MXPA99010564A - Elementos de transferencia termica para precalentador de aire y metodo de fabricacion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una estructura de elementos de transferencia térmica para un termointercambiador regenerativo, rotatorio, que comprende una pluralidad de placas de transferencia térmica apiladas en relación espaciada, de esta manera proporcionando una pluralidad de pasajes entre placas adyacentes para el flujo de fluidos de termointercambio entre ellas, cada una de las placas tiene muescas espaciadas que se extienden a través y proyectan hacia fuera desde las placas a un pico, con lo que las muescas espaciadas soportan placas adyacentes en la relación espaciada y permiten la pluralidad de pasajes entre placas adyacentes, las muescas espaciadas incluyen indentaciones formadas en los picos a intervalos selectos, las indentaciones se proyectan desde los picos en los pasajes y hacia el flujo de fluidos de intercambio térmico.

Description

ELEMENTOS DE TRANSFERENCIA TÉRMICA PARA PRECALENTADOR DE AIRE Y MÉTODO DE FABRICACIÓN Antecedentes de la Invenció La presente invención se refiere a precalentadores de aire regenerativos rotatorios, para transferencia de calor desde una corriente de gas de combustión a una corriente de aire de combustión de ingreso y particularmente a la configuración de los elementos de transferencia térmica para el precalentador de aire y el método de fabricación de estos elementos . Un termointercambiador regenerativo rotatorio se emplea para transferir calor desde una corriente de gas caliente tal como una corriente de gas de combustión caliente a otra corriente de gas frío tal como aire de combustión. El rotor contiene una masa de material absorbente de calor, que primero gira a través de un pasaje para la corriente de gas caliente en donde el calor se absorbe por el material absorbente de calor. Conforme el rotor continua girando, el material absorbente calentado entra al pasaje para la corriente de gas frío en donde el calor se transfiere desde el material absorbente a la corriente de gas frío . En un termointercambiador rotatorio típico, tal como un precalentador de aire regenerativo rotatorio, el rotor cilindrico se dispone en un poste rotor central, vertical u horizontal y divide en una pluralidad de compartimientos con forma de sector por una pluralidad de separaciones radiales, referidas como diafragmas, que se extienden desde el poste rotor a la coraza periférica exterior del rotor. Estos compartimientos en forma de sector se cargan con canastas de termointercambio modulares que contienen la masa de material absorbente de calor comúnmente formada de elementos de transferencia térmica tipo placas apilados . Los elementos de transferencia térmica convencionales para precalentadores de aire regenerativos, son placas u hojas de acero prensadas con rodillo o prensadas con forma, que luego se apilan para formar la masa de material de transferencia térmica. Una estructura típica es que las placas se formen con rebordes espaciados, usualmente dobles rebordes que se proyectan desde lados opuestos de la placa, que se extienden sobre la placa ya sea en la dirección del flujo o de manera oblicua a ella y que sirven para espaciar las placas entre sí. El espaciamiento forman los canales de flujo entre las placas para el flujo de gas de combustión y aire. Para ejemplos de estos elementos de transferencia térmica, se hace referencia a las patentes de los E.U.A. Nos. 4,744,410 y 4,530,458.

