ES2347509A1 - Heat exchanger of channeled sheets. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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ES2347509A1 ES200801240A ES200801240A ES2347509A1 ES 2347509 A1 ES2347509 A1 ES 2347509A1 ES 200801240 A ES200801240 A ES 200801240A ES 200801240 A ES200801240 A ES 200801240A ES 2347509 A1 ES2347509 A1 ES 2347509A1
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Abstract

Heat exchanger formed by two sheets welded or adhered to each other, at least in one of which a channel has been stamped whose topology allows that, while defining a conduit through which the heat exchange fluid will circulate in a laminar regime with a practically homogeneous speed distribution, the surface in which said fluid is in direct contact with the sheets of the exchanger is practically 100%. In addition to being suitable for the exchange of heat from solar radiation to a heat transfer fluid in solar collectors, the proposed design allows configurations that, with minimal modifications in the manufacturing process, allows the incorporation of watertight sub-volumes in the body of the exchanger. It can be perforated to allow the formation of convective cells in another fluid with which it is intended to exchange heat by immersion. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Intercambiador de calor de láminas canalizado.Reed heat exchanger channelled.

Descripción del inventoDescription of the invention

El problema del intercambio de calor en situaciones en las que uno de los cuerpos en contacto térmico es un líquido se presenta en infinidad de situaciones prácticas en los más variados campos de la ciencia y de la técnica. En particular, la transferencia de calor procedente de radiación solar a un fluido caloportador y de éste a un segundo fluido en un depósito colector ha cobrado un renovado interés en fechas recientes debido al auge extraordinario de las denominadas energías renovables, en particular de la denominada energía solar térmica. Ello se debe a que una de las formas más comunes de aprovechamiento de la energía solar es su conversión fototérmica, en la que se capta la energía de la radiación solar con colectores de placas planas, evacuados o no, (sistemas de baja temperatura, generalmente hasta unos 80ºC en sistemas no evacuados y unos 120ºC en sistemas evacuados), o mediante concentradores solares (sistemas de media temperatura). Esta energía es posteriormente comunicada a un fluido de transmisión térmica (caloportador o termoportador, en los sistemas de baja temperatura generalmente una disolución acuosa de etilenglicol o propilenglicol de concentración variable en sistemas no evacuados), que lo transporta -mediante conducción forzada o por sistema de termosifón- a un intercambiador en el que se comunica a un circuito cerrado de fluido, por ejemplo destinado a calefacción, o abierto, por ejemplo destinado a suministrar agua caliente sanitaria.The problem of heat exchange in situations in which one of the bodies in thermal contact is a Liquid comes in countless practical situations in the most various fields of science and technology. In particular, the transfer of heat from solar radiation to a fluid heat carrier and from this one to a second fluid in a collecting tank has received a renewed interest in recent dates due to the boom extraordinary so-called renewable energy, in particular of the so-called solar thermal energy. This is because one of the most common ways of harnessing solar energy is its photothermal conversion, in which the energy of the solar radiation with flat plate collectors, evacuated or not, (low temperature systems, generally up to about 80 ° C in non-evacuated systems and about 120ºC in evacuated systems), or through solar concentrators (medium temperature systems). This energy is subsequently communicated to a transmission fluid thermal (heat carrier or heat carrier, in low systems temperature generally an aqueous solution of ethylene glycol or variable concentration propylene glycol in non-evacuated systems), that transports it - by forced driving or by system of thermosiphon- to an exchanger in which it communicates to a circuit closed fluid, for example intended for heating, or open, for example intended to supply domestic hot water.

