ES2883234T3 - Método de formar una pared de superficie mejorada para su uso en un aparato - Google Patents

Método de formar una pared de superficie mejorada para su uso en un aparato Download PDF

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Abstract

Un método para formar una pared de superficie mejorada (20) para su uso en un aparato para realizar un proceso, que comprende las etapas de: proporcionar una longitud de material (21) que tiene superficies iniciales opuestas (21a, 21b), tal material que tiene una línea central longitudinal (x-x) que se coloca sustancialmente a medio camino entre tales superficies iniciales (21a, 21b), tal material (21) que tiene una dimensión transversal inicial medida desde tal línea central (x-x) hasta un punto en cualquiera de tales superficies iniciales (21a, 21b) que se ubica más alejada de tal línea central (x-x), cada una de tales superficies iniciales (21a, 21b) que tiene una densidad de superficie inicial, tal densidad de superficie que se define como el número de caracteres en una superficie por unidad de superficie proyectada; imprimir patrones secundarios que tienen densidades de superficie de patrón secundario en cada una de tales superficies iniciales (21a, 21b), para distorsionar tal material (21) y aumentar las densidades de superficie en cada una de tales superficies (21a, 21b) y aumentar la dimensión transversal de tal material (21) desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal material distorsionado (21); e imprimir patrones primarios que tienen densidades de superficie de patrones primarios en cada una de tales superficies distorsionadas, para distorsionar más tal material (21) y para aumentar aún más las densidades de superficie en cada una de tales superficies (21a, 21b); caracterizado porque la etapa de imprimir tal patrón primario en cada una de tales superficies (21a, 21 b) aumenta aún más la dimensión desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal material más distorsionado; y la etapa de imprimir tales patrones primarios en tal material no reduce la dimensión mínima de tal material más distorsionado, cuando se mide desde tal línea central (x-x) hasta cualquier punto en cualquiera de tales superficies más distorsionadas, por debajo del 50 % de la dimensión mínima de tal material, cuando se mide desde tal línea central (x-x) hasta cualquiera de tales superficies iniciales (21a, 21b); para proporcionar de esta manera una pared de superficie mejorada para su uso en un aparato para realizar un proceso.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de formar una pared de superficie mejorada para su uso en un aparato
Campo técnico
La presente invención se refiere en general a métodos para formar paredes de superficie mejorada para su uso en aparatos (por ejemplo, dispositivos de transferencia de calor, dispositivos de mezcla de fluidos, etc.) para realizar un proceso, a paredes de superficie mejorada per se y a varios aparatos que incorporan tales paredes de superficie mejorada.
Antecedentes de la técnica
Se sabe cómo proporcionar paredes de superficie mejorada para su uso en intercambiadores de calor y dispositivos de mezcla de fluidos. Tales paredes suelen tener una pluralidad de caracteres impresos en ellas para aumentar el área superficial, mejorar la mezcla de fluidos, promover la turbulencia, romper la capa límite adyacente a la superficie, mejorar la transferencia de calor, etc. El documento JP S56136241 presenta la descripción de un método de producir una aleta para un intercambiador de calor, que incluye pasar el material de la aleta a través de dos rodillos de trabajo que tienen proyecciones en sus superficies. Este método comprende las etapas que se definen en el preámbulo de la reivindicación 1. El documento e P 0603 108 presenta la descripción de un tubo intercambiador de calor que tiene una superficie interna acanalada, en la que las nervaduras son paralelas al eje longitudinal del tubo, y tienen un patrón de muescas paralelas impresas en ellas en un ángulo oblicuo al eje longitudinal del tubo. El documento GB 2457333 presenta la descripción de una lámina metálica moldeada que tiene una superficie ondulada en la que dos tipos de formas de onda, cada una de las cuales tiene una sección transversal sinusoidal, se interceptan perpendicularmente entre sí sin formar porciones dobladas en las porciones donde los dos tipos de formas de onda se interceptan perpendicularmente. El documento US 4098 722 presenta la descripción de un método que incluye formar una lámina de material con una región plana y una región de las primeras ondulaciones; superponer las segundas ondulaciones que son más pequeñas que las primeras ondulaciones y colocar la región plana sobre la región con las primeras ondulaciones. El documento US 4092842 presenta la descripción de un método para grabar de manera profunda material tipo lámina, que incluye garbar un patrón en relieve a pequeña escala a lo largo de toda la lámina y luego grabar en la lámina de manera profunda protuberancias separadas. El documento US 6026 892 presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor con una superficie interior ranurada en cruz, en la que las ranuras en espiral primarias y secundarias tienen ángulos de hélice respectivos dentro de determinados intervalos.
El documento US 5,052,476 A presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor que tiene ranuras primarias en forma de U, ranuras secundarias en forma de V y ranuras terciarias en forma de pera para aumentar la turbulencia y la eficiencia del reflujo. El tubo se forma primero como una placa y luego se enrolla en un tubo, después de lo cual sus extremos cercanos se sueldan juntos. Se dice que la profundidad de las ranuras secundarias es del 50-100 % de la profundidad de las ranuras primarias.
El documento US 5,259,448 A presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor que tiene ranuras principales de forma rectangular y ranuras secundarias estrechas que interceptan las ranuras principales en un ángulo. El dispositivo parece que se forma plano, enrollado o rizado y después se suelda. Se dice que la profundidad de las ranuras estrechas es de 0,02 milímetros (mm). Se dice que la profundidad de las ranuras principales es de 0,20-0,30 mm.
El documento US 5,332,034 A presenta la descripción de un tubo intercambiador de calor que tiene nervaduras separadas circunferencialmente que se extienden de manera longitudinal con muescas inclinadas paralelas para aumentar la turbulencia y aumentar el rendimiento de transferencia de calor.
El documento US 5,458,191 A presenta la descripción de un tubo intercambiador de calor que tiene nervaduras enrolladas helicoidalmente separadas circunferencialmente con muescas inclinadas paralelas.
El documento US 6,182,743 B1 presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor con matrices poliédricas para mejorar las características de transferencia de calor. Las matrices poliédricas pueden aplicarse a las superficies internas y externas de los tubos. Esta referencia puede enseñar el uso de nervaduras, aletas, recubrimientos e inserciones para romper la capa límite.
El documento US 6,176,301 B1 presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor con matrices poliédricas que tienen cavidades similares a grietas en al menos dos superficies de los poliedros.
El documento US 2005/0067156 A1 presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor que se suelda o forja en frío, y que tiene patrones de hoyuelos de varias formas.
El documento US 2005/0247380 A1 presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor de aleaciones de estaño-latón para resistir la corrosión formicaria (es decir, similar a una hormiga).
El documento US 2009/0008075 A1 presenta la descripción de un tubo de transferencia de calor que tiene conjuntos de poliedros, el segundo conjunto se dispone en un ángulo con respecto al primero.
El documento US 5,351,397 A presenta la descripción de un patrón para ebullición nucleada formado por rodillos que tiene un primer patrón de ranuras separadas por rebordes, y un segundo patrón de ranuras más superficiales que se hacen a máquina en los rebordes. Se dice que la profundidad del segundo patrón es aproximadamente el 10­ 50 % de la profundidad del primer patrón.
El documento US 7,032,654 B2 presenta la descripción de un intercambiador de calor que tiene aletas con superficies mejoradas y con orificio s en las aletas.
El documento US 4,663,243 A presenta la descripción de una superficie de intercambiador de calor que tiene superficies de ebullición de aleación ferrosa proyectada con llama mejoradas.
Por último, US 4,753,849 presenta la descripción de un tubo intercambiador de calor con un recubrimiento poroso para mejorar la transferencia de calor.
Descripción de la invención
En general, la presente invención proporciona con referencia entre paréntesis a las partes, porciones o superficies correspondientes de una o más de las modalidades descritas, simplemente con fines ilustrativos y no a modo de limitación: (1) métodos mejorados para formar paredes de superficie mejorada para su uso en aparatos (por ejemplo, dispositivos
de transferencia de calor, dispositivos de mezcla de fluidos, etc.) para realizar un proceso, (2) para paredes de superficie mejorada per se, y (3) para varios aparatos que incorporan tales paredes de superficie mejorada.
