ES2844382T3 - Intercambiador de calor para generador de vapor de sal fundida en una planta de energía solar concentrada - Google Patents

Abstract

Un intercambiador (1) de calor en horquilla que tiene una primera sección recta, una segunda sección recta y una sección doblada que conecta la primera sección recta y la segunda sección recta, caracterizado por que cada sección recta comprende una parte de una primera carcasa cilíndrica o carcasa (3) cilíndrica interna y una segunda carcasa cilíndrica o carcasa (4) cilíndrica externa, estando dicha primera carcasa (3) cilíndrica situada dentro de dicha segunda carcasa (4) cilíndrica, formando ambas un espacio (5) entre carcasas que rodea un haz de tubos (2) doblados en U que tienen cada uno una primera y una segunda parte recta situadas respectivamente en dichas primera y segunda sección recta del intercambiador y una parte doblada 180° situada en dicha sección doblada del intercambiador, en donde, durante el uso, un primer fluido que se calentará y vaporizará fluye, estando dicha carcasa (4) cilíndrica externa provista respectivamente en un extremo de una entrada (6) y en otro extremo de una salida (7) para un segundo fluido que es un fluido térmico caliente de modo que, durante el uso, dicho segundo fluido fluye en el espacio (5) entre carcasas y enfría por intercambio de calor con el primer fluido que fluye en los tubos (2) rectos, rodeando dicho espacio (5) entre carcasas también unos deflectores (8) para guiar el segundo fluido, en donde el haz de tubos (2) doblados en U se extiende fuera del intercambiador y se conecta, mediante tubos doblados (11), respectivamente más allá de un extremo de la carcasa (3) interna y la carcasa (4) externa en la primera sección recta a un primer cabezal (9) que distribuye el primer fluido al haz de tubos (2) rectos y más allá de un extremo de la carcasa (3) interna y la carcasa (4) externa en la segunda sección recta a un segundo cabezal (10) que recoge el primer fluido en forma de líquido, vapor o una mezcla de líquido/vapor desde el haz de tubos (2) rectos.

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor para generador de vapor de sal fundida en una planta de energía solar concentrada Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los intercambiadores de calor, en particular intercambiadores de calor tales como evaporadores, sobrecalentadores, recalentadores y economizadores destinados para su uso en generadores de vapor de fluido térmico, tales como Molten Salt Steam Generators (Generadores de vapor de sal fundida - MSSG) de plantas Concentrated Solar Power (Energía solar concentrada - CSP).

Técnica anterior

Se sabe que las plantas de torre de CSP comprenden, de forma general, uno o más receptores solares situados en el vértice de una torre central. Estos receptores solares se calientan mediante rayos solares incidentes concentrados, y generan un fluido caliente que se utilizará posteriormente para producir vapor de alta presión capaz de impulsar una turbina y producir electricidad.

Más específicamente, la planta de torre de CSP tiene, como componentes principales, concretamente, al menos un campo solar heliostático, un receptor solar instalado en la parte superior de la torre, un generador de vapor, una turbina de vapor y un sistema de almacenamiento. En la tecnología de sal fundida, la sal fundida se calienta de forma típica a 565 0C en el receptor solar y se almacena en el tanque caliente de almacenamiento. Cuando se requiere una producción de electricidad, la sal caliente fluye desde el tanque caliente al Molten Salt Steam Generator (Generador de vapor de sal fundida - MSSG) para generar vapor que se inyectará a la turbina de vapor.

La FIG. 1 muestra esquemáticamente los componentes del denominado tren de intercambiadores de calor para MSSG. La sal fundida caliente fluye desde una entrada 100, a través de un recalentador 101 y un sobrecalentador 104, para entrar en un evaporador 102. A continuación, la sal caliente fluye desde la salida del evaporador 102 al economizador 103 y después a la salida 105.

