ES2979142T3 - Dispositivo separador - Google Patents

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ES2979142T3 ES17718139T ES17718139T ES2979142T3 ES 2979142 T3 ES2979142 T3 ES 2979142T3 ES 17718139 T ES17718139 T ES 17718139T ES 17718139 T ES17718139 T ES 17718139T ES 2979142 T3 ES2979142 T3 ES 2979142T3
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Antonius Gerardus Wilhelmus Maria Lamers
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Abstract

Dispositivo y método para separar una fracción ligera, como burbujas de gas, y/o una fracción pesada, como residuos, de un flujo de líquido. El dispositivo incluye un elemento tubular (2) que tiene una pared (4) con una entrada (6) y una salida (8) que forman un espacio interno (10) que forma un canal de flujo de líquido (12). El espacio interno (10) incluye un elemento helicoidal (16) para impartir una velocidad tangencial al líquido que fluye a través del elemento tubular (2). El dispositivo incluye además al menos un canal separador para eliminar residuos y/o burbujas de gas del canal de flujo de líquido (12), estando el al menos un canal separador en comunicación con el canal de flujo de líquido (12) a lo largo de al menos una parte de una longitud del elemento helicoidal (16). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo separador
Campo de la invención
La invención se relaciona con un dispositivo separador para separar una fracción ligera y/o una fracción pesada de un flujo de líquido. Más en particular, la invención se relaciona con separar burbujas de gas y/o restos de un flujo de líquido. Más en general, la invención se relaciona con sistemas de calentamiento y/o enfriamiento.
Antecedentes de la invención
Los sistemas de calentamiento y/o enfriamiento son conocidosper se.Muchos de estos sistemas incluyen un circuito cerrado que comprende un medio de calentamiento y/o enfriamiento, tal como un líquido. En estos sistemas, el gas puede estar presente dentro del circuito cerrado. El gas puede ser gas libre, por ejemplo burbujas o cabezas de gas dentro de componentes en el circuito cerrado, o gas disuelto en el medio líquido de calentamiento y/o enfriamiento. Se prefiere retirar el gas del medio.
Se conocen sistemas de calentamiento y/o enfriamiento que tienen un dispositivo de desgasificación que comprende una válvula que se abre, por ejemplo manualmente, durante el mantenimiento para retirar el gas del circuito cerrado. También, se conocen dispositivos de desgasificación automática, tales como dispositivos de desgasificación automática de microburbujas. Una clase especial de dispositivos de desgasificación usados en sistemas de calentamiento y/o enfriamiento son los separadores de vórtice de gas-líquido. Estos separadores generan un vórtice y dependen de fuerzas centrífugas para separar el gas del líquido.
Uno de tal separador de vórtice se conoce a partir de US 4,555,253 y está adaptado para conectarse en un sistema cerrado de circulación de líquido. El separador tiene un cuerpo principal vertical con un tubo de entrada que dirige el flujo de agua tangencialmente en el cuerpo principal en un vórtice horizontal. En el flujo tangencial se forman burbujas y se elevan para ser purgadas del flujo. Debajo del punto donde se forman las burbujas se posiciona un tubo de salida en el cuerpo principal para drenar el agua desde el cuerpo principal. Sin embargo, se ha encontrado que el potencial de tal separador de vórtice conocido para retirar microburbujas del líquido deja mucho que desear.
El documento EP2445603B1 se relaciona con un separador de fases que comprende un alojamiento con una entrada principal y una salida principal y una o más salidas secundarias, la entrada principal dispuesta para permitir que la mezcla multifásica entre al separador de fases y la salida principal dispuesta para permitir que la mezcla multifásica tratada salga del separador de fases, es decir después de la separación de las entidades de fase desde la mezcla multifásica, la una o más salidas secundarias dispuestas para permitir que las entidades de fase separadas salgan del separador de fases, en donde el separador de fases comprende además medios de compartimentación.
Resumen de la invención
Un objetivo es proporcionar un dispositivo separador con eficiencia mejorada para separar gas y/o partículas del flujo de líquido.
Para ello se proporciona un dispositivo separador para separar una fracción ligera, tal como gas y/o burbujas de gas, y/o una fracción pesada, tal como restos, de un flujo de líquido, de acuerdo con la reivindicación 1. Aunque generalmente el gas y/o burbujas de gas y/o restos deben separarse en un sistema de calentamiento y/o enfriamiento, el dispositivo separador también se puede usar para separar una fracción ligera, tal como un líquido que tiene una densidad menor que el líquido principal, y/o una fracción pesada, tal como un líquido que tiene una densidad mayor que el líquido principal del flujo de líquido principal. El dispositivo separador incluye un miembro tubular que tiene una pared con una entrada y una salida que forman un espacio interno que forma un canal de flujo de líquido. El espacio interno incluye un miembro helicoidal para impartir una velocidad tangencial al líquido que fluye a través del miembro tubular. Por tanto se genera un vórtice en el canal de flujo de líquido. El dispositivo separador incluye además al menos un canal separador para retirar restos y/o gas y/o burbujas de gas del canal de flujo de líquido. El al menos un canal separador está en comunicación con el canal de flujo de líquido a lo largo de al menos parte de una longitud del miembro helicoidal.