Por su parte, los colectores de placa plana no evacuados son esencialmente de dos tipos: i) colectores formados por un conjunto de tubos, normalmente de cobre, soldados por algún procedimiento a una chapa continua o partida (aletas) del mismo material ennegrecida por algún procedimiento para incrementar su absorbancia (e.g. colectores de las marcas comerciales Viesmann, Chromagen, Solahart, Reisol, etc.); y ii) aquellos cuyo funcionamiento se basa en la circulación del fluido caloportador directamente en contacto con dos láminas, generalmente metálicas, ennegrecida la expuesta a la radiación solar, sistema conocido comúnmente como tipo sándwich (e.g. panel solar tipo Nordsoll o Solahart sistema Multiflow, entre otros). Asimismo, existen en el mercado sistemas que podemos denominar mixtos, en los que un tubo, en forma de serpentín, va embutido entre las dos láminas del absorbedor (e.g. modelo de utilidad ES241433U). El rendimiento de los equipos tipo sándwich es, por lo general, notablemente superior a los de la primera categoría citada anteriormente, debido a que la superficie de contacto del fluido termoportador con la superficie sobre la que incide la radiación solar es mucho mayor que en los colectores de tubo. Sin embargo, las dificultades técnicas de fabricación de estos captadores (soldadura, tratamientos, diseño e implementación del circuito interno de conducción de fluido termoportador...) suele ser superior a la de los colectores de tubos lo que provoca que, en la actualidad, los sistemas de tubo sean ampliamente mayoritarios en el mercado.On the other hand, the flat plate collectors not evacuated are essentially of two types: i) collectors formed by a set of tubes, usually of copper, welded by some procedure to a continuous or split plate (fins) of the same material blackened by some procedure to increase its absorbance (eg collectors of trademarks Viesmann, Chromagen, Solahart, Reisol, etc.); and ii) those whose operation is based on the circulation of the heat transfer fluid directly in contact with two sheets, usually metallic, blackened exposed to solar radiation, a system commonly known as sandwich type (eg Nordsoll type solar panel or Solahart Multiflow system, between others). There are also systems on the market that we can call mixed, in which a tube, in the form of a coil, is embedded between the two absorber sheets (eg utility model ES241433U). The performance of sandwich equipment is, in general, significantly higher than those of the first category mentioned above, because the contact surface of the heat-carrying fluid with the surface on which the solar radiation falls is much greater than in the tube collectors However, the technical difficulties of manufacturing these sensors (welding, treatments, design and implementation of the internal thermal conduction fluid conduction circuit ...) tend to be greater than that of the tube collectors which causes that, at present, The tube systems are widely majority in the market.

Por otro lado, la elección de la topología adecuada para el recorrido interior del fluido termoportador entre las dos láminas en los sistemas tipo sándwich es generalmente un problema complejo, habiéndose ensayado esencialmente dos tipos de soluciones:On the other hand, the choice of the appropriate topology for the internal path of the heat carrier fluid between the two sheets in sandwich systems is generally a complex problem, essentially having tested two types of solutions:

i) sistemas canalizados en los que el fluido circula en régimen laminar desde la boca de entrada a la de salida del captador a través de un conducto estampado en una o ambas de las láminas que forman el colector, generalmente con recorridos en parrilla conectando las bocas de entrada y salida de la placa colectora, con pequeñas longitudes de recorrido del fluido en el interior de la placa, cortos tiempos de residencia y bajas fracciones de superficie de contacto del fluido caloportador con la placa. Entre otros colectores que funcionan mediante este procedimiento podemos mencionar, a título de ejemplo, el comercializado por la compañía Brown Boveri Company (BBC) o el correspondiente a la solicitud de patente US2003/0121842 Al de Flynn Thiel Boutell & Tanis PC de fecha 17/07/2003.i) channeled systems in which the fluid circulates in laminar regime from the inlet to the outlet of the sensor through a duct stamped on one or both of the sheets that form the collector, usually with paths in grill connecting the inlets and outlets of the plate collector, with small fluid path lengths in the inside the plate, short residence times and low contact surface fractions of the heat transfer fluid with the license plate. Among other collectors that work through this procedure we can mention, by way of example, the marketed by the Brown Boveri Company (BBC) or the corresponding to patent application US2003 / 0121842 Flynn's Thiel Boutell & Tanis PC dated 07/17/2003.

