ES2477887T3 - Un intercambiador de calor en espiral - Google Patents

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ES2477887T3 ES10155724.7T ES10155724T ES2477887T3 ES 2477887 T3 ES2477887 T3 ES 2477887T3 ES 10155724 T ES10155724 T ES 10155724T ES 2477887 T3 ES2477887 T3 ES 2477887T3
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    • F28D9/04—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being formed by spirally-wound plates or laminae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/046—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being linear, e.g. corrugations

Abstract

Un intercambiador de calor en espiral (1) que incluye un cuerpo en espiral (2) formado por al menos una lámina en espiral enrollada para formar el cuerpo en espiral (2) que forma al menos un primer canal de flujo en forma de espiral (20a) para un primer medio y un segundo canal de flujo en forma de espiral (20b) para un segundo medio, en el que el cuerpo en espiral (2) está contenido en una carcasa sustancialmente cilíndrica (4) que está provista de elementos de conexión (8a, 8b, 9a, 9b) que se comunican con el primer canal de flujo y el segundo canal de flujo (20a, 20b) donde la al menos una lámina en espiral comprende una superficie de transferencia de calor corrugada con corrugaciones para aumentar la transferencia de calor y apoyos (6) para separar los enrollamientos de la al menos una lámina en espiral en el cuerpo en espiral (2), en donde los apoyos (6) son pasadores (6) soldados sobre la al menos una lámina en espiral, caracterizado por que los apoyos (6) están dispuestos en trayectorias tangenciales en la al menos una lámina en espiral (3) entre la corrugación y donde las trayectorias tangenciales entre las corrugaciones son superficies curvas sustancialmente uniformes (11).

Description

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DESCRIPCIÓN
Un intercambiador de calor en espiral
Área de la invención
La presente invención se refiere, en general, a intercambiadores de calor en espiral que permiten una transferencia de calor entre dos fluidos a diferente temperatura para diversos fines. Específicamente, la invención se refiere a un intercambiador de calor en espiral que tiene una superficie de trasferencia de calor corrugada.
Antecedentes de la invención
Convencionalmente, los intercambiadores de calor en espiral se fabrican mediante una operación de enrollado. Las dos láminas planas se sueldan entre sí por sus respectivos extremos, en el que la unión de soldadura estará comprendida en una parte central de las láminas. Las dos láminas se enrollan entre sí para formar el elemento en espiral de las láminas para delimitar dos pasajes o canales de flujo separados. Unos miembros espaciadores, con una altura correspondiente al ancho de los canales de flujo, se fijan a las láminas.
Se forman dos canales de entrada/salida en el centro del elemento en espiral. Los dos canales están separados entre sí por la parte central de las láminas. Se suelda una carcasa sobre la periferia exterior del elemento en espiral. Se conforman los extremos laterales del elemento en espiral, en el que los canales de flujo en espiral pueden cerrarse lateralmente por los dos extremos laterales de diversas maneras. Normalmente, se fija una cubierta a cada uno de los extremos. Las cubiertas pueden incluir tuberías de conexión que se extienden hacia el centro y se comunican con uno de los dos canales de flujo respectivos. En los extremos radiales exteriores de los canales de flujo en espiral está soldado un cabezal respectivo a la carcasa o al elemento en espiral formando un miembro de salida/entrada al canal de flujo respectivo.
Para mejorar la transferencia de calor entre los fluidos en el intercambiador de calor en espiral, cuya superficie de transferencia de calor está tradicionalmente formada por una placa lisa enrollada, se han llevado a cabo intentos para utilizar láminas corrugadas similares a las utilizadas en los intercambiadores de calor de placas.
En el documento de la patente europea EP-B1-1 295077 se muestra un intercambiador de calor en espiral que consiste en dos circuitos de fluido superpuestos, un primer circuito formado por el espacio incluido entre dos láminas separadas enrolladas sobre sí mismas y un circuito formado por el espacio incluido entre las sucesivas vueltas de dicho enrollamiento. Las láminas comprenden, en sus superficies opuestas, elementos espaciadores, estando dispuestos dichos elementos espaciadores a lo largo del eje longitudinal de las láminas, de forma que, una vez que se han enrollado las láminas, se fuerza a los elementos espaciadores de una lámina a ser introducidos a presión en los elementos espaciadores correspondientes de la otra lámina, siendo la superficie del extremo de al menos uno de los dos elementos espaciadores introducidos a presión completamente plana.