Los denominados intercambiadores de calor de “tubos y carcasa” se refieren, en la técnica anterior, a una clase de diseños de intercambiadores de calor adecuados para aplicaciones con presiones más altas. Este tipo de intercambiador de calor consiste en un recipiente de presión grande denominado “carcasa” que tiene un conjunto de tubos, denominado “haz” , en su interior. Un primer fluido pasa a través de los tubos mientras que un segundo fluido fluye dentro de la carcasa sobre los tubos, teniendo el primer y el segundo fluido temperaturas distintas, con el objetivo de transferir calor del segundo fluido al primer fluido o viceversa.

Hay muchas variaciones en el diseño de la carcasa y los tubos. Como ejemplo, la FIG. 2 ilustra esquemáticamente un intercambiador de calor de tubos rectos (lado de tubo de dos pasos). Los extremos de cada tubo 21 están conectados a compartimentos o cámaras 29 de agua a través de orificios pasantes provistos en placas de separación denominadas “placas de tubos” 27. Los tubos 21 pueden ser rectos, como se representa en la FIG. 2, o doblados en “U” (tubos en U).

Para proporcionar un intercambio de calor mejorado entre los dos fluidos, el recorrido de flujo del segundo fluido se determina con frecuencia mediante deflectores 28 intermedios que forman pasos respectivos, de modo que el segundo flujo de fluido cambia su dirección al pasar de un paso al siguiente. Los deflectores están habitualmente en forma de segmentos circulares parciales o anillos y discos anulares, instalados perpendiculares al eje longitudinal de la carcasa 22 para proporcionar un flujo en zigzag del segundo fluido.

Una alternativa de la técnica anterior del diseño mencionado anteriormente, ilustrada en la FIG. 3, es el intercambiador de calor en horquilla horizontal. El intercambiador 1 de calor en horquilla tiene dos carcasas 22 que contienen la parte recta de los tubos en U. La cabeza de la horquilla contiene la parte doblada en U a 180° de los tubos. Se conoce un intercambiador de calor en horquilla según el preámbulo de la reivindicación 1 de JP-38 S60 4790A.

Las ventajas de este diseño en horquilla son:

- no se necesita un sistema de dilatación colectivo, dado que la dilatación térmica es gestionada de forma natural por el diseño de la horquilla;

- mayor facilidad de drenaje y ventilación del intercambiador debido a los tubos rectos y a la posición horizontal del intercambiador.

Ya se conocen distintos conceptos de generador de vapor. Un resumen de estos conceptos diferentes se presenta en el informe de Sandia 93-7084 “ Investigation of thermal storage and steam generator issues, Bechtel Corporation” , en el que se enumeran las ventajas y los inconvenientes de los generadores de vapor existentes.

Para mejorar la eficacia de la transferencia de calor en los intercambiadores de calor, se sabe desde la década de 1920 que los deflectores montados en la carcasa pueden tener una forma específica prevista para guiar el fluido en un recorrido helicoidal. Además, con un deflector helicoidal continuo, la velocidad de transferencia de calor aumenta aproximadamente un 10 % en comparación con la de los deflectores segmentados convencionales para la misma caída de presión en el lado de la carcasa (J. Heat Transfer (2007), Vol. 129(10), 1425-1431). Este diseño permite reducir las corrientes de fuga que se producen en los deflectores segmentados y además aumenta en gran medida el coeficiente de transferencia de calor (J. Heat Transfer (2010), Vol. 132(10), 101801). También se evitan la zona estancada y la estratificación del flujo (según los cálculos), lo que permite un drenaje completo y disminuir la propensión a la acumulación de suciedad (menor resistencia a la acumulación y menor área de transferencia de calor).

El documento WO 2009/148822 describe deflectores montados en la carcasa para guiar el fluido con un patrón de flujo helicoidal, con distintos ángulos helicoidales cuando el deflector está próximo a la entrada y la salida, respectivamente. Los documentos US-2.384.714, US-2.693.942, US-3.400.758, US-4.493.368 y WO 2005/019758 describen, cada uno de ellos, distintos tipos de deflectores, pero con el mismo fin de proporcionar un patrón de flujo helicoidal del fluido. El documento US-1.782.409 describe un deflector helicoidal continuo.

