ES2341795T3 - Intercambiador de calor modular. - Google Patents
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Abstract
Una unidad modular (100) de intercambiador de calor capaz de ensamblarse con otras unidades modulares de intercambiador de calor para formar un intercambiador de calor, comprendiendo dicha unidad modular: un conducto alargado (101) con al menos una perforación interna extendida longitudinalmente, abierta en ambos extremos (201, 400); y medios de conexión (102) situados en los extremos abiertos de dicho conducto para interconectar las perforaciones internas de dicho conducto y permitir que dichas unidades modulares se conecten entre sí mediante cada uno de dichos medios de conexión en comunicación fluida interna; en la cual dicho medio de conexión está formado no integralmente con dicho conducto y dichos medios de conexión están unidos con dicho conducto; medios selladores situados en dichos medios de conexión, configurados dichos medios selladores para impedir que el fluido salga entre medios de conexión adyacentes cuando dicha pluralidad de unidades modulares se ensamblan entre sí; estando dicha unidad modular caracterizada porque: cada medio de conexión mencionado comprende una superficie externa (108), una superficie interna (106) que define una cavidad interna, una superficie superior (202), una superficie inferior (307) y una pluralidad de agujeros (107) pasantes, cada uno extendiéndose desde la superficie superior hasta la superficie inferior y situado entre dichas superficies externas e internas.
Description
Intercambiador de calor modular.
La presente invención se refiere a
intercambiadores de calor y, en particular, aunque no
exclusivamente, a unidades modulares de transferencia de calor,
capaces de disponerse conjuntamente para construir un intercambiador
de calor en el cual un fluido de transferencia de calor puede
fluir.
Los intercambiadores de calor de fluido a fluido
tienen un amplio uso en aplicaciones tanto domésticas como
industriales, y pueden configurarse para proporcionar un efecto de
calefacción y/o refrigeración, según se requiera.
Habitualmente, un intercambiador de calor se
construye a partir de un material de alta conductividad térmica, en
particular un metal, y comprende una cámara interna, o red de
cámaras, en la cual un fluido de transferencia de calor se almacena
y fluye. Un ejemplo de un intercambiador de calor convencional es el
radiador doméstico montado en la pared. En este ejemplo, el agua es
calentada por una caldera remotamente situada, siendo luego
transferida el agua calentada al radiador mediante una tubería. El
agua calentada fluye entonces dentro de la(s)
cámara(s) interna(s) del radiador, transfiriendo calor
al cuerpo del radiador y, en última instancia, al aire
circundante.
Intercambiadores de calor más sofisticados
funcionan según el mismo principio de transferencia de calor de
fluido a fluido, y se construyen a partir de unidades modulares
individuales que, al ensamblarse entre sí, forman un único
intercambiador de calor. Típicos ejemplos de intercambiadores de
calor modular se revelan en los documentos US 5228515, US 4742866,
US 5660228, US 5392848, US 4401155, FR 2515805, EP 0252019 y EP
0239672.
Si bien los intercambiadores de calor modular
conocidos tienen un cierto número de ventajas, que incluyen la
facilidad de transporte y de instalación antes de su uso, tienen un
cierto número de desventajas significativas.
Un problema con los intercambiadores modulares
de calor conocidos es su limitada versatilidad de construcción.
Habitualmente, la forma y el tamaño del intercambiador de calor,
construido a partir de las unidades modulares individuales, están
limitados. Un problema adicional es la dificultad implícita al
ensamblar las unidades modulares a fin de formar el intercambiador
de calor, y el subsiguiente desmantelamiento, total o parcial,
cuando se requiere su reparación.
Un problema significativo adicional con la
construcción del intercambiador de calor a partir de unidades
modulares individuales conocidas es la efectividad del
intercambiador de calor para transferir calor, debiéndose esto a la
forma y la configuración resultantes, no optimizadas, del
intercambiador de calor.
El documento US 5303770 revela un intercambiador
de calor modular formado a partir de una pluralidad de bloques
alargados de aluminio extruido. Cada módulo tiene una sección
transversal generalmente rectangular, con una perforación a través,
que se extiende entre cada extremo del bloque extruido. Se
proporcionan aberturas en cada extremo de cada bloque, de forma tal
que, cuando las unidades modulares se apilan, las aberturas de los
bloques vecinos están alineadas, proporcionando comunicación fluida
interna entre las unidades intercambiadoras de calor.
El documento GB 2365114 revela un radiador
modular construido para un sistema de calefacción central, que
comprende una pluralidad de tubos y miembros de acoplamiento,
ajustables por presión y desmontables, configurados para conectar
entre sí cada tubería a fin de formar un marco. Cada acoplamiento
ajustable por presión comprende al menos dos huecos, teniendo cada
uno un tubo recibido en el mismo y medios de sellado interpuestos
entre cada hueco y el tubo, para impedir la salida de fluido del
marco mediante los miembros de acoplamiento.
El documento US 1797636 revela un intercambiador
de calor modular esencialmente según el preámbulo de las
reivindicaciones 1, 21 y 30 adjuntas.
Si bien las unidades modulares de los documentos
US 5303770, GB 2365114 y US 1797636 proporcionan la construcción de
un intercambiador de calor modular, aún hay una necesidad de una
unidad modular que se fabrique más fácilmente y que, a su vez,
proporcione un intercambiador de calor modular más fuerte y más
robusto.
