ES2974689T3

ES2974689T3 - Intercambiador de calor para condiciones de servicio severas

Info

Publication number: ES2974689T3
Application number: ES18825021T
Authority: ES
Inventors: Krishna P Singh
Original assignee: Holtec International Inc
Current assignee: Holtec International Inc
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2024-07-01
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: CN110869688B; FI3645953T3; US11187471B2; EP3645953B1; EP3645953A4; WO2019005815A1; US20190003784A1; KR102406322B1; KR20200022478A; EP3645953A1; CN110869688A

Abstract

Un intercambiador de calor para condiciones severas de temperatura y flujo de fluido en una configuración incluye una primera carcasa longitudinal, una segunda carcasa longitudinal y una carcasa transversal que se extiende transversalmente entre las carcasas longitudinales. Las carcasas longitudinales pueden ser paralelas entre sí. Las carcasas están acopladas de forma fluida directamente entre sí para formar un espacio común del lado de la carcasa entre una placa tubular de entrada y salida. Se forma así un conjunto de carcasas generalmente en forma de U. El haz de tubos tiene una configuración complementaria en forma de U que comprende una pluralidad de tubos que se extienden a través de las carcasas longitudinales y transversales entre las placas de tubos. Una junta de expansión acopla de manera fluida cada armazón longitudinal a una de las placas tubulares. Las boquillas de entrada y salida del lado de la carcasa pueden estar acopladas de manera fluida a las juntas de expansión para introducir y extraer el fluido del lado de la carcasa del intercambiador de calor. En otra configuración, el intercambiador de calor puede tener forma de L con un haz de tubos de la misma configuración. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor para condiciones de servicio severas

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere en general a intercambiadores de calor y, más particularmente, a intercambiadores de calor de tipo carcasa y tubo adecuados para la industria de generación de energía.

Los intercambiadores de calor de tipo carcasa y tubo se utilizan en la generación de energía y otras industrias para calentar o enfriar varios fluidos de proceso. Por ejemplo, los intercambiadores de calor, como los calentadores de agua de alimentación, se emplean en los ciclos de generación de energía de Rankine en combinación con los grupos electrógenos de turbina de vapor para producir energía eléctrica. En tales aplicaciones, el fluido del lado de la carcasa (es decir, el fluido que fluye dentro de la carcasa externa a los tubos) es típicamente vapor y el fluido del lado del tubo (es decir, el fluido que fluye dentro de los tubos) es agua de alimentación. El vapor de baja presión expulsado de la turbina se condensa y forma el agua de alimentación. Generalmente se emplean múltiples calentadores de agua de alimentación en un ciclo de Rankine para aumentar secuencial y gradualmente la temperatura del agua de alimentación utilizando vapor extraído de varios puntos de extracción en la turbina de vapor. El agua de alimentación calentada se devuelve al generador de vapor, donde se convierte de nuevo en vapor para completar el ciclo. La fuente de calor utilizada para convertir el agua de alimentación en vapor en el generador de vapor puede ser un combustible nuclear o fósil.

En ciertas condiciones de funcionamiento, las altas tensiones longitudinales en la carcasa y el haz de tubos surgen de la expansión térmica diferencial debido a las diferencias en los coeficientes de expansión térmica del material de la carcasa y los tubos y las temperaturas del fluido entre las dos corrientes de flujo (lado del tubo y lado de la carcasa). En los intercambiadores de calor de lámina tubular fija que funcionan en condiciones de servicio severas a altas temperaturas (por ejemplo, temperaturas superiores a 500 grados F), el estrés inducido por la expansión diferencial es la mayor amenaza para la integridad y confiabilidad de la unidad. Otras alternativas de diseño utilizadas en la industria, como una carcasa recta con una junta de expansión de tipo fuelle en línea, una cabeza flotante exterior empaquetada, etc., sufren deméritos como el riesgo de fugas (diseño de cabeza empaquetada) o la reducción de la robustez estructural (diseño de junta de expansión).

Los diseños conocidos de intercambiadores de calor se muestran en los documentos publicados CN1 06802098, JPS574684U,y CN201772780 U

El documento KR100729705B1 describe un intercambiador de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Existe la necesidad de un diseño mejorado del intercambiador de calor que pueda compensar más eficazmente la expansión térmica diferencial.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor de acuerdo con el conjunto de reivindicaciones adjuntas. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos adecuados para el calentamiento de agua de alimentación y otras aplicaciones de calentamiento de fluidos de proceso de acuerdo con la presente descripción pueden compensar la diferencia térmica de una manera que supera los problemas con los diseños de placas tubulares fijas anteriores.

En un ejemplo descrito, el intercambiador de calor incluye una pluralidad de carcasas que pueden unirse y acoplarse entre sí de forma fluida en una variedad de formas geométricas poligonales o curvilíneas para formar un límite de retención de presión del lado de la carcasa singular integrado, y un haz de tubos que tiene una configuración complementaria al montaje de carcasa. Las carcasas pueden soldarse juntas en una construcción. Los espacios del lado de la carcasa dentro de cada carcasa del montaje están en comunicación fluida formando un espacio contiguo del lado de la carcasa a través del cual se enrutan los tubos del haz de tubos. Cabe señalar que el presente montaje de carcasas forma colectivamente un solo intercambiador de calor, ya que cada carcasa no es en sí misma un intercambiador de calor discreto o separado con su propio haz de tubos dedicado. Por lo tanto, el intercambiador de calor comprende una sola lámina tubular de entrada del lado del tubo y una sola lámina tubular de salida del lado del tubo ubicadas dentro de diferentes carcasas, como se describe adicionalmente en este documento

En el ejemplo descrito, el intercambiador de calor puede incluir dos o más carcasas rectilíneas dispuestas para formar una forma de U curvada continua con un haz de tubos que es paralelo al perfil axial curvilíneo del montaje de carcasa. El intercambiador de calor puede tener la forma general de la letra griega n ("PI") en una realización que comprende dos carcasas longitudinales paralelas y una carcasa transversal acoplada de forma fluida entre las carcasas longitudinales. Dos placas de tubos, una en los mismos extremos de cada carcasa longitudinal, definen la extensión del espacio y el volumen del lado de la carcasa dentro del intercambiador de calor. Cada extremo de la carcasa transversal puede taparse para crear un espacio lateral de la carcasa completamente secuestrado. Los espacios del lado de la carcasa en las carcasas longitudinal y transversal están en comunicación fluida, produciendo así una trayectoria de fluido del lado de la carcasa que se ajusta a la forma de la carcasa. Las patas del tubo, formadas en forma de "U" ancha o cuadrada, se sujetan en sus extremidades a una respectiva de las placas de tubos de una manera que crea juntas herméticas. Ventajosamente, los tubos curvos sirven para eliminar sustancialmente las altas tensiones longitudinales en la carcasa y el haz de tubos que surgen de la expansión térmica diferencial de las diferencias en los coeficientes de expansión térmica y temperaturas de fluido del material de la carcasa y el tubo entre las dos corrientes de flujo (lado de la carcasa y lado del tubo).