ii) Sistemas de laberinto, en los que las láminas se sueldan entre sí mediante soldadura por puntos, en los que el fluido sigue un camino esencialmente aleatorio entre la entrada y la salida, obligado a sortear los resaltes definidos por puntos de soldadura, aumentando los tiempos de residencia del fluido entre las placas, pero generando campos de velocidades altamente inhomogéneos y turbulencias en el fluido termoportador, así como elevadas caídas de presión entre la entrada y la salida del fluido de la placa. En este tipo de colectores se encuadran los anteriormente citados Nordsoll o Solahart sistema Multiflow, además de los comercializados bajo la denominación Natural Energy Products (NEP), entre otros.ii) Labyrinth systems, in which the sheets are welded together by spot welding, in the that the fluid follows an essentially random path between the entry and exit, forced to circumvent the highlights defined by welding points, increasing fluid residence times between the plates, but generating high speed fields inhomogeneous and turbulence in the heat carrier fluid, as well as high pressure drops between fluid inlet and outlet of the plate. In this type of collectors are framed previously cited Nordsoll or Solahart Multiflow system, in addition of those marketed under the name Natural Energy Products (NEP), among others.

Debido a estos inconvenientes, los colectores de láminas canalizados son generalmente más eficaces en su funcionamiento práctico que los del sistema laberíntico. Los circuitos habitualmente utilizados en los primeros suelen ofrecer una serie de canales alternativos al fluido caloportador, de tal manera que los distintos elementos de volumen del fluido no siguen idénticas trayectorias en el interior del captador y a menudo presentan escasas o nulas caídas de presión entre la entrada y la salida del intercambiador. Sin embargo, la fracción de superficie ocupada por los canales por los que circula el líquido caloportador sobre el total de la superficie de la lámina absorbente suele ser baja, lo que provoca disminuciones muy importantes del rendimiento de estos captadores, dado que la superficie de lámina en contacto directo con el fluido es la principal variable que condiciona la eficiencia de estos colectores, según han resaltado diversos autores (e.g. S. A Kalogioru, Prog. Energy and Combustión Sci. 30, 231 (2004)).Due to these inconveniences, the collectors of ducted sheets are generally more effective in their practical operation than those of the labyrinthine system. The circuits usually used in the first usually offer a series of alternative channels to the heat transfer fluid, of such so that the different fluid volume elements do not follow identical trajectories inside the collector and often they have few or no pressure drops between the inlet and the Exchanger output. However, the surface fraction occupied by the channels through which the heat transfer fluid circulates on the total surface of the absorbent sheet is usually low, which causes very significant declines in performance of these sensors, since the surface of the sheet in contact direct with the fluid is the main variable that conditions the efficiency of these collectors, as highlighted by various authors (e.g. S. A Kalogioru, Prog. Energy and Combustion Sci. 30, 231 (2004)).

Por su parte, como se ha dicho, los colectores de tipo laberíntico combinan bajos costes de producción con elevadas fracciones de superficie en contacto directo con el fluido caloportador. No obstante, la inexistencia de un canal que conduzca el flujo provoca la aparición de fuertes inhomogeneidades y turbulencias en el campo de velocidades del fluido caloportador en el interior de los colectores. Además, la normalmente muy pequeña distancia de separación entre las láminas produce elevadas caídas de presión entre la entrada y la salida del absorbedor, obligando a usar bombas de elevada potencia para mantener el flujo de fluido en el interior del colector, con el consiguiente incremento de costes de funcionamiento.For its part, as stated, the collectors labyrinthine type combine low production costs with high surface fractions in direct contact with the fluid heat carrier However, the absence of a channel that leads the flow causes the appearance of strong inhomogeneities and turbulence in the velocity field of the heat transfer fluid in the inside of the collectors. In addition, the usually very small separation distance between the sheets produces high drops of pressure between the inlet and outlet of the absorber, forcing use high power pumps to maintain fluid flow in the inside of the collector, with the consequent increase in costs of operation.