La velocidad tangencial hace que las burbujas migren hacia el eje del vórtice. Por lo tanto, las burbujas de gas y/o el líquido que contiene burbujas se pueden drenar desde el cuerpo tubular a través del canal separador cuando está posicionado en o cerca del cuerpo tubular central. Adicionalmente, o alternativamente, la velocidad tangencial hace que las partículas que tienen una densidad superior a la del líquido migren lejos desde el eje del vórtice hacia la pared del cuerpo tubular. Por lo tanto, las partículas y/o líquido que contiene partículas se pueden drenar del cuerpo tubular a través del canal separador cuando está posicionado en la pared del cuerpo tubular.
La pared del miembro tubular incluye al menos una abertura para restos en dicha al menos parte de la longitud del miembro helicoidal para permitir que los restos salgan del canal de flujo de líquido. La al menos una abertura para restos se puede posicionar a lo largo sustancialmente de toda la circunferencia de la pared. El dispositivo separador puede incluir un conducto para restos en comunicación con la al menos una abertura para restos para guiar los restos lejos del canal de flujo de líquido. El conducto para restos puede extenderse desde la pared en una dirección hacia abajo.
Alternativamente, o adicionalmente, el espacio interno del miembro tubular incluye un cuerpo hueco. El miembro helicoidal puede estar dispuesto entre el cuerpo hueco y la pared. El cuerpo hueco puede incluir al menos una abertura para burbujas en dicha al menos parte de la longitud del miembro helicoidal para permitir que las burbujas salgan del canal de flujo de líquido. La al menos una abertura para burbujas puede estar posicionada sustancialmente a lo largo de toda la circunferencia del cuerpo hueco. El dispositivo separador puede incluir un conducto para burbujas en comunicación con la al menos una abertura para burbujas para guiar las burbujas lejos del canal de flujo de líquido. El conducto para burbujas puede extenderse desde el cuerpo hueco en una dirección hacia arriba.
Opcionalmente, un diámetro del cuerpo hueco aumenta en dirección corriente abajo. Esto ayuda a aumentar la velocidad tangencial del vórtice en relación con la velocidad axial.
El al menos un canal separador que está en comunicación con el canal de flujo de líquido a lo largo de al menos parte de una longitud del miembro helicoidal, por ejemplo, la al menos una abertura para restos que está posicionada en la pared en la ubicación del miembro helicoidal, o la al menos una abertura para burbujas que está posicionada en una superficie del cuerpo hueco en la ubicación del miembro helicoidal, proporciona la ventaja de que la velocidad tangencial del vórtice aún no decae como sería el caso si el al menos un canal separador estuviera en comunicación con el canal de flujo de líquido corriente abajo del miembro helicoidal.
Opcionalmente, la al menos una abertura para burbujas está posicionada al menos parcialmente corriente abajo de la al menos una abertura para restos. Esto proporciona la ventaja de que el drenaje de los restos, o del líquido que contiene los restos del canal de flujo de líquido provoca una caída en presión que provoca una generación adicional de burbujas y/o crecimiento de burbujas. Por tanto, la al menos una abertura para burbujas que está posicionada al menos parcialmente corriente abajo de la al menos una abertura para restos provoca una separación de gas mejorada a través de la abertura para burbujas.
El miembro tubular incluye una abertura de retorno para permitir que el líquido que salió del canal de flujo de líquido a través del al menos un canal separador reingrese en el canal de flujo de líquido. A medida que el líquido que contiene restos y/o líquido que contiene burbujas se drena desde el canal de flujo de líquido, los restos y/o las burbujas pueden acumularse corriente abajo del al menos un canal separador. De este modo, el líquido puede salir de la trayectoria de flujo de líquido a través de la abertura para restos y/o la abertura para burbujas. El líquido que sale del canal de flujo de líquido puede fluir hacia una zona de drenaje. La zona de drenaje se puede posicionar fuera del canal de flujo de líquido. La zona de drenaje puede por ejemplo ser una zona de calma. En la zona de calma la velocidad de flujo del líquido puede ser más lenta que en el canal de flujo de líquido. En la zona de drenaje pueden sedimentarse los restos, por ejemplo en o cerca de una parte inferior de la zona de drenaje. En la zona de drenaje se pueden acumular burbujas, por ejemplo en una cabecera de la zona de drenaje. Desde la zona de drenaje, el líquido puede fluir de vuelta al canal de flujo de líquido. El líquido puede fluir de vuelta desde la zona de drenaje al canal de flujo de líquido a través de la abertura de retorno. El líquido que salió del canal de flujo de líquido puede retroalimentarse al canal de flujo de líquido a través de la abertura de retorno para mantener el flujo a través del al menos un canal separador. Opcionalmente, la abertura de retorno está posicionada corriente abajo del miembro helicoidal.
La abertura de retorno está separada de la abertura para restos y/o de la abertura para burbujas. La abertura de retorno puede estar separada de la abertura para restos y de la abertura para burbujas. La abertura de retorno puede estar posicionada corriente arriba o corriente abajo de la abertura para restos y/o la abertura para burbujas. Se apreciará que se puede proporcionar una pluralidad de aberturas de retorno. En ejemplos la abertura de retorno está separada de la abertura para restos. En ejemplos la abertura de retorno está separada de la abertura para burbujas. La abertura de retorno puede estar espaciada de la abertura para restos y/o de la abertura para burbujas. La abertura para restos forma una abertura en la pared del miembro tubular. La abertura para burbujas forma una abertura en la pared del miembro tubular. La abertura de retorno forma una abertura en la pared del miembro tubular. La abertura de retorno puede estar espaciada de la abertura para restos y/o de la abertura para burbujas en una dirección axial del miembro tubular. La abertura de retorno puede estar espaciada de la abertura para restos y/o de la abertura para burbujas en una dirección axial del miembro tubular. La abertura de retorno puede estar espaciada de la abertura para restos y/o de la abertura para burbujas en una dirección radial del miembro tubular. La abertura de retorno se proporciona como una rendija circunferencial en el miembro tubular, en donde el miembro tubular incluye una sección ahusada corriente arriba de la rendija.