Los inventores proporcionan un intercambiador de
calor y una unidad modular de intercambiador de calor, capaces de
ensamblarse con otras unidades similares para formar el
intercambiador de calor. Medios de conexión situados adyacentes a
un conducto alargado permiten que el intercambiador de calor se
ensamble con una forma y tamaño deseados. Además, el medio de
conexión de una unidad modular está configurado para aparearse con
los medios de conexión de una unidad modular vecina, de forma tal
que, cuando se ensamblen entre sí, las unidades modulares se
dispongan en comunicación fluida interna entre sí.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Según la presente invención, se proporciona una
unidad modular de intercambiador de calor capaz de ser ensamblada
con otras unidades modulares intercambiadoras de calor para formar
un intercambiador de calor, comprendiendo dicha unidad modular un
conducto alargado con al menos una perforación interna
longitudinalmente extendida, abierta en ambos extremos; y medios de
conexión situados en los extremos abiertos de dicho conducto para
interconectar las perforaciones internas de cada conducto y
permitir que dichas unidades modulares se conecten entre sí
mediante cada uno de dichos medios de conexión, en comunicación
fluida interna, en donde cada uno de dichos medios de conexión está
formado no integralmente con dicho conducto, y dichos medios de
conexión están unidos a dicho conducto según se define en la
reivindicación 1.
Preferiblemente, cada unidad modular está
configurada de forma tal que, cuando se ensambla para formar dicho
intercambiador de calor, cada conducto de cada unidad modular está
separado, en el sentido de su longitud, de un conducto vecino, en
un plano que se extiende esencialmente perpendicular a un plano que
se extiende en el sentido de la longitud de cada conducto. En
consecuencia, el área externa entera de la superficie de cada
conducto está expuesta al fluido circundante para maximizar la
transferencia de calor.
Preferiblemente, la unidad modular comprende
aletas de transferencia de calor que se extienden sobre una región
de la superficie externa del conducto, en el sentido de su longitud.
Estas aletas de transferencia de calor pueden estar formadas,
integralmente o no integralmente, con el conducto, y pueden estar
formadas sobre una, o una pluralidad de cada, cara externa del
conducto.
Preferiblemente, el medio de conexión de cada
unidad modular comprende una pared de cavidad que divide una
cavidad interna. La pared de cavidad tiene orificios primeros y
segundos, y una abertura situada entre los orificios.
Preferiblemente, una ranura está formada en la
pared de la cavidad, que se extiende desde una superficie externa a
una superficie interna de la pared.
Preferiblemente, la ranura se extiende
parcialmente a través de la pared de la cavidad sobre la superficie
externa. Alternativamente, la ranura puede estar enteramente formada
a través de la pared de la cavidad.
Preferiblemente, la ranura comprende una sección
transversal esencialmente uniforme.
Preferiblemente, la sección transversal de la
ranura está rebajada entre la superficie externa y la superficie
interna, para formar una superficie lindante, a fin de situarse en
contacto con una porción extrema del conducto. Al menos un pasaje
puede formarse dentro de la pared de la cavidad que interconecta una
porción de la ranura externa con la cavidad interna, a fin de
proporcionar comunicación fluida entre la perforación interna del
conducto y la cavidad interna.
Preferiblemente, el medio de conexión está
configurado para separar entre sí los conductos, en el sentido de
su longitud, cuando se ensamblan o conectan entre sí. En particular,
una altura o espesor del medio de conexión puede ser mayor que una
altura o espesor de cada conducto, de forma tal que, cuando se
apilan uno sobre otro, los medios de conexión sirven tanto para
permitir la interconexión de las unidades modulares como para
espaciar los conductos. Adicional o alternativamente, el medio de
conexión se proporciona con medios para separar los conductos
cuando se conectan entre sí, comprendiendo los medios al menos un
labio, listón, diente o proyección, elevado con respecto al
conducto. En consecuencia, cuando se ensamblan para formar un
intercambiador de calor, las unidades modulares se configuran para
impedir que la superficie externa entera, o una parte significativa
de la misma, de cada conducto toque la superficie externa de un
conducto adyacente vecino.
La unidad modular comprende medios para sellar
el fluido dentro del intercambiador de calor cuando se ensambla a
partir de las unidades modulares. Optativamente, el medio sellador
está situado en al menos un surco formado por el labio. El medio
sellador puede formarse como parte del medio de conexión, o bien
formarse no integralmente en forma de arandelas, empaquetaduras o
aros adecuados, o similares, como apreciarán aquellos versados en
la tecnología.
Preferiblemente, el medio de conexión comprende
una configuración anular con una sección transversal esencialmente
circular. Alternativamente, el medio de conexión puede comprender
una sección transversal rectangular. Estando las secciones
transversales circulares o rectangulares en un plano alineado en
paralelo a la longitud del conducto alargado.
Alternativamente, la unidad modular comprende al
menos un espaciador separable configurado para situarse entre
unidades modulares adyacentes, a fin de separar cada conducto cuando
las unidades modulares se ensamblan para formar el intercambiador
de calor.
Cada conducto puede comprender una única
perforación interna o una pluralidad de perforaciones internas que
pueden estar interconectadas o ser independientes en el sentido de
sus respectivas longitudes. Además, la unidad modular puede
comprender al menos un desviador de flujo de fluido situado dentro
de la perforación interna del conducto y configurado para desviar
el flujo del fluido cuando fluye entre los medios de conexión
situados en cada extremo. Aumentando la trayectoria del flujo del
fluido dentro del conducto se logra una transferencia de calor
mejorada.