Las soluciones actuales no son satisfactorias; por ejemplo, en términos de flexibilidad de gradiente térmico, eficacia (caída de presión, coeficiente de transferencia de calor), capacidad de descarga, circulación natural, etc., y los generadores de vapor y/o los intercambiadores de calor individuales de los mismos recientemente diseñados deben cumplir requisitos técnicos tales como:

- eficiencia térmica mejorada mediante la reducción de fugas internas y corrientes de desvío;

- caída de presión mejorada mediante la reducción de obstáculos locales de la corriente;

- capacidad de subida mejorada;

- fiabilidad mejorada;

- comportamiento mejorado de acumulación de suciedad, entre otros.

Además, el material del evaporador de recirculación forzada y los costes de fabricación son mayores que los de los evaporadores de circulación natural debido a los costes de capital de una bomba de recirculación.

Objetivos de la invención

La presente invención pretende superar los inconvenientes de los intercambiadores de calor de la técnica anterior previstos para generadores de vapor.

En particular, la invención tiene como objetivo obtener un evaporador de tamaño reducido que presente alta flexibilidad en términos de gradiente térmico, así como una mayor eficiencia gracias al flujo hidrodinámico de sal optimizado que lleve a una menor caída de presión, menos fugas internas (derivación), mejor coeficiente de transferencia de calor, menor tendencia a la acumulación de suciedad, sal fundida fácilmente drenable, circulación natural (es decir, sin bomba de circulación), mayor tiempo de vida y coste competitivo.

Otro propósito de la presente invención es evitar el uso de componentes gruesos tales como las placas de tubo actuales necesarias en los intercambiadores de calor clásicos de carcasa y tubos que comportan el inconveniente de que una zona de alta presión es adyacente a una zona de baja presión.

Sumario de la invención

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un intercambiador de calor en horquilla que tiene una primera sección recta, una segunda sección recta y una sección doblada que conecta la primera sección recta y la segunda sección recta, comprendiendo cada sección recta una parte de una primera carcasa cilíndrica o carcasa cilíndrica interna y una segunda carcasa cilíndrica o carcasa cilíndrica externa, estando dicha primera carcasa cilíndrica situada dentro de dicha segunda carcasa cilíndrica, formando ambas un espacio entre carcasas que rodea un haz de tubos doblados en U que tienen, cada uno de ellos, una primera y una segunda parte recta situadas respectivamente en dichas primera y segunda sección recta del intercambiador y una parte doblada 180° situada en dicha sección doblada del intercambiador, en donde, durante el uso, fluye un primer fluido que va a calentarse y vaporizarse, estando dicha carcasa cilíndrica externa provista, respectivamente, en un extremo, de una entrada y, en otro extremo, de una salida para un segundo fluido que es un fluido térmico caliente de modo que, durante el uso, dicho segundo fluido fluye en el espacio entre carcasas y enfría, por intercambio de calor con el primer fluido que fluye en los tubos rectos, encerrando también dicho espacio entre carcasas unos deflectores para guiar el segundo fluido, en donde el haz de tubos doblados en U se extiende fuera del intercambiador y se conecta, mediante tubos doblados, respectivamente más allá de un extremo de la carcasa interna y la carcasa externa en la primera sección recta, a un primer cabezal que distribuye el primer fluido al haz de tubos rectos y, más allá de un extremo de la carcasa interna y la carcasa externa en la segunda sección recta, a un segundo cabezal que recoge el primer fluido en forma de líquido, vapor o una mezcla de líquido/vapor desde el haz de tubos rectos.

