including its advantageous improvements according to subordinate claims, explained below with more detail using the representation of the drawing of different Examples of realization
Muestran:They show:
La figura 1, esquemáticamente en sección longitudinal, una primera forma de realización del intercambiador de calor según la invención;Figure 1, schematically in section longitudinal, a first embodiment of the exchanger of heat according to the invention;
La figura 2, en perspectiva, una forma de realización preferida de la hélice de purga de aire liberada gráficamente, en parte, del serpentín, con protuberancias especiales;Figure 2, in perspective, a form of preferred embodiment of the air purge propeller released graphically, in part, of the coil, with protuberances specials;
La figura 3, en perspectiva, una vista parcial de la hélice de purga de aire según la figura 2, sin serpentín; yFigure 3, in perspective, a partial view of the air purge propeller according to figure 2, without coil; Y
La figura 4, en perspectiva y en solitario, la hélice de purga de aire como componente separado.Figure 4, in perspective and alone, the air purge propeller as a separate component.
En la figura 1 se representa de momento una forma de realización fuertemente abstraída del intercambiador de calor según la invención. Éste consta (esto rige de todos modos también para las formas de realización según las figuras 2 a 4) de un serpentín 1 que conduce un medio líquido portador de calor y presenta una sección transversal de flujo aproximadamente rectangular, con un eje de serpentín 2 orientado en dirección horizontal y con unas partes de serpentín 3, 4 situadas, respectivamente, por encima y por debajo del eje 2 del serpentín. El serpentín está configurado aquí como un arrollamiento de forma de rosca de tornillo. Para el caso de que sirva como intercambiador de calor en una caldera de calefacción, dicho serpentín presenta rendijas de flujo 10 (insinuadas en línea de trazos), a través de la cuales circula el gas de escape caliente de un quemador y este gas calienta entonces el medio portador de calor contenido en el serpentín.In figure 1 a moment is represented strongly abstracted embodiment of the exchanger heat according to the invention. This one consists (this applies anyway also for the embodiments according to figures 2 to 4) of a coil 1 that conducts a liquid medium carrying heat and presents a cross section of flow approximately rectangular, with a serpentine axis 2 oriented in direction horizontal and with coil parts 3, 4 located, respectively, above and below the axis 2 of the coil. The coil is configured here as a winding in the form of screw thread In the event that it serves as an exchanger of heat in a heating boiler, said coil presents flow slits 10 (hinted at dashed lines), through which circulates the hot exhaust gas of a burner and this gas then heats the heat-carrying medium contained in the coil.
Esencial para el intercambiador de calor según la invención es ahora el hecho de que el serpentín 1 presenta una sección transversal de flujo de dos partes, estando prevista la primera sección transversal de flujo 5 más grande para el medio portador de calor y estando configurada la segunda sección transversal de flujo 6 más pequeña como una hélice de purga de aire 7, presentando ésta por cada paso de hélice, en la zona de la parte de serpentín 3 situada por encima del eje 2 del serpentín, al menos una primera abertura de purga de aire 8 que une las secciones transversales de flujo primera y segunda 5, 6 una con otra.Essential for the heat exchanger according to the invention is now the fact that the coil 1 has a two-part flow cross section, the first cross section of flow 5 larger for the medium heat carrier and the second section being configured Transverse flow 6 smaller as an air purge propeller 7, presenting this for each propeller step, in the area of the part of coil 3 located above axis 2 of the coil, at least a first air purge opening 8 that joins the sections Transverse flow first and second 5, 6 with each other.
Haciendo nuevamente referencia a la figura 1, se puede apreciar que en principio (aun cuando más bien teóricamente) se puede tratar de un intercambiador de calor monopieza con dos secciones transversales de flujo. Las aberturas de purga de aire 8 podrían haberse generado en este caso, por ejemplo, por doble perforación del serpentín y subsiguiente soldadura de la abertura exterior.Referring again to Figure 1, You can appreciate that in principle (even if rather theoretically) it can be a single piece heat exchanger with two cross sections of flow. Air purge openings 8 could have been generated in this case, for example, by double coil drilling and subsequent opening welding Exterior.
No obstante, por motivos técnicos de fabricación, se prefiere la solución según las figuras 2 a 4, en la que la hélice de purga de aire 7 está configurada como un componente separado y está dispuesta en el serpentín 1, significando la condición de "dispuesta" especialmente que la hélice de purga de aire 7, arrollada también en forma de rosca de tornillo, se "introduce o atornilla" en el serpentín 1 a la manera de un sacacorchos.However, for technical reasons of manufacturing, the solution according to figures 2 to 4 is preferred, in the that the air purge propeller 7 is configured as a separate component and is arranged in coil 1, meaning the condition of "willing" especially that the air purge propeller 7, also wound in the form of a thread screw, is "introduced or screwed" into the coil 1 to the Corkscrew way.