La unidad modular puede comprender un único
conducto, o una pluralidad de conductos, situado(s) entre dos
medios de conexión situados en cada extremo del conducto, o de los
conductos. Los conductos pueden ser esencialmente rectos o pueden
comprender una o más regiones curvadas.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La unidad modular puede construirse de cualquier
material conductivo, en particular, un metal o una aleación de
metal y, preferiblemente, aluminio. En particular, debido a la
construcción modular de cada unidad modular, el conducto y el
respectivo medio de conexión pueden estar formados por distintos
materiales. Por ejemplo, el conducto puede estar formado a partir
de cobre o un metal similar de alta conductividad térmica, mientras
que el medio de conexión puede estar formado a partir de un metal
más duro, tal como el aluminio o el titanio.
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento de fabricación de una
unidad modular de intercambiador de calor, que comprende formar un
conducto alargado con al menos una perforación interna extendida
longitudinalmente, abierta en ambos extremos, que forma medios de
conexión primero y segundo, teniendo cada uno una pared de cavidad
que define una cavidad interna, teniendo dicha pared de cavidad
orificios primeros y segundos y una abertura situada entre dichos
orificios, y que conecta cada respectivo medio de conexión en cada
extremo abierto de dicho conducto, en donde cada extremo abierto
está en comunicación fluida con dicha cavidad interna; en donde hay
unión de cada medio de conexión con cada extremo de dicho conducto,
según lo definido en la reivindicación 21.
El medio de conexión puede estar unido al
conducto por soldadura, calentamiento, expansión térmica del
conducto dentro de una porción del medio de conexión y/o por el
empleo de un adhesivo adecuado. Al albergar una porción del
conducto dentro de la ranura formada dentro del medio de conexión,
se logra un acoplamiento fuerte y fiable entre el medio de conexión
y el conducto, debido al área extendida de la superficie de contacto
entre el conducto y el medio de conexión dentro de la región de la
ranura. En contraste con los procedimientos de fabricación de la
tecnología anterior, la soldadura, el calentamiento o el material de
unión adhesiva puede depositarse dentro de la ranura, a fin de
proporcionar una superficie extendida de unión entre el conducto y
el medio de conexión dentro de la región de la ranura. El material
de unión también puede aplicarse a la periferia externa de la
ranura para aumentar la fuerza de acoplamiento.
Preferiblemente, la ranura se extiende
parcialmente a través de la pared de la cavidad, entre la superficie
externa y la superficie interna de la pared de la cavidad.
Alternativamente, la ranura puede extenderse parcialmente a través
de la pared de la cavidad, requiriendo que se forme al menos un
pasaje adicional dentro del medio de conexión, a fin de enlazar la
cavidad interna y la ranura que termina en algún punto entre las
superficies externa e interna.
Según un tercer aspecto de la presente
invención, se proporciona un intercambiador de calor modular que
comprende una pluralidad de unidades modulares, teniendo cada
unidad un conducto alargado con al menos una perforación interna
longitudinalmente extendida, abierta en ambos extremos; y teniendo
cada una de dichas unidades medios de conexión situados en los
extremos abiertos del conducto para interconectar las perforaciones
internas de cada conducto y permitir que dichas unidades modulares
se conecten entre sí mediante dichos medios de conexión en
comunicación fluida interna; dicho medio de conexión está formado no
integralmente con dicho conducto y dichos medios de conexión están
unidos a dicho conducto según lo definido en la reivindicación
30.
Se proporcionan medios para permitir que las
unidades modulares se fijen entre sí. En particular, cada unidad
modular puede comprender al menos un agujero configurado para
recibir un miembro de fijación, en forma de una varilla o perno
capaz de roscarse a través de cada agujero, fijando por ello las
unidades modulares en su posición. Alternativamente, las unidades
modulares pueden adosarse o fijarse entre sí mediante una pluralidad
de miembros de fijación que se extienden entre dos placas que
lindan con las unidades modulares situadas en posiciones terminales
dentro del intercambiador de calor ensamblado.