Uno de los efectos de utilizar estos rebordes para proporcionar el espaciamiento de los elementos de - transferencia térmica es que forman trayectorias de flujo a través del haz de los elementos de transferencia térmica que son más grandes que el área en sección transversal por área superficial de superficie de placa expuesta que el área en sección transversal por el área superficial de las otras pociones de la placa. Esto resulta en menor resistencia de flujo, menor turbulencia y mezclado, mayor flujo másico de gas y aire y menor transferencia térmica en comparación con el resto de las placas. Por lo tanto, aunque los rebordes proporcionan integridad tubular y espaciamiento precisos, tienen su efecto negativo en la transferencia térmica. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere al método para formar elementos de transferencia térmica y a los elementos de transferencia térmica formados por el método, con lo que se mejora el desempeño de transferencia térmica de los elementos de transferencia térmica. Típicamente, la invención se refiere a elementos de transferencia térmica que tienen muescas o rebordes de espaciamiento formados a través de las placas, en donde se constituyen indentaciones para interrupción de flujo a intervalos selectos en los picos de las muescas que se proyectan en porciones de los canales de flujo formados por las muescas. Las proyecciones para interrupción de flujo cambian el tamaño del canal de flujo (altura, ancho y/o área en sección transversal) , interrumpen la capa frontera, provoca turbulencia y mezclado y resultan en mejorada transferencia térmica. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva general de un precalentador de aire regenerativo rotatorio convencional . La Figura 2 es una vista en perspectiva de una porción de una estructura de elementos de transferencia térmica que incorporan la presente invención. La Figura 3 es una vista lateral de una porción de una estructura de elementos de transferencia térmica que ilustra los canales de flujo. La Figura 4 es una vista en perspectiva agrandada de una porción de una placa de transferencia térmica que ilustra la presente invención. La Figura 5 es una vista en sección de una porción de un método de formación de placa que ilustra la formación de placas con la muesca. La Figura 6 es una vista de otra sección de los rodillos de la Figura 5 que muestra los medios para formar las indentaciones para interrupción de flujo.

La Figura 7 es una vista en perspectiva de una porción de uno de los rodillos de las Figuras 5 y 6. La Figura 8 es una vista seccional de una porción de un método de formación de placa alterno de la presente invención. La Figura 9 es una vista frontal de una indentación que forma rodillos de la Figura 8. La Figura 10 es una vista en perspectiva de una porción de una estructura de elementos de transferencia térmica de la presente invención aplicada a placas ondulantes . ' DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA La Figura 1 de los dibujos es una vista en perspectiva de corte parcial de un calentador de aire típico que muestra un alojamiento 12 en donde el rotor 14 se monta en un poste o flecha de impulso 16 para rotación como se indica por la flecha 18. El rotor está compuesta de una pluralidad de sectores 20, con cada sector que contiene una cantidad de módulos de canasta 22 y con cada sector que se define por los diafragmas 34. Los módulos de canasta contienen la superficie de intercambio térmico. El alojamiento se divide mediante la placa de sector impermeable a flujo 24 en un lado para gas de combustión y un lado para aire . Una placa de sector correspondiente también se ubica en el fondo de la unidad. Los gases de combustión calientes entran al calentador de aire a través del ducto de entrada de gas 26, circulan a través del rotor en donde el calor se transfiere al rotor y luego salen a través del ducto de salida de gas 28. El aire que circula a contra corriente es a través del ducto de entrada de aire 30, circula a través del rotor en donde recoge calor y luego sale a través del ducto de salida de aire 32. La Figura 2 ilustra porciones de tres de las placas de termointercambio apiladas 34 que están contenidas en los módulos de canasta 22 y que se forman de acuerdo con la presente invención. Por supuesto, habrá una gran cantidad de estas placas 34 en cada módulo. Las placas 34 se apilan en relación espaciada, de esta manera proporcionando pasajes 36 y 38 entre ellos para el flujo de gas de combustión y aire. Las placas 34 usualmente se forman de metal laminar delgado y son capaces de enrollarse o troquelarse a la configuración deseada. Las placas se forman con secciones planas 40 y muescas opuestas 42 que proporcionan los medios para espaciar las placas adyacentes a una distancia predeterminada para formar los canales de flujo o pasajes previamente mencionados 36 y 38. Como puede verse más