Para que a lo sumo puedan escapar pequeñas cantidades de medio portador de calor a través de la hélice de purga de aire 7, la abertura de purga de aire 8 presenta una superficie de sección transversal que es más pequeña que la sección transversal de flujo 6 de la hélice de purga de aire 7. Dado que la sección transversal de flujo 5 para el medio portador de calor es también mayor que la sección transversal de flujo 6 de la hélice de purga de aire 7, se cumple de manera correspondiente que la sección transversal de la abertura de purga de aire 8 es preferiblemente muchísimo más pequeña que la sección transversal de flujo 5 para el medio portador de calor. Esta condición conduce a un gradiente de presión dentro del intercambiador de calor, de modo que, por un lado, se garantiza una buena purga de aire, pero, por otro lado, resulta también una pérdida muy pequeña de medio portador de calor a través de la hélice de purga de aire.So that at most they can escape small amounts of heat carrier medium through the propeller of air purge 7, the air purge opening 8 has a cross sectional area that is smaller than the section Transverse flow 6 of the air purge propeller 7. Since the flow cross section 5 for the heat carrier medium is also larger than the cross-sectional flow 6 of the propeller of air purge 7, it is correspondingly fulfilled that the section Transverse of the air purge opening 8 is preferably much smaller than the cross section of flow 5 for the medium heat carrier. This condition leads to a gradient of pressure inside the heat exchanger, so that, by a On the other hand, a good air purge is guaranteed, but, on the other hand, it also results in a very small loss of heat carrier medium through the air purge propeller.
Por motivos técnicos de fabricación, se ha previsto preferiblemente también que la sección transversal de flujo 6 de la hélice de purga de aire 7 esté configurada en forma circular y que la propia abertura de purga de aire 8 esté configurada como un taladro de forma circular. Sin embargo, entran en consideración también, por supuesto, otras secciones transversales para la hélice de purga de aire 7 (por ejemplo, rectangular) o para la abertura de purga de aire 8 (por ejemplo, en forma de hendidura); sin embargo, una hélice de forma tubular con un simple agujero taladrado o bien con varios agujeros taladrados puede fabricarse (evidentemente) de un modo sumamente sencillo.For technical manufacturing reasons, it has been preferably also provided that the cross section of flow 6 of the air purge propeller 7 is configured in shape circular and that the air purge opening 8 itself is configured as a circular shaped drill. However, they enter also considering, of course, other sections transverse for the air purge propeller 7 (for example, rectangular) or for air purge opening 8 (for example, in slit form); however, a tubular shaped propeller with a single hole drilled or with several holes drilled It can be manufactured (obviously) in a very simple way.
Para garantizar un posicionamiento seguro de la hélice de purga de aire 7 dentro del serpentín 1 se ha previsto preferiblemente, en particular con referencia a la figura 4, que la hélice de purga de aire 7 arrollada a manera de rosca de tornillo presente distribuidas por su periferia preferiblemente tres protuberancias 9 que miren radialmente hacia fuera y se apoyen por dentro en el serpentín 1. El diámetro exterior de la hélice de purga de aire 7 definido por las protuberancias 9 corresponde aquí aproximadamente al diámetro exterior interno de la sección transversal de flujo 5 para el medio portador de calor, es decir que, después de la introducción de la hélice de purga de aire 7, ésta se apoya a manera de muelle en la pared interior del serpentín 1, de modo que se preserva siempre con seguridad la posición de la hélice de purga de aire 7 dentro del serpentín 1, lo que es importante especialmente con respecto a la posición de la abertura de purga de aire 8, ya que, naturalmente, la purga de aire del intercambiador de calor funciona de manera óptima cuando la abertura de purga de aire 8 se encuentra completamente arriba dentro del serpentín 1, prefiriéndose de manera correspondiente, por este motivo, que una de las protuberancias 9 esté dispuesta en la zona más superior de la parte de serpentín superior 3 y que en éste esté dispuesta la abertura de purga de aire 8 (véanse a este respecto las figuras 2 y 3).To ensure a safe positioning of the air purge propeller 7 inside coil 1 is planned preferably, in particular with reference to Figure 4, that the air purge propeller 7 wound as a screw thread present distributed on its periphery preferably three protuberances 9 that look radially outward and are supported by inside on the coil 1. The outer diameter of the propeller of air purge 7 defined by the protrusions 9 corresponds here approximately to the internal outside diameter of the section transverse flow 5 for the heat-bearing medium, ie that, after the introduction of the air purge propeller 7, it is supported by a spring on the inner wall of the coil 1, so that the position of the air purge propeller 7 inside coil 1, which is important especially with regard to the position of the opening of air purge 8, since naturally the air purge of the heat exchanger works optimally when the opening air purge 8 is completely up inside the coil 1, correspondingly preferred, by this reason, that one of the protuberances 9 is arranged in the area upper part of the upper coil part 3 and that it is arranged the air purge opening 8 (see in this regard the Figures 2 and 3).