Para una mejor comprensión de la invención y
para mostrar cómo la misma puede llevarse a cabo, se describirán
ahora, sólo a modo de ejemplo, realizaciones, procedimientos y
procesos específicos según la presente invención, con referencia a
los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Fig 1 en el presente documento es una vista
planta de una unidad modular según una implementación específica de
la presente invención;
La Fig 2 en el presente documento es una vista
en perspectiva de una versión levemente modificada de la unidad
modular de la Fig 1 en el presente documento;
La Fig 3 en el presente documento es una vista
en alzado lateral transversal de las porciones extremas de la
unidad modular de la Fig 1 en el presente documento;
La Fig 4a en el presente documento es una vista
lateral transversal de una versión modificada de la unidad modular
de la Fig 3 en el presente documento;
La Fig 4b en el presente documento es una vista
transversal del ensamblaje de la unidad modular, donde una porción
extrema del conducto se inserta dentro de una ranura formada dentro
del medio de conexión anular;
La Fig 4c en el presente documento es una vista
lateral transversal de la unidad modular de la Fig 4b en el
presente documento;
La Fig 4d en el presente documento es una vista
transversal de una realización adicional de la unidad modular de la
Fig 4c en el presente documento, en la cual la cavidad interna del
medio de conexión está enlazada en comunicación fluida con el
conducto mediante una pluralidad de pasajes;
La Fig 5 en el presente documento es una vista
en perspectiva de una pluralidad de unidades modulares según la Fig
2 en el presente documento, conectadas entre sí para formar un
intercambiador de calor;
La Fig 6 en el presente documento es una vista
lateral del intercambiador de calor de la Fig 5 en el presente
documento;
La Fig 7 en el presente documento es una vista
en perspectiva de una porción del intercambiador de calor de la Fig
6 en el presente documento;
La Fig 8 en el presente documento es una vista
en perspectiva de una porción de una versión modificada de la
unidad modular de la Fig 1 en el presente documento, que comprende
una pluralidad de aletas de transferencia de calor según una
implementación específica de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Se describirá ahora, a modo de ejemplo, una
modalidad específica contemplada por los inventores. En la siguiente
descripción se estipulan numerosos detalles específicos a fin de
proporcionar una comprensión exhaustiva. Será evidente, sin
embargo, a alguien versado en la tecnología, que la presente
invención puede ponerse en práctica sin limitarse a estos detalles
específicos. En otros ejemplos, no se han descrito en detalle
procedimientos y estructuras bien conocidos, a fin de no oscurecer
innecesariamente la descripción.
Se proporciona una unidad modular configurable
para ser ensamblada en un intercambiador de calor que permite la
transferencia de calor de fluido a fluido. La unidad modular
comprende al menos un conducto alargado a través del cual un fluido
es capaz de fluir. Se proporcionan medios en cada extremo del
conducto alargado para permitir que las unidades modulares se
conecten o ensamblen con las unidades modulares vecinas, a fin de
formar el intercambiador de calor. Específicamente, cada unidad
modular está configurada de forma tal que, cuando se sitúan uno
sobre el otro para formar el intercambiador de calor, los conductos
alargados se separan, en el sentido de su longitud, de un
respectivo conducto vecino, estando las unidades modulares
conectadas en comunicación fluida interna.
En particular, el espesor o altura de cada
unidad modular con respecto al eje longitudinal de la unidad puede
ser mayor hacia los extremos de la unidad, en las regiones donde
cada unidad modular está configurada para entrar en contacto con
una unidad modular vecina adyacente, con respecto a un espesor o
altura del conducto proporcionado entre las regiones de contacto
extremo. El efecto de esta diferencia en el espesor relativo del
conducto inmediato y las regiones extremas es que, cuando las
unidades modulares opuestas vecinas se sitúan en contacto entre sí,
a fin de tocarse hacia cada extremo de las respectivas porciones
extremas, los conductos alargados se separan en el sentido de su
longitud.
La Figura 1 en el presente documento es una
vista de la unidad modular 100, y la Figura 2 en el presente
documento es una vista en perspectiva de una versión levemente
modificada de la unidad modular 100 de la Figura 1 en el presente
documento.
La unidad modular 100 comprende un conducto
alargado 101 que comprende una sección transversal esencialmente
rectangular situada entre dos medios 102 de conexión proporcionados
en cada extremo. Cada medio 102 de conexión está formado como un
aro anular que comprende una superficie anular externa 108 y una
superficie anular interna 106. El conducto alargado 101 limita con
cada medio de conexión por toda una porción de la superficie anular
externa 108.
Con referencia a la Figura 1 en el presente
documento, cada medio de conexión comprende un primer labio externo
103, formado sobre una superficie superior del medio de conexión
esencialmente perpendicular a las superficies anulares 106, 108. Un
segundo labio interno se proporciona 104 a fin de definir un surco o
canal 105 situado, respectivamente, entre cada labio externo e
interno 103, 104. Cada labio 103, 104 es esencialmente anular,
correspondiente a la configuración anular del medio de conexión.
Con referencia a la Figura 2 en el presente
documento, cada medio de conexión comprende un único labio anular
200 elevado con respecto a una superficie superior 202 del medio de
conexión. Se proporcionan tres agujeros 107 pasantes, igualmente
espaciados, a través de cada medio de conexión, extendiéndose desde
la superficie superior 202 hasta una superficie inferior adyacente
(no mostrada). Cada agujero 107 interseca el labio 103, 104 y 200
en tres puntos a lo largo de sus respectivas trayectorias
anulares.
Como se ilustra en la Fig 2 en el presente
documento, el conducto alargado 101, que comprende una configuración
transversal esencialmente rectangular, comprende una cara superior
203 situada adyacente a una cara inferior (no mostrada), estando
ambas caras acometidas en el sentido de su longitud por las caras
204. Al menos un canal interno extiende la longitud del conducto
101. El canal termina en la cara interna 106 del medio de conexión
en forma de una abertura alargada 201. El conducto 101 puede
ensamblarse con medios de conexión, utilizando cualquier técnica
convencional, incluyendo, en particular, el calentamiento, la
soldadura o el uso de un adhesivo térmicamente conductivo.
Las Figuras 3 y 4 ilustran, respectivamente, una
vista elevada lateral transversal de la unidad modular de la Figura
1 en el presente documento y una versión levemente modificada vista
a lo largo de la bisectriz A-A.