Esto proporciona la ventaja de disminuir la presión de líquido en el lado corriente abajo del al menos un canal separador. Esto puede ayudar a desgasificar además el líquido y/o evitar el reflujo a través del al menos un canal separador.
Opcionalmente, el dispositivo separador incluye un alojamiento, en donde al menos parte del miembro tubular que está en comunicación con el canal separador está incluida dentro del alojamiento. Por tanto el líquido que incluye burbujas y/o restos puede fluir hacia el alojamiento desde el canal separador. Las burbujas y/o restos pueden acumularse en el alojamiento. El líquido que fluye hacia el alojamiento puede retornar al canal de flujo de líquido a través de la abertura de retorno.
Opcionalmente, el dispositivo separador incluye, por ejemplo dentro del alojamiento, una zona de calma para permitir que se sedimenten los restos. La zona de calma puede estar en comunicación con un puerto de drenaje de restos para, por ejemplo periódicamente, drenar los restos acumulados desde el dispositivo separador.
Opcionalmente, el dispositivo separador incluye un dispositivo de imán para retener restos magnéticos. El dispositivo de imán puede por ejemplo posicionarse contra el alojamiento, por ejemplo rodeando al menos parcialmente el alojamiento. El dispositivo de imán puede ser removible para retener las partículas magnéticas cuando estén presentes, y para permitir que las partículas magnéticas se drenen cuando se retiren.
Opcionalmente, el dispositivo separador incluye un cabezal para que se acumule gas. Opcionalmente, el dispositivo separador incluye una ventilación de aire dispuesta para permitir que el gas escape del dispositivo separador y para evitar que el líquido escape a través de la ventilación de aire.
Opcionalmente, el miembro helicoidal está dispuesto para generar un flujo axial con un componente de velocidad tangencial a lo largo de una dirección axial del miembro tubular. Se ha encontrado que el dispositivo separador en el cual la dirección de flujo del fluido entra, atraviesa, y sale axialmente de un cuerpo tubular, es decir sustancialmente directo, introduce mucha menos restricción de flujo que un vórtice en el cual el flujo cambia de dirección de flujo como en la técnica anterior.
El miembro helicoidal genera eficientemente el vórtice impartiendo una velocidad tangencial al flujo axial. Cuanto mayor sea la velocidad tangencial en relación con la velocidad axial, mayor será el gradiente de presión desde el eje hasta la pared, y mayor será la eficiencia para retirar gas y/o partículas desde el líquido. Sin embargo, cuanto mayor sea el ángulo de hélice, mayor será la resistencia al flujo, y menor será la eficiencia para retirar gas y/o partículas desde el líquido. En este documento el ángulo de hélice se define como el ángulo entre la hélice y una línea axial en su cilindro o cono axial circunscripto. Opcionalmente el miembro helicoidal tiene un ángulo de hélice de 30 - 85 grados, preferiblemente 45 - 75 grados. Cuando el ángulo de hélice es aproximadamente 72 grados, el paso de la hélice es aproximadamente igual al diámetro de la hélice, y la velocidad tangencial es aproximadamente tres veces la velocidad axial. Cuando el ángulo de hélice es aproximadamente 46 grados, el paso de la hélice es aproximadamente tres veces el diámetro de la hélice, y la velocidad tangencial es aproximadamente igual a la velocidad axial.
Opcionalmente, el paso del miembro helicoidal no es constante. Opcionalmente, el paso del miembro helicoidal disminuye en dirección corriente abajo del miembro helicoidal. Esto proporciona la ventaja de que se puede reducir la caída de presión debida a la presencia del miembro helicoidal. Opcionalmente, el paso disminuye de manera parabólica. Se apreciará que cuando el paso disminuye el ángulo de hélice aumenta. Por lo tanto, opcionalmente el miembro helicoidal tiene un ángulo de hélice que aumenta en la dirección corriente abajo de la hélice. Preferiblemente, el ángulo de hélice en el lado corriente arriba del miembro helicoidal es 0 - 30 grados, más preferiblemente 0 - 15 grados. Preferiblemente el ángulo de hélice en el lado corriente abajo del miembro helicoidal es 30 - 85 grados, más preferiblemente 45 - 80 grados. En una realización, el ángulo de hélice puede cambiar por ejemplo desde 5 en el lado corriente arriba a 76 grados en el lado corriente abajo.
Opcionalmente, el cuerpo tubular en una ubicación del miembro helicoidal tiene un diámetro mayor que el diámetro de la entrada. Esto permite una menor pérdida de presión (menor resistencia al flujo) en ángulos de hélice más grandes.
