ES2912555T3

ES2912555T3 - Bobina intercambiadora de calor seco de pared doble con curvas de retorno de pared simple

Info

Publication number: ES2912555T3
Application number: ES13782020T
Authority: ES
Inventors: Tom Byrne
Original assignee: Evapco Inc
Current assignee: Evapco Inc
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2022-05-26
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: PL2841863T3; EP2841863A4; EP2841863A1; DK2841863T3; EP2841863B1

Abstract

Un intercambiador de calor que comprende una bobina de intercambio de calor (10) que comprende: una pluralidad de tubos de pared doble que atraviesan una trayectoria de flujo de aire prevista, una pluralidad de tubos de curvas de retorno de pared simple que conectan dichos tubos de pared doble; dichos tubos de curvas de retorno (18a; 18b) ubicados fuera de dicha trayectoria de flujo de aire prevista, dichos tubos de pared doble comprenden cada uno un tubo interior (16a) y un tubo exterior (20a); dichos tubos interiores se conectan a dicha pluralidad de tubos de curvas de retorno para definir una trayectoria de fluido a través de dicha bobina de intercambio de calor; y los respectivos extremos de dichos tubos exteriores se ubican fuera de dicha trayectoria de flujo de aire prevista, y el intercambiador de calor que comprende además cajas de curvas de retorno (30a, 30b) configuradas para alojar dichos tubos de curvas de retorno y los extremos de dichos tubos exteriores, caracterizado porque dicha bobina de intercambio de calor se configura para guiar el agua que circula, y el intercambiador de calor comprende un detector de fugas (40) para detectar la presencia de agua en al menos una de dichas cajas de curvas de retorno (30a).

Description

DESCRIPCIÓN

Bobina intercambiadora de calor seco de pared doble con curvas de retorno de pared simple

Esta patente

reivindica la prioridad de la Solicitud Provisional de EE. UU. Núm. 61/638,275.

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a intercambiadores de calor no evaporativos o "secos", particularmente los usados para enfriar transformadores de potencia marinos, aunque la invención puede usarse en cualquier entorno o situación donde se requieran o deseen soluciones de enfriamiento "seco".

Antecedentes de la Invención

Se conoce que el aire usado para enfriar un transformador pasa sobre una serie de bobinas a través de las cuales circula agua. Las bobinas de enfriamiento de transformadores secos de la técnica anterior consisten en una serie de tubos rectos de pared doble que terminan en cada extremo en cabezales compartimentados sellados. Los tubos interiores de los tubos rectos terminan en una cámara del cabezal y los tubos exteriores terminan en una cámara sellada separada del cabezal. El fluido de enfriamiento circula a través de los tubos interiores y a través de las cámaras correspondientes de los cabezales en cada extremo. El aire pasa solo sobre los tubos y los cabezales compartimentados se ubican fuera de la corriente de aire. Cualquier fuga en uno de los tubos interiores se captura por su tubo exterior correspondiente y viaja a la cámara del cabezal separada en la que terminan los tubos exteriores. Por lo tanto, cualquier agua de las fugas en los tubos interiores encuentra su camino hacia una cámara del tubo exterior en uno de los cabezales. Hay un detector de fugas en la parte inferior de cada una de las cámaras del tubo exterior para detectar la presencia de cualquier agua. Los cabezales se sellan entre sí y desde el exterior con juntas, pero pueden abrirse para su inspección. Las desventajas de este sistema incluyen el costo del material y la construcción compleja de los cabezales compartimentados, con tubos exteriores que terminan en una cámara y tubos interiores que terminan en otra cámara. Además, los cabezales compartimentados restringen la capacidad de conectar eficientemente la bobina.