Las características comunes de las realizaciones de intercambiador de calor de carcasa curvilínea descritas en este documento son: (1) hay un solo paso de tubo y un solo paso de carcasa; (2) la disposición de las corrientes de fluido del lado del tubo y del lado de la carcasa puede ser completamente a contracorriente para producir la máxima transferencia de calor; (3) cada lámina tubular está unida a un cabezal o boquilla del lado del tubo; y (4) las múltiples carcasas del intercambiador de calor tendrán, en general, carcasas de menor diámetro que su contraparte convencional de tubo en U de carcasa única, lo que resulta ventajosamente en una menor expansión térmica diferencial entre cada carcasa de menor diámetro y el haz de tubos.

Otras áreas de aplicabilidad de la presente invención se harán evidentes a partir de la descripción detallada proporcionada a continuación.

Breve descripción de los dibujos

Las características de las realizaciones ejemplares se describirán con referencia a los siguientes dibujos donde los elementos similares se etiquetan de manera similar, y en los cuales:

La FIG. 1 es una vista en planta de un intercambiador de calor de acuerdo con la presente descripción;

La FIG. 2 es una vista en planta de un tubo del intercambiador de calor de la FIG. 1;

La FIG. 3 es una vista en sección transversal lateral parcial de una junta de expansión y una configuración de boquilla de entrada del lado de la carcasa del intercambiador de calor de la FIG. 1;

La FIG. 4 es una vista en sección transversal lateral parcial de una junta de expansión alternativa y una configuración de boquilla de entrada del lado de la carcasa;

La FIG. 5 es una vista lateral de un deflector del intercambiador de calor de la FIG. 1;

La FIG. 6 es una vista en sección transversal de una junta entre una carcasa longitudinal y transversal del intercambiador de calor de la FIG. 1 que muestra una placa deflectora de flujo del lado de la carcasa;

La FIG. 7 es una vista lateral en sección transversal de la boquilla de entrada del lado del tubo y la lámina tubular asociada, la junta de expansión y la carcasa longitudinal;

La FIG. 8 es una vista de extremo de la misma mirando hacia la boquilla de entrada;

La FIG. 9 es una vista en sección transversal tomada a través de las juntas de expansión de las FIGS. 3 o 4; y la FIG. 10 es una vista en planta de un intercambiador de calor que no forma parte de la presente invención, pero es útil para su comprensión.

Todos los dibujos son esquemáticos y no necesariamente a escala. Las partes que se muestran y/o reciben una designación numérica de referencia en una figura pueden considerarse las mismas partes cuando aparecen en otras figuras sin una designación numérica por brevedad, a menos que se etiqueten específicamente con un número de parte diferente y se describan en este documento.

Descripción detallada de la invención

Las características y beneficios de la invención se ilustran y describen en este documento mediante referencia a realizaciones ejemplares. Se pretende que esta descripción de realizaciones ejemplares se lea en relación con los dibujos adjuntos, que deben considerarse parte de toda la descripción escrita. Por consiguiente, la descripción no debe limitarse expresamente a dichas realizaciones ejemplares que ilustran alguna posible combinación no limitante de características que pueden existir solas o en otras combinaciones de características.

En la descripción de las realizaciones descritas en la presente, cualquier referencia a la dirección u orientación se pretende simplemente para conveniencia de descripción y no pretende limitar de ninguna manera el alcance de la presente invención. Los términos relativos tales como "inferior", "superior", "horizontal", "vertical", "arriba", "abajo", "arriba", "abajo", "parte superior" y "parte inferior", así como sus derivados (por ejemplo, "horizontalmente", "hacia abajo", "hacia arriba", etc.) deben interpretarse para referirse a la orientación como se describe entonces o como se muestra en el dibujo en discusión. Estos términos relativos son sólo para conveniencia de descripción y no requieren que el aparato se construya u opere en una orientación particular. Términos tales como "adjunto", "fijado", "conectado", "acoplado", "interconectado", y similares se refieren a una relación en donde las estructuras se aseguran o unen entre sí, ya sea directa o indirectamente a través de estructuras intermedias, así como uniones o relaciones móviles o rígidas, a menos que se describa expresamente lo contrario.

Las FIGS. 1-9 representan una primera realización de un intercambiador de calor de carcasa y tubos 100 de acuerdo con la presente descripción. El intercambiador de calor 100 incluye una primera carcasa longitudinal 101 que define un eje longitudinal LA1, una segunda carcasa longitudinal 102 que define un eje longitudinal LA2 y una carcasa transversal 103 que define un eje transversal TA1. Las carcasas longitudinales 101 y 102 son cilindricas y definen espacios internos abiertos del lado de la carcasa 108a, 108c, respectivamente, de la misma configuración para recibir y hacer circular un fluido del lado de la carcasa SSF. La carcasa transversal 103 es cilíndrica y define un espacio interno abierto del lado de la carcasa 108b de la misma configuración. Los espacios del lado de la carcasa 108a-108c están en comunicación fluida de modo que cada espacio del lado de la carcasa se abre completamente en espacios adyacentes del lado de la carcasa para formar un único espacio curvilíneo y contiguo común del lado de la carcasa para sostener un haz de tubos.

Cada carcasa 101-103 es linealmente alargada y recta con una longitud mayor que el diámetro. Las carcasas longitudinales 101, 102 pueden ser más largas que la carcasa transversal 103, que en algunas realizaciones tiene una longitud mayor que los diámetros de las carcasas longitudinales combinadas. En algunas realizaciones, cada una de las carcasas longitudinales 101 y 102 tiene una longitud mayor que el doble de la longitud de la carcasa transversal 103. En la realización ilustrada, las carcasas longitudinales 101, 102 tienen sustancialmente la misma longitud. En otras realizaciones, es posible que una cubierta longitudinal tenga una longitud más corta que la otra carcasa longitudinal.

En la presente configuración, las carcasas 101-103 están dispuestas colectivamente en la forma general de una "U", o más específicamente en la realización ilustrada en una forma de "PI" (como en la letra griega II). Cada una de las carcasas longitudinales 101, 102 tiene un primer extremo terminal 104 unido o acoplado de forma fluida directamente a la carcasa transversal 103 sin ninguna tubería o estructura intermedia, y un segundo extremo terminal opuesto 105 unido y acoplado de forma fluida a una placa tubular respectiva 131 y 130, como se muestra mejor en la FIG. 1. Las carcasas 101 y 102 pueden soldarse a la carcasa transversal 103 en una realización para formar una conexión de fluido sellada a prueba de fugas y un límite de retención de presión. Las carcasas longitudinales 101 y 102 están separadas lateralmente y dispuestas paralelas entre sí. La carcasa transversal 103 se extiende lateral y transversalmente entre las carcasas longitudinales en los extremos de la carcasa 104. En una realización, la carcasa transversal 103 está orientada perpendicularmente a las carcasas 101 y 102. La carcasa transversal 103 incluye un par de partes extremas opuestas en voladizo 103a, cada una de las cuales se extiende lateralmente hacia afuera más allá de la primera y segunda carcasas que definen extremos opuestos 106. Una tapa de extremo 107 está unida a cada extremo en voladizo mediante un método de unión a prueba de fugas adecuado, como la soldadura. Las tapas de extremo 107 pueden ser cualquier cabezal compatible con el Código de calderas y recipientes a presión ASME (B&PVC), incluidos los tipos de cabezal utilizados comúnmente, como los semiesféricos ("hemicabezales"), semielípticos (véase, por ejemplo, la FIG. 6), con bridas y en forma de plato, y plana. Las carcasas y otras porciones del intercambiador de calor 100 también se construyen para producir una construcción compatible con ASME B&PVC.