La presente invención consiste en un intercambiador de calor de láminas que combina las ventajas de ambos sistemas, canalizado y laberíntico, a saber: flujo canalizado laminar homogéneo, elevadas fracciones de superficie en contacto con los fluidos caloportadores, pequeñas caídas de presión en el circuito y bajos costes de producción. El intercambiador de calor propuesto presenta un elevado alto rendimiento derivado de que la topología propuesta para su canal interior permite aproximar la fracción de superficie absorbente de radiación solar en contacto directo con el fluido caloportador a su valor máximo unidad. Además, las peculiaridades de la topología elegida hacen que los costes de producción de intercambiador sean notablemente más bajos que los de otros sistemas de láminas canalizados actualmente existentes.The present invention consists of a reed heat exchanger that combines the advantages of both systems, channeled and labyrinthine, namely: channeled flow homogeneous laminar, high surface fractions in contact with heat transfer fluids, small pressure drops in the circuit and low production costs. Heat exchanger proposed has a high performance derived from the fact that the proposed topology for its inner channel allows to approximate the fraction of solar radiation absorbing surface in contact Direct with the heat transfer fluid at its maximum unit value. Further, the peculiarities of the chosen topology make the costs of exchanger production are noticeably lower than those of other currently existing channeled sheet systems.

Se trata, en síntesis, de utilizar en el intercambiador un circuito que permite maximizar la superficie de contacto entre placa absorbente de radiación solar y fluido caloportador. Para ello se propone un intercambiador formado por dos láminas, al menos la anterior expuesta a la radiación solar incidente, de metal de alta conductividad térmica. En la lámina posterior, la no mostrada a la radiación solar, se estampa un canal de las características mostradas en la Fig. 1. La lámina expuesta a la radiación solar se mantiene sin plegar para uniformizar el ángulo de incidencia de la radiación solar sobre todos los puntos de su superficie al tiempo que se abaratan los costes de producción. Las dos láminas se unirán a lo largo de las zonas de separación estampadas en la lámina trasera mediante algún procedimiento de soldadura idóneo o con algún sellador interior, como se puede observar en las Figs. 2.a) y 2.b), dando lugar a un circuito formado por una sucesión de canales paralelos, estancos en toda su longitud con la excepción de uno de sus extremos, tal y como indican las flechas de dirección del flujo en la Fig. 1. La longitud de estas zonas de paso del fluido de un canal al contiguo es aproximadamente igual a la anchura de la parte longitudinal para minimizar la formación de zonas de estancamiento de fluido caloportador y evitar caídas de presión excesivas. Las bocas de entrada y salida del intercambiador podrían ser de la forma mostrada en la Fig. 3, lo que permitiría su fácil conexión a una instalación de conversión fototérmica de radiación solar al realizar un cambio entre una geometría rectangular en uno de los extremos y una circular en el otro.It is, in short, to use in the exchanger a circuit that maximizes the surface of contact between solar radiation absorber plate and fluid heat carrier For this purpose, an exchanger consisting of two sheets, at least the previous one exposed to solar radiation incident, high thermal conductivity metal. On the sheet later, the one not shown to solar radiation, a channel is stamped of the characteristics shown in Fig. 1. The sheet exposed to solar radiation remains unfolded to standardize the angle of incidence of solar radiation on all points of its surface while lowering production costs. The two sheets will join along the separation zones stamped on the back sheet by some procedure suitable welding or with some interior sealant, as you can observe in Figs. 2.a) and 2.b), resulting in a circuit formed by a succession of parallel channels, watertight along its entire length with the exception of one of its ends, as indicated by the flow direction arrows in Fig. 1. The length of these fluid passage areas from one channel to the next is approximately equal to the width of the longitudinal part to minimize the formation of heat transfer fluid stagnation zones and avoid excessive pressure drops The mouths of entry and exit of exchanger could be as shown in Fig. 3, which would allow easy connection to a conversion facility photothermal solar radiation when making a change between a rectangular geometry at one end and a circular one at the other.