Con referencia a la Figura 3 en el presente
documento, los surcos anulares 301, 303 están definidos por los
labios anulares 300, 301, 304 proporcionados en una superficie
superior del medio de conexión. Al menos un surco (no mostrado)
puede estar formado en una superficie inferior 307 del medio de
conexión anular configurado para aparearse con cualquiera, o una
combinación, de los labios 300, 302, 304 de una unidad modular
opuesta, permitiendo que los medios de conexión de las unidades
modulares vecinas se aniden y se asienten uno sobre el otro. En
particular, puede utilizarse cualquier forma de configuración de
lengüeta y surco con la presente invención, configurada para
permitir por ello que los medios de conexión de las unidades
modulares vecinas se interconecten, asentando correctamente las
unidades modulares en su sitio conjuntamente.
La unidad modular de la Figura 3 en el presente
documento comprende un único canal que se extiende en el sentido de
la longitud del conducto 101, proporcionándose una única abertura
201 en cada extremo del canal alargado, estando la abertura 201
formada en la superficie anular interna 106. Alternativamente, y con
referencia a la Figura 4 en el presente documento, el conducto
alargado 101 comprende una pluralidad de canales que se extienden
en el sentido de su longitud, por lo cual una pluralidad de
aberturas 400 se forman en la superficie interna 106.
Cada medio de conexión comprende un primer
orificio 305 situado adyacente a un segundo orificio 306, estando
los orificios separados y definidos por la superficie interna 106, a
fin de definir un cilindro corto de extremos abiertos.
Las Figuras 4b a 4d en el presente documento
ilustran procedimientos de construcción de la unidad modular 100.
Con referencia a las Figuras 4b y 4c en el presente documento, cada
medio de conexión comprende una pared 405 de cavidad que define una
cavidad interna 403. La pared de la cavidad anular, con superficie
externa 108 y superficie interna 106, comprende una ranura 401 que
se extiende desde la superficie externa 108 hacia la superficie
interna 106. El área transversal de la ranura 401 es mayor que el
área transversal del conducto 101, de manera tal que una porción
extrema 404 del conducto 101 pueda insertarse y recibirse dentro de
la ranura 401. La diferencia relativa en el área transversal de la
ranura 401 y del conducto 101 está determinada por el procedimiento
utilizado para unir el conducto y el medio de conexión entre sí.
La ranura rectangular 401 no se extiende a
través del espesor total de la pared 405 de la cavidad y se extiende
aproximadamente hasta medio camino entre la superficie externa 108
y la superficie interna 106. Un pasaje o ranura adicional 402
proporciona un enlace entre la cavidad interna 403 y la ranura 401,
a fin de proporcionar comunicación fluida interna entre la
perforación interna del conducto 101 y la cavidad interna 403. En
consecuencia, la ranura 401 termina en una superficie de apoyo 407;
cuando el conducto 101 se inserta dentro de la ranura 401, se apoya
contra la superficie 407.
Según incrementos específicos adicionales, la
muesca 406 situada entre la superficie lindante 407 y la cavidad
interna 403 puede estar rematada en punta internamente hacia la
cavidad interna 403, a fin de adaptarse a un perfil extremo
rematado en punta del conducto 404.
La Figura 4d en el presente documento ilustra
una leve variación en la construcción del medio 102 de conexión. Se
proporciona una pluralidad de pasajes 408 entre la superficie 407 y
la cavidad interna 403, permitiendo la comunicación fluida entre la
perforación interna del conducto 101 y la cavidad interna 403. Los
pasajes 402, 408 pueden formarse taladrando o extruyendo la pared
405 de la cavidad. El área de la superficie de contacto entre la
cara extrema del conducto 101 y el medio de conexión está extendida,
con respecto a la realización de las Figuras 4b y 4c en el presente
documento, por la pared 409 de cavidad no taladrada ni extruida.
Esta área extendida de la superficie de contacto aumenta el área de
la superficie de unión disponible entre el medio 102 de conexión y
el conducto 101, proporcionando, a su vez, un acoplamiento más
fuerte y más robusto.
Los procedimientos de unión del medio 102 de
conexión en cada extremo del conducto 101 incluyen la soldadura o
calentamiento. Además, pueden utilizarse uno o más adhesivos para
fijar la porción extrema 404 del conducto dentro de la ranura 401.
Además, la diferencia relativa entre el área transversal de la
ranura 401 y el conducto 101 puede adaptarse, permitiendo que el
conducto se fije al medio 102 de conexión expandiendo térmicamente
la porción extrema 404 dentro de la ranura 401.
La Figura 5 en el presente documento ilustra una
vista en perspectiva de una pluralidad de las unidades modulares de
la Figura 2 en el presente documento, ensambladas entre sí para
formar un intercambiador de calor. La Figura 6 en el presente
documento ilustra una vista elevada lateral del intercambiador de
calor de la Figura 5 en el presente documento. Los medios 102 de
conexión, que comprenden uno o más labios y/o surcos formados sobre
una superficie superior e inferior, están configurados para
aparearse con los medios de conexión vecinos, permitiendo que las
unidades modulares se apilen una sobre otra. En consecuencia, cada
conducto alargado 101 se sitúa adyacente a un conducto vecino
cuando se ensambla según se ilustra en las Figuras 5 y 6 en el
presente documento. Debido a la profundidad relativa del conducto
alargado 603 y el medio 604 de conexión, cada conducto está
separado de un conducto vecino en un plano que se extiende
esencialmente perpendicular a un plano que se extiende en el
sentido de la longitud de cada conducto, por una distancia 601.