De acuerdo con un aspecto se proporciona un sistema de calentamiento y/o enfriamiento que incluye un dispositivo separador como se describió anteriormente. Esto proporciona la ventaja de que las burbujas de gas y/o restos se pueden retirar eficientemente desde el líquido del sistema de calentamiento y/o enfriamiento. El sistema de calentamiento y/o enfriamiento puede incluir un circuito cerrado de líquido. En el circuito cerrado de líquido circula un líquido de calentamiento y/o enfriamiento. El sistema puede incluir un dispositivo calentador, una bomba y un radiador. En uso, el líquido de calentamiento puede calentarse en el dispositivo calentador y bombearse al radiador para calentar los alrededores del radiador. El sistema puede incluir un dispositivo de enfriamiento una bomba y un intercambiador de calor. En uso, el líquido de enfriamiento puede enfriarse en el dispositivo de enfriamiento y bombearse al intercambiador de calor para enfriar los alrededores del intercambiador de calor.
De acuerdo con un aspecto se proporciona un método para separar burbujas de gas y/o restos de un flujo de líquido. El método incluye dirigir un flujo de líquido a través de un miembro tubular que tiene una pared con una entrada y una salida que forman un espacio interno que forma un canal de flujo de líquido, incluyendo el espacio interno un miembro helicoidal para impartir una velocidad tangencial al líquido que fluye a través del miembro tubular. El método incluye drenar una porción del líquido que contiene restos y/o burbujas de gas desde el canal de flujo de líquido a través de al menos un canal separador que está en comunicación con el canal de flujo de líquido a lo largo de al menos parte de una longitud del miembro helicoidal.
Se apreciará que cualquiera de los aspectos, características y opciones descritos en vista del dispositivo separador se aplican igualmente al sistema y al método descrito. También será claro que se pueden combinar uno o más de los aspectos, características y opciones anteriores.
Breve descripción del dibujo
La invención se dilucidará además sobre la base de realizaciones de ejemplo que se representan en un dibujo. Las realizaciones de ejemplo se dan a modo de ilustración no limitante. Se anota que las figuras son solo representaciones esquemáticas de realizaciones de la invención que se dan a modo de ejemplo no limitante.
En el dibujo:
La figura 1 muestra una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador no de acuerdo con la reivindicación 1;
La figura 2 muestra una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador;
La figura 3 muestra una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador no de acuerdo con la reivindicación 1; y
La figura 4 muestra una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador no de acuerdo con la reivindicación 1.
Descripción detallada
La figura 1 es un ejemplo de una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador 1, no de acuerdo con la reivindicación 1. El dispositivo separador 1 incluye un miembro tubular 2. El miembro tubular 2 incluye una pared 4. El miembro tubular 2 incluye una entrada 6 y una salida 8. El miembro tubular 2 tiene un espacio interno 10. El miembro tubular forma un canal de flujo de líquido 12. En uso el líquido se alimenta al dispositivo separador 1 en la entrada 6 y el líquido sale del dispositivo separador 1 en la salida 8.
En este ejemplo el miembro tubular 2 incluye un cuerpo hueco 14. Aquí el cuerpo hueco 14 está posicionado coaxialmente con la pared 4. En este ejemplo un diámetro del cuerpo hueco aumenta en una dirección desde la entrada 6 hasta la salida 8.
El miembro tubular 2 incluye un miembro helicoidal 16. Aquí una circunferencia exterior del miembro helicoidal 16 se apoya contra un lado interior de la pared 4. Aquí una circunferencia interior del miembro helicoidal 16 se apoya contra el miembro hueco 14. El miembro helicoidal 16 se puede unir a la pared 4 y/o al miembro hueco 14. El miembro helicoidal 16 puede hacerse unitario con la pared 4 y/o el miembro hueco 14. Cuando el líquido fluye a través del miembro tubular 2 desde la entrada 6 a la salida 8, el miembro helicoidal 16 imparte un componente de velocidad tangencial al líquido.
Aquí el miembro helicoidal 16 está enrollado alrededor de un eje que es colineal con un eje del miembro tubular 2 desde la entrada 6 hasta la salida 8. Por tanto, el miembro helicoidal 16 genera un flujo axial con un componente de velocidad tangencial a lo largo de una dirección axial del miembro tubular 2.
En la Figura 1 la pared 4 del miembro tubular 2 incluye una abertura para restos 18. La abertura para restos 18 está posicionada en la pared 4 en una ubicación donde el miembro helicoidal 16 está presente dentro del miembro tubular 2. Por tanto, en este ejemplo la abertura para restos 18 no está posicionada corriente abajo del miembro helicoidal 16. En este ejemplo la abertura para restos 18 no está posicionada corriente arriba del miembro helicoidal 16. Ventajosamente la abertura para restos 18 está posicionada a una distancia axial del extremo corriente arriba del miembro helicoidal 16. Por ejemplo, la abertura para restos 18 está posicionada en la mitad corriente abajo de la longitud axial del miembro helicoidal 16. En este ejemplo una extensión de la abertura para restos 18 en la dirección axial del miembro helicoidal 16 es menor que la extensión axial del miembro helicoidal 16. Aquí la extensión de la abertura para restos 18 en la dirección axial del miembro helicoidal 16 es aproximadamente un tercio de la extensión axial del miembro helicoidal 16, sin embargo son posibles otras relaciones de extensión.
Aquí la abertura para restos 18 se extiende a lo largo de toda la circunferencia del miembro tubular 2. Se apreciará que también es posible que la abertura para restos 18 se extienda a lo largo de una porción de la circunferencia del miembro tubular 2. También es posible que se proporcione una pluralidad de aberturas para restos.
Se coloca un conducto para restos 20 en comunicación con la abertura para restos 18. En este ejemplo el conducto para restos 20 incluye una porción de manguito 22. La porción de manguito 22 rodea el miembro tubular 2. El conducto para restos incluye además un tubo de restos 24. En este ejemplo el tubo de restos 24 se extiende desde el miembro tubular en una dirección hacia abajo.