El intercambiador de calor 100 es esencialmente una estructura o montaje plano en el que las carcasas 101, 102 y 103 se encuentran sustancialmente en el mismo plano. El intercambiador de calor 100 puede montarse ventajosamente en cualquier orientación en un espacio tridimensional disponible en la instalación para adaptarse mejor a las necesidades arquitectónicas y mecánicas de la planta (recorridos de tuberías, ubicaciones de cimentación de soporte, líneas de ventilación y drenaje, etc.). Por consiguiente, el intercambiador de calor que se muestra en la FIG. 1 puede montarse verticalmente, horizontalmente o en cualquier ángulo entre ellos. Aunque las boquillas de entrada y salida del lado de la carcasa 121, 120 se ilustran como coplanarias con las carcasas 101 y 102 en la FlG. 1, en otras realizaciones, las boquillas de la carcasa se pueden girar y colocar en cualquier ángulo, según se desee, para acomodar los recorridos de las tuberías hacia y desde el intercambiador de calor sin pérdida de eficacia y eficiencia de rendimiento. En otras posibles realizaciones, una de las carcasas longitudinales 101 o 102 puede orientarse de forma no plana con la otra carcasa longitudinal girando la posición de una de las carcasas longitudinales en la carcasa transversal 103. Por ejemplo, la carcasa longitudinal 101 puede estar en la posición horizontal que se muestra en la FIG. 1 mientras que la carcasa longitudinal restante 102 puede estar en cambio en una posición vertical dispuesta perpendicularmente a la carcasa 101, o en cualquier ángulo entre 0 y 90 grados con respecto a la carcasa 101. Por lo tanto, los tubos se formarían para tener una configuración complementaria a la disposición y orientación de las carcasas 101-103 seleccionadas.

Continuando con la referencia general a las FIGS. 1-9, un haz de tubos en forma de U generalmente "cuadrado" 150 está dispuesto en las carcasas longitudinal y transversal 101-103. El haz de tubos 150 comprende una pluralidad de tubos cuadrados en forma de U 157 que se extienden de forma contigua desde la lámina de tubos de entrada del lado del tubo 130 de la carcasa longitudinal 102 a través de los espacios del lado de la carcasa 108a, 108b y 108c hasta la lámina de tubos de salida del lado del tubo 131 de la carcasa longitudinal 101. La FIG. 2 representa un solo tubo 157, reconociendo que el haz de tubos 150 comprende múltiples tubos de forma similar dispuestos en paralelo entre sí para formar un haz de tubos estrechamente empaquetado. Los tubos 157 son cilíndricos con una sección transversal circular o redonda. Los tubos 157 incluyen cada uno un par de patas de tubo rectas 151 y 153 separadas lateralmente y paralelas, y una pata de tubo cruzada recta 152 que se extiende transversal y perpendicularmente acoplada de manera fluida entre las patas 150, 151 por curvas de tubo curvadas y redondeadas en arco de 90 grados 154. Las curvas del tubo 154 tienen preferentemente un radio R1 igual o mayor que 2,5 veces el diámetro del tubo. La pata de tubo cruzada 152 puede tener una longitud menor que las dos patas de tubo rectas 151, 153. Cabe señalar que las patas del tubo 151-153 forman una estructura de tubo continua y contigua y un espacio en el lado del tubo. Cabe señalar que la presente construcción difiere de los haces de tubos en U convencionales que tienen grandes curvas de tubo curvadas de 180 grados redondeadas para conectar cada pata de tubo recta. Por lo tanto, la construcción convencional carece de la tercera sección recta y de curvas de tubo de 90 grados 154.

Los tubos 157 incluyen cada uno un primer extremo 155 definido por la pata 151 que se extiende a través de la placa tubular 130 y un segundo extremo 156 definido por la pata 153 que se extiende a través de la lámina tubular 131 (véase, por ejemplo, la FIG. 3). Las láminas tubulares 130, 131 incluyen cada una pluralidad de orificios pasantes 132 que se extienden axialmente y paralelos orientados paralelos a los ejes longitudinales LA1 y LA2 de las carcasas 101 y 102, respectivamente. Las partes de extremo terminal de los tubos 157 se reciben y se extienden completamente a través y dentro de los orificios pasantes 132 hasta la superficie o cara exterior 134 de las placas de tubos 130, 131 (un ejemplo de la cara 134 de la lámina tubular 130 se muestra en la FIG. 3). Los extremos abiertos 155 de los tubos 157 en la lámina tubular 130 reciben el fluido del lado del tubo TSF. Por el contrario, los otros extremos abiertos 156 de los tubos 157 en la lámina tubular 131 descargan el fluido del lado del tubo. Las láminas tubulares 130, 131 soportan las partes terminales de los tubos de una manera rígida.

Los tubos 157 están acoplados de forma fija a las placas de tubos 130, 131 de una manera sellada a prueba de fugas para evitar fugas del fluido del lado del tubo de mayor presión TSF al fluido del lado de la carcasa de menor presión SSF. El diferencial de presión entre el lado de la carcasa y el lado del tubo puede ser extremadamente grande para algunos calentadores de alta presión, lo que crea una mayor exposición a las fugas de la junta tubo a lámina tubular. Por ejemplo, las presiones de diseño del lado del tubo pueden variar de alrededor de 300 psig a más de 5000 psig para calentadores de agua de alimentación de alta presión, mientras que las presiones de diseño del lado de la carcasa pueden variar de alrededor de 50 psig a 1500 psig para calentadores de mayor presión. En algunas realizaciones, los tubos 157 pueden acoplarse rígidamente a las placas tubulares 130, 131 mediante expansión o expansión y soldadura; estas técnicas son bien conocidas en la técnica sin necesidad de elaboración adicional. Los procesos de expansión de tubos que se pueden utilizar incluyen expansión explosiva, de rodillos e hidráulica.

Los tubos 157 pueden estar formados por un metal de alta resistencia adecuado seleccionado por consideraciones tales como, por ejemplo, la temperatura y presión de servicio, los fluidos del lado del tubo y del lado de la carcasa, los requisitos de transferencia de calor, las consideraciones del tamaño del intercambiador de calor, etc. En algunos ejemplos no taxativos, los tubos pueden estar formados de acero inoxidable, Inconel, aleación de níquel u otros metales típicamente utilizados para intercambiadores de calor de generación de energía que generalmente excluyen el cobre que carece de la resistencia mecánica para tales aplicaciones.

Las placas de tubos 130, 131 tienen una estructura circular en forma de disco y un espesor axial adecuado para soportar tensiones térmicas cíclicas y proporcionar un soporte adecuado para los tubos 157. Cada una de las láminas tubulares puede tener un espesor sustancialmente mayor que el espesor de sus respectivas carcasas 101, 102 (por ejemplo, 5 veces o más) como se ilustra en la Figura 3. Las láminas tubulares 130, 131 incluyen una superficie o cara exterior vertical 134 y una superficie o cara interior 135. Las láminas tubulares 130, 131 pueden estar formadas de un metal adecuado, tal como acero que incluye aleaciones del mismo. Las láminas tubulares pueden estar formadas de acero inoxidable en una realización.