En un aspecto, la invención proporciona un método mejorado para formar una pared de superficie mejorada (20) para su uso en un aparato para realizar un proceso, que comprende las etapas de: proporcionar una longitud de material (21) que tiene superficies iniciales opuestas (21a, 21b), el material tiene una línea central longitudinal (x-x) que se coloca sustancialmente a medio camino entre las superficies iniciales, el material tiene una dimensión transversal inicial medida desde la línea central hasta un punto en cualquiera de las superficies iniciales que se ubica más lejos de la línea central, cada una de las superficies iniciales tienen una densidad de superficie inicial, la densidad de superficie se define como el número de caracteres en una superficie por unidad de área de superficie proyectada; imprimir patrones secundarios (23a, 23b) que tienen densidades de superficie de patrón secundario, en cada una de las superficies iniciales, para distorsionar el material y aumentar las densidades de superficie en cada una de las superficies y aumentar la dimensión transversal del material desde la línea central hasta el punto más lejano de tal material distorsionado; e imprimir patrones primarios (25a, 25b) que tienen densidades de superficie de patrones primarios en cada una de tales superficies distorsionadas, para distorsionar más el material y aumentar aún más las densidades de superficie en cada una de las superficies; caracterizado porque la etapa de imprimir tal patrón primario sobre cada una de tales superficies aumenta aún más la dimensión desde tal línea central hasta el punto más alejado de tal material más distorsionado; y la etapa de imprimir tales patrones primarios sobre tal material no reduce la dimensión mínima de tal material más distorsionado, cuando se mide desde tal línea central hasta cualquier punto en cualquiera de tales superficies más distorsionadas, por debajo del 50 % de la dimensión mínima de tal material, cuando se mide desde tal línea central hasta cualquiera de tales superficies iniciales; para de esta manera proporcionar una pared de superficie mejorada para su uso en un aparato para realizar un proceso. Cada densidad de superficie de patrón secundario puede ser mayor que cada densidad de superficie de patrón primario.
La etapa de imprimir los patrones secundarios sobre cada una de las superficies iniciales puede incluir la etapa adicional de: trabajar en frío el material.
La etapa de imprimir los patrones primarios sobre cada una de las superficies distorsionadas puede incluir la etapa adicional de: trabajar en frío el material.
Los patrones secundarios pueden ser los mismos.
Los patrones secundarios pueden desplazarse entre sí de manera que una dimensión máxima desde la línea central a una superficie distorsionada corresponderá a una dimensión mínima desde la línea central a la otra superficie distorsionada.
La etapa de imprimir los patrones secundarios sobre el material puede aumentar la dimensión transversal máxima del material desde la línea central hasta el punto más alejado del material distorsionado hasta en un 135 % de la dimensión transversal máxima desde la línea central hasta el punto más alejado de la superficie inicial.
La etapa de imprimir los patrones secundarios sobre el material puede aumentar la dimensión transversal máxima del material desde la línea central hasta el punto más alejado del material distorsionado hasta en un 150 % de la dimensión transversal máxima desde la línea central hasta el punto más alejado de la superficie inicial.
La etapa de imprimir los patrones secundarios sobre el material puede aumentar la dimensión transversal máxima del material desde la línea central hasta el punto más alejado del material distorsionado hasta en un 300 % de la dimensión transversal máxima desde la línea central hasta el punto más alejado de la superficie inicial.
La etapa de imprimir los patrones secundarios en el material puede aumentar la dimensión transversal máxima del material desde la línea central hasta el punto más alejado del material distorsionado hasta en un 700 % de la dimensión transversal máxima desde la línea central hasta el punto más alejado de la superficie inicial.
La etapa de imprimir los patrones secundarios sobre el material puede no reducir la dimensión mínima del material, cuando se mide desde cualquier punto en una de tales superficies distorsionadas hasta el punto más cercano en la opuesta de tales superficies distorsionadas, por debajo del 95 % de la dimensión mínima desde cualquier punto en una de las superficies iniciales hasta el punto más cercano en la superficie inicial opuesta.
La etapa de imprimir los patrones secundarios sobre el material puede no reducir la dimensión mínima del material, cuando se mide desde cualquier punto en una de tales superficies distorsionadas hasta el punto más cercano en la opuesta de tales superficies distorsionadas, por debajo del 50 % de la dimensión mínima desde cualquier punto en una de las superficies iniciales hasta el punto más cercano en la superficie inicial opuesta.
Los patrones primarios pueden ser los mismos.
Los patrones primarios pueden desplazarse entre sí de modo que una dimensión máxima desde la línea central a una superficie más distorsionada corresponda a una dimensión mínima desde la línea central a la otra superficie más distorsionada.
La etapa de imprimir los patrones primarios sobre el material puede no reducir la dimensión mínima del material más distorsionado, cuando se mide desde la línea central a cualquier punto en cualquiera de las superficies más distorsionadas, por debajo del 95 % de la dimensión mínima del material, cuando se mide desde la línea central hasta cualquiera de las superficies iniciales.
Las superficies opuestas del material inicialmente pueden ser planas.
Las etapas de imprimir los patrones pueden incluir las etapas de imprimir los patrones mediante al menos una de las operaciones de rigidización, estampado, laminado, prensado y grabado.
El método puede comprender además las etapas adicionales de: doblar la pared de la superficie mejorada de modo que los extremos cercanos se coloquen uno cerca del otro; y unir los extremos cercanos del material; para formar de esta manera un tubo de superficie mejorada.
La etapa de unir los extremos cercanos del material puede incluir la etapa adicional de: soldar los extremos cercanos del material para unirlos.
El método puede comprender además la etapa adicional de: proporcionar orificio s a través del material.
El método puede comprender además la etapa adicional de: instalar la pared de superficie mejorada en un intercambiador de calor.
El método puede comprender además la etapa adicional de: instalar la pared de superficie mejorada en un aparato de manipulación de fluidos.
Estos y otros objetos y ventajas resultarán evidentes a partir de la especificación escrita anterior y en curso, los dibujos y las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1A es una vista esquemática en planta superior de una longitud de material que muestra los patrones Secundario 1 y Primario 1 impresos en este.
La Figura 1B es un alzado lateral de la estructura mostrada esquemáticamente en la Figura 1A.
La Figura 2A es una vista en planta superior ampliada del patrón Secundario 1, como se muestra en las Figuras 1A-1B, impreso en el material.
La Figura 2B es una vista en planta superior ampliada del patrón Primario 1 impreso en una lámina de material suministrado, la escala de la Figura 2B es la misma que la escala de la Figura 2A.
La Figura 2C es una vista en planta superior de los patrones Primario 1 y Secundario 1 superpuestos, como se muestra en las Figuras 1A-1B, impresos en el material, la escala de la Figura 2C es la misma que la escala de las Figuras 2A-2B.
La Figura 3A es una vista en sección vertical transversal fragmentaria muy ampliada del material antes de imprimir los patrones secundarios 1 en este, esta vista se toma generalmente en la línea 3A-3A de la Figura 1A. La Figura 3B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria muy ampliada de este, que se toma generalmente por la línea 3B-3B de la Figura 2A, y muestra los patrones Secundario 1 impresos en el material. La Figura 3C es una vista en sección transversal fragmentaria muy ampliada, que se toma generalmente en la línea 3C-3C de la Figura 2B, que muestra los patrones Primario 1 impresos en el material.
La Figura 3D es una vista en sección transversal fragmentaria muy ampliada de este, que se toma generalmente en la línea 3D-3D de la Figura 2C, que muestra los patrones Primario 1 y Secundario 1 impresos en el material. La Figura 4 es una vista esquemática en sección vertical transversal de este, que muestra cómo los patrones del Secundario 1 se imprimen en el material.