En la Figura 1 el miembro hueco 14 incluye una abertura para burbujas 26. La abertura para burbujas 26 está posicionada en el miembro hueco 14 en una ubicación donde el miembro helicoidal 16 rodea el miembro hueco 14. Por tanto, en este ejemplo la abertura para burbujas 26 no está posicionada corriente abajo del miembro helicoidal 16. En este ejemplo la abertura para burbujas 26 no está posicionada corriente arriba del miembro helicoidal 16. Ventajosamente la abertura para burbujas 26 está posicionada a una distancia axial del extremo corriente arriba del miembro helicoidal 16. Por ejemplo, la abertura para burbujas 26 está posicionada en la mitad corriente abajo de la longitud axial del miembro helicoidal 16. En este ejemplo una extensión de la abertura para burbujas 26 en la dirección axial del miembro helicoidal 16 es menor que la extensión axial del miembro helicoidal 16. Aquí la extensión de la abertura para burbujas 26 en la dirección axial del miembro helicoidal 16 es aproximadamente un tercio de la extensión axial del miembro helicoidal 16, sin embargo son posibles otras relaciones de extensión.
Aquí está prevista una pluralidad de aberturas para burbujas 26. Se apreciará que también es posible que esté prevista una única abertura para burbujas 26. La abertura para burbujas 26 puede extenderse a lo largo de la parte de la circunferencia del miembro hueco 14. También es posible que la abertura para burbujas 26 se extienda a lo largo de toda la circunferencia del miembro hueco 14.
Se coloca un conducto para burbujas 28 en comunicación con la abertura para burbujas 26. En este ejemplo el conducto para burbujas 28 es una prolongación del miembro hueco 14. En este ejemplo el conducto para burbujas 28 se extiende desde el miembro hueco 14 en dirección hacia arriba.
El dispositivo separador 1 en la Figura 1 incluye además un alojamiento 30. El alojamiento tiene un espacio interior 32. En este ejemplo el miembro tubular 4 se extiende a través del espacio interior 32 del alojamiento 30. El alojamiento 30 incluye una zona de calma 34. El alojamiento 30 incluye un cabezal 36 para que se acumule gas.
El dispositivo separador 1 como se describe hasta este punto se puede usar como sigue.
El dispositivo separador está incluido en una trayectoria de flujo de líquido. El líquido que contiene restos y/o gas ingresa al dispositivo separador 1 a través de la entrada 6. El flujo de líquido encuentra el miembro helicoidal 16 y se imparte un componente de velocidad tangencial al flujo de líquido. El componente de velocidad tangencial hace que las partículas de restos que son más pesadas que el líquido migren hacia la pared 4. El componente de velocidad tangencial hace que las burbujas de gas que son más ligeras que el líquido migren hacia el miembro hueco 14.
En la abertura para restos 18 el líquido que contiene restos sale del miembro tubular 2 y entra en el conducto para restos 20. El líquido que contiene restos es guiado por el conducto para restos 20 hasta la zona de calma 34. En la zona de calma 34 se permite que se sedimenten restos. El dispositivo separador 1 puede incluir un puerto de drenaje de restos 38. El puerto de drenaje 38 se puede abrir, por ejemplo periódicamente o a voluntad, para drenar los restos desde el dispositivo separador 1. Mientras los restos se sedimentan en la zona de calma 34, se permite que el líquido que portó los restos a la zona de calma 34 reingrese en el miembro tubular 2 a través de una abertura de retorno 40. El líquido puede entonces salir del dispositivo separador a través de la salida 8.
Se apreciará que en este ejemplo la abertura para restos 18 forma una abertura en la pared 4 del miembro tubular 2, las aberturas para burbujas 26 forman aberturas en la pared 4 del miembro tubular 2, y la abertura de retorno 40 forma una abertura en la pared 4 del miembro tubular 2. En este ejemplo, la abertura para restos 18, las aberturas para burbujas 26, y la abertura de retorno 40 son aberturas distintas. Aquí, la abertura de retorno 40 está espaciada de la abertura para restos 18 y de las aberturas para burbujas 26 en una dirección axial del miembro tubular 2. En este ejemplo la abertura de retorno 40 está posicionada corriente abajo de la abertura para restos 18 y las aberturas para burbujas 26. Se apreciará que la abertura de retorno 40 también puede posicionarse corriente arriba de la abertura para restos 18 y/o las aberturas para burbujas 26. Se apreciará que se pueden proporcionar una pluralidad de aberturas de retorno 40, por ejemplo tanto corriente arriba como corriente abajo de la abertura para restos y/o de las aberturas para burbujas.