El documento DE 19608049 describe un evaporador de refrigerante en un sistema de aire acondicionado de un vehículo para enfriar una corriente de aire hacia el compartimiento de pasajeros. El evaporador es un intercambiador de calor con una bobina serpentina para el refrigerante con conductos rectos de pared doble conectados por tubos de curvas de retorno de pared simple conectados a los tubos interiores de los tubos de pared doble. Los tubos de curvas de retorno y los extremos de los tubos rectos exteriores se proporcionan en cajas de retorno, desde donde puede drenarse una posible fuga.

El documento US 3467178 describe un aparato de enfriamiento de aire para un transformador que comprende una bobina de radiador con forma de serpentina.

Resumen de la Invención

La presente invención proporciona una alternativa elegante, segura y rentable a la técnica anterior.

Si bien no pretende limitar el alcance de la invención, la descripción de la presente descripción de la invención se presenta en el contexto de una solución de enfriamiento seco para aplicaciones marinas y otras aplicaciones "secas" donde la necesidad de evitar el contacto con el agua o la contaminación es crítica. En particular, la presente invención es particularmente adecuada para su uso en una unidad de enfriamiento usada para enfriar transformadores en barcos. Se requiere una solución de enfriamiento "seco" para los transformadores marinos porque si el contacto con el agua hace que un barco u otro transformador marino se cortocircuite y falle, el barco puede quedarse varado sin potencia. Por lo tanto, se requieren que los sistemas de enfriamiento de transformadores marinos sean sistemas "a prueba de fallas" que no expongan agua al transformador y que se proporcionan para el aislamiento y detección de cualquier fuga potencial en el sistema.

De acuerdo con el primer aspecto de la invención, se proporciona un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un sistema de enfriamiento de transformadores de acuerdo con la reivindicación 8.

Por lo tanto, se presenta de acuerdo con una realización de la invención, una bobina intercambiadora de calor no evaporativo que tiene una pluralidad de tubos interiores rectos conectados por una pluralidad de curvas de retorno. Las curvas de retorno permiten que el fluido se mueva de un lado a otro a través de los tubos interiores rectos de la bobina. Las curvas de retorno preferentemente se ubican fuera del flujo de aire que pasa sobre la bobina. Cada uno de los tramos rectos de los tubos interiores se sitúan dentro de un tubo exterior o de "seguridad" correspondiente. Los tubos exteriores terminan preferentemente en o antes de las curvas de retorno que conectan los tubos interiores entre sí, pero en cualquier caso, los extremos de los tubos exteriores se ubican fuera de la trayectoria del flujo de aire. Por lo tanto, los tramos rectos de la bobina de intercambio de calor son de pared doble o de tubo doble (tubo interior dentro de un tubo exterior), pero las curvas de retorno son de una pared simple o de un tubo simple. De acuerdo con una realización de la invención, las superficies interiores de los tubos exteriores se rizan, ranuran, nervan o se modelan de otro modo para crear tanto puntos de contacto como vacíos entre los tubos interiores y exteriores. Las fugas que se producen en los tubos interiores rectos se capturan por los tubos exteriores y el fluido que se escapa fluirá en el espacio entre los tubos interiores y exteriores, goteará o saldrá del extremo del tubo exterior, fuera de la trayectoria del flujo de aire, para capturarse en una bandeja de goteo o caja detectora de fugas en la parte inferior de la carcasa de la bobina. De acuerdo con una realización de la invención, las fugas que se producen en las curvas de retorno también se capturarán en la bandeja de goteo o en la caja detectora de fugas. La parte inferior de la carcasa de la bobina puede inclinarse de modo que solo se requiera un detector de fugas.

De acuerdo con una realización de la invención, capturar fugas fuera de la corriente de aire permite que un transformador seco continúe operando, a pesar de la existencia de una fuga. En el caso de un transformador marino en un barco, esta realización permite que un barco continúe operando el tiempo suficiente para regresar al puerto para su reparación.

De acuerdo con una realización de la invención, no se usan cabezales compartimentados, y ni las curvas de retorno ni los extremos de los tubos exteriores necesitan contenerse en carcasas especiales herméticas.