La Figura 5A es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor de la pared de punto a punto de una lámina plana.
La Figura 5B es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor de la pared del material de punto a punto después de que se imprimieron en este los patrones Secundario 1.
La Figura 5C es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor de la pared de punto a punto de los patrones del Primario 1.
La Figura 5D es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor de punto a punto de la pared del material de superficie mejorada terminado, este material tiene impresos sobre sí los patrones Primario 1 y Secundario 1 superpuestos.
La Figura 6A es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor del área de una lámina plana.
La Figura 6B es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor del área de la pared después de que se imprimieron sobre esta los patrones del Secundario 1.
La Figura 6C es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor del área de la pared después de que se imprimieron sobre esta los patrones del Primario 1.
La Figura 6D es una vista esquemática que muestra cómo se mide el grosor del área de la pared de una pared de superficie mejorada después de que se imprimieron sobre esta los patrones Primario 1 y Secundario 1.
La Figura 7A es una vista en planta superior que muestra otro patrón primario, designado patrón Primario 2, impreso en una lámina.
La Figura 7B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada en la línea 7B-7B de la Figura 7A.
La Figura 7C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 7C-7C de la Figura 7A.
La Figura 8A es una vista en planta superior de un tercer patrón primario, designado patrón Primario 3, impreso en una lámina de material.
La Figura 8B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 8B-8B de la Figura 8A.
La Figura 8C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 8C-8C de la Figura 8A.
La Figura 9A es una vista en planta superior de otro patrón primario, designado patrón Primario 4, impreso en una lámina de material, este patrón tiene una densidad de caracteres de superficie de 0,5.
La Figura 9B es una vista similar a la Figura 9A, pero que muestra una forma variante del patrón Primario 4 que tiene una densidad de caracteres de superficie de 1,0.
La Figura 9C es una vista similar a las Figuras 9A y 9B, pero muestra otra forma variante del patrón Primario 4 que tiene una densidad de caracteres de superficie de 2,0.
La Figura 10A es una vista en planta superior de otro patrón primario, designado patrón Primario 5, impreso en una lámina de material.
La Figura 10B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 10B-10B de la Figura 10A.
La figura 10C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 10C-10C de la figura 10A.
La Figura 11A es una vista en planta superior de otro patrón secundario, designado patrón Secundario 2, impreso en el material, esta vista muestra los caracteres individuales con una forma similar a un óvalo.
La Figura 11B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 11B-11B de la Figura 11A.
La Figura 11C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 11C-11C de la Figura 11A.
La Figura 12A es una vista en planta superior de otro patrón secundario, denominado patrón Secundario 3, impreso en una longitud de material, esta vista muestra los caracteres individuales con una forma similar a un limón.
La Figura 12B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 12B-12B de la Figura 12A.
La Figura 12C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 12C-12C de la Figura 12A.
La Figura 13A es una vista en planta superior de otro patrón primario, designado patrón Primario 6, impreso en una longitud de material.
La Figura 13B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 13B-13B de la Figura 13A.
La Figura 14A es otro ejemplo más de un patrón primario direccional entrecruzado, denominado patrón Primario 7, impreso en una longitud de material, este patrón es direccional tanto en la dirección longitudinal como transversal.
La Figura 14B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 14B-14B de la Figura 14A.
La Figura 14C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 14C-14C de la Figura 14A.
La Figura 15A es una vista fragmentaria de otro patrón no direccional similar a gravilla, designado como patrón Secundario 4, impreso en una longitud de material.
La Figura 15B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 15B-15B de la Figura 15A.
La Figura 15C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 15C-15C de la Figura 15A.
La Figura 16A es una vista en planta superior de otro patrón no direccional en forma de panal, designado patrón Secundario 4, impreso en la longitud del material.
La Figura 16B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 16B-16B de la Figura 15A.
La Figura 16C es una vista en sección horizontal transversal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 16C-16C de la Figura 16A.
La Figura 17 es una vista esquemática de un proceso para fabricar tubos de superficie mejorada.
La Figura 18A es un alzado lateral de un tubo redondo que tiene un recubrimiento opcional en su superficie exterior.
La Figura 18B es un alzado del extremo derecho del tubo redondo mostrado en la Figura 18A.
La Figura 18C es una vista de detalle ampliada del tubo redondo, tomada dentro del círculo indicado en la Figura 18B, y que muestra de manera particular el recubrimiento de la superficie exterior del tubo.
La Figura 19A es una vista isométrica de un tubo rectangular.
La Figura 19B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria, tomada generalmente en la línea 19B-19B de la Figura 19A, del tubo rectangular.
La Figura 19C es una vista de detalle ampliada de una porción de la pared del tubo rectangular, esta vista se toma dentro del círculo indicado en la Figura 19B.
La Figura 20A es un alzado lateral de un tubo en forma de U.
La Figura 20B es una vista en sección vertical transversal fragmentaria ligeramente ampliada de este, tomada generalmente en la línea 20B-20B de la Figura 20A.
La Figura 20C es una vista de detalle ampliada de una parte de la pared del tubo, esta vista se toma dentro del círculo indicado de la Figura 20B.
La Figura 21A es un alzado lateral de un rollo envuelto helicoidalmente que se forma por un tubo redondo que tiene superficies interior y exterior mejoradas.
La Figura 21B es una vista en planta superior del rollo que se muestra en la Figura 21A.
La Figura 21C es una vista en sección vertical fragmentaria ampliada de este, tomada generalmente en la línea 21C-21C de la Figura 21A, que muestra el tubo en el rollo.
La Figura 21D es una vista en detalle ampliada de manera adicional, que se toma dentro del círculo indicado de la Figura 21C, que muestra una porción de la pared del tubo.
La Figura 22 es una vista esquemática de un proceso para fabricar una aleta de superficie mejorada.
La Figura 23A es un alzado frontal de una primera aleta de superficie mejorada que tiene patrones primarios y secundarios impresos sobre esta y que tiene un tubo enfriador y aberturas de paso de flujo.
La Figura 23B es una vista en sección vertical fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 23B-23B de la Figura 23A.
La Figura 24A es un alzado frontal de una segunda aleta de superficie mejorada que tiene patrones primarios y secundarios impresos en este, y que tiene un tubo enfriador y aberturas de paso de flujo.
La Figura 24B es una vista en sección vertical fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 24B-24B de la Figura 24A.
La Figura 25A es un alzado frontal de una tercera aleta de superficie mejorada que tiene aberturas para tubo enfriador y aberturas de paso de flujo más pequeñas.
La Figura 25B es un alzado frontal de una cuarta aleta de superficie mejorada que tiene aberturas para tubo enfriador y aberturas de paso de flujo intermedias.
La Figura 25C es un alzado frontal de una quinta aleta de superficie mejorada que tiene aberturas para tubo enfriador y aberturas de paso de flujo más grandes.
La Figura 25D es un alzado frontal de una sexta aleta de superficie mejorada que tiene aberturas para tubo enfriador y una combinación de aberturas de paso de flujo más pequeñas, intermedias y más grandes.
La Figura 25E es un alzado frontal de una séptima aleta de superficie mejorada que tiene aberturas para tubo enfriador y otra combinación de aberturas de paso de flujo más pequeñas, intermedias y más grandes.
La Figura 26 es una vista esquemática de un intercambiador de calor mejorado que tiene en su interior un tubo de transferencia de calor de superficie mejorada.
La Figura 27A es una vista en planta desde abajo de un enfriador de líquido mejorado que tiene en su interior tubos de superficie mejorada.
La Figura 27B es una vista en sección horizontal fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 27B-27B de la Figura 27A.
La Figura 27C es un alzado lateral del enfriador mejorado que se muestra en la Figura 27A, con la cubierta colocada.
La Figura 27D es una vista en sección vertical fragmentaria de este, tomada generalmente en la línea 27D-27D de la Figura 27C, que muestra una vista en planta desde abajo de una de las aletas.