Con la topología propuesta para el canal, toda la superficie del intercambiador salvo los propios cordones de soldadura o de sellado usados para unir ambas láminas, está en contacto directo con el fluido, al tiempo que se consigue un flujo canalizado en el interior del cuerpo intercambiador. Empleando técnicas convencionales de soldadura, la fracción de superficie que no se encuentra en contacto con el líquido es mínima, menor que la de ningún colector canalizado de láminas existente en el mercado. Así, por ejemplo, usando sistemas de soldadura láser, para los que la ratio profundidad/anchura del cordón de soldadura oscila entre 4 y 10, la superficie perdida por cordón de soldadura oscilará entre el 0,2% y el 0,5%, siendo posible conseguir porcentajes de aprovechamiento de la radiación incidente sobre la lámina superior superiores al 99,5%.With the proposed topology for the channel, all the surface of the exchanger except the cords of welding or sealing used to join both sheets, is in direct contact with the fluid, while achieving a flow channeled inside the exchanger body. Using conventional welding techniques, the fraction of surface that is not in contact with the liquid is minimal, less than the from any ducted duct collector on the market. Thus, for example, using laser welding systems, for which The depth / width ratio of the weld bead ranges from 4 and 10, the lost surface per weld bead will range between 0.2% and 0.5%, being possible to obtain percentages of use of incident radiation on the top sheet greater than 99.5%.

Los resultados experimentales obtenidos con una realización del intercambiador propuesto en su configuración de captador solar conectada con un acumulador en el que el calor absorbido se transmite a una masa de agua mediante un serpentín de tubo de cobre, han puesto de manifiesto que el actual intercambiador tiene una mayor capacidad de captación de energía solar frente a otros colectores de láminas canalizados. Así, en la Fig. 4 se muestran las curvas de calentamiento del agua del acumulador (39 litros) para un captador de la marca BBC de aproximadamente 1,14 m^{2} de superficie expuesta citado anteriormente, junto con la correspondiente al modelo propuesto actualmente. Como puede verse en dicha figura, pese a la inferior superficie expuesta del modelo fabricado, y a su mayor volumen interior -que explicaría la más lenta variación de la temperatura a tiempos cortos, y podría corregirse de manera sencilla ajustando los espesores del estampado en la fabricación final- una realización como la propuesta para el modelo suministra una mayor potencia que la placa comercial. En particular, por encima de 45 minutos la pendiente de la curva de calentamiento, directamente relacionada con la potencia calorífica suministrada al depósito- es mayor en el modelo propuesto que en el comercial. Además, con el modelo propuesto en la actualidad no se detecta una temperatura límite a tiempos largos, sino que, mientras la pendiente de la curva de calentamiento en el modelo comercial preexistente es prácticamente nula a tiempos superiores a 80 minutos, la pendiente de la curva de calentamiento del modelo actual es no nula incluso tras un tiempo de 120 minutos.The experimental results obtained with a realization of the proposed exchanger in its configuration of solar collector connected to an accumulator in which the heat absorbed is transmitted to a body of water by means of a coil of copper tube, have revealed that the current exchanger It has a greater capacity to capture solar energy compared to other ducted sheet collectors. Thus, in Fig. 4, show the water heating curves of the accumulator (39 liters) for a BBC brand sensor of approximately 1.14 m2 of exposed surface mentioned above, together with the corresponding to the currently proposed model. As can be seen in said figure, despite the lower exposed surface of the model manufactured, and at its largest interior volume - which would explain the most Slow temperature variation at short times, and could easily corrected by adjusting print thicknesses in final manufacturing - an embodiment as the proposal for the model supplies more power than the commercial plate. In particular, over 45 minutes the slope of the curve of heating, directly related to the heat output supplied to the tank - it is higher in the proposed model than in the commercial. In addition, with the model currently proposed, detects a temperature limit for long times, but while the slope of the heating curve in the commercial model preexisting is practically nil at times greater than 80 minutes, the slope of the heating curve of the current model It is not zero even after a time of 120 minutes.