Según realizaciones preferidas de la invención, el intercambiador de calor en horquilla también comprende una de las siguientes características o una combinación adecuada de las mismas:

- el intercambiador de calor en horquilla es horizontal y el flujo del segundo fluido con respecto al flujo del primer fluido en su interior es a favor de corriente o contracorriente;

- el primer cabezal y el segundo cabezal son rectos y cilíndricos o esféricos;

- el primer fluido es un fluido que comprende agua de alimentación o dióxido de carbono supercrítico;

- el segundo fluido es una sal fundida o una mezcla de sales fundidas, un aceite térmico o sodio líquido;

- los deflectores tienen forma de deflector helicoidal continuo;

- los deflectores se montan, preferiblemente, se sueldan o se atornillan, a la carcasa cilíndrica interna;

- se proporciona una placa de tubos entre el primer cabezal, el segundo cabezal respectivamente y la sección de horquilla del intercambiador que contiene las carcasas cilíndricas interna y externa;

- la placa de tubos tiene forma elíptica y está provista de pasos para permitir el paso sellado de los tubos doblados en U a través de la placa de tubos;

- se proporciona un medio de sellado entre la carcasa externa y los deflectores;

- el intercambiador de horquilla está provisto de una camisa de distribución para alimentar de modo uniforme el segundo fluido procedente de la entrada de fluido térmico al intercambiador de calor;

- la camisa de distribución tiene una pluralidad de aberturas distribuidas en 360° sobre una cara interna de la misma, alimentando preferiblemente dichas aberturas el segundo fluido a una primera vuelta del deflector helicoidal.

Un segundo aspecto de la invención se refiere al uso del intercambiador de calor en horquilla como se ha descrito anteriormente, como un evaporador.

Un tercer aspecto de la invención se refiere al uso del intercambiador de calor en horquilla como se ha descrito anteriormente, como un sobrecalentador.

Un cuarto aspecto de la invención se refiere al uso del intercambiador de calor en horquilla como se ha descrito anteriormente, como un recalentador o un economizador.

Un quinto aspecto de la invención se refiere al uso del evaporador, el sobrecalentador, el recalentador y el economizador, tal como se ha descrito anteriormente, formando al menos un tren de intercambiadores de calor en un molten salt steam generator (generador de vapor de sal fundida - MSSG). De forma ventajosa, el sobrecalentador, el recalentador y/o el economizador están a contracorriente, mientras que el evaporador está a favor la de corriente.

También dentro del ámbito de la presente invención, el generador de vapor de sal fundida es un generador de vapor de paso único o de circulación forzada.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 representa esquemáticamente los componentes de un tren de intercambiadores de calor típico para un generador de vapor de sal fundida.

La FIG. 2 representa esquemáticamente una realización para un intercambiador de calor de tubo recto de «tubos y carcasa» según la técnica anterior.

La FIG. 3 representa una vista en perspectiva de un generador en horquilla horizontal de la técnica anterior.

Las FIG. 4A y 4B muestran, respectivamente, una vista en planta y una vista en elevación de una realización preferida de un intercambiador de calor según la presente invención.

La FIG. 5 es una vista en sección transversal longitudinal del intercambiador de calor según la realización de la FIG.

4.

Las FIG. 6A y 6B muestran, respectivamente, vistas que corresponden a la FIG. 4 pero con un sistema de soporte del intercambiador de calor.

La FIG. 7 es una vista detallada en sección transversal longitudinal del intercambiador según la invención, centrada en la placa de tubos elíptica.

Las FIG. 8A y 8B muestran, respectivamente, una vista en perspectiva y una vista en sección transversal de la placa de tubos elíptica mencionada anteriormente.

Descripción de las realizaciones preferidas de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo diseño para un intercambiador de calor 1 en horquilla horizontal, como se ilustra en las FIG. 4 a 8.

El intercambiador de calor tiene un flujo alternante entre dos fluidos. Un primer fluido, de forma general una mezcla de agua y vapor de agua, circula a través de un primer haz de tubos 2 horizontales paralelos de secciones rectas situado en la primera parte recta de la horquilla y, además, a través de un segundo haz de tubos 2 horizontales paralelos de secciones rectas situado en la segunda parte recta de la horquilla. Los tubos 2 del primer haz están conectados a los tubos 2 del segundo haz mediante secciones de tubo dobladas 180° situadas en la cabeza de la horquilla, formando de este modo secciones de tubo dobladas en U.