La Figura 27E es una vista de detalle ampliada de una parte de una de las aletas, esta vista se toma dentro del círculo indicado de la Figura 27D.
La Figura 28 es una vista esquemática de un recipiente de flujo de fluido que incorpora en su interior superficies mejoradas.
La Figura 29A es una vista en planta superior de una placa intercambiadora de calor que incorpora superficies mejoradas en su interior.
La Figura 29B es una vista de detalle ampliada de una parte de la placa del intercambiador de calor, esta vista se toma dentro del círculo indicado en la Figura 29A.
Descripción de las modalidades preferidas
Desde el principio, debe entenderse claramente que los números de referencia iguales se destinan a identificar los mismos elementos estructurales, porciones o superficies, de manera coherente a lo largo de las varias figuras de los dibujos, ya que tales elementos, porciones o superficies pueden describirse o explicarse con más detalle en toda la especificación escrita, de la cual es parte integrante esta descripción detallada. A menos que se indique de cualquier otra manera, los dibujos se destinan a leerse (por ejemplo, trazado, disposición de las porciones, proporción, grado, etc.) junto con la especificación, y deben considerarse una parte de la descripción escrita completa de esta invención. Como se usa en la siguiente descripción, los términos "horizontal", "vertical", "izquierda", "derecha", "arriba" y "abajo", así como sus derivados adjetivales y adverbiales (por ejemplo, "horizontalmente", "hacia la derecha", "hacia arriba", etc.), se refieren simplemente a la orientación de la estructura ilustrada cuando la figura del dibujo particular está frente al lector. De manera similar, los términos "hacia adentro" y "hacia afuera" generalmente se refieren a la orientación de una superficie con respecto a su eje de alargamiento, o eje de rotación, según sea apropiado. A menos que se indique de cualquier otra manera, todas las dimensiones establecidas en la presente especificación y en los dibujos adjuntos se expresan en pulgadas.
Con referencia ahora a los dibujos, y más particularmente a las Figuras 1-3 de estos, la presente invención proporciona en general un método mejorado para formar una pared de superficie mejorada 20 para su uso en un aparato para realizar un proceso. El aparato puede ser un dispositivo de transferencia de calor, un tipo de aparato de mezcla de fluidos (con o sin una función pertinente de intercambio de calor) o alguna otra forma de aparato.
Esta solicitud describe múltiples modalidades de paredes de superficie mejorada que tienen diversos patrones primarios y/o secundarios. La primera forma de modalidad se ilustra en las Figuras 1A-6d , la segunda en las Figuras 7A-7C, la tercera en las Figuras 8A-8C, la cuarta en las Figuras 9A-9C, la quinta en las Figuras 10A-10C, la sexta en las Figuras 11A-11C, la séptima en las Figuras 12A-12C, la octava en las Figuras 13A-13B, la novena en las Figuras 14A-14C, la décima en las Figuras 15A-15C, y la undécima en las Figuras 16A-16C. Estos diversos patrones pueden usarse en diversas combinaciones entre sí, y no son exhaustivos de todos los patrones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Un proceso de fabricación de un tubo de superficie mejorada se muestra esquemáticamente en la Figura 17, y varias variaciones de tales tubos se representan en las Figuras 18A-21D.
Un proceso para hacer una aleta de superficie mejorada se muestra esquemáticamente en la Figura 22 y varias variaciones de tales aletas se muestran en las Figuras 23A-25E.
En la Figura 26 se muestra esquemáticamente un intercambiador de calor mejorado que incorpora los tubos de superficie mejorada.
Un enfriador que incorpora tales aletas de superficie mejorada se representa en las Figuras 27A-27E.
En la Figura 28 se muestra otro recipiente de flujo de fluido que incorpora superficies mejoradas.
Por último, en las Figuras se muestra una placa mejorada que tiene varias superficies mejoradas 29A-29B.
Estas diversas modalidades y aplicaciones se describirán en serie a continuación.
Primera modalidad (Figuras 1A-6D)
En general, el método mejorado comienza al proporcionar una longitud de material, de la cual se indica generalmente una porción fragmentaria en 21. Este material puede ser una pieza de material en forma de placa, puede desenrollarse de un rollo o puede tener alguna otra fuente o configuración. El material puede ser rectangular con superficies iniciales planas superior e inferior 21a, 21b, respectivamente, y puede tener una línea central transversal longitudinal x-x que se coloca sustancialmente a medio camino entre estas superficies iniciales. Como se muestra en la Figura 3A, el grosor del material entre las superficies iniciales 21a-21b puede ser de aproximadamente 0,035 pulgadas y, por lo tanto, la separación nominal desde la línea central a cualquiera de las superficies puede ser de aproximadamente 0,0175 pulgadas.
El borde delantero del material en esta primera modalidad se pasa luego hacia la derecha (en la dirección de la flecha indicada en la Figura 1A) entre un par de primeros rodillos o troqueles superior e inferior 22a, 22b, respectivamente, que imprimen los patrones Secundario 1 sobre las superficies superior e inferior, respectivamente, del material. Las superficies superior e inferior del material después de que se imprimieron los patrones Secundarios 1 sobre estas, se indican en 23a, 23b respectivamente. A continuación, el material se traslada hacia la derecha entre un segundo par de rodillos o troqueles superior e inferior 24a, 24b, respectivamente, que imprimen patrones Primario 1 en las superficies superior e inferior, respectivamente, del material.
Las Figuras 2A y 3B muestran la forma y configuración del material después de que se imprimieron los patrones Secundario 1 sobre este. Los patrones Secundario 1 tienen la forma de una serie de adoquines entrelazados cuando se ven en el plano superior (Figura 2A), pero tienen formas onduladas o sinusoidales cuando se ven en sección transversal (Figura 3B).
Las Figuras 2B y 3C muestran la forma de los patrones Primario 1 si tales patrones se imprimieron en una lámina de material común normal, sin que se imprimieran los patrones Secundario 1 sobre esta. Como se muestra en las Figuras 2B y 3C, los patrones Primario 1 tienen la forma similar a una serie de funciones repetidas por etapas. En las Figuras 2B y 3C, la superficie superior del material se indica con 25a, y la superficie inferior de este se indica con 25b.
Por tanto, el material que sale de los segundos troqueles tiene los patrones Primario 1 y Secundario 1 superpuestos e impresos sobre este. Estas superficies superior e inferior del material que contiene los patrones Primario 1 y Secundario 1 superpuestos se indican en 26a, 26b, respectivamente.
Como se muestra en las Figuras 3A-3B, la etapa de imprimir los patrones Secundarios 1 en el material aumenta el grosor de pared del área inicial mínima del material de aproximadamente 0,035 pulgadas a aproximadamente 0,045 pulgadas. Como se muestra en las Figuras 3A y 3C, la etapa de imprimir los patrones Primario 1 en el material suministrado inicialmente aumentaría el grosor de la pared del área inicial de aproximadamente 0,035 pulgadas a aproximadamente 0,050 pulgadas. Sin embargo, como se muestra en la Figura 3d , cuando los patrones Primario 1 se superponen sobre los patrones Secundario 2, el grosor del material, distorsionado por los patrones Secundario 1 (es decir, 0,045 pulgadas), se distorsiona aún más a una dimensión de aproximadamente 0,052 pulgadas.
En los dibujos adjuntos, las Figuras. 2A-2C se dibujan a la misma escala (como se indica por las dimensiones de 6,0 x 6,0 en estas) y se ampliaron con respecto a la estructura mostrada en la Figura 1A. Las Figuras 3A-3D también se dibujan a la misma escala, que se amplía aún más con respecto a la escala de las Figuras 2A-2C, y se amplía mucho con respecto a la escala de las Figuras 1A-1B.