El borde exterior de las láminas tubulares 130, 131 se fabrica preferentemente tan delgado (radialmente) como sea posible dentro de las limitaciones del equipo de mecanizado, de modo que la expansión térmica diferencial en la dirección radial debido a la diferencia de temperatura entre la región perforada de las láminas tubulares que contienen orificios pasantes 132 y el borde periférico exterior sólido no produzca grandes tensiones de interfaz. El borde periférico exterior puede mecanizarse, según sea posible, para reducir el grosor del borde. Por lo general, el borde se puede hacer de tan solo 6,35 m (1/4 de pulgada) de espesor en algunos casos (medido desde el orificio del tubo más externo).

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, cada carcasa longitudinal 101, 102 se une preferentemente a su lámina tubular 130, 131 de una manera flexible mediante un "montaje de elemento de carcasa flexible" intermedio, tal como las juntas de expansión 110 y 111 (ver, por ejemplo, las FIGS. 1, 3, y 4). Las juntas de expansión 110, 111 pueden tener bridas y juntas de expansión acanaladas que proporcionan una construcción estructuralmente robusta y un servicio confiable a prueba de fugas en contraste con las juntas de expansión de tipo fuelle utilizadas para las carcasas de los intercambiadores de calor que generalmente son más susceptibles a fallas y fugas. Las juntas de expansión 110, 111 mitigan los niveles de tensión de la expansión térmica diferencial (radial) entre la carcasa y la lámina tubular en su interfaz, a diferencia de la soldadura directa de la carcasa a la lámina tubular en una disposición de lámina tubular fija rígida sin flexibilidad para adaptarse a la expansión térmica diferencial.

Refiriéndose particularmente a las FIGS. 3 y 4, una junta de expansión con brida y acanalada 110, 111 está formada en dos mitades (por ejemplo, la primera y la segunda mitad), cada una de las cuales incluye una porción con brida que se extiende radialmente 112 dispuesta perpendicularmente a los ejes longitudinales LA1 o<l>A2 de las carcasas longitudinales 101, 102, y una porción acanalada 113 que se extiende axialmente y paralela a los ejes LA1 o LA2. La porción con brida 112 está unida de forma fija, tal como mediante soldadura, a la porción acanalada 113, o puede formarse integralmente con la porción acanalada como una porción estructural unitaria integral de la misma que se produce a partir de una pieza de trabajo anular forjada o doblada para definir tanto las porciones con brida como las acanaladas de cada mitad. Las dos porciones estampadas 113 están conectadas rígidamente entre sí, por ejemplo, mediante soldadura. Las juntas de expansión 110, 111 se extienden circunferencialmente alrededor de la carcasa y tienen una construcción anular. Las juntas de expansión 110, 111 sobresalen radialmente hacia afuera más allá de la superficie exterior de las carcasas 101 y 102 como se muestra.

Una porción con brida 112 de una primera mitad de la junta de expansión 110 está unida de forma rígida y fija, por ejemplo, mediante soldadura, al extremo 105 de la carcasa longitudinal o 102. La otra porción con brida 112 de la segunda mitad de la junta de expansión 110 está unida de forma rígida y fija, por ejemplo, mediante soldadura a la placa tubular 130 (véanse, por ejemplo, las FIGS. 3 y FIG. 4). La superficie o cara interior 135 de la lámina tubular 130 mira hacia adentro a la junta de expansión 110. El mismo método de construcción y unión es aplicable a la otra junta de expansión 111 dispuesta en la carcasa longitudinal 101.

La FIG. 3 representa una construcción de ejemplo de las juntas de expansión 110, 111 en la que se proporciona una única parte acanalada 113 que forma un puente entre las dos porciones bridadas 112. La única porción fluida puede soldarse a cada porción bridada 112 en una realización. La FIG. 4 representa otra construcción ejemplar en la que un anillo anular intermedio 118 se suelda entre cada porción estampada 113 de la junta de expansión 110. Cabe señalar que las construcciones de cualquiera de las FIGs .3 y 4 se pueden utilizar para una o ambas juntas de expansión 110, 111. Sin embargo, son posibles otras construcciones. Las porciones constituyentes de las juntas de expansión 110, 111 se forman preferentemente de un metal adecuado para las condiciones de servicio encontradas. Los metales utilizables para las juntas de expansión incluyen acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones de níquel, como algunos ejemplos no limitantes.

Como se ilustra en la FIG. 3, el diámetro relativamente grande de las juntas de expansión 130, 131 proporciona la ubicación ideal para introducir (o extraer) el fluido del lado de la carcasa SSF en el intercambiador de calor 100 sin las velocidades locales excesivamente altas y la pérdida de presión que son endémicas de las ubicaciones típicas de las entradas y salidas del lado de la carcasa en las carcasas de los intercambiadores de calor. Además, la introducción de un fluido caliente del lado de la carcasa en el intercambiador de calor a través de la junta de expansión también es deseable porque la junta de expansión es la más adecuada para acomodar la expansión térmica diferencial entre la carcasa y el haz de tubos.

En una realización, las juntas de expansión 110, 111 asociadas con la salida y entrada del lado de la carcasa, respectivamente, definen cada una pared de montaje de boquilla anular orientada hacia afuera y que se extiende longitudinalmente 117. La pared 117 es sustancialmente recta en la dirección axial y paralela a los ejes longitudinales LA1 y LA2 para montar una boquilla de entrada del lado de la carcasa 121 y una boquilla de salida del lado de la carcasa 120. Por supuesto, la pared 117 está curvada de forma arqueada y convexa en la dirección radial.

Cada una de las juntas de expansión 110, 111 define además una cámara impelente de flujo anular 114 formada dentro de cada junta de expansión. Las cámaras impelentes de flujo 114 se extienden circunferencialmente alrededor de las carcasas longitudinales 101, 102 y se colocan radialmente más lejos hacia afuera y más allá de la superficie exterior de las carcasas como se muestra. Por lo tanto, las cámaras impelentes de flujo 114 están formadas por las partes de las juntas de expansión 110, 111 que sobresalen radialmente hacia afuera más allá de las carcasas 101 y 102. La cámara impelente de flujo 114 en la junta de expansión 110 define una cámara impelente de flujo de salida del lado de la carcasa y la cámara impelente 114 en la junta de expansión 111 define una cámara impelente de flujo de entrada del lado de la carcasa. Las boquillas laterales de la carcasa de entrada y salida 121, 120 están en comunicación fluida con su respectiva cámara impelente de flujo 114.

Con referencia a las FIGS. 1, 3 y 4, una boquilla de entrada del lado de la carcasa 121 está acoplada de manera fija y fluida a la pared de montaje de la boquilla 117 de la junta de expansión 111. De manera similar, una boquilla de salida del lado de la carcasa 120 está acoplada de manera fija y fluida a la pared de montaje de la boquilla 117 de la junta de expansión 111. Cada boquilla 120, 121 penetra completamente en su respectiva pared de montaje de boquilla 117 y está en comunicación fluida con su cámara impelente de flujo asociada 114 formada dentro de las juntas de expansión 110 y 111. En una realización, las boquillas 120 y 121 están orientadas perpendicularmente a los ejes longitudinales LA1 y LA2 para introducir o extraer el fluido del lado de la carcasa transversalmente en/desde el intercambiador de calor 100 como se muestra en la FIG. 1 (tenga en cuenta las flechas de flujo SSF del fluido direccional del lado de la carcasa). El fluido del lado de la carcasa fluye desde la boquilla de entrada 121 hacia la cámara impelente de flujo de entrada del lado de la carcasa 114 de la junta de expansión 111. El fluido del lado de la carcasa fluye desde la cámara impelente de flujo de salida del lado de la carcasa 114 en la junta de expansión 110 hacia la boquilla de salida 120.