Otro ejemplo de un primer fluido útil en la presente invención es el dióxido de carbono supercrítico.

Según una realización alternativa, las secciones rectas de los tubos del primer haz pueden descargar fluido a un bonete a través de una carcasa de tubos (más) gruesa en la que también terminan las secciones rectas de los tubos del segundo haz. Por tanto, según esta realización particular, los tubos no tienen secciones de tubo dobladas en U. Según la invención, el haz de tubos 2 en cada parte recta está situado entre una carcasa 3 cilíndrica interna y una carcasa 4 cilíndrica externa, como se ilustra en la FIG. 5.

El espacio interno 5 delimitado por las dos carcasas 3, 4 permite mantener una fuente de calor, preferiblemente, un segundo fluido, dentro de un recorrido de flujo anular. Este segundo fluido es un fluido térmico, por ejemplo, sal o sales fundidas que han sido calentadas por los receptores solares en el vértice de una planta de torre de CSP. El fluido térmico, al tener su flujo en contacto con el haz o haces de tubos 2, transferirá calor al primer fluido que fluye paralelo que circula a través de los tubos 2. El primer fluido y el segundo fluido pueden estar a favor de corriente o a contracorriente, sin abandonar el ámbito de la presente invención. De forma similar, la fuente de calor o el segundo fluido pueden ser cualquier fluido térmico, tal como agua, aceite térmico, sodio líquido, lecho fluidificado, etc.

Como se ilustra en la FIG. 6, la carcasa 4 externa cilíndrica, o una camisa de distribución conectada a la misma, está provista en un extremo de una boquilla 6 de entrada, respectivamente una boquilla 6 de salida, a través de la cual el fluido térmico entra o respectivamente sale del intercambiador 1 de calor. De forma similar, se proporciona una boquilla 7 de salida, respectivamente una boquilla 7 de entrada, en otro extremo de la carcasa 4 cilíndrica exterior para descargar el fluido térmico enfriado, que admite respectivamente el fluido caliente.

De forma ventajosa, como se ha mencionado anteriormente, el fluido térmico se distribuye de modo uniforme sobre la carcasa a 360° (entrada, circulación, temperatura del fluido) gracias a una camisa de distribución situada en la boquilla de entrada del intercambiador de calor (véase más abajo).

Para mejorar la eficacia de la transferencia de calor, como se muestra en la FIG. 6, se proporciona el espacio 5 en las partes rectas del intercambiador en horquilla con un deflector 8 helicoidal continuo cerrado que permite guiar el flujo del fluido térmico. A continuación, el fluido térmico fluye de forma helicoidal en el intercambiador de calor, que es, por ejemplo, un evaporador que funciona por circulación natural, entre la carcasa interna y la externa, según un recorrido de flujo anular. La configuración del deflector helicoidal continuo asegura un flujo moderado del segundo fluido, sin ningún cambio brusco de dirección o zonas muertas, como en los intercambiadores que tienen deflectores perpendiculares al flujo. De este modo, la velocidad de transferencia de calor aumenta mucho y la caída de presión se reduce considerablemente en comparación con la de los intercambiadores con deflectores de segmentos convencionales (véase más arriba).

Según una realización, la carcasa 3 cilíndrica interior y los deflectores 8 pueden estar soldados o atornillados. Además, puede proporcionarse un medio de sellado entre la carcasa externa 4 y los deflectores 8 para evitar corrientes parásitas.

Como se muestra en la FIG. 7, en cada extremo externo de la parte recta del intercambiador en horquilla, el haz anular de tubos 2 rectos paralelos se conecta, mediante tubos 11 doblados de forma adecuada, situados fuera de las carcasas 3, 4 interna y externa, a al menos un cabezal 9, 10 lineal cilíndrico. El eje del cabezal es ortogonal al eje del intercambiador en horquilla.