La Figura 4 muestra cómo los patrones Secundario 1 se imprimen en el material. Con este fin, los rodillos superior e inferior 22a, 22b imparten los patrones Secundario 1 ondulados sinusoidales que se alinean verticalmente entre sí de manera que el pico de uno se alinea con el valle del otro. El material 21 se deforma sólo parcialmente por los dos rodillos. Por lo tanto, el material tendrá una serie de concavidades en forma de hoyuelos indicadas en 27, separadas por convexidades arqueadas intermedias, indicadas individualmente en 28. En un proceso alternativo, el material podría deformarse completamente, o "acuñarse", entre los rodillos superior e inferior.
En la modalidad preferida, las etapas de imprimir los patrones primario y secundario en el material tienen el efecto de trabajar en frío el material. Sin embargo, en un proceso alternativo, el material podría calentarse y el proceso podría incluir la etapa de trabajarlo en caliente. Los patrones secundarios pueden ser iguales o diferentes entre sí. La etapa de imprimir el patrón secundario en el material aumenta la dimensión transversal máxima del material desde la línea central hasta el punto más alejado del material distorsionado hasta en un 135 % en un caso, 150 % en otro caso, 300 % en un tercer caso y 700 % en un cuarto caso, de la dimensión transversal máxima desde la línea central hasta el punto más alejado de las superficies iniciales. Las etapas de imprimir los patrones primarios y secundarios en el material no reducen materialmente la dimensión mínima del material, cuando se miden desde cualquier punto en una de las superficies distorsionadas hasta el punto más cercano en la opuesta de las superficies distorsionadas, por debajo del 95 % en un caso, y del 50 % en un segundo caso, de la dimensión mínima desde cualquier punto de una de las superficies iniciales hasta el punto cerrado de la superficie inicial opuesta.
Los patrones primarios que se imprimen en los lados opuestos del material pueden ser los mismos o pueden ser diferentes. La etapa de imprimir los patrones primarios en el material no reduce la dimensión mínima del material más distorsionado, cuando se mide desde la línea central a cualquier punto en cualquiera de las superficies más distorsionadas, por debajo del 95 % de la dimensión mínima del material, cuando se mide desde la línea central hasta una de las superficies iniciales.
Los patrones primarios que se imprimen en los lados opuestos del material pueden ser los mismos o pueden ser diferentes. La etapa de imprimir los patrones primarios en el material no reduce la dimensión mínima del material más distorsionado, cuando se mide desde la línea central a cualquier punto en cualquiera de las superficies más distorsionadas, por debajo del 50 % de la dimensión mínima del material, cuando se mide desde la línea central hasta una de las superficies iniciales.
En un aspecto, la etapa de imprimir los patrones primarios en cada una de las superficies puede aumentar aún más la dimensión desde la línea central hasta el punto más alejado del material más distorsionado.
Las superficies iniciales pueden ser planas o pueden suministrarse con algún patrón o patrones impresos en estas. La etapa de imprimir los patrones primarios y secundarios en el material puede ser mediante una operación de rigidización, una operación de estampado, una operación de laminado, una operación de prensado, una operación de grabado, o mediante algún otro tipo de proceso u operación. De manera similar, el material puede suministrarse con aberturas para tubo enfriador y/o con aberturas de paso de flujo de cualquier patrón que se desee.
El método puede incluir además la etapa adicional de doblar la pared de la superficie mejorada de modo que los extremos cercanos se coloquen adyacentes entre sí, y unir los extremos cercanos del material, como mediante soldadura, para formar un tubo de superficie mejorada. El método puede incluir la etapa adicional de proporcionar orificio s a través del material.
Como se indicó anteriormente, la pared de superficie mejorada puede instalarse en un intercambiador de calor, en algún tipo de aparato de manipulación de fluidos o también en otras formas de aparato.
Los patrones primarios pueden ser direccionales o no direccionales. La pared de superficie mejorada cumple con al menos una de las siguientes designaciones ASME/ASTM: A249/A, A135, A370, a 751, E213, E273, E309, E1806, A691, A139, A213, A214, A268, A 269, A270, A312, A334, A335, A498, A631, A671, A688, A691, A778, A299/A, A789, A789/A, A789/M, A790, A803, A480, A763, A941, A1016, A1012, A1047/A, A250, A771, A826, A851, B674, E112, A370, A999, E381, E426, E527, E340, A409, A358, A262, A240, A537, A530, A 435, A387, A299, A204, A20, A577, A578, A285, E165, A380, A262 y A179. Cada una de las designaciones anteriores se incorpora en la presente como referencia.
El material puede proporcionarse de un recubrimiento (por ejemplo, un enchapado, etc.) en al menos una parte de una de sus superficies iniciales, o tal(es) superficie(s) inicial(es) puede(n) tratarse químicamente (por ejemplo, por electropulido, etc.). Tal recubrimiento y/o tratamiento químico puede aplicarse sobre este antes, durante o después de la formación de las superficies mejoradas. Como se usa en la presente descripción, el término "porción" incluye un intervalo de 0-100 %.
La invención también incluye una pared de superficie mejorada que se forma mediante el método anterior.
Las Figuras 5A-5D muestran cómo se mide el grosor de pared de punto a punto durante varias etapas del método. Como se usa en la presente descripción, el término "grosor de pared de punto a punto" significa el grosor del material desde un punto en una superficie de este hasta el punto más cercano en la superficie opuesta de este. Por tanto, la Figura 5A muestra un micrómetro que mide el grosor inicial entre las superficies planas 21a, 21b. La Figura 5B muestra el micrómetro que mide el grosor de la pared después de que los patrones Secundario 1 se imprimieron en este. Esta vista muestra esquemáticamente dos orientaciones de medición, una de grosor vertical y la otra en ángulo, de modo que puede usarse el menor de los dos grosores medidos. La Figura 5C muestra cómo se mediría el grosor de la pared de punto a punto cuando el patrón primario se imprime en el material. Por último, la Figura 5D muestra el micrómetro que mide el grosor de pared de punto a punto del material después de que los patrones Primario 1 y Secundario 1 se imprimieron en este. Aquí nuevamente, el menor de los dos grosores medidos se usa como la medida del grosor mínimo de pared. Estas dos ilustraciones de la orientación del micrómetro no son exhaustivas de todas las posibles orientaciones de este.
La Figura 6A-6D muestra cómo se mide el grosor del área del material en varias etapas durante la modalidad del método. El grosor se mide al medir la distancia pico a pico de las superficies opuestas y, normalmente, abarcando varios picos a lo largo de cada una de las dos superficies. Por tanto, la Figura 6A muestra que el micrómetro mide el grosor del material suministrado inicialmente que tiene superficies planas superior e inferior 21a, 21b, respectivamente. Dado que estas superficies son planas, el micrómetro puede simplemente medir la distancia entre ellas. La Figura 6B muestra el micrómetro que mide el grosor del material después de que el patrón Secundario 1 se imprimiera en este. Tenga en cuenta que el micrómetro mide el grosor de pico a pico de las amplitudes de ambas superficies. La Figura 6C muestra el micrómetro que mide el grosor del material si los patrones Primario 1 se imprimieran en el material suministrado inicialmente. En esta vista, el micrómetro mide nuevamente el grosor de pico a pico a través de múltiples caracteres que se imprimen en las superficies. Por último, la Figura 6D muestra el micrómetro que mide el grosor de pared del material después de que los patrones Primario 1 y Secundario 1 se imprimieron en este.
Debido a que el "grosor de pared de punto a punto" significa el grosor del material desde un punto en una superficie de este hasta el punto más cercano en la superficie opuesta de este, a veces se requiere medir tal dimensión tanto verticalmente como en varios ángulos para determinar que es el grosor mínimo. Sin embargo, debido a que el "grosor del área" se refiere de un pico en una superficie a un pico en la dimensión de superficie opuesta, esto normalmente puede medirse verticalmente. El "grosor del área" preferentemente abarca múltiples picos en cada superficie.
Segunda modalidad (Figuras 7A-7C)
Un segundo patrón primario, designado patrón Primario 2, se ilustra en las Figuras 7A-7C, y generalmente se indica en 30. Este patrón parece ser similar a un panal elevado y tiene una superficie superior 31a y una superficie inferior 31b. Este patrón es direccional en la dirección vertical, pero no direccional en la dirección horizontal. Las secciones transversales verticales y horizontales se muestran en las Figuras 7B-7C.