En la abertura para burbujas 26 el líquido que contiene gas y/o burbujas de gas sale del miembro tubular 2 y entra en el conducto para burbujas 28. Se anota que el vórtice crea una presión de líquido reducida cerca del centro del vórtice, es decir cerca del miembro hueco 14. Esta presión reducida es beneficiosa para la separación de gases. La presión reducida puede ayudar a la generación de burbujas y/o crecimiento de burbujas. El líquido que contiene gas y/o burbujas es guiado por el conducto para burbujas 28 hasta el cabezal 36. En el cabezal 36 se permite que se acumule gas. El dispositivo separador 1 puede incluir una ventilación de gas 42 para permitir que el gas sea drenado desde el dispositivo separador 1. En este ejemplo, la ventilación de gas 42 es un desgasificador automático 44. El desgasificador automático incluye una válvula 46 y un flotador 48. Si se ha acumulado una cantidad suficiente de gas en el cabezal 36, el nivel de líquido en el cabezal 36 baja, el flotador 48 baja, y la válvula 46 se abre. Si el gas sale del dispositivo separador 1 a través de la válvula 46 el nivel de agua en el cabezal 36 subirá de nuevo, el flotador 48 se subirá y la válvula 46 se cerrará. Por tanto, la ventilación de aire 42 permite que el gas escape del dispositivo separador 1 y evita que el líquido escape a través de la ventilación de aire 42. Se permite que el líquido que portó las burbujas de gas al cabezal 36 reingrese en el miembro tubular 2 a través de la abertura de retorno 40. El líquido puede entonces salir del dispositivo separador a través de la salida 8.
En el ejemplo de la Figura 1, el dispositivo separador 1 incluye además un dispositivo de imán 50. El dispositivo de imán 50 incluye aquí uno o más imanes que se pueden unir al alojamiento 30. Aquí el dispositivo de imán 50 se puede sujetar al alojamiento 30 que rodea la zona de calma 34. El dispositivo magnético 50 proporciona un campo magnético dentro del alojamiento 30 para retener restos magnéticos. El dispositivo magnético 50 se puede retirar para permitir que los restos magnéticos se drenen desde el dispositivo separador 1.
Hay que anotar que en el ejemplo de la Figura 1 la abertura para restos 18 y la abertura para burbujas 26 están posicionadas superpuestas en una parte común del miembro helicoidal 16. Por tanto, en la misma posición en el flujo de líquido se retiran restos y burbujas de gas desde el miembro tubular 2.
La figura 2 muestra un ejemplo de una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador 1. El dispositivo separador de la Figura 2 es muy similar al dispositivo separador 1 descrito en la vista de la Figura 1.
Hay que anotar que en el ejemplo de la Figura 2 la abertura para restos 18 y la abertura para burbujas 26 están compensadas axialmente con respecto entre sí. La abertura para burbujas 26 está posicionada corriente abajo de la abertura para restos 18. El drenaje de líquido que contiene restos desde el miembro tubular 2 a través de la abertura para restos 18 puede dar como resultado una presión de líquido reducida en la ubicación de la abertura para restos 18. Esta presión reducida puede mejorar la separación de gases, por ejemplo generación de burbujas y/o crecimiento de burbujas en el vórtice. Posicionar la abertura para burbujas 26 corriente abajo de la abertura para restos 18 puede permitir aprovechar este efecto para retirar más gas del flujo de líquido en el miembro tubular 2.
En el ejemplo de la Figura 2 la abertura de retorno 40 está realizada como un Venturi. Aquí la abertura de retorno se proporciona como una rendija circunferencial en el miembro tubular 2, en donde el miembro tubular 2 incluye una sección ahusada 52 corriente arriba de la rendija. El Venturi provoca una disminución de presión de líquido en el alojamiento 30 en relación con la presión de líquido en el miembro tubular 2. Esto puede ayudar a evitar un reflujo de líquido desde la abertura de retorno 40 a través del espacio interior 32 del alojamiento 32 a través del conducto para burbujas 28 hacia el miembro tubular 2. Tal reflujo podría reducir la posibilidad de retirar gas del flujo de líquido. Se apreciará que el Venturi también puede usarse en el dispositivo separador 1 de la Figura 1.
La figura 3 muestra un ejemplo de una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador 1 no de acuerdo con la reivindicación 1. El dispositivo separador de la Figura 3 es muy similar a los dispositivos separadores descritos en las Figuras 1 y 2. La principal diferencia es que en el ejemplo de la Figura 3 el miembro helicoidal 16 está orientado enrollado alrededor de un eje que es sustancialmente perpendicular a la dirección de flujo desde la entrada 6 a la salida 8.
La figura 4 muestra un ejemplo de una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo separador no de acuerdo con la reivindicación 1. En el ejemplo de la Figura 4 el dispositivo separador está dispuesto para separar el gas del flujo de líquido. El líquido a partir de un flujo principal 54 entra en el miembro tubular 2 a través de la entrada 6. Aquí el miembro tubular incluye una restricción 56. La restricción 56 puede ser un Venturi. La restricción 56 reduce la presión de líquido, por ejemplo al nivel de presión de vapor. Desde la restricción 56 el líquido fluye hacia el miembro helicoidal 16 y se imparte un componente de velocidad tangencial al flujo de líquido. El líquido que incluye burbujas de gas fluye a través de las aberturas para burbujas 26 en el miembro hueco 14. El resto del flujo de líquido fluye hacia el espacio interior 32 del alojamiento 30. Aquí el líquido que tiene el componente de velocidad tangencial es forzado a un movimiento hacia afuera hacia abajo mediante la tapa 58. El gas recolectado en el espacio interior 32 sale del espacio interior a través del tubo ascendente 60 y es expulsado por la ventilación de gas 42 como se describió anteriormente. Se apreciará que el gas solo fluirá hacia el tubo ascendente 60 una vez que un nivel de líquido dentro del espacio interior esté por debajo de la entrada del tubo ascendente 60.