Para ayudar a introducir uniformemente el fluido del lado de la carcasa en o extraer el fluido del lado de la carcasa de los espacios del lado de la carcasa 108a y 108c del intercambiador de calor 100, se proporcionan manguitos de distribución de flujo de entrada y salida anulares perforados del lado de la carcasa 115. Las FIGS. 3, 4 y 9 representan un ejemplo del manguito de distribución de flujo de salida 115 que reconoce que el manguito de distribución de flujo de entrada (no ilustrado por separado por brevedad) es idéntico en la presente realización. El manguito de distribución de flujo de entrada 115 está dispuesto dentro de la junta de expansión 111 y alineado concéntricamente con la carcasa longitudinal 101 y coaxial con el eje longitudinal LA1. El manguito de distribución de flujo de salida 115 está dispuesto dentro de la junta de expansión 110 y alineado concéntricamente con la carcasa longitudinal 102 y el eje longitudinal coaxial LA2. Por consiguiente, la línea central axial C de cada manguito 115 coincide con su eje longitudinal respectivo (véase, por ejemplo, la FIG. 9).

El manguito de distribución de flujo de entrada 115 está intercalado entre la cámara impelente de flujo de entrada del lado de la carcasa 114 y el espacio del lado de la carcasa 108a que se extiende hacia la junta de expansión 111. La carcasa de distribución de flujo de salida 115 está intercalada entre la cámara impelente de flujo de salida del lado de la carcasa 114 y el espacio del lado de la carcasa 108c que se extiende hacia la junta de expansión 110. El manguito de distribución de flujo de entrada 115 está en comunicación fluida con la boquilla de entrada del lado de la carcasa 121 y el espacio del lado de la carcasa 108a de la carcasa longitudinal 101. El manguito de distribución de flujo de salida 115 está en comunicación fluida con la boquilla de salida del lado de la carcasa 120 y el espacio del lado de la carcasa 108c de la carcasa longitudinal 102. En el lado de entrada de fluido del lado de la carcasa, el manguito de distribución de flujo 115 obliga al fluido a circular circunferencialmente alrededor de la cámara impelente de flujo de entrada del lado de la carcasa 114 antes de entrar en el espacio del lado de la carcasa 108a de la carcasa longitudinal 101 (opuesto a las flechas de flujo direccionales del lado de la carcasa SSF que se muestran en la FIG. 9). En el lado de salida de fluido del lado de la carcasa, el manguito de distribución de flujo 115 obliga al fluido a entrar en la cámara impelente de flujo de salida del lado de la carcasa 114 desde el espacio del lado de la carcasa 108c de la carcasa longitudinal 102 en un patrón de flujo circunferencial uniforme alrededor del manguito (como se muestra en la FIG. 9).

Cada uno de los manguitos de distribución de flujo de entrada y salida 115 incluye una pluralidad de orificios o perforaciones 116 para introducir o extraer el fluido del lado de la carcasa en o desde su carcasa longitudinal respectiva 101, 102. Los manguitos de distribución de flujo 115 pueden tener un diámetro sustancialmente coextensivo con el diámetro de su carcasa respectiva (ver, por ejemplo, las FIGS. 3 o 4). Las perforaciones 116 pueden estar dispuestas en cualquier patrón uniforme o no uniforme adecuado y pueden tener cualquier diámetro adecuado. Preferentemente, las perforaciones se distribuyen alrededor de toda la circunferencia del manguito de distribución de flujo 115 para promover la distribución uniforme del fluido del lado de la carcasa dentro o fuera de los respectivos espacios del lado de la carcasa 108a y 108c . Los manguitos 115 pueden estar hechos de cualquier metal adecuado, tal como acero, acero inoxidable, aleación de níquel u otro. Los manguitos 115 se pueden unir de forma fija a sus respectivas juntas de expansión 110 o 111, tal como mediante soldadura.

Con referencia a las FIGS. 1-9, la trayectoria de flujo del lado del tubo se origina con la boquilla de entrada del lado del tubo 140 acoplada de forma fluida a la lámina de tubos de entrada 130 para introducir el fluido del lado del tubo TSF en la parte del haz de tubos 150 dispuesta en la carcasa longitudinal 102 asociada con la salida del fluido del lado de la carcasa del intercambiador de calor 100. El fluido del lado del tubo fluye hacia los tubos 157 en la placa tubular 130 desde la boquilla 140 y a través del haz de tubos 150 hacia la placa tubular de salida 131 asociada con la carcasa longitudinal 101 y la entrada del fluido del lado de la carcasa hacia el intercambiador de calor 100. La boquilla de salida del lado del tubo 141 está acoplada de forma fluida a la lámina de tubos de salida 131 para descargar el fluido del lado del tubo desde el intercambiador de calor. Las boquillas 140 y 141 pueden soldarse a sus respectivas placas tubulares 130, 131 para formar una conexión de fluido a prueba de fugas. Cada una de las boquillas 140 y 141 está provista de extremos libres configurados para la conexión fluida a tuberías externas, como mediante soldadura, juntas bridadas y atornilladas, u otros tipos de acoplamientos mecánicos de fluidos. Las boquillas 140 y 141 pueden estar hechas de cualquier metal adecuado tal como acero y aleaciones del mismo como algunos ejemplos no limitantes. En una realización, las boquillas 140 y 141 pueden tener forma troncocónica como se muestra si es importante minimizar la pérdida de presión en la corriente del lado del tubo.

En algunas realizaciones, una pluralidad de enderezadores de flujo 170 alineados y dispuestos concéntricamente pueden proporcionarse opcionalmente dentro de la boquilla 140 y/o la boquilla 141 como se muestra en las FIGS. 7 y 8 para una distribución uniforme del flujo del lado del tubo (en el caso de la boquilla de entrada 140) o recolección (en el caso de la boquilla de salida 141). Los enderezadores de flujo 170 reducen ventajosamente la turbulencia en la corriente de fluido minimizando así la pérdida de presión. Preferentemente, los enderezadores de flujo 170 se configuran de forma complementaria a la forma de las boquillas 140 y 141. En una realización donde las boquillas 140, 141 tienen una forma troncocónica como se muestra, cada uno de los enderezadores de flujo 170 también tiene una forma similar, pero con diferentes diámetros. Los enderezadores de flujo 170 están separados radialmente formando una pluralidad de pasajes de flujo anulares a través de cada boquilla entre los enderezadores de flujo. En otras posibles realizaciones donde las boquillas 140, 141 pueden tener una pared recta en lugar de una forma troncocónica, los enderezadores de flujo 170 de manera similar pueden tener una pared recta.