En la solicitud de patente china CN1667341 se desvela un intercambiador de calor de placas corrugadas en espiral que tiene láminas provistas de una superficie corrugada. La altura máxima de la superficie corrugada a la mínima determina el ancho de dos canales de fluido.
En el documento de patente japonés JP-A-6273081 se desvela un intercambiador de calor en espiral, estando formado el intercambiador de calor en espiral por el enrollamiento de una placa de transferencia de calor, que comprende pernos en forma de pasadores como espaciadores en un canal unidireccional y barras de interrupción en el otro canal. Las barras se disponen en zigzag de manera intermitente y se montan a un ángulo para extenderse en la dirección de avance del fluido. Por consiguiente, puesto que las barras intermitentes están dispuestas en zigzag, el fluido se dispersa y se mezcla para mejorar el funcionamiento de la transferencia de calor.
Ninguno de los intentos anteriormente sugeridos para mejorar la transferencia de calor de un intercambiador de calor en espiral ha conseguido plenamente proporcionar una buena solución, ya que o su construcción es demasiado complicada o simplemente tratan de copiar las características de los intercambiadores de calor de placas para los intercambiadores de calor en espiral sin adaptarlas a las características de los intercambiadores de calor en espiral.
Divulgación de la invención
El objetivo de la presente invención es superar los problemas mencionados anteriormente acerca de los intercambiadores de calor en espiral de la técnica anterior. Más en concreto, se pretende un intercambiador de calor en espiral en el que la superficie de transferencia de calor esté provista de un patrón corrugado para mejorar la transferencia de calor y de apoyos contiguos que estén dispuestos dentro de la superficie de transferencia de calor corrugada.
Este objetivo se consigue mediante un intercambiador de calor en espiral que incluye un cuerpo en espiral formado por al menos una lámina en espiral enrollada para formar el cuerpo en espiral que forma al menos un primer canal
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de flujo con forma de espiral para un primer medio y un segundo canal de flujo con forma de espiral para un segundo medio, en el que el cuerpo en espiral está contenido en una carcasa sustancialmente cilíndrica provista de elementos de conexión que se comunican con el primer canal de flujo y el segundo canal de flujo y donde la al menos una lámina en espiral comprende un patrón corrugado y apoyos para separar los enrollamientos de la al menos una lámina en espiral en el cuerpo en espiral.
Los apoyos se disponen en trayectorias tangenciales sobre la al menos una lámina en espiral entre las zonas con patrón corrugado y donde las trayectorias tangenciales entre las zonas con patrón corrugado son superficies curvas sustancialmente uniformes.
Los apoyos son pasadores soldados para separar los enrollamientos de la al menos una lámina en espiral en el cuerpo en espiral.
De acuerdo con otro aspecto de la invención las extensiones principales de las corrugaciones están inclinadas a un ángulo con respecto a una dirección longitudinal paralela a las trayectorias tangenciales de los apoyos.
De acuerdo con otro aspecto más de la invención y donde la zona con patrón corrugado incluye al menos un tipo de corrugaciones y en una solución específica incluye dos tipos de corrugaciones y donde los dos tipos de corrugaciones forman juntas una zona con patrón de corrugación en forma especular con respecto a las trayectorias tangenciales de los apoyos.
De acuerdo con aún otro aspecto más de la invención el patrón corrugado incluye diferentes superficies corrugadas dentro de las zonas con patrón corrugado o/y donde las diferentes superficies corrugadas que presentan las zonas con patrón corrugado tienen diferentes profundidades de prensado.
De acuerdo con aún otro aspecto más de la invención la separación relativa entre los apoyos a lo largo de una dirección longitudinal y entre las corrugaciones a lo largo de una dirección longitudinal paralela a la dirección longitudinal es sustancialmente la misma o donde la separación relativa entre los apoyos a lo largo de una dirección longitudinal y entre las corrugaciones y entre las corrugaciones a lo largo de una dirección longitudinal paralela a la dirección longitudinal son sustancialmente diferentes.
Otros aspectos de la invención resultan evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes y la descripción.
Un intercambiador de calor en espiral con una superficie de transferencia de calor provista de corrugaciones o de zonas con patrón corrugado ofrece una mayor resistencia y una mayor transferencia de calor en comparación con las superficies de transferencia de calor lisas tradicionales de un intercambiador de calor en espiral. La superficie real de transferencia de calor también aumenta en comparación con un intercambiador de calor en espiral convencional del mismo tamaño.