Más concretamente, como se muestra en las FIG. 4 a FIG. 6, en un primer extremo del intercambiador, el haz de tubos rectos 2 se conecta a, al menos, un primer cabezal 9 lineal cilíndrico 9, o cabezal de entrada 9, que alimenta los tubos rectos 2 con el primer fluido, mientras que, en un segundo extremo del intercambiador, el primer fluido que circula dentro del haz de tubos 2 es recogido por al menos un segundo cabezal 10 lineal cilíndrico o un cabezal 10 de salida, desde el haz de tubos 2. Puede aparecer la necesidad de más de un cabezal 9 de entrada o cabezal 10 de salida cuando hay un gran número de tubos 2 en el haz.

Además, como se muestra en la FIG. 7, el haz de tubos rectos 2 se conecta al cabezal 9 de entrada o al cabezal 10 de salida mediante tubos 11 adecuadamente doblados, en un área que está fuera de las carcasas 3, 4 interna y externa del intercambiador en horquilla. De este modo, en la presente invención se evita el uso de placas de tubos y/o colectores esféricos de alta presión, bonetes y cabezales, como en los intercambiadores de calor denominados “de carcasa y tubos” de la técnica anterior, porque estos simplemente son sustituidos por el uso de cabezales cilíndricos fuera del intercambiador de calor en horquilla.

En la configuración de carcasa y tubos, el primer fluido, normalmente agua, se encuentra generalmente a una presión elevada en receptáculos o cámaras cuasiesféricos. En el otro lado de la placa de tubos, la sal que fluye alrededor de los haces de tubos se mantiene a presión mucho más baja, lo que requiere placas de tubos muy gruesas para resistir la diferencia de presión. La configuración de la invención proporciona tubos prolongados conectados a cabezales estándar (cilíndricos, esféricos, etc.) en los extremos del intercambiador, en los que circula el fluido a alta presión. Esto permite reducir el grosor de las placas de tubos, si las hubiera, limitándose la presión. Más específicamente, en la sección rectangular de la FIG. 7, se ve que la caída de presión soportada por la placa 16 de tubos se rige por la diferencia de la presión 12 externa (aire) y la presión 13 del fluido térmico interna.

Según una realización de la presente invención mostrada en la FIG. 7 y en la FIG. 8, se utiliza una placa de tubos preferiblemente en forma de una placa 16 de tubos elíptica o similar, con orificios o pasos 17 para los tubos 2 paralelos. Los tubos 2 están soldados a la placa 16 de tubos elíptica con el único propósito de asegurar la estanqueidad a los fluidos. Estas placas 16 de tubos elípticas tienen, de forma ventajosa, un grosor inferior al de las placas de tubos planas de la técnica anterior por los motivos explicados anteriormente.

Actualmente, el cliente requiere con frecuencia una mayor velocidad de aumento y parada. Unas paredes del vaso o cabezales no son adecuadas para aceptar gradientes de temperatura más altos y están más sometidas a fatiga, lo que conduce a un tiempo de vida más corto del intercambiador de calor. En este contexto, la presente invención proporciona una vida útil prolongada de los componentes del intercambiador de calor.

La FIG. 7 muestra también una vista detallada para una realización de la camisa 30 de distribución de entrada/salida desde la entrada/salida 6, 7 de fluido en el intercambiador de calor en horquilla. Se asegura una distribución uniforme del segundo fluido en su entrada/salida en el intercambiador de calor mediante una serie de aberturas 31 de distribución situadas a 360° en el lado interno de la camisa 30 de distribución, preferiblemente en una primera vuelta 32 del deflector helicoidal 8.

La presente invención es flexible y prevista para aplicarse a una serie de diseños de intercambiadores de calor utilizados en tecnología de MSSG, tales como dispositivos recalentadores, sobrecalentadores, precalentadores y evaporadores, en donde todos los componentes comunes se fabrican según el diseño genérico del intercambiador de calor de la invención.