El líquido desgasificado sale del alojamiento 30 a través de la salida 8. Aquí se coloca una bomba 62 en un conducto que conecta la salida 8 con el flujo principal 54. Se puede controlar un funcionamiento de la bomba. Por ejemplo se puede controlar la frecuencia, velocidad de rotación y/o rendimiento de la bomba 62. La bomba 62 puede controlarse sobre la base de una señal de sensor. La señal de sensor puede por ejemplo ser una presión de líquido en el espacio interior 32, por ejemplo medida por un sensor de presión 64. Alternativamente, o adicionalmente, la señal de sensor puede ser un nivel de llenado del espacio interior 32, por ejemplo medido por un sensor de nivel 66.
En este documento, la invención se describe con referencia a ejemplos específicos de realizaciones de la invención. Sin embargo, será evidente que se pueden hacer diversas modificaciones y cambios en los mismos, sin apartarse de la esencia de la invención como se define en las reivindicaciones anexas. Con el propósito de claridad y una descripción concisa las características se describen en este documento como parte de la misma o realizaciones separadas, sin embargo, también se prevén realizaciones alternativas que tienen combinaciones de todas o algunas de las características descritas en estas realizaciones separadas.
En estos ejemplos el dispositivo separador incluye un único miembro helicoidal. Se apreciará que también es posible que el dispositivo separador incluya una pluralidad de miembros helicoidales. La pluralidad de miembros helicoidales puede estar entrelazada. Por ejemplo, el dispositivo separador puede incluir dos, tres o cuatro miembros helicoidales.
En los ejemplos un paso del miembro helicoidal disminuye en dirección corriente abajo del miembro helicoidal. Esto proporciona la ventaja de que se puede reducir la caída de presión debida a la presencia del miembro helicoidal. En los ejemplos el paso disminuye de manera parabólica.
El miembro helicoidal genera eficientemente el vórtice impartiendo la velocidad tangencial al flujo axial. Cuanto mayor sea la velocidad tangencial en relación con la velocidad axial, mayor será el gradiente de presión desde el eje hasta la pared, y mayor será la eficiencia de retirar gas y/o partículas del líquido. Sin embargo, cuanto mayor sea el ángulo de hélice, mayor será la resistencia al flujo, y menor será la eficiencia para retirar gas y/o partículas del líquido. En este documento el ángulo de hélice $ se define como el ángulo entre la hélice y una línea axial en su cilindro o cono axial circunscripto. El ángulo de hélice puede ser aproximadamente 5 grados en el extremo corriente arriba, y aproximadamente 76 grados en el extremo corriente abajo del miembro helicoidal. Más en general, el ángulo de hélice en el lado corriente arriba del miembro helicoidal es preferiblemente 0 - 30 grados, más preferiblemente 0 -15 grados. Preferiblemente el ángulo de hélice en el lado corriente abajo del miembro helicoidal es 30 - 85 grados, más preferiblemente 45 - 80 grados.
En el ejemplo de la Figura 2 la abertura para burbujas está posicionada corriente abajo de la abertura para restos. Se apreciará que también es posible que la abertura para restos esté posicionada corriente abajo de la abertura para burbujas.
También es posible colocar una pluralidad de dispositivos separadores en serie.
En los ejemplos de las Figuras 1-3 el dispositivo separador está dispuesto tanto para separar gas como restos del flujo de líquido en el miembro tubular. Se apreciará que también es posible que el dispositivo separador esté dispuesto solamente para separar restos del flujo de líquido. En ese caso, se pueden omitir la abertura para burbujas y conducto para burbujas. También se puede omitir el miembro hueco, o no es necesario que sea hueco. Se apreciará que también es posible que el dispositivo separador esté dispuesto solamente para separar gas del flujo de líquido. En ese caso se pueden omitir la abertura para restos y conducto para restos.
Es posible que el miembro tubular, corriente abajo del miembro helicoidal incluya medios, tales como aletas, para reducir la velocidad tangencial del flujo de líquido.
El dispositivo separador se puede usar en un sistema de calentamiento y/o enfriamiento. Esto proporciona la ventaja de que el gas y/o restos se pueden retirar eficientemente desde el líquido del sistema de calentamiento y/o enfriamiento. El sistema de calentamiento y/o enfriamiento puede incluir un circuito cerrado de líquido. En el circuito cerrado de líquido circula un líquido de calentamiento y/o enfriamiento. El sistema puede incluir un dispositivo calentador, una bomba y un radiador. En uso, el líquido de calentamiento puede calentarse en el dispositivo calentador y bombearse al radiador para calentar los alrededores del radiador. El sistema puede incluir un dispositivo de enfriamiento una bomba y un intercambiador de calor. En uso, el líquido de enfriamiento puede enfriarse en el dispositivo de enfriamiento y bombearse al intercambiador de calor para enfriar los alrededores del intercambiador de calor. El dispositivo separador puede incluirse en la circulación principal de líquido. El dispositivo separador también puede estar incluido en un canal de desviación del circuito de líquido.
Sin embargo, también son posibles otras modificaciones, variaciones, y alternativas. Las especificaciones, dibujos y ejemplos, por consiguiente, deben considerarse en un sentido ilustrativo en lugar de en un sentido restrictivo.
Con el propósito de claridad y una descripción concisa las características se describen en este documento como parte de la misma o realizaciones separadas, sin embargo, se apreciará que el alcance de la invención puede incluir realizaciones que tengan combinaciones de todas o algunas de las características descritas.