El intercambiador de calor 100 incluye además una pluralidad de deflectores dispuestos transversalmente dentro de las carcasas longitudinales 101, 102 y la carcasa transversal 103 que soportan el haz de tubos 150 y mantienen la separación entre los tubos. Cuando la minimización de la pérdida de presión lateral de la carcasa es una consideración importante, los deflectores no segmentarios 180 (véanse, por ejemplo, las FIGS. 1 y 5) para mantener el flujo de fluido del lado de la carcasa en una configuración esencialmente axial (es decir, paralela a los ejes longitudinales LA1, LA2 y al eje transversal TA1. Los deflectores 180 comprenden una estructura enrejada abierta formada por una pluralidad de correas o placas que se cruzan diagonalmente formando aberturas en forma de diamante como se muestra. Los tubos ficticios se pueden utilizar para bloquear cualquier parte del flujo del lado de la carcasa para evitar el contacto íntimo y la interacción convectiva con los tubos. El número y la separación de los deflectores se seleccionan para garantizar la libertad y minimizar las vibraciones destructivas del tubo inducidas por el flujo que pueden provocar roturas del tubo.

En otras realizaciones, el haz de tubos 150 y sus tubos individuales 157 pueden estar soportados a intervalos adecuados por una combinación de deflectores cruzados no segmentarios y "segmentados" que son bien conocidos en la técnica sin elaboración indebida. Hay disponibles varias configuraciones de deflectores segmentados, comúnmente conocidos como segmentarios simples, segmentarios dobles, segmentarios triples, discos y rosquillas, etc. Se puede elegir una mezcla de tipos de deflectores para aprovechar la mayor parte de la pérdida de presión permitida a fin de maximizar el coeficiente de la película lateral de la carcasa al tiempo que se asegura un margen adecuado contra los diversos modos de vibración destructiva, como el remolino elástico de fluidos y el golpeteo turbulento. Los tubos 157 orientados y próximos a la boquilla de salida del lado de la carcasa 120 generalmente requieren un soporte lateral adicional para protegerlos del riesgo de vibración del tubo inducida por el flujo debido al aumento de las velocidades de flujo cruzado localizadas.

Cuando el manguito de distribución de flujo 115 como se describió anteriormente en este documento se utiliza en la junta de expansión 110 en la boquilla de salida del lado de la carcasa 120, el manguito actúa ventajosamente para reducir el flujo cruzado de la corriente de fluido del lado de la carcasa para minimizar la vibración del tubo inducida por el flujo. La misma protección contra la vibración del tubo inducida por flujo cruzado se aplica al manguito de distribución de flujo de entrada de fluido del lado de la carcasa 115 en la junta de expansión 111.

En algunas realizaciones, las placas deflectoras 160 como se muestra en la FIG. 6 se puede agregar opcionalmente a la región entre las carcasas longitudinales 101, 102 y la carcasa transversal 103 para minimizar los remolinos y vórtices donde el flujo experimenta un cambio de dirección. Las placas deflectoras de flujo 160 están dispuestas cerca de cada extremo 106 de la carcasa transversal 103 en las juntas que conectan las carcasas longitudinales 101, 102 a la carcasa transversal. Estos son los lugares donde el flujo del lado de la carcasa entra o sale de la carcasa transversal. Una lámina deflectora de flujo 160 se dispone preferentemente dentro del tercer espacio lateral de la carcasa 108b de cada porción de extremo de la carcasa transversal 103 y se extiende transversalmente a la carcasa transversal. Las placas deflectoras de flujo tienen un extremo o lado posicionado y soldado a la carcasa transversal 103 en el extremo terminal 104 de las carcasas longitudinales 101, 102. Los lados restantes de las placas deflectoras 160 están soldados alrededor de otras porciones de la carcasa transversal. Las placas deflectoras 160 tienen una forma de disco circular curvada de forma arqueada en algunas realizaciones (el lado o borde de las placas 160 se muestra en la FIGURA 6). Las placas deflectoras 160 pueden configurarse para sellar completamente las porciones de extremo en voladizo de la carcasa transversal 103 que se extienden lateralmente más allá de las carcasas longitudinales, de modo que se evite que el fluido del lado de la carcasa entre en contacto con las tapas de extremo 107. Por lo tanto, las placas deflectoras 160 crean espacios muertos de fluido completamente cerrados y sellados 161 en los extremos 106 de la carcasa transversal 103 entre las tapas de extremo 107 y las placas deflectoras. Las placas deflectoras 160 pueden estar hechas de cualquier metal adecuado compatible para soldar a las carcasas, tal como, por ejemplo, de modo no limitante, acero y aleaciones del mismo.

El intercambiador de calor 100 puede estar dispuesto para producir contraflujo entre los fluidos del lado de la carcasa y del lado del tubo SSF, TSF como se muestra en la FIG. 1 para maximizar la eficiencia de la transferencia de calor. El fluido del lado del tubo entra y sale del intercambiador de calor en una dirección axial paralela y coincidente con los ejes longitudinales LA2 y LA1, respectivamente. El fluido del lado de la carcasa entra y sale del intercambiador de calor en una dirección radial perpendicular a los ejes longitudinales LA1 y LA2, respectivamente. En otras realizaciones posibles, se puede utilizar el flujo simultáneo en el que los fluidos del lado de la carcasa y del lado del tubo fluyen en la misma dirección.

La FIG. 10 representa una realización alternativa, que no forma parte de la presente invención, pero es útil para su comprensión, de un intercambiador de calor 200 construido de acuerdo con los mismos principios y características ya descritos en este documento para el intercambiador de calor 100. El intercambiador de calor 200, sin embargo, tiene una disposición en forma de L de las carcasas 201, 203 y el haz de tubos 250. Otras características son las mismas que las del intercambiador de calor 100. Generalmente, el intercambiador de calor 200 incluye una única carcasa longitudinal 201 que define un espacio interno del lado de la carcasa 208a y una carcasa transversal 203 que define un espacio del lado de la carcasa 208b en comunicación fluida con el espacio del lado de la carcasa 208a. La carcasa transversal 203 está orientada perpendicularmente y acoplada de forma fluida al extremo terminal 204 de la carcasa 201. El otro extremo de la carcasa 201 está acoplado de forma fluida a la junta de expansión 110 que incluye la boquilla de salida del lado de la carcasa 120. La junta de expansión 110 está acoplada de forma fluida a la lámina tubular de entrada del lado del tubo 130 que está acoplada de forma fluida a la boquilla de entrada del lado del tubo 140. La junta de expansión 111 está acoplada de manera fluida entre un extremo terminal 206 de la carcasa transversal 203 y la lámina tubular de salida del lado del tubo 131 que está conectada a la boquilla de salida del lado del tubo 141. La tapa de extremo 207 está unida al extremo restante 206 de la carcasa transversal 203 que está formada en una porción de extremo en voladizo de la carcasa 203 que se extiende lateralmente más allá de la carcasa longitudinal 2201 como se muestra.

Cada una de las carcasas longitudinales 201 puede ser más larga que la carcasa transversal 203, que en algunas realizaciones tiene una longitud mayor que el diámetro de la carcasa longitudinal y, en algunos casos, una longitud mayor que el doble del diámetro de la carcasa longitudinal. En algunas realizaciones, la carcasa longitudinal 201 tiene una longitud mayor que dos veces la longitud de la carcasa transversal 203.

El haz de tubos 250 tiene forma de L y comprende una pluralidad de tubos 257 de la misma configuración. Los tubos 257 comprenden una pata de tubo recta 251 en la carcasa 201 y una pata de tubo recta 252 en la carcasa 203. Las patas de tubo rectas 251 y 252 están acopladas entre sí de manera fluida mediante una curva de tubo redondeada 254 para formar una trayectoria de flujo continua del lado del tubo para el fluido del lado del tubo entre las placas de tubos.

