ES2348581T3 - Método de fabricación de un intercambiador de calor. - Google Patents

Método de fabricación de un intercambiador de calor. Download PDF

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ES2348581T3 ES05107265T ES05107265T ES2348581T3 ES 2348581 T3 ES2348581 T3 ES 2348581T3 ES 05107265 T ES05107265 T ES 05107265T ES 05107265 T ES05107265 T ES 05107265T ES 2348581 T3 ES2348581 T3 ES 2348581T3
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Abstract

Un método para producir un intercambiador de calor para una caldera de gas para la producción de agua caliente, comprendiendo el intercambiador de calor (4) una carcasa (10) que se extiende a lo largo de un primer eje (A1) y a través de la cual fluyen los humos de combustión; un tubo (11) que forma una serie de espiras (17) a lo largo de las cuales fluye agua; estando dispuestas dichas espiras (17) en el interior de la carcasa (10) para formar espacios entre espiras adyacentes (17); medios de desviación (12) para guiar dichos humos a través de dichos espacios; y medios de separación para separar espiras adyacentes (17) y formar dichos espacios; caracterizado por extrudir dicho tubo (11) integralmente con una nervadura longitudinal (22); y maquinar parcialmente dicha nervadura (22) para formar dientes (25) a lo largo de dicho tubo (11); siendo dichos dientes (25) integrales con el tubo (11) y formando dichos medios de separación.

Description

La presente invención se refiere a un método para fabricar un intercambiador de calor.
Más en concreto, la presente invención se refiere a un método para fabricar un intercambiador de calor para una caldera para la producción de agua caliente.
Una caldera de gas para la producción de agua caliente comprende normalmente un quemador de gas, y por lo menos un intercambiador de calor a través del cual fluyen los humos de combustión y el agua. Algunos tipos de calderas de gas, conocidas como calderas de condensación, condensan el vapor de los humos de combustión y transfieren al agua el calor latente de los humos. Las calderas de condensación están divididas además en un primer tipo, equipado con un primer intercambiador próximo al quemador, y un segundo intercambiador únicamente para condensar los humos; y un segundo tipo, equipado solamente con un intercambiador de calor que sirve sólo para el intercambio térmico a lo largo de una primera parte, y tanto para el intercambio térmico como para la condensación del humo a lo largo de una segunda parte. Los intercambiadores de calor de función doble del tipo anterior, comprenden normalmente una carcasa que se prolonga a lo largo de un primer eje a través del cual fluyen los humos de combustión; y un tubo a lo largo del cual fluye agua, y que se prolonga a lo largo de un segundo eje y se enrolla en torno al primer eje para formar una sucesión de espiras. Los humos de combustión fluyen sobre las espiras y entre éstas, para transferir calor al agua que fluye a lo largo del tubo.
El documento EP 0 678 186 da a conocer un intercambiador de calor para una caldera de gas, para la producción de agua caliente. El intercambiador de calor comprende una carcasa que se prolonga a lo largo de un primer eje, y a través de la cual fluyen los humos de combustión; un tubo que forma una serie de secciones del tubo, a lo largo del cual fluye agua; estando dichas secciones del tubo dispuestas en el interior de dicha carcasa de modo que forman espacios entre secciones del tubo adyacentes; medios de guiado para guiar dichos humos a través de dichos espacios; y salientes para separar las secciones de tubo adyacentes.
Cada sección de tubo está dotada de una sección transversal delimitada por dos paredes planas paralelas, opuestas. Desde una de dichas paredes planas sobresalen salientes, para quedar contiguos a una pared plana sin salientes de una sección de tubo adyacente, y formar los espacios mencionados anteriormente entre secciones de tubo adyacentes.
Incluso aunque el intercambiador de calor descrito anteriormente está dotado de separadores fabricados integralmente, se requiere un proceso de hidroconformación muy costoso y de larga duración para formar los salientes en las secciones de tubo. El proceso de hidroconformación se lleva a cabo mediante una prensa que comprende las secciones de tubo entre matrices para formar las paredes planas y, al mismo tiempo, forma los salientes inyectando un fluido bajo presión elevada en el interior de las secciones de tubo. De lo que se deduce que el proceso de hidroconformación carece de flexibilidad, debido a que una modificación de la inclinación de las distribuciones o de la altura de los salientes, requiere matrices diferentes.
Además de esto, el proceso no es muy preciso y no pueden formarse separaciones pequeñas mediante secciones de tubo reforzadas.