De acuerdo con una realización de la invención, conectar los tubos interiores mediante el uso de curvas de retorno, que de esta manera evita los cabezales compartimentados, permite una mayor flexibilidad en el diseño del circuito de la bobina.

De acuerdo con la invención, las curvas de retorno de los tubos interiores se ubican fuera y separadas de la trayectoria del flujo de aire sobre la bobina.

De acuerdo con la invención, los extremos de los tubos exteriores se ubican fuera y separados de la trayectoria del flujo de aire sobre la bobina.

De acuerdo con una realización, las curvas de retorno y los extremos de los tubos exteriores se ubican en una caja de curvas de retorno u otra parte de la carcasa que sale, pero se une a la carcasa principal. De acuerdo con una realización de la invención, la caja de curvas de retorno no necesita ser hermética.

De acuerdo con una realización de la invención, el fluido también puede introducirse y retornarse desde la bobina en una de las cajas de curvas de retorno. Los detectores de fugas pueden ubicarse en la parte inferior de las cajas de curvas de retorno. De acuerdo con una realización adicional de la invención, puede proporcionarse una bandeja de drenaje inclinada en la parte inferior de la bobina de modo que el agua recolectada de las fugas en un lado de la bobina drene al otro lado de la bobina para la detección mediante el uso de un solo detector de fugas. Preferentemente, cuando se detecta una fuga, el transformador puede apagarse, ya sea de forma automática o manual, para que pueda repararse la fuga.

De acuerdo con una realización de la invención, el espacio entre los tubos exteriores y los tubos interiores puede sellarse o cerrarse de otro modo en un extremo de la bobina, de modo que cualquier fuga en los tubos interiores salga solo en la caja de curvas de retorno en el extremo opuesto de la bobina. De acuerdo con una realización preferida, el espacio entre los tubos interiores y exteriores permanece abierto en el extremo del cabezal de la bobina, y se sella en el extremo opuesto de la bobina, de modo que el agua de las fugas en los tubos interiores viaje hacia abajo del interior de los tubos exteriores y dentro de la caja de curvas de retorno en el extremo del cabezal, donde se detecta por un detector de fugas. De acuerdo con esta realización, no hay necesidad de una bandeja de drenaje inclinada.

De acuerdo con una realización de la invención, las bobinas pueden situarse en la parte inferior de una carcasa o "caja" que se une a una caja de transferencia del transformador. Los ventiladores ubicados en la parte superior de la carcasa extraen aire de la caja de transferencia y lo empujan hacia abajo sobre las bobinas donde se enfría, y el aire enfriado entonces sale de la carcasa y retorna a la caja de transferencia. La transferencia de calor se facilita con el uso de aletas fijadas a las superficies exteriores de los tubos exteriores/de seguridad.

De acuerdo con una realización de la invención, las bobinas pueden ser un sistema abierto, en el que el agua se extrae de una fuente, circula a través de las bobinas y retorna a la fuente, o un sistema cerrado en el que la misma agua circula a través de las bobinas. En el caso de un sistema cerrado, el agua calentada por el aire que pasa sobre ellas se enfriará en un sistema separado antes de retornar a las bobinas de la presente invención.

Mientras la presente invención se describe en el contexto de un intercambiador de calor en el que se usa agua para enfriar el aire que, a su vez, se usa para enfriar un transformador de potencia, la invención es igualmente adecuada para otros tipos de intercambio de calor. Por ejemplo, los expertos en la técnica reconocerán fácilmente que la invención puede usarse igualmente para efectuar el intercambio de calor a la inversa, por lo que el aire que pasa sobre las bobinas puede usarse para recibir calor de un proceso/fluido industrial contenido en la bobina, que de esta manera enfría el fluido del proceso.