Como se ha mencionado anteriormente, una sal fundida caliente con temperatura decreciente fluye, por ejemplo, primero en paralela a través de un recalentador y un sobrecalentador para recombinarse y entrar en el evaporador y posteriormente en el precalentador/economizador en serie.

En realizaciones actuales, la sal fundida caliente entra en el sistema a alta temperatura, por ejemplo 563 0C, y ciertamente por debajo de 565 0C, que es la temperatura de degradación para las sales fundidas habituales. Sin embargo, está dentro del ámbito de la presente invención que el fluido térmico pueda soportar una temperatura de hasta 700 0C. Todas las piezas metálicas están hechas de forma ventajosa de acero inoxidable o metales nobles que pueden soportar temperaturas de hasta 600 0C y superiores.

La sal fría deja el precalentador a una temperatura de forma típica en el intervalo de 290 °C-300 0C, o superior, por encima de una temperatura mínima que es la temperatura de solidificación del fluido de transferencia de calor (solo 240 0C para sales fundidas tales como las derivadas de sodio). De forma alternativa puede utilizarse cualquier fluido térmico, p. ej., aceite térmico, en lugar de sal fundida con un intervalo de temperaturas de funcionamiento que en este caso van, por ejemplo, de 80 0C (temperatura de condensación y/o cristalización) a 380 0C (ejemplo de temperatura de degradación).

El agua a alta presión fluye en tubos o tuberías que no están en el lado de la carcasa, lo que permite un menor grosor para las placas de tubos y los cabezales/carcasas y, por consiguiente, una mayor capacidad de gradiente térmico.

Aunque el diseño del intercambiador según la presente invención se optimiza para una circulación natural, también podría utilizarse en uno o más generadores de vapor de paso único o de circulación forzada.