Breve descripción de los dibujos
Otros objetos, características y ventajas resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de diversas realizaciones de la invención en referencia a los dibujos, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor en espiral abierto de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una vista transversal esquemática de un intercambiador de calor en espiral de acuerdo con la presente invención; y Las Figuras 3a-10b son vistas esquemáticas de diversos patrones de corrugación diferentes de un intercambiador de calor en espiral de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones
Un intercambiador de calor en espiral 1 incluye al menos una lámina en espiral que se extiende a lo largo de una trayectoria respectiva en forma de espiral en torno a un eje central común y que forma al menos dos canales de flujo en forma de espiral 20a, 20b, canales de flujo 20a, 20b que son sustancialmente paralelos entre sí. Cada canal de flujo incluye un orificio radialmente exterior, que permite la comunicación entre el canal de flujo respectivo y un conducto de salida/entrada respectivo que está situado en una parte radialmente exterior del canal de flujo respectivo con respecto al eje central y un orificio radialmente interior que permite la comunicación entre el canal de flujo respectivo y una cámara de entrada/salida respectiva, de forma que cada canal de flujo permite que un fluido de intercambio de calor fluya en una dirección sustancialmente tangencial con respecto al eje central. El eje central se extiende a través de las cámaras de entrada/salida en el orificio radialmente interior. Los miembros espaciadores (no mostrados en la Figura 1), que tienen una altura correspondiente al ancho de los canales de flujo 20a y 20b, pueden fijarse a las láminas o formarse sobre la superficie de las láminas. Los miembros espaciadores o pasadores soportan el cuerpo en espiral formado por la al menos una lámina en espiral y la superficie interior de la carcasa para resistir la presión de los fluidos de trabajo del intercambiador de calor en espiral 1.
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En la Figura 1 se muestra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor en espiral 1 de acuerdo con la presente invención. El intercambiador de calor en espiral 1 incluye un cuerpo en espiral 2, formado generalmente por el enrollamiento de dos láminas de metal en torno a un mandril retráctil. Las láminas están provistas de miembros espaciadores o apoyos 6 (no mostrados en la Figura 1) fijados a las láminas. Los miembros espaciadores o apoyos 6 sirven para formar los canales de flujo 20a, 20b entre las láminas y tienen una longitud correspondiente al ancho de los canales de flujo 20a, 20b. En la Figura 1 el cuerpo en espiral 2 solo se muestra de manera esquemática con un número de enrollamientos, pero resulta obvio que puede incluir más enrollamientos y que los enrollamientos se forman desde el centro del cuerpo en espiral 2 hasta la periferia del cuerpo en espiral 2. El cuerpo en espiral 2 está contenido en una carcasa 4.
La carcasa 4 está formada como un cilindro con los extremos abiertos, estando los extremos abiertos provistos de un reborde. Las tapas o cubiertas 7a, 7b se proporcionan para cerrar la carcasa 4 en cada extremo. Los elementos de conexión 9a, 9b están fijados a la superficie exterior de la carcasa 4. Las tapas o cubiertas 7a, 7b están provistas de elementos de conexión 8a, 8b. Los elementos de conexión 8a-b y 9a-b están generalmente soldados a la carcasa 4 y a las cubiertas 7a, 7b y todos están provistos de un reborde para conectar el intercambiador de calor en espiral 1 a una disposición de tuberías del sistema del cual forma parte el intercambiador de calor en espiral 1. También son posibles otras configuraciones de los elementos de conexión.
El intercambiador de calor en espiral 1 está provisto además de juntas, estando dispuesta cada junta entre los extremos abiertos de la carcasa, el cuerpo en espiral 2 y las tapas o cubiertas 7a, 7b. Las juntas sirven para sellar los diferentes enrollamientos de los canales de flujo 20a o 20b entre sí para evitar que un medio en los canales de flujo se filtre de los enrollamientos de los canales de flujo 20a o 20b y reduzca el intercambio térmico. Las juntas, que pueden formarse como una espiral similar a la espiral del cuerpo en espiral 2, se introducen a presión en cada enrollamiento del cuerpo en espiral 2. Como alternativa, las juntas se introducen a presión entre el cuerpo en espiral 2 y las tapas o cubiertas. Las juntas pueden configurarse también de otras maneras siempre y cuando se mantenga el efecto de sellado.