Por otro lado, como la potencia generada en los captadores solares no suele ser suficiente para satisfacer la demanda instantánea, deben usarse sistemas acumuladores para almacenar los excedentes de potencia producidos durante los períodos de baja demanda. Estos sistemas consisten en un depósito en el que el calor transferido al fluido caloportador en el captador es transmitido a un segundo fluido mediante algún tipo de intercambiador de calor, generalmente un serpentín metálico por inmersión. A pesar de que en su utilización práctica los dos dispositivos, captador y acumulador, se presentan unidos en la gran mayoría de instalaciones, hasta la fecha los dos intercambiadores de calor tienen configuraciones y fabricaciones completamente distintas, lo que sin duda encarecería los costes de producción con vistas a una eventual producción conjunta.On the other hand, as the power generated in the solar collectors is usually not enough to satisfy the instant demand, accumulator systems should be used to store surplus power produced during periods Low demand These systems consist of a warehouse in which The heat transferred to the heat transfer fluid in the collector is transmitted to a second fluid by some kind of heat exchanger, usually a metallic coil by immersion. Although in their practical use the two devices, collector and accumulator, are presented together in the large most installations, to date the two exchangers of heat have configurations and fabrications completely different, which would undoubtedly increase production costs with views of eventual joint production.

Las peculiaridades del diseño del presente intercambiador hacen que sea susceptible de, con mínimas modificaciones en el procedimiento de fabricación, ser usado en procesos de intercambio de calor fluido-fluido mediante inmersión y permitir la formación de celdas convectivas en el interior del fluido a calentar, lo que incrementa notablemente su interés industrial. Así, el caso de que el intercambiador actualmente propuesto esté destinado a ser usado para la transmisión de calor entre fluidos sin mezcla de estos, una leve modificación del diseño de su circuito interior permite que pueda disponerse en cualquiera de las configuraciones orientativas mostradas en las Figs. 5 y 6, en las que se puede observar que las separaciones entre canales consecutivos son ahora de forma triangular (Fig. 5), con soldaduras en todas sus aristas, definiendo subvolúmenes estancos en el cuerpo del intercambiador, pudiendo presentar perforaciones en la dirección perpendicular a las bases del paralelepípedo de la forma indicada para favorecer el flujo del fluido receptor del calor a través de las bases del intercambiador y la consiguiente formación de celdas convectivas en el interior del líquido a calentar. En este caso, y para lograr una mayor liberación de energía en el intercambiador se incorpora a la boca de entrada del intercambiador una boca difusora para provocar el paso del fluido a enfriar al régimen turbulento en una cierta región en la entrada del intercambiador. En este uso del intercambiador es conveniente que las láminas que forman el intercambiador sean ambas de metal de alta conductividad térmica para optimizar la transmisión de calor por inmersión en el fluido del acumulador.The peculiarities of the present design exchanger make it susceptible to, with minimum modifications in the manufacturing procedure, be used in fluid-fluid heat exchange processes by immersion and allow the formation of convective cells in the interior of the fluid to be heated, which significantly increases its industrial interest Thus, the case that the exchanger currently proposed to be used for transmission of heat between fluids without mixing these, a slight modification the design of its internal circuit allows it to be arranged in any of the guidance settings shown in the Figs. 5 and 6, in which it can be seen that the separations between Consecutive channels are now triangular in shape (Fig. 5), with welds in all its edges, defining watertight subvolumes in the body of the exchanger, being able to present perforations in the direction perpendicular to the bases of the parallelepiped of the form indicated to favor the flow of heat receiving fluid to through the bases of the exchanger and the subsequent formation of convective cells inside the liquid to be heated. In this case, and to achieve greater energy release in the exchanger is incorporated into the inlet mouth of the exchanger a diffuser mouth to cause the passage of the fluid to cool to the turbulent regime in a certain region at the entrance of the exchanger In this use of the exchanger it is convenient that the sheets that make up the exchanger are both high metal thermal conductivity to optimize heat transmission by immersion in the accumulator fluid.