Las juntas de expansión 110 y 111 pueden ser las mismas que se describieron anteriormente en la presente con respecto al intercambiador de calor 100 que incluye manguitos de distribución de flujo 115 y cámaras impelentes de flujo 114. Las boquillas de entrada y salida del lado del tubo 140, 141 pueden ser iguales y pueden incluir enderezadores de flujo concéntricos 170. Una sola placa deflectora 160 puede estar dispuesta en la carcasa transversal 203 en la misma posición descrita para la carcasa transversal 103 cerca de la tapa de extremo 207 en la junta con la carcasa longitudinal 201. El intercambiador de calor 200 proporciona los mismos beneficios que el intercambiador de calor 100, incluida la capacidad de adaptarse a la expansión térmica diferencial entre el haz de tubos y las carcasas. El intercambiador de calor 200 puede estar dispuesto para producir un flujo a contracorriente entre los fluidos del lado de la carcasa y del lado del tubo como se muestra en la FIG. 10 para maximizar la eficiencia de la transferencia de calor. En otras realizaciones, el flujo puede ser co-flujo.

Las ventajas adicionales de los intercambiadores de calor 100 y 200 descritos en este documento incluyen: un requisito de espacio compacto; flexibilidad máxima con respecto a la instalación y orientación; riesgo reducido de tensiones severas por restricción de la expansión térmica; se mejora la capacidad de soportar transitorios térmicos y de presión; y la pérdida de presión del lado de la carcasa en la corriente de flujo se minimiza para un rendimiento óptimo de transferencia de calor mediante el uso de deflectores no segmentarios.

Si bien la descripción y los dibujos anteriores representan realizaciones preferidas o ejemplares de la presente invención, se entenderá que se pueden realizar diversas adiciones, modificaciones y sustituciones sin apartarse del alcance de la invención como se define en el conjunto de reivindicaciones adjunto. También tienen una forma similar pero con diferentes diámetros. Los enderezadores de flujo 170 están separados radialmente formando una pluralidad de pasajes de flujo anulares a través de cada boquilla entre los enderezadores de flujo. En otras posibles realizaciones donde las boquillas 140, 141 pueden tener una pared recta en lugar de una forma troncocónica, los enderezadores de flujo 170 de manera similar pueden tener una pared recta.

En algunas realizaciones, las placas deflectoras 160 como se muestra en la FIG. 6 se puede agregar opcionalmente a la región entre las carcasas longitudinales 101, 102 y la carcasa transversal 103 para minimizar los remolinos y vórtices donde el flujo experimenta un cambio de dirección. Las placas deflectoras de flujo 160 están dispuestas cerca de cada extremo 106 de la carcasa transversal 103 en las juntas que conectan las carcasas longitudinales 101, 102 a la carcasa transversal. Estos son los lugares donde el flujo del lado de la carcasa entra o sale de la carcasa transversal. Una placa deflectora de flujo 160 se dispone preferentemente dentro del tercer espacio lateral de la carcasa 108b de cada porción de extremo de la carcasa transversal 103 y se extiende transversalmente a la carcasa transversal. Las placas deflectoras de flujo tienen un extremo o lado posicionado y soldado a la carcasa transversal 103 en el extremo terminal 104 de las carcasas longitudinales 101, 102. Los lados restantes de las placas deflectoras 160 están soldados alrededor de otras porciones de la carcasa transversal. Las placas deflectoras 160 tienen una forma de disco circular curvada de forma arqueada en algunas realizaciones (el lado o borde de las placas 160 se muestra en la FIG. 6). Las placas deflectoras 160 pueden configurarse para sellar completamente las porciones de extremo en voladizo de la carcasa transversal 103 que se extienden lateralmente más allá de las carcasas longitudinales, de modo que se evite que el fluido del lado de la carcasa entre en contacto con las tapas de extremo 107. Por lo tanto, las placas deflectoras 160 crean espacios muertos de fluido completamente cerrados y sellados 161 en los extremos 106 de la carcasa transversal 103 entre las tapas de extremo 107 y las placas deflectoras. Las placas deflectoras 160 pueden estar hechas de cualquier metal adecuado compatible para soldar a las carcasas, tal como, por ejemplo, de modo no limitante, acero y aleaciones del mismo.

La FIG. 10 representa una realización alternativa de un intercambiador de calor 200 construido de acuerdo con los mismos principios y características ya descritos en este documento para el intercambiador de calor 100. El intercambiador de calor 200, sin embargo, tiene una disposición en forma de L de las carcasas 201,203 y el haz de tubos 250. Otras características son las mismas que las del intercambiador de calor 100. Generalmente, el intercambiador de calor 200 incluye una única carcasa longitudinal 201 que define un espacio interno del lado de la carcasa 208a y una carcasa transversal 203 que define un espacio del lado de la carcasa 208b en comunicación fluida con el espacio del lado de la carcasa 208a. La carcasa transversal 203 está orientada perpendicularmente y acoplada de forma fluida al extremo terminal 204 de la carcasa 201. El otro extremo de la carcasa 201 está acoplado de forma fluida a la junta de expansión 110 que incluye la boquilla de salida del lado de la carcasa 120. La junta de expansión 110 está acoplada de forma fluida a la lámina tubular de entrada del lado del tubo 130 que está acoplada de forma fluida a la boquilla de entrada del lado del tubo 140. La junta de expansión 111 está acoplada de manera fluida entre un extremo terminal 206 de la carcasa transversal 203 y la lámina tubular de salida del lado del tubo 131 que está conectada a la boquilla de salida del lado del tubo 141. La tapa de extremo 207 está unida al extremo restante 206 de la carcasa transversal 203 que está formada en una porción de extremo en voladizo de la carcasa 203 que se extiende lateralmente más allá de la carcasa longitudinal 2201 como se muestra.

Si bien la descripción y los dibujos anteriores representan realizaciones preferidas o ejemplares de la presente invención, se entenderá que se pueden realizar diversas adiciones, modificaciones y sustituciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En particular, será evidente para los expertos en la técnica que la presente invención puede incorporarse en otras formas, estructuras, disposiciones, proporciones, tamaños y con otros elementos, materiales y componentes, sin apartarse de las características esenciales de la misma. Además, se pueden realizar numerosas variaciones en los métodos/procesos aplicables descritos en este documento sin apartarse de la invención. Un experto en la técnica apreciará además que la invención puede usarse con muchas modificaciones de estructura, disposición, proporciones, tamaños, materiales y componentes y, de otro modo, usarse en la práctica de la invención, que se adaptan particularmente a entornos específicos y requisitos operativos sin apartarse de la presente invención. Por lo tanto, las realizaciones descritas en este documento deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, el alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas y no se limita a la descripción o realizaciones anteriores. Más bien, las reivindicaciones adjuntas deben interpretarse en sentido amplio, para incluir otras variantes y realizaciones de la invención, que pueden ser realizadas por los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor (100) que comprende:

una primera carcasa que se extiende longitudinalmente (101) que define un primer espacio lateral de carcasa (108a) y un primer eje longitudinal (LA1);