La Figura 2 muestra una vista trasversal esquemática del intercambiador de calor en espiral 1 de la Figura 1 que tiene un cuerpo en espiral 2, conexiones 8a, 8b dispuestas sobre las cubiertas 7a, 7b del intercambiador de calor en espiral 1 y conectadas a los canales de flujo 20a, 20b, respectivamente, en el centro del cuerpo en espiral 2 y conexiones 9a, 9b dispuestas en el exterior de la carcasa 4 del intercambiador de calor en espiral 1 y conectadas a los canales de flujo 20a, 20b, respectivamente.
En las Figuras 3-10 se muestran diferentes variantes de superficies de transferencia de calor corrugadas 10, donde las corrugaciones no tienen función de soporte, sino que la función de soporte viene proporcionada por apoyos o pasadores 6 soldados. Las superficies de transferencia de calor 10 están provistas de corrugaciones y pasadores de apoyo 6 soldados, donde las corrugaciones están dispuestas entre filas tangenciales de pasadores 6. Las filas tangenciales de pasadores 6 son trayectorias estrechas sin corrugaciones de forma que se crea una superficie sustancialmente uniforme donde pueden apoyarse los pasadores 6. Las corrugaciones están diseñadas preferentemente como un patrón con la misma separación que los pasadores 6. De esta forma, es posible adaptar el patrón a los pasadores 6 y crear espacio para los pasadores 6 entre las corrugaciones, véase por ejemplo la Figura 5a.
En la Figura 3a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 12 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 12. Las corrugaciones 12 están configuradas de forma que la extensión principal de las corrugaciones 12 está inclinada con respecto a la dirección longitudinal A de las filas de pasadores 6. El ángulo de inclinación  de las corrugaciones 12 con respecto a la dirección longitudinal A de las filas de pasadores 6 puede variarse para conseguir la transferencia de calor más óptima. La Figura 3b muestra una vista en detalle de una corrugación 12 y la superficie circundante 11 más cercana a la corrugación 12, además de una vista transversal de una corrugación 12.
En la Figura 4a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 13a, 13b dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 13a, 13b. Las corrugaciones 13a, 13b están configuradas de forma que las corrugaciones 13a entre cada dos filas de pasadores 6 están inclinadas en la misma dirección con respecto a las direcciones longitudinales B, C de las filas de pasadores 6, mientras que las corrugaciones 13b entre las mismas están inclinadas en una dirección alternativa con respecto a las direcciones longitudinales B, C de las filas de pasadores 6. Las corrugaciones 13a, 13b forman juntas un patrón especular con respecto a la dirección longitudinal B, C de las filas de pasadores 6, por ejemplo, un patrón de espiga o similar. El ángulo de inclinación  de las corrugaciones 13a, 13b con respecto a las direcciones longitudinales B, C de las filas de pasadores 6 también pueden variarse para conseguir la transferencia de calor más óptima. La Figura 4b muestra una vista en detalle de las corrugaciones 13a y de la superficie circundante 11 más cercana a la corrugación 13a, además de una vista transversal de la corrugación 13a.
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En la Figura 5a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 14 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 14, donde la fila tangencial de pasadores 6 se extiende a lo largo de la dirección longitudinal A. Las corrugaciones 14 son sustancialmente rectangulares y tienen una primera superficie 14a y una segunda superficie prensada 14b. La primera superficie 14a está dispuesta en el centro de las corrugaciones 14. La segunda superficie prensada 14b rodea la primera superficie 14a como un borde de forma rectangular de la corrugación 14 y está hundido con respecto a la superficie circundante 11 y la primera superficie 14a. La profundidad de prensado de la superficie prensada 14b con respecto a la superficie circundante 11 puede variarse también y la dirección de la superficie en relieve/hundida 14b puede alterarse para optimizar las características de transferencia de calor. La Figura 5b muestra una vista detallada de las superficies 14a, 14b y la superficie circundante 11 más cercana a la segunda superficie prensada 14b, además de una vista transversal de la corrugación 14.