El documento US2001/0 031 440 A1 da a conocer un intercambiador de calor, que es del tipo identificado anteriormente, y que comprende paredes de tubo dispuestas con prolongaciones para separar espacialmente las secciones de tubo. Sin embargo, este documento no da a conocer cómo se fabrican las prolongaciones.
El documento WO2004/090 434 A1 da a conocer un intercambiador de calor, acorde con el preámbulo de la reivindicación 1, y que comprende separadores de tipo peine, cada uno de los cuales tiene una parte recta que se extiende transversal a las secciones de tubo, y dientes que sobresalen de la parte recta y para a ser insertados entre las secciones de tubo. El intercambiador de calor necesita por lo menos tres separadores de tipo peine, lo que dificulta el montaje en las secciones de tubo.
Es un objetivo de la presente invención dar a conocer un método de fabricación de un intercambiador de calor para una caldera de gas para la producción de agua caliente, que supera los inconvenientes de la técnica anterior.
De acuerdo con la presente invención, se da a conocer un método de fabricación de un intercambiador de calor para una caldera de gas para la producción de agua caliente, comprendiendo el intercambiador de calor una carcasa que se prolonga a lo largo de un primer eje y a través de la cual fluyen los humos de combustión; un tubo que forma una serie de espiras a lo largo de las cuales fluye agua; estando dispuestas dichas espiras en el interior de dicha carcasa, para formar espacios entre espiras adyacentes; medios de desviación para guiar dichos humos a través de dichos espacios; y medios de separación para separar espacialmente las espiras adyacentes y formar dichos espacios; caracterizado por extrudir dicho tubo integralmente con una nervadura longitudinal; y maquinar parcialmente dicha nervadura con el objeto de formar dientes a lo largo de la longitud de dicho tubo; siendo dichos dientes integrales con el tubo y formando dicho medio de separación.
El método acorde con la presente invención tiene las ventajas de no requerir el proceso de hidroconformación, y de incrementar la precisión.
Se describirán una serie de realizaciones de la presente invención a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
la figura 1 muestra una vista frontal esquemática, con partes en sección y
partes retiradas por claridad, de una caldera de gas equipada con un
intercambiador de calor acorde con la presente invención;
la figura 2 muestra una sección a mayor escala, de un detalle del
intercambiador de calor de la figura 1;
la figura 3 muestra una vista en perspectiva de un tubo utilizado para producir
el intercambiador de la figura 1; y
las figuras 4 y 5 muestran variaciones del tubo de la figura 3.
El número 1 en la figura 1, indica en general una caldera de gas. La caldera 1 es una caldera de condensación montada en la pared, es decir en la cual se condensa el vapor de los humos de combustión, y comprende una estructura exterior 2 en la que están alojados un quemador 3; un intercambiador de calor 4; un conducto 5 de suministro de gas; una tubería 6 para suministrar una mezcla de aire-gas al quemador 3; una tubería 7 de escape de los gases de combustión; un ventilador 8 conectado a la tubería de suministro 6 y que lleva a cabo la doble función de suministrar la mezcla de aire-gas a al quemador 3 y expulsar los humos de combustión; y un circuito de agua 9. El quemador 3 está conectado a la tubería 6, tiene forma cilíndrica, y comprende una pared lateral con agujeros (no mostrados) para emitir la mezcla aire-gas y alimentar la llama. El quemador 3 está alojado en el interior del intercambiador de calor 4 que, de hecho, actúa asimismo como una cámara de combustión. El intercambiador de calor 4 es de forma sustancialmente cilíndrica, se extiende a lo largo de un eje A1 sustancialmente horizontal, y comprende una carcasa 10, a través de la cual fluyen los productos de la combustión; un tubo 11, a lo largo del cual fluye agua; y un disco 12 para dirigir los humos a lo largo de una trayectoria dada en el interior del intercambiador 4. La carcasa 10 comprende una pared lateral cilíndrica 13 en torno al eje A1; una pared anular 14 conectada a la pared lateral 13, a la tubería de suministro 6 y al quemador 3; y una pared anular 15 conectada a la pared lateral 13 y a la tubería de escape 7. El quemador 3 se prolonga, coaxialmente con el intercambiador 4, en el interior del intercambiador 4 durante una longitud dada. El tubo 11 se enrolla en torno al eje A1 para formar una espiral 16 que comprende una sucesión de espiras adyacentes 17, cada una situada cerca de la pared lateral 13, y tiene dos extremos opuestos con conectores conocidos (no mostrados) para conectar el tubo 11 al circuito de agua 9 fuera del intercambiador 4. El disco 12 está configurado para encajar con la forma del tubo enrollado 11.