En la Fig. 1 se muestra la cara inferior del intercambiador con un esquema del sentido del flujo del fluido caloportador en cada uno de sus canales interiores, desde la boca de entrada a la de salida. En la Fig. 2 se muestran dos posibles formas de ensamblar las láminas del intercambiador. En concreto, la Fig. 2.a presenta un esquema del resultado en el caso de que el procedimiento sea mediante soldadura, y la Fig. 2.b representa el resultado de aplicar algún tipo de sellador a las láminas superior e inferior del intercambiador. Por su parte, en la Fig. 3 se muestran el perfil y la planta de unas posibles bocas de entrada y salida del fluido caloportador del interior del intercambiador. La Fig. 4 muestra los resultados de las pruebas comparativas realizadas con el intercambiador propuesto en uso de colector solar y uno comercial de la marca BBC de aproximadamente 1,14 m^{2} de superficie expuesta. Los cuadrados corresponden a la curva de calentamiento del fluido del acumulador mediante el panel comercial, mientras que los rectángulos representan la curva de calentamiento del modelo propuesto actualmente. En la Fig. 5 se muestra la cara inferior del intercambiador propuesto en una configuración apta para ser utilizado como intercambiador de calor de fluido a fluido, mostrándose la cara inferior del mismo con los orificios propuestos para la facilitación de la convección del fluido a calentar a través del intercambiador. Finalmente, la Fig. 6 muestra una configuración del intercambiador apta para ser usado en el interior de acumuladores cilíndricos.In Fig. 1 the lower face of the exchanger with a scheme of the direction of fluid flow heat carrier in each of its interior channels, from the mouth of entrance to exit. In Fig. 2 two possible forms are shown of assembling the exchanger blades. Specifically, Fig. 2.a presents an outline of the result in the event that the procedure is by welding, and Fig. 2.b represents the result of applying some type of sealant to the upper sheets and bottom of the exchanger. On the other hand, in Fig. 3 they are shown the profile and the plan of possible mouths of entry and exit of the heat transfer fluid inside the exchanger. Fig. 4 shows the results of the comparative tests performed with the proposed exchanger in use of solar collector and a commercial one of the BBC brand of approximately 1.14 m2 of exposed surface. The squares correspond to the fluid heating curve of the accumulator through the commercial panel, while the rectangles represent the heating curve of the model currently proposed. In Fig. 5 the lower face of the proposed exchanger in a configuration suitable to be used as a fluid to fluid heat exchanger, showing the underside of it with the proposed holes for the facilitation of the convection of the fluid to be heated through of the exchanger. Finally, Fig. 6 shows a configuration of the exchanger suitable for use inside cylindrical accumulators

Modo de realización de la invenciónEmbodiment of the invention

Una configuración particular del sistema descrito consta de dos láminas de aluminio de la serie 1000, una plana y la otra estampada mediante prensado, ambas de 1\times1 m^{2} de superficie. Las láminas se soldaron entre si manualmente mediante soldadura TIG en todo su perímetro y en diversos puntos a lo largo de los segmentos de 0,91 m de longitud y paralelos entre si correspondientes a las crestas de los canales estampados mediante soldadura MIG, de tal manera que definen paralelepípedos de base rectangular conectados entre si por un extremo de sus laterales medianeros, permitiendo el paso del fluido caloportador entre ellos, por los que circula en sentidos alternativos. En el intercambiador se sellaron dos bocas de la forma y dimensiones descritas en la Fig. 3 en extremos opuestos del cuerpo, por una de las cuales se impulsa un fluido mediante una bomba de impulsión. Todos los elementos de volumen del fluido recorren así una distancia de 11 m en contacto directo con las láminas del intercambiador, siendo la superficie expuesta al contacto directo con el fluido caloportador superior al 99,5% de la total de las láminas. Salvo en los cambios de sentido al final de cada uno de los canales, a los caudales usuales de funcionamiento de las bombas comerciales (2 l/min aproximadamente), el fluido recorre esta distancia en régimen laminar, con baja disipación de energía.A particular system configuration described consists of two 1000 series aluminum sheets, one flat and the other stamped by pressing, both 1x1 m2 of surface. The sheets were welded together by TIG welding in all its perimeter and in various points to along the 0.91 m long segments and parallel to each other corresponding to the ridges of the channels stamped by MIG welding, in such a way that they define basic parallelepipeds rectangular connected to each other by one end of its sides mediators, allowing the passage of heat transfer fluid between them, through which it circulates in alternative senses. In the exchanger two mouths of the shape and dimensions described in Fig. 3 at opposite ends of the body, by which one is driven a fluid through a drive pump. All the elements of volume of the fluid thus travel a distance of 11 m in contact direct with the exchanger blades, the surface being exposed to direct contact with the heat transfer fluid higher than 99.5% of the total sheets. Except in the changes of meaning to end of each of the channels, to the usual flows of operation of commercial pumps (approximately 2 l / min), the fluid travels this distance in laminar regime, with low energy dissipation