Según implementaciones específicas adicionales
de la presente invención, pueden proporcionarse medios espaciadores
entre las unidades modulares vecinas, para separar los conductos
vecinos en el sentido de su longitud, según se ilustra en las
Figuras 5 y 6 del presente documento. En tal realización, la
profundidad del conducto alargado 603 puede ser esencialmente
uniforme en el sentido de la longitud de la unidad modular. Los
medios espaciadores pueden formarse integralmente, o no
integralmente, con la unidad modular.
Cuando se ensambla para formar el intercambiador
de calor, cada medio de conexión se ranura para definir dos
reservorios 500 de fluido situados en cada extremo de los conductos
alargados 101. Los reservorios 500 de fluido están definidos por la
superficie anular interna 106. Pueden situarse medios selladores
adecuados, en forma de arandelas y aros de sellado, o similares,
entre medios de conexión adyacentes, estando dichos medios
selladores asentados optativamente dentro de los surcos 301, 303 y/o
fijados en su sitio por uno o más de los labios anulares 103, 104,
200, 300, 302, 304, a fin de impedir la pérdida de fluido entre las
unidades modulares adyacentes.
La Figura 7 en el presente documento ilustra una
vista en perspectiva del intercambiador de calor de las Figuras 5 a
6 en el presente documento, en la cual una unidad modular está
situada en un ángulo \theta de desplazamiento con respecto a al
menos una unidad modular vecina. Los medios 102 de conexión están
configurados de forma tal que \theta sea variable entre 0º y
360º. En consecuencia, las unidades modulares de la presente
invención pueden emplearse para construir un intercambiador de
calor de forma y tamaño variables, permitiendo a la vez que un
fluido de transferencia de calor fluya libremente entre los
reservorios 500 de fluido, mediante un canal interno único, o una
pluralidad de canales internos, que se extiende a lo largo de los
conductos 101.
La Figura 8 en el presente documento es una
vista en perspectiva de la unidad modular de la Figura 1 en el
presente documento, que comprende adicionalmente las aletas 800 de
transferencia de calor, que se extienden a lo largo de una porción
de la cara 203 del conducto 101. Las aletas 800 de transferencia de
calor pueden estar formadas, integralmente o no integralmente, con
el conducto alargado, y pueden fabricarse a partir de un material
térmico sumamente conductivo, a fin de maximizar la transferencia de
calor de fluido a fluido.
Además, las aletas 800 de transferencia de calor
pueden proporcionarse sobre cada cara externa del conducto 101. En
tal realización, la respectiva profundidad 603 y 604 del conducto y
del medio de conexión, o la profundidad de un separador adecuado,
configurado para situarse entre unidades modulares adyacentes, está
configurada para garantizar que cada conducto 101 esté separado, en
el sentido de su longitud, de los conductos opuestos vecinos cuando
se conecten entre sí para formar el intercambiador de calor. Las
aletas 800 se configuran para aumentar el área superficial externa
de cada unidad modular, a fin de aumentar la efectividad de
transferencia de calor de fluido a fluido.
En uso, el intercambiador de calor ensamblado
puede conectarse, mediante medios de conexión adecuados conocidos
en la tecnología, con una fuente fluida de transferencia de calor,
por ejemplo, una caldera de agua o similar. En particular, la
tubería de suministro del fluido puede conectarse con cualquiera de,
o una combinación de, los medios 605 de conexión más externos, con
referencia a la Figura 6 en el presente documento.
Según implementaciones específicas adicionales
de la presente invención, uno o más de los orificios 305, 306
puede(n) sellarse para impedir el pasaje del fluido de
transferencia de calor a través del orificio. Una unidad modular
que comprende uno o más orificios cerrados (305, 306) puede
utilizarse en una posición extrema del intercambiador (605) de
calor, o puede situarse en una posición intermedia (602) dentro del
intercambiador de calor, por lo cual el orificio sellado (305, 306)
se configura para desviar el flujo interno del fluido.
Según implementaciones específicas adicionales,
la cavidad definida por la pared interna 106 del medio de conexión
puede subdividirse en una pluralidad de subcámaras, utilizando una o
más paredes internas que cubren la superficie interna 106. En
consecuencia, cuando las unidades modulares se ensamblan entre sí,
los reservorios 500 de fluido pueden comprender una pluralidad de
sub-reservorios configurados para albergar por
separado una pluralidad de fluidos de transferencia de calor,
siendo, optativamente, distintos fluidos de transferencia de calor.
En tal realización, el conducto comprendería una pluralidad de
canales capaces de proporcionar trayectorias de flujo
independientes para los fluidos segregados de transferencia de
calor.
El intercambiador de calor de la presente
invención puede emplearse en una pluralidad de aplicaciones,
incluyendo, en particular, el uso como un intercambiador de calor
por ráfaga de aire, por ejemplo, un radiador de vehículo, un
radiador doméstico montado en pared de fluido a aire, o un
intercambiador de calor sumergido, por ejemplo, configurado para
proporcionar un efecto refrescante para un fluido de transmisión de
un vehículo que funciona con una transmisión automática, como
apreciarán aquellos versados en la tecnología.
Según la aplicación específica del
intercambiador de calor, las unidades modulares pueden fijarse entre
sí por cualquier medio adecuado, en particular, las unidades pueden
comprimirse entre sí por varillas o marcos de tensión montados
externamente, sin requisitos de agujeros 107 pasantes.