El intercambiador 4 comprende tres separadores 18 para mantener las espiras 17 a una distancia dada desde la pared lateral 13.
Cada separador 18 comprende una parte recta 19 paralela al eje A1, y desde la cual sobresalen dedos 20 para sujetar la espiral 16.
Haciendo referencia a la figura 2, el tubo 11, el disco 12 y los separadores 18 definen, en el interior de la carcasa 11, una zona B1 que aloja el quemador 3; una zona B2 que comunica directamente con la tubería de escape 7; y tres zonas B3, que se extienden cada una entre los separadores 18, las espiras 17 y la pared lateral 13. La combustión de la mezcla de aire-gas tiene lugar en la zona B1; y los humos resultantes, a los que el disco 12 impide fluir directamente a la zona B2, fluyen entre las espiras 17, en una dirección D1 sustancialmente perpendicular al eje A1, a las zonas B3, a lo largo de las cuales fluyen en una dirección D2 sustancialmente paralela al eje A1. Al alcanzar las zonas B3, los humos fluyen entre las espiras 17 en la dirección D3 en sentido opuesto a D1, a la zona B2, y después a lo largo de la tubería de escape 7.
El tubo 11 está fabricado preferentemente de aluminio o de una aleación basada en aluminio. Haciendo referencia a la figura 3, el tubo 11 es un tubo extrudido, que se prolonga a lo largo de un eje A2, y comprende una pared 21 con una sección transversal ovalada (eje mayor X y eje menor Y) y una nervadura longitudinal 22 mostrada parcialmente en líneas punteadas en la figura 3. La pared 21 tiene una superficie exterior 21a y una superficie interior 21b, y un grosor constante. La nervadura 22 sobresale de la superficie exterior 21a, en la intersección de la superficie exterior 21a y el eje menor Y, y tiene dos caras laterales 23 paralelas sustancialmente al eje menor Y, y una cara distal 24 paralela sustancialmente al eje mayor X. En otras palabras, la nervadura 22 sobresale de la zona de la sección transversal con mayor radio.
Después de la extrusión, la nervadura 22 es maquinada parcialmente para separar dientes 25 que, en la realización preferida, están distribuidos de manera homogénea a lo largo de la longitud del tubo 11. Cada diente 25 tiene una sección transversal correspondiente a la sección transversal de la nervadura 22.
En una realización alternativa, no mostrada, la sección transversal de los dientes 25 es modificada reduciendo la altura de los dientes 25 mediante maquinado.
A modo de ejemplo de los tamaños de los dientes 25 y del tubo 11, el tubo 11 puede tener un eje Y de 20 mm de altura y dientes de 0,8 mm de altura por 1,1 mm de anchura. La relación entre la altura del tubo 11 y la altura de los dientes 25 es de aproximadamente 23.
Una vez que la nervadura 22 es maquinada, el tubo 11 se enrolla en torno al eje A1, de manera que el eje A2 del tubo 14 asume asimismo una forma helicoidal. El tubo 11 se enrolla con un paso y un radio constantes, de manera que cada espira 17 está frente a una espira adyacente 17. Esta relación comprende de hecho calandrar el tubo 11, manteniendo el eje menor Y de la sección del tubo 11 sustancialmente paralelo al eje A1. A continuación, se montan los tres separadores 18 en la espiral 16, y se disponen a una separación de 120 grados, para comprimir las espiras 17 a lo largo del eje 1.
Después, los dientes 25 de una espira dada 17 entran en contacto con la superficie exterior 21a de la espira adyacente 17 para formar un espacio entre las dos espiras adyacentes 17.
Haciendo referencia a la figura 2, los humos fluyen desde la zona B1 hacia zonas B3 en la dirección D1 hacía la pared 13, fluyen a continuación en la dirección D2 entre espiras 17 y la pared 13, fluyen entre las espiras 17 en la dirección D3, desde las zonas B3 a la zona B2, y son expulsados finalmente por la tubería de escape 7. Por lo tanto, los espacios sucesivos definen trayectorias de humo forzosas.