una segunda carcasa que se extiende longitudinalmente (102) que define un segundo espacio lateral de carcasa (108c) y un segundo eje longitudinal (LA2), la segunda carcasa dispuesta paralela a la primera carcasa;

una tercera carcasa transversal (103) que acopla de forma fluida la primera y segunda carcasas (101, 102) entre sí, la tercera carcasa se extiende lateralmente entre la primera y segunda carcasas y define un tercer espacio lateral de carcasa (108b) en comunicación fluida con el primer y segundo espacios laterales de carcasa (108a, 108c);

un haz de tubos (150) que comprende una pluralidad de tubos (157), cada uno de los cuales define un espacio del lado del tubo, el haz de tubos se extiende a través de la primera, segunda y tercera carcasas (101, 102, 103);

una boquilla de entrada del lado de la carcasa (121) acoplada de forma fluida a la primera carcasa (101);

una boquilla de salida del lado de la carcasa (120) acoplada de forma fluida a la segunda carcasa;

la tercera carcasa (103) está orientada perpendicularmente a la primera y segunda carcasas (101, 102), y la tercera carcasa está acoplada de manera fluida a un primer extremo terminal (104) de cada una de la primera y segunda carcasas (101, 102);

una primera lámina tubular (131) acoplada a un segundo extremo terminal (105) de la primera carcasa (101) y una segunda lámina tubular (130) acoplada a un segundo extremo terminal (105) de la segunda carcasa (102);

en donde un fluido del lado de la carcasa fluye en una trayectoria desde el primer espacio del lado de la carcasa (108a) a través del tercer espacio del lado de la carcasa (108b) hasta el segundo espacio del lado de la carcasa (108c);

el intercambiador de calor se caracteriza porque comprende, además

una primera junta de expansión (111) acoplada entre la primera lámina tubular (131) y el segundo extremo terminal (105) de la primera carcasa (101);

en donde la boquilla de entrada del lado de la carcasa (121) está acoplada de manera fluida a la primera junta de expansión (111), y en donde el fluido del lado de la carcasa se introduce en la primera carcasa (101) a través de la primera junta de expansión en una dirección radial.

2. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera junta de expansión (111) es una junta de expansión con bridas y acanalada que comprende una primera mitad y una segunda mitad, donde la primera y segunda mitades definen colectivamente un par de primeras y segundas porciones con bridas separadas axialmente (112), cada una de las cuales se extiende perpendicularmente al primer eje longitudinal, y un par de primeras y segundas porciones acanaladas (113), cada una de las cuales se extiende paralela al primer eje longitudinal, la primera y segunda porciones acanaladas se sueldan entre sí.

3. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera junta de expansión (111) define una pared de montaje de boquilla anular (117), la boquilla de entrada del lado de la carcasa (121) está acoplada de forma fluida y perpendicular a la pared de montaje de boquilla de la primera junta de expansión.

4. El intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además un manguito anular de distribución de flujo de entrada del lado de la carcasa (115) dispuesto dentro de la primera junta de expansión (111), el manguito de distribución de flujo de entrada en comunicación fluida con la boquilla de entrada del lado de la carcasa (121) y que comprende una pluralidad de perforaciones (116) para introducir el fluido del lado de la carcasa en el primer espacio del lado de la carcasa (108a) de la primera carcasa (101).

5. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además una cámara impelente de flujo de salida anular (114) formada dentro de la primera junta de expansión (111) entre la boquilla de entrada del lado de la carcasa (121) y el manguito de distribución de flujo (115), en donde el fluido del lado de la carcasa fluye desde la boquilla de entrada del lado de la carcasa hacia y circunferencialmente alrededor de la cámara impelente de flujo de salida anular y a través de las perforaciones en el manguito de distribución de flujo hacia el primer espacio del lado de la carcasa (108a) de la primera carcasa (101).

6. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la cámara impelente de flujo de salida anular (114) dentro de la primera junta de expansión (111) está dispuesta circunferencialmente alrededor de la primera carcasa (101) en una posición radial más hacia afuera que una superficie exterior de la primera carcasa.

7. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende:

una segunda junta de expansión (110) acoplada entre la segunda lámina tubular (130) y el segundo extremo terminal (105) de la segunda carcasa (102);

una cámara de distribución de flujo de salida anular (114) formada dentro de la segunda junta de expansión (110); un manguito de distribución de flujo de salida del lado de la carcasa (115) dispuesto dentro de la segunda junta de expansión (110) y que comprende una pluralidad de perforaciones (116); y

la boquilla de salida del lado de la carcasa (120) acoplada de manera fluida a la segunda junta de expansión (110), en donde el fluido del lado de la carcasa se evacua del segundo espacio del lado de la carcasa (108c) de la segunda carcasa (102) a través del manguito de distribución de flujo de salida (115), la cámara de distribución de flujo de salida anular (114) y la boquilla de salida del lado de la carcasa (120).

8. El intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, que comprende además una boquilla de entrada del lado del tubo (140) acoplada de forma fluida a la segunda lámina de tubos (130) para introducir un fluido del lado del tubo en la segunda carcasa (102) en una dirección axial y una boquilla de salida del lado del tubo (141) acoplada de forma fluida a la primera lámina de tubos (131) para extraer el fluido del lado del tubo de la primera carcasa en una dirección axial.

9. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el fluido del lado de la carcasa fluye en una dirección contraria al fluido del lado del tubo a través del intercambiador de calor (100).

10. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 9, en donde las boquillas de entrada y salida del lado del tubo (140, 141) tienen cada una forma troncocónica y están orientadas coaxialmente con el primer y segundo ejes longitudinales (LA1, LA2), respectivamente.

11. El intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde al menos una de la boquilla de entrada del lado del tubo (140) y la boquilla de salida del lado del tubo (141) comprende una pluralidad de enderezadores de flujo interno alineados concéntricamente (170).

12. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la tercera carcasa (103) incluye un par de porciones de extremo opuestas (103a), cada una de las cuales se extiende lateralmente hacia afuera más allá de la primera y segunda carcasas (101, 102) formando extremos en voladizo, y una tapa de extremo (107) unida a cada extremo en voladizo.

13. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además una placa deflectora de flujo (160) dispuesta dentro del tercer espacio lateral de la carcasa (108b) de cada porción de extremo (103a) y que se extiende transversalmente a la tercera carcasa (103), la placa deflectora de flujo tiene un extremo conectado al primer extremo terminal (104) de la primera y segunda carcasas (101, 102) respectivamente y configurado para evitar que el flujo lateral de la carcasa entre en contacto con las tapas de extremo (107).

14. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada uno de los tubos (157) del haz de tubos (150) tiene una forma de U cuadrada que comprende una primera sección recta (153) dispuesta en la primera carcasa (101), una segunda sección recta (151) dispuesta en la segunda carcasa (102) y orientada paralela a la primera sección recta, y una tercera sección recta (152) dispuesta en la tercera carcasa (103) y orientada perpendicularmente a la primera y segunda secciones rectas, la primera sección recta acoplada de forma fluida a la tercera sección recta a través de una sección curva redondeada de 90 grados (154), y las segundas secciones rectas acopladas de forma fluida a la tercera sección recta a través de una sección curva redondeada de 90 grados (154).

15. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera y segunda láminas tubulares (131, 130) están dispuestas lateralmente adyacentes y paralelas entre sí.