claramente en la Figura 3, que muestra una vista lateral de una porción de tres placas apiladas, el área disponible 44 para flujo de fluido entre las muescas 24 y la placa adyacente que se ilustra como cuadriculada, es significativamente mayor por área superficial de superficie de transferencia térmica expuesta que el área restante (no cuadriculada) flujo de fluido entre las secciones planas 40 de placas adyacentes. Esta trayectoria de flujo 44 tiene menor resistencia a flujo y menos turbulencia y mezclado. Un mayor porcentaje de flujo por área superficial de transferencia térmica del elemento expuesto pasa a través de los canales 44 que a través del resto de los pasajes para flujo 38 y también a través de los pasajes de flujo 36. Todos estos factores resultan en una menor transferencia térmica en esta área 44. La presente invención proporciona medios en los canales de flujo 44 para interrumpir el flujo, de esta manera incrementando de manera minima la resistencia de flujo, creando turbulencia y mezclando y rompiendo la capa frontera. Los medios de interrupción de flujo, de esta manera mejoran el desempeño de transferencia térmica especifico en los canales 44 y el desempeño de transferencia térmica total de las placas apiladas. También sirve para empujar algo del flujo fuera del canal de muesca y lo mezcla con el flujo en las otras áreas, por ejemplo los pasajes de flujo 36 y 38 en las Figuras 2 y 3. Este mezclado reduce las diferencias de temperatura entre el fluido y el pasaje 44 y los pasajes 36 y 38 que de otra forma existirían. La Figura 2 muestra los medios de interrupción de flujo que comprenden deformaciones o indentaciones 46 formadas en los picos de las muescas 42 para extender en los canales 44 a intervalos espaciados . Estas indentaciones también se ilustran en la Figura 4 , que es una vista agrandada de la porción de una placa 34 que muestra estas indentaciones más claramente . Como puede verse más claramente en la Figura 4, lá indentación 46 en la muesca del lado izquierdo que se proyecta hacia arriba 42, comprende una pequeña depresión en el pico de la muesca, de manera tal que el lado inferior de la indentación 46 se extiende hacia abajo en el área de flujo 44 bajo la placa. Igualmente, la muesca del lado derecho que se extiende hacia abajo 42, tiene una indentación 46 que se forma de manera semejante y que se extiende hacia arriba en el área del flujo del lado derecho 44 en la parte superior de la placa . Estas indentaciones o medios para interrupción de flujo 46, debido a que se extienden en la trayectoria de flujo de fluido a través de los canales 44, interrumpen la capa frontera y crean turbulencia y mezclado, de esta manera mejorando la transferencia térmica. De hecho, la mejora de transferencia térmica puede ser significativamente homogénea, cuando las indentaciones 46 son bastante pequeñas y sin la necesidad por tenerlas cercanamente espaciadas. Por ejemplo, con una altura de muesca de .965 cm (.38") (la distancia desde la parte superior de una muesca que se extiende desde un lado de la placa a la parte superior de la muesca apareada que se extiende desde el otro lado de la placa, indentaciones espaciadas a intervalos de 6.35 cm (2.5") con una profundidad promedio de solo .254 cm (.100") muestran un incremento de 9.5% en transferencia térmica para un volumen o cantidad igual de placas de transferencia térmica. O debido a que las placas ahora pueden espaciarse más por la transferencia térmica incrementada, puede obtenerse una transferencia térmica comparable con 8% menos de material de placa en el módulo, que para placas sin la presente invención. Las Figuras 5 , 6 y 7 ilustran el equipo empleado en un método para formar las placas de transferencia térmica de la presente invención. En este método, los rodillos de formación opuestos 48 y 50 que se emplean para formar las muescas 42 en la placa 34, se modifican para formar las indentaciones 46. La Figura 5 es una sección transversal a través de los rodillos y a través de la placa en un sitio en donde no hay indentaciones . Las proyecciones 52 en los rodillos de formación cooperan con las depresiones 54 para formar las muescas 42. La Figura 6, que es una Figura similar a la Figura 5, es una sección transversal a través de los rodillos y a través de la placa en un sitio en donde los medios para formar la indentación, se ubican. La Figura 7 es una vista en perspectiva de una porción de un rodillo que también ilustra estos medios de formación de indentación. Como se muestra, las proyecciones 52 en los rodillos de formación se cortan en 56 en la forma y en la proporción requerida para constituir las indentaciones 46. Las depresiones 54 se ajustan con pasadores de indentado 58 que se proyectan hacia arriba desde el fondo de las depresiones 54 y que cooperan con las porciones de corte acoplantes o correspondientes 56 en el rodillo de acoplamiento para formar las