Descripción de los Dibujos

La descripción posterior de las realizaciones preferidas de la presente invención se refiere a los dibujos adjuntos, en donde:

La Figura 1A es un esquema de una sección de la bobina de intercambio de calor de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura IB es una representación de los principios de la invención, lograda con tubos rectos de pared doble/tubo doble conectados por curvas de retorno de pared simple/tubo simple.

La Figura 2A es una vista esquemática frontal de un intercambiador de calor que incluye una bobina de intercambio de calor de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 2B es una vista lateral esquemática del intercambiador de calor que se muestra en la Figura 2A. La Figura 3 es un dibujo en perspectiva frontal de una unidad de enfriamiento de aire del transformador, que incluye un intercambiador de calor de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 4 es un dibujo en perspectiva trasera de una unidad de enfriamiento de aire del transformador que se muestra en la Figura 3.

La Figura 5 es otro dibujo en perspectiva trasera de la unidad de enfriamiento de aire del transformador que se muestra en la Figura 3.

Descripción Detallada de la Invención

En la siguiente descripción, se describen numerosos detalles para proporcionar una explicación más minuciosa de la presente invención. Será evidente, sin embargo, para un experto en la técnica, que la presente invención puede ponerse en práctica sin estos detalles específicos.

La Figura 1A muestra una bobina de intercambio de calor 10 de acuerdo con una realización de la invención. La bobina de intercambio de calor 10 recibe fluido del cabezal 12 a través del tubo de conexión 14. El tubo de conexión 14 se conecta al tubo interior 16a. El fluido viaja a través de la bobina de intercambio de calor a través de los tubos interiores 16a, 16b y 16c, a través de las curvas de retorno 18a y 18b. Los tubos interiores 16a, 16b y 16c se expanden en los tubos exteriores 20a, 20b y 20c, respectivamente. De acuerdo con una realización de la invención, las superficies interiores de los tubos exteriores 20a, 20b y 20c tienen rizos, nervaduras u otras características superficiales 21 para crear tanto el contacto como vacíos entre los tubos interiores y exteriores para permitir el conducto de fluido entre ellos (ver Figura 1B). De acuerdo con una realización alternativa, la superficie exterior de los tubos interiores puede tener características espaciadoras o equiparse con dispositivos espaciadores para lograr el mismo propósito. Las aletas 22 se fijan a las superficies exteriores de los tubos exteriores para mejorar el intercambio de calor. El flujo de aire se dirige solo sobre la parte central 24 de la bobina. Las curvas de retorno 18a, 18b y los extremos 26 de los tubos exteriores 20a, 20b y 20c se ubican fuera de la trayectoria del flujo de aire.

De acuerdo con un método de fabricación de una bobina de acuerdo con la invención, los tubos exteriores se insertan en la matriz de aletas y se expanden hacia las aletas. Luego, los tubos interiores se insertan en los tubos exteriores y se expanden para proporcionar contacto en las superficies de contacto y vacíos en las ubicaciones sin contacto. Luego, las curvas de retorno pueden soldarse a los tubos interiores.

Si se produce una fuga en cualquiera de los tubos interiores 16a, 16b o 16c, se capturará en el tubo exterior correspondiente 20a, 20b o 20c, viajará hacia abajo a lo largo del tubo en el que se capturó en virtud de los vacíos creados entre los tubos por las características de la superficie interior 21 de los tubos exteriores 20a, 20b y 20c, luego caerán por el extremo del tubo exterior bajo la fuerza de la gravedad en una bandeja de goteo/bandeja de drenaje 28 en la caja de curvas de retorno 30a, 30b (Figura 2), fuera de la trayectoria del flujo de aire. De esta manera, la trayectoria del flujo de aire (y por lo tanto el transformador, o cualquier otro dispositivo hacia el que finalmente se dirija el aire) se protege de la contaminación del agua resultante de fugas en la bobina de intercambio de calor, y las fugas se detectan rápida y fácilmente, todo sin complicadas disposiciones de cabezales compartimentados anidados y sellados. Alternativamente, el espacio entre los tubos exteriores y los tubos interiores en un extremo de la bobina puede soldarse o sellarse de otro modo. De acuerdo con esta realización, el agua de las fugas en los tubos interiores cae fuera de los tubos exteriores solo en la caja de curvas de retorno en el extremo de la bobina que está opuesto al extremo donde el espacio entre los tubos interiores y exteriores se sella.