En la Figura 6a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 15 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 15, donde la fila tangencial de pasadores 6 se extiende a lo largo de una dirección longitudinal A. Las corrugaciones 15 son sustancialmente rectangulares e incluyen una primera superficie 15a y una segunda superficie prensada 15b. La primera superficie 15a está dispuesta en el centro de la corrugación 15. La segunda superficie prensada 15b rodea la primera superficie 15a como un borde de forma rectangular de la corrugación 15 y está hundida con respecto a la superficie circundante 11 y a la primera superficie 15a. La profundidad de prensado de las superficies prensadas 15b con respecto a la superficie circundante 11 pueden variarse también y la dirección de la superficies en relieve/hundidas 15b pueden alterarse para optimizar las características de transferencia de calor. Las corrugaciones 15 están configuradas de forma que las corrugaciones 15 entre cada dos filas de pasadores 6 están desplazadas longitudinalmente con respecto a las corrugaciones 15 entre las mismas. En la Figura 6a el desplazamiento de las corrugaciones 15 entre cada dos filas de pasadores 6 con respecto a las corrugaciones 15 entre las mismas asciende a aproximadamente la mitad de la longitud de la corrugación 15, pero la desviación puede variarse para conseguir diferentes características de transferencia de calor.
Tal y como se muestra en la Figura 6a también pueden desplazarse los pasadores 6 de diferentes maneras con respecto a las corrugaciones 15. En la Figura 6b se muestra que los pasadores 6 están situados cercanos a las esquinas de la superficies prensadas de las corrugaciones 15, pero resulta evidente a partir de la Figura 6a que también son posibles otras ubicaciones de los pasadores 6 con respecto a las corrugaciones 15.
La Figura 6b muestra una vista en detalle de las superficies 15a, 15b y de la superficie circundante 11 más cercana a la segunda superficie prensada 15b, además de una vista transversal de la corrugación 15.
En la Figura 7a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 16 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 16, donde la fila tangencial de pasadores 6 se extiende a lo largo de una dirección longitudinal D.
Las corrugaciones 16 están configuradas con una serie de superficies de corrugaciones locales 16a dispuestas sobre una superficie sustancialmente plana 16b y entre una primera y segunda corrugación continua, 16c y 16d, respectivamente. La primera y segunda corrugación continua 16c, 16d se extiende sustancialmente en una dirección longitudinal paralela a la dirección longitudinal D. Las superficies de corrugaciones locales 16a están dispuestas sustancialmente en el espacio entre cuatro pasadores 6 formando un rectángulo virtual cuyas superficies corrugadas 16a se forman de manera semejante a un rombo hundido. También son posibles otras formas de superficies de corrugaciones locales 16a, tal como cuadradas, rectangulares o circulares para conseguir las mejores características de transferencia de calor.
Tal y como se muestra en la Figura 7a la primera y segunda corrugación continua 16c, 16d no es una línea recta, sino que está formada sustancialmente como una curva que se extiende entre la fila de superficies de corrugaciones locales 16a y la fila de pasadores 6 con sucesivos entrantes hacia la fila de superficies de corrugaciones locales 16a cercana a los pasadores 6. También son posibles otras formas de la extensión de la primera y segunda corrugación continua 16c 16d. La primera y segunda corrugación continua 16c, 16d forman juntas un patrón especular con respecto a la dirección longitudinal D de las filas de pasadores 6.
La Figura 7b muestra una vista parcial en detalle de la corrugación 16 con las superficies de corrugaciones locales 16a, la superficie sustancialmente plana 16b y la primera y segunda corrugación continua, 16c y 16d. También incluye dos vistas transversales de la corrugación 16.
En la Figura 8a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 17 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 17. Las corrugaciones 17 están sustancialmente configuradas como paralelogramos con una
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extensión principal paralela a la dirección longitudinal A de las filas de pasadores 6. La Figura 8b muestra una vista en detalle de una corrugación 17 y de la superficie circundante 11 más cercana a la corrugación 17, además de una vista transversal de la corrugación 17.
En la Figura 9a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene una serie de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 18 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 18. Las corrugaciones 18 están configuradas sustancialmente como óvalos con una extensión principal perpendicular a la dirección longitudinal A de las filas de pasadores 6. La Figura 9b muestra una vista en detalle de una corrugación 18 y de la superficie circundante 11 más cercana a la corrugación 18, además de una vista transversal de la corrugación 18.
En la Figura 10a se muestra una superficie de transferencia de calor 10 que tiene un número de filas tangenciales de pasadores 6 con corrugaciones 19 dispuestas entre las filas de pasadores 6. Los pasadores 6 están formados sobre una superficie curva sustancialmente uniforme 11 de la superficie de transferencia de calor 10 que se extiende entre las corrugaciones 19. Las corrugaciones 19 están configuradas sustancialmente como óvalos con una extensión principal perpendicular a la dirección longitudinal E de las filas de pasadores 6. La Figura 9b muestra una vista en detalle de una corrugación 19 y de la superficie circundante 11 más cercana a la corrugación 19, además de una vista transversal de la corrugación 19.