Claims (40)
1. Una unidad modular (100) de intercambiador de
calor capaz de ensamblarse con otras unidades modulares de
intercambiador de calor para formar un intercambiador de calor,
comprendiendo dicha unidad modular:
- un conducto alargado (101) con al menos una perforación interna extendida longitudinalmente, abierta en ambos extremos (201, 400); y
- medios de conexión (102) situados en los extremos abiertos de dicho conducto para interconectar las perforaciones internas de dicho conducto y permitir que dichas unidades modulares se conecten entre sí mediante cada uno de dichos medios de conexión en comunicación fluida interna;
en la cual dicho medio de conexión está formado
no integralmente con dicho conducto y dichos medios de conexión
están unidos con dicho conducto;
medios selladores situados en dichos medios de
conexión, configurados dichos medios selladores para impedir que el
fluido salga entre medios de conexión adyacentes cuando dicha
pluralidad de unidades modulares se ensamblan entre sí;
estando dicha unidad modular
caracterizada porque:
- cada medio de conexión mencionado comprende una superficie externa (108), una superficie interna (106) que define una cavidad interna, una superficie superior (202), una superficie inferior (307) y una pluralidad de agujeros (107) pasantes, cada uno extendiéndose desde la superficie superior hasta la superficie inferior y situado entre dichas superficies externas e internas.
2. La unidad modular según la reivindicación 1,
en la cual cada unidad modular está configurada de forma tal que,
cuando se ensamblan para formar dicho intercambiador de calor, cada
conducto de cada unidad modular está separado, en el sentido de su
longitud, de un conducto vecino, en un plano que se extiende
esencialmente perpendicular a un plano que se extiende en el
sentido de la longitud de cada conducto.
3. La unidad modular según la reivindicación 2,
que comprende adicionalmente aletas (800) de transferencia de calor
proporcionadas sobre una superficie externa (203) de dicho
conducto.
4. La unidad modular según la reivindicación 3,
en la cual dichas aletas de transferencia de calor están formadas
integralmente con dicho conducto.
5. La unidad modular según la reivindicación 3,
en la cual dichas aletas de transferencia de calor están formadas
no integralmente con dicho conducto.
6. La unidad modular según cualquier
reivindicación precedente, en la cual dicha superficie interna
comprende orificios primeros y segundos (305, 306) y una abertura
(201) situada entre dichos orificios.
7. La unidad modular según la reivindicación 6,
que comprende una pared (405) de cavidad definida por las
superficies externa e interna (108, 106) y una ranura (401) que se
extiende desde dicha superficie externa hacia dicha superficie
interna, en donde dicha ranura está configurada para recibir una
porción extrema de dicho conducto.
8. La unidad modular según la reivindicación 7,
en la cual dicha ranura comprende una sección transversal
esencialmente uniforme entre dicha superficie externa y dicha
superficie interna.
9. La unidad modular según la reivindicación 7,
en la cual una sección transversal de dicha ranura está rebajada
entre dicha superficie externa y dicha superficie interna, para
formar una superficie (407) de apoyo a fin de situarse en contacto
con dicho conducto.
10. La unidad modular según la reivindicación 7,
en la cual dicha ranura se extiende parcialmente a través de dicha
pared de cavidad, y dicho medio de conexión comprende adicionalmente
al menos un pasaje (402, 408) que interconecta una porción de dicha
ranura con dicha cavidad interna.
11. La unidad modular según cualquier
reivindicación precedente, en la cual dicho medio sellador comprende
cualquiera, o una combinación, del siguiente conjunto de:
* una arandela;
* una empaquetadura;
* una junta tórica.
12. La unidad modular según cualquier
reivindicación precedente, en la cual dicho medio sellador está
formado no integralmente con dicho medio de conexión.
13. La unidad modular según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 11, en la cual dicho medio sellador está
formado integralmente con dicho medio de conexión.
14. La unidad modular según cualquier
reivindicación precedente, en la cual dicho medio de conexión
comprende una configuración anular.
15. La unidad modular según cualquier
reivindicación precedente, en la cual dicho conducto comprende una
única perforación interna.
16. La unidad modular según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 14, en la cual dicho conducto comprende
una pluralidad de perforaciones internas.
17. La unidad modular según cualquier
reivindicación precedente, en la cual dicho medio de conexión está
soldado a dicho conducto.
18. La unidad modular según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16, en la cual dicho medio de conexión está
unido a dicho conducto utilizando un adhesivo.
19. La unidad modular según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 16, en la cual dicho medio de conexión
está unido a dicho conducto expandiendo térmicamente una porción de
dicho conducto dentro de dicho medio de conexión.
20. La unidad modular según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 16, en la cual dicho medio de conexión
está unido a dicho conducto por broncesoldadura.