indéntaciones . Las Figuras 8 y 9 ilustran otro método para formar las indentaciones 46 en las placas de transferencia térmica de la presente invención. En la Figura 8, los rodillos de formación 60 y 62 son similares a los rodillos de formación 48 y 50 de la Figura 5, pero solo son con el propósito de formar las muescas 42. No se modifican para formar las indentaciones 46. En el • método de las Figuras 8 y 9, la placa 34 con las muescas formadas 42, se pasa a través de los rodillos de formación de indentaciones 64 y 66. El rodillo 64 comprende una serie de discos 68 que están espaciados una distancia igual a la separación deseada entre las indentaciones, como se ilustra en la Figura 6. El rodillo 64 de preferencia tiene espaciadores 72 entre los discos 68, de manera tal que los espaciadores 72 de anchos variantes pueden emplearse para variar la distancia entre las indentaciones . Los bordes circunferenciales de los discos 68 se configuran y alinean de manera tal que acoplen las muescas 42 y formen indentaciones de la forma y profundidad deseadas . ?l rodillo 66 es con el propósito de soportar las muescas en los lados de las indentaciones, conforme se constituyen. Esto permite control de la profundidad de las indentaciones y evita deformación indeseada de la hoja excepto en el área específica de las indentaciones . El rodillo 66 comprende una serie de discos 70 que contienen los soportes de muescas 74. Estos soportes de muesca se configuran de manera tal que se extiendan dentro de las muescas y adaptan a la forma de las muescas. Se alinean en el rodillo 66 de manera tal que haya un disco de soporte 70 en cada lado del disco 68, como se ilustra en la Figura 9. En la Figura 8, el disco de soporte ilustrado 70 está tras la indentación 46 que se forma. En este método particular, las indentaciones se forman solo en las muescas en un lado de la placa 34 en un tiempo. La placa en la Figura 8 luego avanzará a la siguiente estación, en donde las indentaciones en la muesca de fondo se formaran de la misma manera. Esta modalidad mostrada en las Figuras 8 y 9 en el método actualmente preferido para formar las indentaciones es una etapa separada de la etapa de formar las muescas . Otro método menos preferido, es reemplazar el rodillo 66 con un rodillo idéntico al rodillo 64. La placa entonces pasa entre el par resultante de rodillos 64 que forman indentaciones razonables. Sin embargo, esto tiende a reducir la altura de muesca sobre un área mayor que solo localmente . Aunque ciertas configuraciones de placa de transferencia térmica se han empleado para ilustración, la invención también aplica a otras configuraciones de placas muescadas. Por ejemplo, las muescas pueden orientarse paralelas al flujo de fluido o pueden estar en un ángulo de hasta 45°. La invención también aplica a placas, con muescas que se extienden hacia afuera solo en un lado y en oposición a la estructura de muesca de doble lado ilustrada. Además, las secciones así denominadas planas de las placas entre muescas, pueden de hecho ser una superficie ondulada como es común en la técnica. Esta modalidad se ilustra en la Figura 10, en donde las secciones 40 entre las muescas 42 tienen ondulaciones o corrugaciones 76 que son relativamente poco profundas en comparación con la altura de las muescas y que se inclinan típicamente en un ángulo agudo respecto a la dirección de las muescas y la dirección de flujo de fluido. El uso de placas que tienen una superficie ondulante conduce a un método aún adicional de formar las indentaciones . Cuando la placa a muescarse ya está ondulada o de otra forma contiene una superficie significativamente texturizada, pueden formarse los rodillos de muescado, de manera tal que trabajen en conjunto con las ondulaciones, para formar simultáneamente las muescas e indentaciones. El rodillo de muescado tiene un patrón de muesca discontinuo a través del ancho del rodillo. En áreas en donde el patrón de muesca está presente, la ondulación se aplasta y la muesca se forma con el rodillo. Cuando hay espacios en el patrón de muesca en el rodillo, la forma de ondulación existente permanece en una proporción significante, de esta manera produciendo el efecto deseado de una indentación o tope en el canal de muesca. Esto puede realizarse con el mismo equipo mostrado en las Figuras 5, 6 y 7, pero sin la necesidad por tener pasadores de indentación 58. Simplemente a manera de ejemplo, con una altura de muesca de .965 cm (.38") puede tener indentaciones espaciadas a 6.35 cm (2.5") y a una profundidad promedio de .254 cm (.100") . El ancho total de una indentación puede estar en el orden de .635 cm (.25") . Mientras que se han descrito . detalles específicos del ensamblado de los elementos de transferencia térmica y diversas variaciones del método para formar los elementos la invención, se pretende que incluya equivalentes y se limite solo por las reivindicaciones .