Haciendo referencia a la variación de la figura 4, el tubo 11 está dotado de cuatro aletas 26, 27, 28 y 29 tangentes a la pared 21 y paralelas entre sí y al eje mayor X. Las aletas 26 y 27 están situadas en el mismo lado del tubo 11, mientras que las aletas 28 y 29 están situadas en el lado opuesto. Por lo tanto, la aleta 26 es coplanaria a la aleta 28 y la aleta 27 es coplanaria a la aleta 29. Las aletas 26, 27, 28 y 29 tienen una superficie 26a, 27 y, 28 y 29a que es tangente a la superficie exterior 21a de la pared 21, de manera que las superficies 26a y 28a forman una sola superficie desde la que sobresalen los dientes 25. Las superficies 27a y 29a forman una sola superficie sin dientes 25 sobresalientes. Una vez que el tubo 11 es enrollado en espiral 17 y sujeto mediante separadores 18, los dientes con contiguos a la superficie única formada por las superficies 27a y 29a.
Haciendo referencia a la variación de la figura 5, el tubo 11 está dotado de aletas 26 y 27, omitiéndose las aletas 28 y 29.
Son posibles muchas otras variaciones en la forma de la sección transversal del tubo 11 y la disposición de las aletas, sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define mediante las reivindicaciones.
El intercambiador 4 tal como se ha descrito anteriormente, puede ser utilizado asimismo en calderas de condensación que comprenden un intercambiador principal, y en las que el intercambiador 4 sirve solamente para condensar los humos, a diferencia de actuar como cámara de combustión tal como en el ejemplo descrito.
El intercambiador 4 tal como se ha descrito anteriormente tiene numerosas ventajas, al combinar una construcción directa como resultado de los dientes 25 formados directamente por el proceso de extrusión del tubo 11, y una operación de maquinado extremadamente flexible.
Incluso a pesar de que la realización dada a conocer en la descripción detallada se refiere a un tubo 11 enrollado en una espiral 16 para formar una serie de espiras, la invención no se limita a esta realización y las espiras 17 deben concebirse, de manera más general, como secciones del tubo adyacentes.
REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN
La lista de referencias citadas por el solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este respecto.
Documentos de patentes citados en la descripción:
•
EP 0 678 186 A [0004]
•
US 2001 0 031 440 A1 [0008]
•
WO 2004 090 434 A1 [0009]

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Un método para producir un intercambiador de calor para una caldera de gas para la producción de agua caliente, comprendiendo el intercambiador de calor
    (4)
    una carcasa (10) que se extiende a lo largo de un primer eje (A1) y a través de la cual fluyen los humos de combustión; un tubo (11) que forma una serie de espiras
    (17)
    a lo largo de las cuales fluye agua; estando dispuestas dichas espiras (17) en el interior de la carcasa (10) para formar espacios entre espiras adyacentes (17); medios de desviación (12) para guiar dichos humos a través de dichos espacios; y medios de separación para separar espiras adyacentes (17) y formar dichos espacios; caracterizado por extrudir dicho tubo (11) integralmente con una nervadura longitudinal (22); y maquinar parcialmente dicha nervadura (22) para formar dientes
    (25)
    a lo largo de dicho tubo (11); siendo dichos dientes (25) integrales con el tubo
    (11)
    y formando dichos medios de separación.
  2. 2.-Un método como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque la nervadura integral y por consiguiente dichos dientes maquinados (25) son radiales sustancialmente con respecto a dicho tubo (11).
  3. 3.-Un método como el reivindicado en la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dichos dientes (25) están maquinados para estar distribuidos homogéneamente a lo largo de la longitud de cada tubo (11).
  4. 4.-Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho tubo (11) está dotado de aletas.
  5. 5.-Un método como el reivindicado en el cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho tubo (11) con dichos dientes está enrollado en una espiral (16) que comprende una serie de espiras (17).
  6. 6.-Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada diente (25) de las espiras (17) tiene una cara distal (24) sustancialmente plana, adecuada para ser colindante contra la superficie exterior (21a) de una espira antecedente (17).
  7. 7.-Un método como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque dicho tubo (11) tiene una sección transversal de forma ovalada; sobresaliendo cada diente (25) desde la parte del tubo (11) con el radio mayor.
  8. 8.-Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dichos dientes (25) tienen una sección transversal igual a la sección transversal de dicha nervadura (22).
  9. 9.-Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 4 a
    8, caracterizado por la coextrusión de las aletas (28, 27, 28, 29; 26, 27) con dicha
    nervadura (25) y dicho tubo (11).
    Siguen tres hojas de dibujos.
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