Lista de símbolos de referencia

1 Intercambiador de calor en horquilla

2 Tubo recto (sección)

3 Carcasa cilíndrica interna

4 Carcasa cilíndrica externa

5 Espacio entre carcasas

6 Entrada de fluido térmico

7 Salida de fluido térmico

8 Deflector helicoidal

9 Cabezal recto de entrada

10 Cabezal recto de salida

11 Tubo doblado (sección)

12 Primer fluido a baja presión (aire)

13 Segundo fluido a baja presión (sal fundida)

14 Tubo doblado en U

15 Fluido a alta presión (agua/vapor)

16 Placa de tubos elíptica

17 Paso de tubos

18 Cierre frontal

19 Cierre trasero

20 Soporte

21 Tubo recto

22 Carcasa

23 Entrada de fluido en el lado de la carcasa

24 Entrada de fluido en el lado del tubo

25 Salida de fluido en el lado del tubo

26 Salida de fluido en el lado de la carcasa

27 Placa de tubos

28 Deflector

29 Compartimento o cámara de agua o bonete

30 Camisa de distribución

31 Aberturas de distribución al primer extremo helicoidal (o paso) del deflector

32 Primera vuelta helicoidal del deflector

100 Entrada de sal fundida del MSSG

101 Recalentador del MSSG

102 Evaporador del MSSG

103 Economizador del MSSG

104 Sobrecalentador del MSSG

105 Salida de sal fundida del MSSG

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador (1) de calor en horquilla que tiene una primera sección recta, una segunda sección recta y una sección doblada que conecta la primera sección recta y la segunda sección recta, caracterizado por que cada sección recta comprende una parte de una primera carcasa cilíndrica o carcasa (3) cilíndrica interna y una segunda carcasa cilíndrica o carcasa (4) cilíndrica externa, estando dicha primera carcasa (3) cilíndrica situada dentro de dicha segunda carcasa (4) cilíndrica, formando ambas un espacio (5) entre carcasas que rodea un haz de tubos (2) doblados en U que tienen cada uno una primera y una segunda parte recta situadas respectivamente en dichas primera y segunda sección recta del intercambiador y una parte doblada 180° situada en dicha sección doblada del intercambiador, en donde, durante el uso, un primer fluido que se calentará y vaporizará fluye, estando dicha carcasa (4) cilíndrica externa provista respectivamente en un extremo de una entrada (6) y en otro extremo de una salida (7) para un segundo fluido que es un fluido térmico caliente de modo que, durante el uso, dicho segundo fluido fluye en el espacio (5) entre carcasas y enfría por intercambio de calor con el primer fluido que fluye en los tubos (2) rectos, rodeando dicho espacio (5) entre carcasas también unos deflectores (8) para guiar el segundo fluido, en donde el haz de tubos (2) doblados en U se extiende fuera del intercambiador y se conecta, mediante tubos doblados (11), respectivamente más allá de un extremo de la carcasa (3) interna y la carcasa (4) externa en la primera sección recta a un primer cabezal (9) que distribuye el primer fluido al haz de tubos (2) rectos y más allá de un extremo de la carcasa (3) interna y la carcasa (4) externa en la segunda sección recta a un segundo cabezal (10) que recoge el primer fluido en forma de líquido, vapor o una mezcla de líquido/vapor desde el haz de tubos (2) rectos.

2. El intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde este es horizontal y en el que el flujo del segundo fluido con respecto al flujo del primer fluido es a favor de la corriente o contracorriente.

3. El intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde el primer cabezal (9) y el segundo cabezal (10) son rectos y cilíndricos o esféricos.

4. Uso del intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde dicho primer fluido es un fluido que comprende agua de alimentación o dióxido de carbono supercrítico.

5. Uso del intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde dicho segundo fluido es una sal fundida o una mezcla de sales fundidas, un aceite térmico o sodio líquido.

6. El intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde los deflectores (8) tienen forma de un deflector helicoidal continuo.

7. El intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde los deflectores (8) se montan, preferiblemente soldados o atornillados, a la carcasa cilíndrica (3) interna.

8. El intercambiador (1) de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde se proporciona una placa (6) de tubos entre el primer cabezal (9), el segundo cabezal (10) respectivamente, y la sección de horquilla del intercambiador que contiene las carcasas (3, 4) cilíndricas interna y externa.

9. El intercambiador de calor en horquilla según la reivindicación 8, en donde la placa (16) de tubos tiene forma elíptica y está provista de pasos (17) para permitir el paso sellado de los tubos (2) doblados en U a través de la placa (16) de tubos.

10. El intercambiador de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde se proporciona un medio de sellado entre la carcasa externa (4) y los deflectores (8).

11. El intercambiador de calor en horquilla según la reivindicación 1, en donde está equipado con una camisa (30) de distribución para alimentar uniformemente el segundo fluido procedente de la entrada (6, 7) de fluido térmico al intercambiador de calor.

12. El intercambiador de calor en horquilla según la reivindicación 11, en donde la camisa (30) de distribución tiene una pluralidad de aberturas (31) distribuidas a 360° sobre una cara interna de esta, alimentando dichas aberturas (31) preferiblemente el segundo fluido a una primera vuelta (32) del deflector (8) helicoidal.

13. Uso del intercambiador de calor según la reivindicación 1, como un evaporador.

14. Uso del intercambiador de calor según la reivindicación 1, como un sobrecalentador.

15. Uso del intercambiador de calor según la reivindicación 1, como un recalentador o un economizador.

16. Uso de un evaporador según la reivindicación 13, de un sobrecalentador según la reivindicación 14, y de un recalentador y/o economizador según la reivindicación 15, formando al menos un tren de intercambiadores de calor en un molten salt steam generator (generador de vapor de sal fundida - MSSG).

17. Uso según la reivindicación 16, en donde el sobrecalentador, el recalentador y/o el economizador funcionan a contracorriente, mientras que el evaporador funciona a favor de la corriente.

18. Uso según la reivindicación 16, en donde el generador de vapor de sal fundida es un generador de vapor de paso único o de circulación forzada.