Tercera modalidad (Figuras 8A-8C)
Las Figuras 8A-8C muestran otro patrón primario en forma de surco, designado patrón Primario 3. Este patrón generalmente se indica en 32. Este patrón es direccional en la dirección vertical, pero no direccional en la dirección horizontal. Las secciones transversales verticales y horizontales se muestran en las Figuras 8B-8C. Este patrón tiene ondulaciones sinusoidales, aunque de diferentes períodos, en cada una de las dos direcciones transversales ortogonales en sus superficies superior e inferior.
Cuarta modalidad (Figuras 9A-9C)
Las Figuras 9A-9C muestran otro patrón secundario designado como patrón Secundario 2. Este patrón comprende una serie de hendiduras en forma de hoyuelos en una superficie y convexidades alineadas verticalmente en la superficie opuesta. Estos hoyuelos pueden escalonarse o alinearse, según se desee. Este patrón se indica generalmente con 34 en la Figura 9A y se muestra con una superficie superior 35a.
Las Figuras 9B-9C muestran variaciones de densidad en el patrón mostrado en la Figura 9A. En la Figura 9A, el patrón se indica en 34' y la superficie superior se indica en 35a'. La densidad de superficie de los caracteres en forma de hoyuelos en el patrón 34 mostrado en la Figura 9A es 0,5 de la del patrón modificado 34' mostrado en la Figura 9B y 0,25 de la del patrón modificado adicionalmente 34” mostrado en la Figura 9C. Por tanto, la densidad de superficie de los caracteres en forma de hoyuelos en la Figura 9B es el doble de la que se muestra en la Figura 9A. De manera similar, la densidad de superficie de los caracteres en forma de hoyuelos en la Figura 9C es el doble de la densidad de superficie de los caracteres en la Figura 9B y cuatro veces la densidad de superficie de los caracteres mostrados en la Figura 9A.
Las Figuras 9A-9C se dibujan a la misma escala, como lo indican las dimensiones 6,0 x 6,0.
Quinta modalidad (Figuras 10A-10C)
Las Figuras 10A-10C muestran otro patrón primario en forma de chebrón designado como patrón Primario 4. Este patrón no es direccional en las direcciones horizontal y vertical. El patrón se indica generalmente en 36 y tiene superficies superior e inferior 38a, 38b.
Sexta Modalidad (Figuras 11A-11C)
Las Figuras 11A-11C muestran otra forma de patrón secundario designado patrón Secundario 2, impreso en el material. De esta forma, los hoyuelos o caracteres individuales tienen una forma similar a un óvalo. Tenga en cuenta que el período de los hoyuelos es diferente en las dos direcciones ortogonales, como se muestra en las Figuras 11B-11C. Este patrón se indica generalmente en 39, y se muestra con superficies superior e inferior 40a, 40b, respectivamente.
Séptima modalidad (Figuras 12A-12C)
Las Figuras 12A-12C muestran otro tipo de patrón secundario, denominado patrón Secundario 3. Los hoyuelos o caracteres de este patrón parecen tener una forma similar a un limón. Aquí nuevamente, tenga en cuenta que los períodos de los patrones son diferentes en cada una de las dos direcciones transversales ortogonales, como se muestra en las Figuras 12B-12C. Este patrón se indica generalmente en 41, y se muestra con superficies superior e inferior 42a, 42b, respectivamente.
Octava modalidad (Figuras 13A-13B)
Las Figuras 13A-13B se usan para ilustrar un patrón direccional, designado patrón Primario 6. Este patrón se indica generalmente en 43, y se muestra con superficies superior e inferior 44a, 44b, respectivamente. Tenga en cuenta que el patrón parece tener una serie de funciones escalonadas en sus superficies opuestas, como se muestra en la Figura 13B. Tenga en cuenta también que los caracteres se alinean de manera que cada proyección en una superficie se corresponde con una muesca en la otra superficie. Este patrón es direccional en dirección horizontal, pero no en dirección vertical.
Novena modalidad (Figuras 14A-14C)
Las Figuras 14A-14C muestran un patrón entrecruzado designado como patrón Primario 7, impreso sobre el material. Este patrón se indica generalmente en 45 y se muestra con una superficie superior 46a y una superficie inferior 46b. Este patrón es direccional (es decir, no se interrumpe) tanto en la dirección horizontal como en la vertical. Tenga en cuenta que el período de los caracteres es el mismo en ambas direcciones transversales ortogonales.
Décima modalidad (Figuras 15A-15C)
Las Figuras 15A-15C muestran un patrón secundario no direccional irregular, similar a gravilla, aunque repetitivo, impreso sobre el material. Este patrón se denomina patrón Secundario 4. Este patrón se indica generalmente en 48 y tiene superficies superior e inferior 49a, 49b, respectivamente. Las secciones transversales en los ejes ortogonales se muestran en las Figuras 15B-15C, respectivamente. En las Figuras 15B-15C, tenga en cuenta que la muesca en una superficie se alinea verticalmente con una proyección en la otra superficie. Este patrón no es direccional en el sentido de que el patrón se interrumpe en cada una de las direcciones horizontal y vertical. Como se usa en la presente descripción, el término "direccional" con respecto a un patrón significa que las líneas del patrón son continuas y no se interrumpen a lo largo de una dirección, mientras que el término "no direccional" significa que las líneas del patrón se interrumpen a lo largo de una dirección, aunque el patrón puede repetirse.
Undécima modalidad (Figuras 16A-16C)
Las Figuras 16A-16C muestran otro patrón secundario no direccional similar a un panal, designado patrón Secundario 5, impreso sobre un material. Este patrón se indica generalmente en 50 y se muestra con superficies superior e inferior 51a, 51b, respectivamente. Este patrón no es direccional en las direcciones vertical y horizontal. Método de fabricación de un tubo de superficie mejorada (Figura 17)
La Figura 17 representa un método para fabricar un tubo redondo que tiene superficies mejoradas. De acuerdo con este proceso, se desenrolla un rollo 52 que tiene los patrones primario y secundario (y, opcionalmente, cualquier tubo enfriador y aberturas de paso de flujo que se deseen). El borde delantero del material pasa a través de una serie de rodillos y troqueles de rodillo, que se indican individualmente en 53, dentro de los cuales el material tipo lámina plana se enrolla en un tubo redondo con los dos bordes longitudinales que se disponen muy adyacentes o, preferentemente, colindantes, entre sí. El tubo enrollado se pasa luego a través de una unidad de precalentamiento 54 y una unidad de soldadura 55 para soldar los bordes longitudinales. El tubo soldado se pasa luego a través de una unidad de calentamiento secundaria 56 para recocer la soldadura y el material, y luego se enfría en una unidad de enfriamiento 58. El tubo soldado enfriado se pasa luego a través de una desbarbadora para suavizar los bordes de la soldadura y se avanza más hacia la derecha mediante los rodillos 60, 60.
Tubo redondo (Figuras 18A-18C)
Los tubos pueden tener muchas formas y secciones transversales diferentes. Las Figuras 18A-18C representan un tramo de tubo redondo soldado que puede fabricarse mediante el proceso que se indica en la Figura 17. El tubo, que generalmente se indica en 62, se muestra con patrones primarios y secundarios. Como se muestra mejor en la Figura 18B, el tubo 62 tiene una sección transversal circular de pared delgada.
La pared exterior del tubo también se muestra con un recubrimiento 63 sobre ella. Este recubrimiento puede ser un enchapado o alguna otra forma de recubrimiento o laminación. Este recubrimiento es opcional y puede proporcionarse en cualquiera de las superficies mejoradas descritas en la presente descripción. El recubrimiento puede proporcionarse en la superficie interior o exterior de un tubo, según se desee.