Las Figuras 2A y 2B muestran esquemas de una unidad de intercambio de calor 34 que incluye una bobina de intercambio de calor de acuerdo con la invención. Las cajas de curvas de retorno 30a y 30b se sitúan fuera de la carcasa principal de la unidad de intercambio de calor y contienen las curvas de retorno (no mostradas) en ambos extremos de los tubos interiores (también no mostrados). Se muestran las aletas 22 que, como se describió anteriormente, se fijan a las superficies exteriores de los tubos exteriores de la bobina de intercambio de calor. El cabezal 12 incluye entradas/salidas de fluido 32. De acuerdo con una realización de la invención, la bandeja de drenaje 28 puede proporcionarse con una pendiente entre las cajas de curvas de retorno de modo que el agua de las fugas recolectada en una caja de curvas de retorno se hace viajar al otro lado de la bobina donde puede detectarse con un detector de fugas. Alternativamente, de acuerdo con una realización de la invención donde los espacios entre los tubos interiores y los tubos exteriores se cierran, no se requiere una bandeja de drenaje inclinada entre las cajas de curvas de retorno, ya que el agua de cualquier fuga caerá solo en la caja de curvas de retorno en el extremo de la bobina opuesta al extremo donde se sellan los espacios entre los tubos interiores y exteriores.

Las Figuras 3-5 muestran diferentes vistas de una unidad de enfriamiento de aire del transformador 36, que incluye un intercambiador de calor de acuerdo con una realización de la invención. La unidad de enfriamiento de aire del transformador 36, incluye la caja de ventilador 38, que descansa encima de la unidad de intercambio de calor 34. Los ventiladores dentro de la caja de ventilador 38 extraen aire de una unidad de transferencia del transformador (no mostrada) a través de las rejillas 39 y dirigen el aire hacia abajo a través de la unidad de intercambio de calor 34. El aire pasa sobre los tubos (no visibles en las Figuras 3-5) y las aletas 22, para salir por la parte inferior de la unidad. Las curvas de retorno y los extremos de los tubos de seguridad exteriores se contienen en las cajas de curvas de retorno 30a y 30b, fuera de la trayectoria del flujo de aire, y la trayectoria del flujo de aire preferentemente se contiene dentro de la unidad de intercambio de calor 34. El agua entra en una de las entradas/salidas de fluido 32 y sale a través de la otra de acuerdo con las válvulas/ajustes de flujo de agua deseados. El detector de fugas 40 detecta la presencia de agua en la parte inferior de la caja de curvas de retorno 30a.

La disposición que se muestra en las Figuras 3-5 no debe considerarse para limitar la invención y, dada la presente descripción, los expertos apreciarán fácilmente que las características de la invención descritas en la presente descripción pueden usarse de acuerdo con cualquier número de aplicaciones y disposiciones de intercambio de calor. La bobina de intercambio de calor de la invención puede usarse de acuerdo con cualquier número de disposiciones donde el aire que pasa sobre la bobina debe protegerse del fluido contenido en las bobinas, siempre y cuando las curvas de retorno y los extremos de los tubos de "seguridad" exteriores se ubiquen fuera de la trayectoria del flujo de aire.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un intercambiador de calor que comprende una bobina de intercambio de calor (10) que comprende:

una pluralidad de tubos de pared doble que atraviesan una trayectoria de flujo de aire prevista, una pluralidad de tubos de curvas de retorno de pared simple que conectan dichos tubos de pared doble; dichos tubos de curvas de retorno (18a; 18b) ubicados fuera de dicha trayectoria de flujo de aire prevista, dichos tubos de pared doble comprenden cada uno un tubo interior (16a) y un tubo exterior (20a); dichos tubos interiores se conectan a dicha pluralidad de tubos de curvas de retorno para definir una trayectoria de fluido a través de dicha bobina de intercambio de calor; y

los respectivos extremos de dichos tubos exteriores se ubican fuera de dicha trayectoria de flujo de aire prevista,

y el intercambiador de calor que comprende además cajas de curvas de retorno (30a, 30b) configuradas para

alojar dichos tubos de curvas de retorno y los extremos de dichos tubos exteriores,

caracterizado porque dicha bobina de intercambio de calor se configura para guiar el agua que circula, y el intercambiador de calor comprende un detector de fugas (40) para detectar la presencia de agua en al menos una de dichas cajas de curvas de retorno (30a).
2. Una bobina de intercambio de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además características superficiales (21) en las superficies interiores de dichos tubos exteriores para crear puntos de contacto y vacíos entre dichos tubos interiores (16a) y tubos exteriores (20a).
3. Una bobina de intercambio de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además:

aletas (22) fijadas a dichos tubos exteriores (20a) para aumentar la capacidad de intercambio de calor de dicha bobina de intercambio de calor.
4. Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos una de dichas cajas de curvas de retorno (30a) comprende una bandeja de goteo (28).
5. Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además un detector de fugas (40) para detectar la presencia de agua en dicha bandeja de goteo (28) que se ha escapado de los tubos.
6. Una bobina de intercambio de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha bobina de intercambio de calor (10) es una bobina de enfriamiento de transformadores marinos.
7. Una bobina de intercambio de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los extremos de dichos tubos exteriores (20a) en un extremo de dicha bobina (10) se sellan a las superficies exteriores de los correspondientes tubos interiores (16a) de modo que el agua de las fugas en dichos tubos interiores escape de dichos tubos exteriores solo en el otro extremo de dicha bobina.
8. Un sistema de enfriamiento de transformadores, que comprende:

un sistema de movimiento de aire para mover aire sobre una bobina de intercambio de calor (10), y un detector de fugas,

la bobina de intercambio de calor que se configura para guiar el agua que circula, y que comprende: una pluralidad de tubos de pared doble que atraviesan una trayectoria de flujo de aire prevista, dichos tubos de pared doble comprenden cada uno un tubo interior (16a) y un tubo exterior (20a), caracterizándose el sistema porque

una pluralidad de tubos de retorno de pared simple (18a; 18b) conectan dichos tubos de pared doble; dichos tubos de curvas de retorno ubicados fuera de dicha trayectoria de flujo de aire prevista, y el sistema de enfriamiento de transformadores comprende, además

cajas de curvas de retorno (30a, 30b) configuradas para alojar dichos tubos de curvas de retorno (18a; 18b) y los extremos de dichos tubos exteriores,

y el sistema de enfriamiento comprende el detector de fugas (40) para detectar la presencia de agua en al menos una de dichas cajas de curvas de retorno (30a).
9. Un sistema de enfriamiento de transformadores de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende, además:

aletas (22) fijadas a dichos tubos exteriores (20a) para aumentar la capacidad de intercambio de calor de dicha bobina de intercambio de calor.
10. Un sistema de enfriamiento de transformadores de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además una bandeja de goteo (28) situada para recolectar el agua que gotea de uno o más extremos de dichos tubos exteriores (20a).
11. Un sistema de enfriamiento de transformadores de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los extremos de dichos tubos exteriores (20a) en un extremo de dicha bobina (10) se sellan a las superficies exteriores de los correspondientes tubos interiores (16a) de modo que el agua de las fugas en dichos tubos interiores escape de dichos tubos exteriores solo en el otro extremo de dicha bobina.