Las corrugaciones 19 de la Figura 10a son sustancialmente similares a las corrugaciones 18 de la Figura 9a, pero los pasadores 6 de la Figura 10a están dispuestos de manera diferente con respecto a las corrugaciones 19 en comparación con cómo se han dispuesto los pasadores 6 de la Figura 9a con respecto a las corrugaciones 18. En la figura 9a los pasadores 6 están dispuestos con la misma separación relativa entre los pasadores 6 a lo largo de la línea A que las corrugaciones 18 de forma que los pasadores 6 están colocados de manera simétrica con respecto a las corrugaciones 18. En la Figura 10a los pasadores 6 están dispuestos con el otra separación relativa entre los pasadores 6 a lo largo de la línea E en comparación con las corrugaciones 19 de manera que la posición relativa de los pasadores 6 en comparación con las corrugaciones 19 varía en la superficie de transferencia de calor 10.
La profundidad de prensado de las corrugaciones o superficies de corrugación en las realizaciones anteriormente mostradas de las Figuras 3a-10a con respecto a la superficie circundante 11 o entre diferentes superficies de corrugación también puede variar para optimizar las características de transferencia de calor.
Las Figuras 3-10 muestran siete patrones diferentes de la superficie de transferencia de calor, aunque también son posibles otros patrones dentro del alcance de la invención.
La funcionalidad del intercambiador de calor en espiral 1 es la siguiente: se introduce un primer medio en el intercambiador de calor en espiral 1 a través del primer elemento de conexión 8a formado como una entrada y donde el primer elemento de conexión 8a está conectado a una disposición de tuberías. El primer elemento de conexión 8a se comunica con un primer canal de flujo del cuerpo en espiral 2 y el primer medio es transportado a través del primer canal de flujo al segundo elemento de conexión 9b formado como una salida, donde el primer medio abandona el intercambiador de calor en espiral 1. El segundo elemento de conexión 9b está conectado a una disposición de tuberías para seguir transportando el primer medio.
Se introduce un segundo medio en el intercambiador de calor en espiral 1 a través del segundo elemento de conexión 9a formado como una entrada, estando conectado el segundo elemento de conexión 9a a una disposición de tuberías. El segundo elemento de conexión 9a se comunica con un segundo canal de flujo del cuerpo en espiral 2 y el segundo medio es transportado a través del segundo canal de flujo al primer elemento de conexión 8b formado como una salida, donde el segundo medio abandona el intercambiador de calor en espiral 1. El primer elemento de conexión 8b está conectado a una disposición de tuberías para seguir transportando el segundo medio.
Dentro del cuerpo en espiral 2 ocurrirá un intercambio de calor entre el primer y el segundo medio, de manera que un medio se calienta y el otro medio se enfría. Dependiendo del uso específico del intercambiador de calor en espiral 1 variará la selección de los dos medios. En la explicación anterior se ha descrito la circulación de los dos medios en direcciones opuestas a través del intercambiador de calor en espiral, pero resulta evidente que también pueden circular en una dirección paralela.
En la descripción anterior el término elemento de conexión se ha utilizado como un elemento conectado al intercambiador de calor en espiral y, más específicamente, a los canales de flujo del intercambiador de calor en espiral, pero deberá entenderse que el elemento de conexión es una tubería de conexión o similar que generalmente esta soldada al intercambiador de calor en espiral y puede incluir medios para conectar mecanismos de tuberías adicionales al elemento de conexión.
Los ensayos han demostrado que las corrugaciones de la superficie de transferencia de calor no solo mejoran la transferencia de calor, sino que además puede conseguirse un ahorro sustancial si la superficie de transferencia de calor de un intercambiador de calor en espiral está corrugada. Esto es debido a una mayor resistencia mecánica, un
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mayor rendimiento térmico y una mejor utilización del material. También es importante tener en cuenta que un intercambiador de calor en espiral tiene un canal de flujo que puede autolimpiarse uniformemente con una baja caída de la presión. Esto es una ventaja en comparación con otros intercambiadores de calor. El patrón o corrugación del intercambiador de calor en espiral deberá adaptarse por tanto a las características del
5 intercambiador de calor en espiral. No deberá diseñarse de acuerdo con el funcionamiento de un intercambiador de calor de placas normal.