Tubo rectangular (Figuras 19A-19C)
Como se señaló anteriormente, no todos los tubos tienen una sección transversal redonda. Algunos tubos tienen secciones transversales de forma ovalada, secciones transversales poligonales o similares.
Las Figuras 19A-19C representan un tubo 64 que tiene una sección transversal generalmente rectangular, con patrones primarios y secundarios en sus superficies interior y exterior. Este tubo puede, si se desea, formarse con un recubrimiento o puede tratarse químicamente.
Tubo en forma de U (Figuras 20A-20C)
Las Figuras 20A-20C representan un tubo redondo que se dobla para tener forma de U, cuando se ve en alzado. Este tubo, generalmente indicado en 65, tiene patrones primarios y secundarios en sus superficies interior y exterior. Bobina formada por tubo redondo (Figuras 21A-21D)
Las Figuras 21A-21D representan un rollo envuelto helicoidalmente que se forma a partir de un tramo de tubo redondo. Este rollo, indicado generalmente en 66, tiene patrones primarios y secundarios en sus superficies interior y exterior.
Método para fabricar una aleta de superficie mejorada (Figura 22)
La Figura 22 es una vista esquemática de un proceso para formar aletas de superficie mejorada. En este proceso, se desenrolla un rollo 68 de material con patrones primarios y secundarios. El borde delantero del material pasa alrededor de los rodillos locos 69a, 69b, c9c, y luego pasa entre un par opuesto de troqueles de rodillo 70a, 70b, que perforan o forman varios orificios (por ejemplo, orificios para tubo de enfriamiento y/u orificios de paso de flujo, en cualquier patrón que se desee) en el material. A continuación, el borde delantero se pasa a través de un segundo par de troqueles de rodillo 71a, 71b, que forman pestañas sobre el material. Después, el borde delantero se pasa por debajo de una cizalla de corte 72, donde se cortan las aletas, indicadas varias veces en 73, a partir del material enrollado. Estas aletas se mueven hacia la derecha por la acción de los rodillos 74.
Aletas que tienen aberturas para tubos de enfriamiento y aberturas para flujo continuo (Figuras 23A-25E)
Las Figuras 23A-25E muestran diferentes formas de aletas mejoradas que tienen diferentes combinaciones de patrones primarios y secundarios, y que tienen aberturas para tubo enfriador y aberturas de paso de flujo de diferentes tamaños.
Una primera forma de aleta se indica generalmente con 75 en las Figuras 23A-23B. En esta primera forma, los caracteres individuales de los patrones primario y secundario se indican en 76', 76", respectivamente. Las aberturas del tubo de enfriamiento (es decir, las aberturas en las aletas para acomodar el paso de varios tubos de enfriamiento (no mostrados)) se indican individualmente en 77, y las aberturas de paso de flujo relativamente pequeñas se indican individualmente en 78.
Una segunda forma de aleta se indica generalmente en 79 en las Figuras 24A-24B. En esta segunda forma, los caracteres individuales de los patrones primario y secundario se indican de nuevo en 76', 76", respectivamente. Las aberturas para tubo de enfriamiento y las aberturas de paso de flujo relativamente pequeñas se indican de nuevo con 77, 78, respectivamente. Debe notar que la segunda aleta 78 es más delgada y se distorsionó más profundo que la primera aleta 75.
En las Figuras 25A-25E se ilustran cinco aletas diferentes. En cada una de estas figuras, las aberturas u orificios para tubo de enfriamiento se indican con 77. La principal diferencia entre estas cinco figuras radica en el tamaño y la configuración de las aberturas de paso de flujo. En la Figura 25A, una tercera forma de aleta, indicada generalmente en 79, se muestra con una pluralidad de aberturas de paso de flujo de menor tamaño, indicadas individualmente en 80. En la Figura 25B, una cuarta forma de aleta, indicada generalmente en 79', se muestra con aberturas de paso de flujo de tamaño intermedio, indicadas individualmente en 80'. En la Figura 25C, una quinta forma de aleta, indicada generalmente en 79", se muestra con aberturas de paso de flujo de mayor tamaño, indicadas individualmente en 80". La Figura 25D ilustra una sexta forma de aleta que tiene varias columnas verticales de orificios de paso pequeños, intermedios y grandes. La Figura 25E ilustra una séptima forma de aleta que tiene otra combinación de orificios de paso pequeños, intermedios y grandes. En cada uno de estos casos, la aleta tiene patrones primarios y secundarios. Intercambiador de calor mejorado (Figura 26)
En la Figura 26 se muestra un intercambiador de calor mejorado, indicado generalmente en 81, con una carcasa exterior 82. Un tubo de transferencia de calor de superficie mejorada en forma de serpentina 83 se extiende entre una entrada de calor y una salida de calor en la carcasa. El fluido frío ingresa a la carcasa a través de una entrada de frío y fluye alrededor del tubo hacia una salida de frío, a través de la cual sale de la carcasa. Las conexiones de entrada y salida y/o la geometría del tubo pueden cambiarse según se desee.
Enfriador mejorado (Figuras 27A-27E)
Las Figuras 27A-27E representan un enfriador mejorado, generalmente indicado en 84. Este enfriador se muestra con una pluralidad de tubos de superficie mejorada, indicados individualmente en 85, que penetran en un fondo 86 y que se elevan hacia arriba a través de una pluralidad de aletas separadas verticalmente, indicadas individualmente en 88. Los tubos se enrollan a través de las aletas en forma de serpentina. Aquí también pueden cambiarse las conexiones de fluido y/o la geometría del tubo según se desee. Se muestra que cada aleta tiene una pluralidad de aberturas 89 para tubo enfriador para alojar el paso de los tubos. Cada aleta tiene patrones primarios y secundarios y, opcionalmente, puede tener una serie de aberturas de paso de flujo en cualquier patrón que se desee.
La Figura 27A representa una vista en planta del fondo del enfriador. La Figura 27B es una vista en sección vertical fragmentaria del enfriador, tomada generalmente en la línea 27B-27B de la Figura 27A, y muestra los tubos que pasan hacia arriba y hacia abajo a través de las aberturas alineadas para tubo enfriador en las aletas. La Figura 27C es un alzado lateral del enfriador. La Figura 27D es una vista en sección horizontal fragmentaria a través del enfriador, tomada generalmente en la línea 27D-27D de la Figura 27C, y muestra una vista en planta desde abajo de una de las aletas. Por último, la Figura 27E es una vista detallada ampliada de la parte inferior derecha de la aleta, esta vista se toma dentro del círculo indicado en la Figura 27D.
Recipiente de flujo de fluido mejorado (Figura 28)
Un recipiente de flujo de fluido mejorado se indica generalmente en 90 en la Figura 28. Se muestra que este recipiente incluye una columna de proceso, indicada generalmente en 91, que incluye una pluralidad de paredes superficiales mejoradas que se separan verticalmente, y se indican de manera individual en 92. El vapor se eleva hacia arriba a través de la columna al pasar secuencialmente a través de las diversas paredes, y el líquido desciende a través de la columna al pasar también a través de las diversas paredes. El vapor en la parte superior de la columna pasa a través del conducto 93 a un condensador 94. El líquido se regresa a la cámara superior dentro de la columna mediante un conducto 95. En la parte inferior de la columna de proceso, el líquido recogido se suministra a través de un conducto 96 a un rehervidor de superficie mejorada 98. El vapor que sale de este rehervidor se suministra a la cámara más baja de la columna a través de un conducto 99.
Placa intercambiadora de calor mejorada (Figuras 29A-29B)
La Figura 29A representa una placa intercambiadora de calor mejorada, indicada generalmente en 100. Una pluralidad de tales placas puede apilarse una encima de la otra, y las placas adyacentes pueden separarse de manera hermética por una junta (no mostrada) para definir pasos de flujo entre ellas. La Figura 29B muestra que porciones de la placa intercambiadora de calor pueden tener superficies mejoradas para facilitar la transferencia de calor. La Figura 29B muestra claramente que la parte de la placa que se ilustra puede tener patrones primarios 101 y patrones secundarios 102.