En el uso como colector solar, el intercambiador, con la lámina plana anodizada en cromo negro con coeficiente de absorción de 0,95, se introduce en el interior de una caja de bastidor de aluminio a una distancia de 2-3 cm. de un cristal de alta transmitancia debida a su bajo contenido en hierro en la parte frontal. La anodización de la lámina plana garantiza una elevada resistencia a la corrosión, evitando el deterioro que sufren algunas pinturas que se utilizan en ocasiones, al tiempo que incrementa el poder absorbente de la radiación solar al actuar como superficie selectiva en su absorción. En la parte posterior se introduce un aislante de lana de roca, poliéster, espuma de poliuretano u otro material, y se cierra con una tapa de aluminio.In use as a solar collector, the exchanger, with the flat sheet anodized in black chrome with absorption coefficient of 0.95, is introduced inside a aluminum frame box at a distance of 2-3 cm. of a high transmittance crystal due to its low content in iron on the front. Flat sheet anodizing guarantees high corrosion resistance, avoiding deterioration suffered by some paints that are sometimes used, while increasing the absorbing power of solar radiation by acting as a selective surface in its absorption. In the part later a rock wool, polyester, insulator is introduced polyurethane foam or other material, and closes with a lid aluminum.

Claims (3)

1. Intercambiador térmico de láminas de alto rendimiento, constituido por dos láminas, al menos una metálica de alta conductividad térmica, soldadas o adheridas entre si en todo su perímetro, caracterizado porque en al menos una de las láminas se ha estampado un canal que se extiende entre una boca de entrada y otra de salida y que está constituido por una sucesión de tramos en forma de paralelepípedos de sección aproximadamente rectangular y longitud igual a la de una de las dimensiones de la lámina menos la suma de las longitudes de las soldaduras de las bases; los tramos se encuentran adosados entre si compartiendo una de sus paredes laterales y son estancos en toda su longitud debido a las uniones de las crestas de las separaciones con la otra lámina salvo en uno de sus extremos, a través del cual se comunica con el contiguo por uno de sus laterales permitiendo el flujo continuo de un fluido caloportador en sentidos alternativos en tramos contiguos a lo largo de toda la longitud del canal.1. High-performance sheet heat exchanger, consisting of two sheets, at least one metal of high thermal conductivity, welded or bonded together in its entire perimeter, characterized in that at least one of the sheets has been stamped a channel that is extends between an inlet and an outlet and is constituted by a succession of sections in the form of parallelepipeds of approximately rectangular section and length equal to that of one of the dimensions of the sheet minus the sum of the lengths of the welds of the bases; the sections are attached to each other sharing one of its side walls and are watertight throughout its length due to the junctions of the crests of the separations with the other sheet except at one of its ends, through which it communicates with the adjoining by one of its sides allowing the continuous flow of a heat transfer fluid in alternate directions in contiguous sections along the entire length of the channel. 2. Intercambiador térmico de láminas según reivindicación primera, caracterizado porque las divisiones entre tramos contiguos forman un ángulo entre si de forma tal que definen subvolúmenes estancos en la superficie del intercambiador, permitiendo practicar perforaciones en la dirección perpendicular a las láminas del cuerpo intercambiador, y que puede adoptar una forma plana o cilíndrica.2. The sheet heat exchanger according to claim one, characterized in that the divisions between adjacent sections form an angle to each other in such a way that they define watertight subvolumes on the surface of the exchanger, allowing perforations in the direction perpendicular to the sheets of the exchanger body, and which can take a flat or cylindrical shape. 3. Intercambiador térmico de láminas según reivindicación segunda, caracterizado por incorporar rejillas difusoras en las bocas de entrada del intercambiador.3. Sheet heat exchanger according to claim 2, characterized by incorporating diffuser grilles in the inlet mouths of the exchanger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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