El patrón de la superficie de transferencia de calor con un patrón similar tanto para las corrugaciones como para los pasadores ofrece una mayor resistencia mecánica y crea además una turbulencia eficiente que mejora el 10 rendimiento térmico.
En la descripción, el término corrugado o corrugaciones se ha utilizado para definir una superficie que tiene zonas de la superficie que están elevadas y/o hundidas en comparación con las zonas circundantes. La superficie corrugada pueden ser puntos o zonas aisladas, en la que entre las superficies es sustancialmente uniforme. En las
15 realizaciones mostradas en las figuras puede parecer que la extensión de la lámina del intercambiador de calor en espiral es sustancialmente plana o uniforme, pero resulta obvio que las láminas y las superficies y corrugaciones formadas en la misma son curvas para formar la espiral.
En la descripción anterior los apoyos y las corrugaciones se han mostrado en diversas combinaciones. Resulta obvio 20 que también son posibles otras combinaciones con direcciones y formas diferentes para las corrugaciones, así como la ubicación de los apoyos con respecto a las corrugaciones dentro del alcance de la invención.
La invención no está limitada a la realizaciones anteriormente descritas y mostradas en los dibujos, sino que pueden complementarse y modificarse de cualquier manera dentro del alcance de la invención tal y como definen las 25 reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

  1. E10155724
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    REIVINDICACIONES
    1. Un intercambiador de calor en espiral (1) que incluye un cuerpo en espiral (2) formado por al menos una lámina en espiral enrollada para formar el cuerpo en espiral (2) que forma al menos un primer canal de flujo en forma de 5 espiral (20a) para un primer medio y un segundo canal de flujo en forma de espiral (20b) para un segundo medio, en el que el cuerpo en espiral (2) está contenido en una carcasa sustancialmente cilíndrica (4) que está provista de elementos de conexión (8a, 8b, 9a, 9b) que se comunican con el primer canal de flujo y el segundo canal de flujo (20a, 20b) donde la al menos una lámina en espiral comprende una superficie de transferencia de calor corrugada con corrugaciones para aumentar la transferencia de calor y apoyos (6) para separar los enrollamientos de la al
    10 menos una lámina en espiral en el cuerpo en espiral (2), en donde los apoyos (6) son pasadores (6) soldados sobre la al menos una lámina en espiral, caracterizado por que los apoyos (6) están dispuestos en trayectorias tangenciales en la al menos una lámina en espiral (3) entre la corrugación y donde las trayectorias tangenciales entre las corrugaciones son superficies curvas sustancialmente uniformes (11).
    15 2. Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las extensiones principales de las corrugaciones están inclinadas en un ángulo (, ) con respecto a una dirección longitudinal (A, B, C) paralela a las trayectorias tangenciales de los apoyos (6).
  2. 3. Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
    20 la superficie de transferencia de calor corrugada del intercambiador de calor en espiral (1) incluye al menos un tipo de corrugaciones (12, 13a-b, 14, 14a-c, 15, 15a-c, 16, 16a-d,17).
  3. 4. Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la superficie de transferencia de calor corrugada del intercambiador de calor en espiral (1) incluye dos tipos de corrugaciones (14a-b,
    25 16c-d) y donde los dos tipos de corrugaciones forman juntos un patrón de corrugación en forma especular con respecto a las trayectorias tangenciales de los apoyos (6).
  4. 5. Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que las corrugaciones incluyen
    diferentes superficies de corrugación (13a-b, 14a-c,15a-c, 16a-d) dentro de las corrugaciones. 30
  5. 6.
    Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las diferentes superficies corrugadas (13a-b, 14a-c, 15a-c,16a-d) dentro de las corrugaciones tienen diferentes profundidades de prensado.
  6. 7.
    Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la separación relativa entre
    35 los apoyos (6) a lo largo de una dirección longitudinal (A-D) y entre las corrugaciones a lo largo de una dirección longitudinal paralela a la dirección longitudinal (A-D) son sustancialmente las mismas.
  7. 8. Un intercambiador de calor en espiral (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la separación relativa entre
    los apoyos (6) en una dirección longitudinal (A-D) y entre las corrugaciones y entre las corrugaciones a lo largo de 40 una dirección longitudinal paralela a la dirección longitudinal (A-D) son sustancialmente diferentes.
    8
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