Por lo tanto, la presente invención proporciona en general un método mejorado para formar una pared de superficie mejorada para usar en un aparato para realizar un proceso.
Modificaciones
La presente invención contempla que puedan realizarse muchos cambios y modificaciones. Por ejemplo, aunque puede preferirse a formar el material de acero inoxidable, pueden usarse otros tipos de materiales (por ejemplo, diversas aleaciones de aluminio, titanio, cobre, etc., o diversas cerámicas). El material puede ser homogéneo o no homogéneo. Puede recubrirse o tratarse químicamente, antes, durante o después del método que se describe en la presente descripción. Como se ilustró anteriormente, los patrones primario y secundario pueden tener una variedad de formas y configuraciones diferentes, algunas regulares y direccionales y otras no. Pueden usarse los mismos tipos o configuraciones de caracteres en los patrones primarios y secundarios, con la diferencia que reside en la profundidad y/o densidad de superficie de tales caracteres. Los diversos dispositivos de transferencia de calor descritos en la presente descripción pueden estar completos en sí mismos, o pueden ser porciones de dispositivos más grandes, que pueden tener formas distintas a las que se muestran.
Por lo tanto, aunque se mostró y describió el método y aparato mejorados, y se discutieron varias modificaciones y cambios de estos, los expertos en esta técnica apreciarán fácilmente los diversos cambios y modificaciones adicionales que pueden realizarse, tal como se definen y diferencian en las siguientes reivindicaciones.

Claims (22)

REIVINDICACIONES
1. Un método para formar una pared de superficie mejorada (20) para su uso en un aparato para realizar un proceso, que comprende las etapas de:
proporcionar una longitud de material (21) que tiene superficies iniciales opuestas (21a, 21b), tal material que tiene una línea central longitudinal (x-x) que se coloca sustancialmente a medio camino entre tales superficies iniciales (21a, 21b), tal material (21) que tiene una dimensión transversal inicial medida desde tal línea central (x-x) hasta un punto en cualquiera de tales superficies iniciales (21a, 21b) que se ubica más alejada de tal línea central (x-x), cada una de tales superficies iniciales (21a, 21b) que tiene una densidad de superficie inicial, tal densidad de superficie que se define como el número de caracteres en una superficie por unidad de superficie proyectada;
imprimir patrones secundarios que tienen densidades de superficie de patrón secundario en cada una de tales superficies iniciales (21a, 21b), para distorsionar tal material (21) y aumentar las densidades de superficie en cada una de tales superficies (21a, 21b) y aumentar la dimensión transversal de tal material (21) desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal material distorsionado (21); e
imprimir patrones primarios que tienen densidades de superficie de patrones primarios en cada una de tales superficies distorsionadas, para distorsionar más tal material (21) y para aumentar aún más las densidades de superficie en cada una de tales superficies (21a, 21b);
caracterizado porque
la etapa de imprimir tal patrón primario en cada una de tales superficies (21a, 21 b) aumenta aún más la dimensión desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal material más distorsionado; y
la etapa de imprimir tales patrones primarios en tal material no reduce la dimensión mínima de tal material más distorsionado, cuando se mide desde tal línea central (x-x) hasta cualquier punto en cualquiera de tales superficies más distorsionadas, por debajo del 50 % de la dimensión mínima de tal material, cuando se mide desde tal línea central (x-x) hasta cualquiera de tales superficies iniciales (21a, 21b);
para proporcionar de esta manera una pared de superficie mejorada para su uso en un aparato para realizar un proceso.
2. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde cada densidad de superficie de patrón secundario es mayor que cada densidad de superficie de patrón primario.
3. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios en cada una de tales superficies iniciales incluye la etapa adicional de:
trabajar en frío tal material (21).
4. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones primarios en cada una de las superficies distorsionadas incluye la etapa adicional de:
trabajar en frío tal material (21).
5. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde tales patrones secundarios son los mismos.
6. El método como se establece en la reivindicación 5, en donde tales patrones secundarios se desplazan entre sí de manera que una dimensión máxima desde tal línea central (x-x) hasta una superficie distorsionada corresponderá a una dimensión mínima desde tal línea central (x-x) hasta la otra superficie distorsionada.
7. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios sobre tal material aumenta la dimensión transversal máxima de tal material desde tal línea central hasta el punto más alejado de tal material distorsionado hasta en un 135 % de la dimensión transversal máxima de tal línea central hasta el punto más lejano de tal superficie inicial.
8. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios sobre tal material (21) aumenta la dimensión transversal máxima de tal material desde tal línea central hasta el punto más alejado de tal material distorsionado hasta en un 150 % de la dimensión transversal máxima desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal superficie inicial (21a, 21b).
9. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios sobre tal material (21) aumenta la dimensión transversal máxima de tal material desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal material distorsionado hasta en un 300 % de la dimensión transversal máxima desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal superficie inicial (21a, 21b).
10. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios sobre tal material (21) aumenta la dimensión transversal máxima de tal material desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal material distorsionado hasta en un 700 % de la dimensión transversal máxima desde tal línea central (x-x) hasta el punto más alejado de tal superficie inicial (21a, 21b).
11. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios sobre tal material no reduce la dimensión mínima de tal material (21), cuando se mide desde cualquier punto en una de tales superficies distorsionadas hasta el punto más cercano en el lado opuesto de una de tales superficies deformadas, por debajo del 95 % de la dimensión mínima desde cualquier punto de una de tales superficies iniciales (21a, 21b) hasta el punto más cercano de la superficie inicial opuesta (21a, 21b).
12. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones secundarios sobre tal material (21) no reduce la dimensión mínima de tal material (21), cuando se mide desde cualquier punto de una de tales superficies distorsionadas hasta el punto más cercano en la opuesta de tales superficies deformadas, por debajo del 50 % de la dimensión mínima desde cualquier punto en una de tales superficies iniciales (21a, 21b) hasta el punto más cercano en la superficie inicial opuesta (21a, 21b).
13. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde tales patrones primarios son los mismos.
14. El método como se establece en la reivindicación 13, en donde tales patrones primarios se desplazan entre sí de manera que una dimensión máxima desde tal línea central (x-x) hasta una superficie más distorsionada corresponderá a una dimensión mínima desde tal línea central (x-x) hasta la otra superficie más distorsionada.
15. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde la etapa de imprimir tales patrones primarios sobre tal material (21) no reduce la dimensión mínima de tal material más distorsionado, cuando se mide desde tal línea central (x-x) hasta cualquier punto en cualquiera de tales superficies más distorsionadas, por debajo del 95 % de la dimensión mínima de tal material, cuando se mide desde tal línea central (x-x) hasta cualquiera de tales superficies iniciales (21a, 21b).
16. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde las superficies iniciales opuestas de tal material (21) son planas.
17. El método como se establece en la reivindicación 1, en donde las etapas de imprimir tales patrones incluyen la etapa de imprimir tales patrones mediante al menos una de las operaciones de estampado y laminado.
18. El método como se establece en la reivindicación 1, y que comprende además las etapas adicionales de:
doblar tal pared de superficie mejorada (20) de modo que los extremos cercanos se coloquen cerca entre sí; y
unir los extremos cercanos de tal material (21);
para formar de esta manera un tubo de superficie mejorada (62, 64, 65).
19. El método como se establece en la reivindicación 18, en donde la etapa de unir los extremos cercanos de tal material incluye la etapa adicional de:
soldar los extremos cercanos de tal material para unirlos.
20. El método como se establece en la reivindicación 1, y que comprende además la etapa adicional de:
proporcionar orificios a través de tal material.
21. El método como se establece en la reivindicación 1, y que comprende además la etapa adicional de:
instalar tal pared de superficie mejorada en un dispositivo de transferencia de calor.
22. El método como se establece en la reivindicación 1, y que comprende además la etapa adicional de:
instalar tal pared de superficie mejorada en un aparato de manipulación de fluidos.
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