El intercambiador de calor según la invención o especialmente la técnica de purga de aire según la invención funciona de la manera siguiente:The heat exchanger according to the invention or especially the air purge technique according to the invention It works as follows:
Si se considera, por ejemplo, la instalación nueva de una caldera de calefacción con un intercambiador de calor horizontalmente orientado, resulta entonces que, debido a la fuerza de la gravedad, se acumula en el lugar más superior dentro de los serpentines 1 gas (especialmente aire) disuelto en el medio portador de calor. Sin embargo, dado que precisa y especialmente en este sitio está dispuesta la hélice de purga de aire 7 con una abertura de purga de aire 8, el gas puede ser descargado a través de la hélice de purga de aire 7, para lo cual ésta es puesta en unión al menos temporalmente (por ejemplo, con una válvula de purga de aire rápida) con el entorno del intercambiador de calor. Expresado con otras palabras, la presión en el medio portador de calor cuida de que se evacue gas sobrante desde el intercambiador de calor a través de la abertura de purga de aire 8 y la hélice de purga de aire 7 y de que este aire ya no perturbe allí la transmisión de calor. En contraposición a métodos ya conocidos para expulsar gas del intercambiador de calor horizontalmente dispuesto (en general, simplemente por medio de un caudal muy alto del medio portador de calor), el intercambiador de calor según la invención con la hélice de purga de aire introducida o atornillada en todos los serpentines se caracteriza por un proceso de purga de aire extraordinariamente eficiente, pudiendo realizarse discrecionalmente esta sencilla purga de aire rápida durante la puesta en funcionamiento del intercambiador de calor, pero también, naturalmente, en cualquier momento posterior e igualmente una y otra vez.If you consider, for example, the installation new from a heating boiler with a heat exchanger horizontally oriented, it turns out that, due to the force of gravity, it accumulates in the highest place within 1 gas coils (especially air) dissolved in the carrier medium of heat However, given that precisely and especially in this air purge propeller 7 is disposed with an opening air purge 8, the gas can be discharged through the air purge propeller 7, for which it is connected to the less temporarily (for example, with an air purge valve fast) with the heat exchanger environment. Expressed with In other words, the pressure in the heat-bearing medium takes care of that excess gas is evacuated from the heat exchanger through of the air purge opening 8 and the air purge propeller 7 and that this air no longer disturbs the heat transmission there. In as opposed to known methods to expel gas from horizontally arranged heat exchanger (in general, simply by means of a very high flow rate of the carrier medium of heat), the heat exchanger according to the invention with the propeller air purge introduced or screwed on all coils It is characterized by an extraordinary air purge process efficient, being able to perform discretionally this simple rapid air purge during commissioning of the heat exchanger, but also naturally in any later moment and also again and again.
Respecto de los dos extremos de la hélice de purga de aire, se ha previsto finalmente todavía que éstos se lleven fuera del serpentín 1 de una manera adecuada. Haciendo referencia a la figura 2, entra en consideración para ello, por ejemplo, una tapa (no representada) que cierre la sección transversal del serpentín y deje libre una abertura adaptada a la sección transversal de la hélice de purga de aire. Se explica por sí sólo a este respecto el hecho de que la hélice de purga de aire según la figura 2 está configurada al menos al principio de modo que sea posible el atornillamiento de la misma sin ninguna dificultad. Además, durante el proceso de purga de aire tiene que estar abierto al menos un extremo de la hélice de purga de aire hacia un entorno que presente un nivel de presión más bajo que el del medio portador de calor.Regarding the two ends of the propeller of air purge, it is finally planned that these are carry off coil 1 in an appropriate manner. Doing reference to figure 2, comes into consideration for this, by example, a cover (not shown) that closes the section cross the coil and leave an opening adapted to the cross section of the air purge propeller. It explains itself only in this respect the fact that the air purge propeller according to figure 2 it is configured at least initially so it is possible to screw it without any difficulty. In addition, during the air purge process you have to be open at least one end of the air purge propeller towards an environment that has a lower pressure level than the of the heat carrier medium.
- 1one
- SerpentínCoil
- 22
- Eje del serpentínShaft of the coil
- 33
- Parte de serpentínCoil part
- 44
- Parte de serpentínCoil part
- 55
- Primera sección transversal de flujoFirst cross section of flow
- 66
- Segunda sección transversal de flujoSecond cross section of flow
- 77
- Hélice de purga de aireAir purge propeller
- 88
- Abertura de purga de aireAir purge opening
- 99
- ProtuberanciaBoss
- 1010
- Rendija de flujoFlow slit
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