En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no se interpretará como que limita la reivindicación. La palabra 'que comprende' no excluye la presencia de otras características o etapas distintas de las enumeradas en una reivindicación. Además, las palabras 'un' y 'uno, una' no se interpretarán como limitadas a 'solo uno', sino que en cambio se usan para significar 'al menos uno', y no excluyen una pluralidad. El simple hecho de que ciertas medidas se citen en reivindicaciones mutuamente diferentes no indica que una combinación de esas medidas no pueda usarse para una ventaja.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo separador (1) para separar una fracción ligera, tales como burbujas de gas, y/o una fracción pesada, tales como restos, de un flujo de líquido, que incluye
un miembro tubular (2) que tiene una pared (4) con una entrada (6) y una salida (8) que forman un espacio interno (10) que forma un canal de flujo de líquido (12),
incluyendo el espacio interno (10) un miembro helicoidal (16) para impartir una velocidad tangencial al líquido que fluye a través del miembro tubular (2),
en donde el dispositivo separador (1) incluye además al menos un canal separador para retirar restos y/o burbujas de gas del canal de flujo de líquido, estando el al menos un canal separador en comunicación con el canal de flujo de líquido a lo largo de al menos parte de una longitud del miembro helicoidal (16),
en donde a) la pared (4) del miembro tubular (2) incluye al menos una abertura para restos (18) en dicha al menos parte de la longitud del miembro helicoidal (16) para permitir que los restos salgan del canal de flujo de líquido (12), y/o b) el espacio interno (10) incluye un cuerpo hueco (14), estando el miembro helicoidal (16) dispuesto entre el cuerpo hueco (14) y la pared (4), en donde el cuerpo hueco (14) incluye al menos una abertura para burbujas (26) en dicha al menos parte de la longitud del miembro helicoidal (16) para permitir que las burbujas salgan del canal de flujo de líquido (12),
en donde el miembro tubular (2) incluye una abertura de retorno (40) separada de la al menos una abertura para restos (18) y/o la al menos una abertura para burbujas (26) para permitir que el líquido que salió del canal de flujo de líquido (12) a través del al menos un canal separador reingrese en el canal de flujo de líquido,
en donde la abertura de retorno (40) se proporciona como una rendija circunferencial en el miembro tubular, en donde el miembro tubular incluye una sección ahusada (52) corriente arriba de la rendija.
2. Dispositivo separador (1) de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye al menos la al menos una abertura para burbujas (26) y la al menos una abertura para restos (18), en donde la al menos una abertura para burbujas (26) está posicionada al menos parcialmente corriente abajo de la al menos una abertura para restos (18).
3. Dispositivo separador (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que incluye al menos la al menos una abertura para restos (18), que incluye un conducto para restos (20) en comunicación con la al menos una abertura para restos para guiar restos lejos del canal de flujo de líquido (12).
4. Dispositivo separador (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ,2 o 3, que incluye al menos la al menos una abertura para burbujas (26), que incluye un conducto para burbujas (28) en comunicación con la al menos una abertura para burbujas para guiar burbujas lejos del canal de flujo de líquido (12).
5. Dispositivo separador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además un alojamiento (30), en donde al menos parte del miembro tubular (2) que está en comunicación con el canal separador está incluido dentro del alojamiento.
6. Dispositivo separador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además una zona de calma (34) para permitir que los restos se sedimenten.
7. Dispositivo separador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye al menos la al menos una abertura para restos (18), que incluye un dispositivo de imán (50) para retener restos magnéticos.
8. Dispositivo separador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye un cabezal (36) para que se acumule gas.
9. Dispositivo separador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye una ventilación de aire (42) dispuesta para permitir que el gas escape del dispositivo separador y para evitar que el líquido escape a través de la ventilación de aire.
10. Sistema de calentamiento y/o enfriamiento que incluye un dispositivo separador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
11. Método para separar burbujas de gas y/o restos de un flujo de líquido, que incluye
- dirigir un flujo de líquido a través de un miembro tubular (2) que tiene una pared (4) con una entrada (6) y una salida (8) que forman un espacio interno (10) que forma un canal de flujo de líquido (12), incluyendo el espacio interno un miembro helicoidal (16) para impartir una velocidad tangencial al líquido que fluye a través del miembro tubular,
- drenar una porción del líquido que contiene restos y/o burbujas de gas desde el canal de flujo de líquido a través de al menos un canal separador que está en comunicación con el canal de flujo de líquido a lo largo de al menos parte de una longitud del miembro helicoidal a través de a) al menos una abertura para restos (18) en la pared (4) del miembro tubular (2) en dicha al menos parte de la longitud del miembro helicoidal (16) para permitir que los restos<salgan del canal de flujo de líquido, y/o b) a través de al menos una abertura para burbujas (>26<) en un cuerpo hueco>(14) incluido en el espacio interno (10), estando el miembro helicoidal (16) dispuesto entre el cuerpo hueco (14) y la pared (4), en donde la al menos una abertura para burbujas (26) está dispuesta en el cuerpo hueco (14) en dicha al menos parte de la longitud del miembro helicoidal (16) para permitir que las burbujas salgan del canal de flujo de líquido (12),
- permitir que el líquido que salió del canal de flujo de líquido (12) a través del al menos un canal separador reingrese en el canal de flujo de líquido a través de una abertura de retorno (40) del miembro tubular separado de la al menos una abertura para restos (18) y/o la al menos una abertura para burbujas (26), en donde la abertura de retorno (40) se proporciona como una rendija circunferencial en el miembro tubular, en donde el miembro tubular incluye una sección ahusada (52) corriente arriba de la rendija.
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