21. Un procedimiento de fabricación de una
unidad modular de intercambiador de calor según lo definido en la
reivindicación 1, que comprende:
- formar un conducto alargado (101) con al menos una perforación interna extendida longitudinalmente, abierta en ambos extremos (201, 400);
- formar medios de conexión (102) primeros y segundos, teniendo cada uno
- una superficie externa (108) y una superficie interna (106) que definen una pared (405) de cavidad que delimita una cavidad interna (403), teniendo dicha pared de cavidad orificios (305, 306) primeros y segundos y una abertura (201) situada entre dichos orificios,
- una superficie superior (202) y una superficie inferior (307), y
- una pluralidad de agujeros (107) pasantes, extendiéndose cada uno desde la superficie superior hasta la superficie inferior, y situados entre dichas superficies externa e interna;
- conectar cada respectivo medio de conexión en cada extremo abierto de dicho conducto, en donde cada extremo abierto está en comunicación fluida con dicha cavidad interna;
- unir dicho medio de conexión con cada extremo de dicho conducto; y
- impedir que el fluido salga entre las unidades modulares vecinas adyacentes cuando se ensamblan entre sí utilizando medios selladores.
22. El procedimiento según la reivindicación 21,
que comprende adicionalmente:
- formar una ranura (401) dentro de dicha pared de cavidad de dicho medio de conexión; y
- recibir una porción extrema (404) de dicho conducto dentro de dicha ranura.
23. El procedimiento según la reivindicación 22,
en el cual dicha ranura se extiende a través de dicha pared de
cavidad entre la superficie externa (108) y la superficie interna
(106) de dicha pared de cavidad.
24. El procedimiento según la reivindicación 22,
en el cual dicha ranura se extiende parcialmente a través de dicha
pared de cavidad entre la superficie externa (108) y la superficie
interna (106) de dicha pared de cavidad.
25. El procedimiento según la reivindicación 24,
que comprende adicionalmente:
- conectar dicha ranura en comunicación fluida con dicha cavidad interna mediante al menos un pasaje (402, 408), comprendiendo dicho(s) pasaje(s) una sección transversal más pequeña que dicha ranura.
26. El procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 21 a 25, en el cual dichos medios de conexión
están soldados a dicho conducto.
27. El procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 21 a 26, en el cual dichos medios de conexión
están unidos a dicho conducto utilizando un adhesivo.
28. El procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 21 a 25, en el cual dichos medios de conexión
están unidos a dicho conducto por broncesoldadura.
29. El procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 22 a 26, que comprende adicionalmente:
- expandir térmicamente dicha porción extrema de dicho conducto dentro de dicha ranura.
30. Un intercambiador modular de calor que
comprende:
- una pluralidad de unidades modulares (100), teniendo cada unidad un conducto alargado (101) con al menos una perforación interna longitudinalmente extendida, abierta en ambos extremos (201, 400); y
- teniendo cada una de dichas unidades medios (102) de conexión situados en los extremos abiertos del conducto para interconectar las perforaciones internas de cada conducto y permitir que dichas unidades modulares se conecten entre sí mediante dichos medios de conexión en comunicación fluida interna;
en el cual cada uno de dichos medios de conexión
está formado no integralmente con dicho conducto y dichos medios de
conexión están unidos a dicho conducto;
medios selladores situados en dichos medios de
conexión, estando dichos medios selladores configurados para
impedir que el fluido salga entre los medios de conexión adyacentes
cuando dicha pluralidad de unidades modulares se ensamblan entre
sí;
estando dicho intercambiador de calor
caracterizado porque:
- cada uno de dichos medios de conexión comprende una superficie externa (108), una superficie interna (106) que define una cavidad interna, una superficie superior (202), una superficie inferior (307) y una pluralidad de agujeros (107) pasantes, extendiéndose cada uno desde la superficie superior hasta la superficie inferior, y situado entre dichas superficies externa e interna.
31. El intercambiador de calor según la
reivindicación 30, que comprende adicionalmente aletas (800) de
transferencia de calor situadas entre dichos conductos.
32. El intercambiador de calor según las
reivindicaciones 30 o 31, en el cual dicho medio sellador comprende
cualquiera, o una combinación, de los siguientes:
* una arandela;
* una empaquetadura;
* una junta tórica.
33. El intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32, en el cual dicho medio
sellador está formado no integralmente con dicho medio de
conexión.
34. El intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32, en el cual dicho medio
sellador está formado integralmente con dicho medio de conexión.
35. El intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones 30 a 34, en el cual dicho medio
de conexión comprende una pared (405) de cavidad y una ranura (401)
que se extiende desde la superficie externa (108) de dicha pared de
cavidad hacia la superficie interna (106) de dicha pared de cavidad,
estando dicha ranura configurada para recibir una porción extrema
(404) de dicho conducto.
36. El intercambiador de calor según la
reivindicación 35, en el cual cada cavidad interna está en
comunicación fluida con cada conducto.
37. El intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones 30 a 36, que comprende
adicionalmente medios para separar cada uno de dichos conductos de
un dicho conducto adyacente, en el sentido de la longitud de cada
conducto, en un plano que se extiende esencialmente perpendicular a
un plano que se extiende en el sentido de la longitud de cada uno
de dichos conductos.
\newpage
38. El intercambiador de calor según la
reivindicación 37, en el cual dicho medio para separar cada uno de
dichos conductos está proporcionado por un espesor relativo de dicho
medio de conexión y un espesor de cada uno de dichos conductos en
el sentido de su longitud.
39. El intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones 30 a 38, que comprende
adicionalmente al menos un desviador de flujo de fluido, situado
dentro de la perforación interna de dicho conducto y configurado
para desviar el flujo de fluido cuando dicho fluido está fluyendo
entre dichos extremos de dicho conducto.
40. El intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones 30 a 39, en el cual dicho
conducto comprende una pluralidad de perforaciones internas.
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