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES 1.- Una estructura de elementos de transferencia térmica para un termointercambiador regenerativo rotatorio, que comprende una pluralidad de placas de transferencia térmica apiladas en relación espaciada, de esta manera proporcionando una pluralidad de pasajes entre placas adyacentes para el flujo de fluidos de termointercambio entre ellas, cada una de las placas tiene muescas espaciadas que se extienden a través y proyectan hacia afuera desde la placas a un pico, con lo que las muescas espaciadas soportan placas adyacentes en la relación espaciada y permiten la pluralidad de pasajes entre placas adyacentes, las muescas espaciadas incluyen indentaciones formadas en los picos a intervalos selectos, las indentaciones se proyectan desde los picos en los pasajes y hacia el flujo de fluido de intercambio térmico.
2. 2. - Una estructura de elementos de transferencia térmica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las placas de transferencia térmica contienen ondulaciones entre las muescas espaciadas.
3. 3.- Una estructura de elementoe de transferencia térmica de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque las ondulaciones son oblicuas respecto a la dirección de las muescas .
4. 4.- Una estructura de elementos de transferencia térmica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las muescas espaciadas en cada una de las placas comprenden paneles de muescas adyacentes, con un par que se proyecta hacia afuera desde la placa en una dirección y el otro del par se proyecta hacia afuera desde la placa en la dirección opuesta.
5. 5. - Método para formar placas de transferencia térmica para un termointercambiador, que comprende las etapas de: a) pasar una hoja del material de placa de transferencia térmica a través de un par de rodillos de formación que tienen proyecciones y rebajos para formación de muesca, con lo que se forman muescas espaciadas en el material extendiéndose en sentido transversal y proyectándose hacia afuera desde el material a un pico; y b) pasar el material con las muescas espaciadas a través de un par de rodillos de formación de indentaciones, uno del par de rodillos de formación de indentaciones forma las indentaciones en los picos de las muescas a intervalos selectos y el otro del par de rodillos de formación de indentaciones soporta las muescas adyacentes a las indentaciones .
6. 6. - Método para formar placas de transferencia térmica para un termointercambiador, caracterizado porque comprende las etapas de: a) proporcionar una hoja de material de placa de transferencia térmica que tiene ondulaciones que se proyectan de manera oblicua transversalmente; b) proporcionar un par cooperante de rodillos de formación que tienen proyecciones y rebajos de formación de muescas, que se extienden a través de los rodillos paralelos a los ejes de los rodillos, las proyecciones para formación de muescas tienen espacios separados; c) pasar la hoja del material que tiene las ondulaciones a través del par cooperante de rodillos de formación, con lo que muescas espaciadas se forman en el material extendiéndose transversalmente a un ángulo respecto a las ondulaciones y proyectándose hacia afuera desde el material a un pico superior que las ondulaciones y con lo que los espacios en las proyecciones de formación de muescas y las ondulaciones, cooperan para formar indentaciones espaciadas en los picos de las muescas.
7. 7. - Método para formar placas de transferencia térmica para un termointercambiador, que comprende las etapas de: a) proporcionar un par cooperante de rodillos de formación que tienen proyecciones y rebajos de formación de muesca que se extienden a través de los rodillos, las proyecciones de formación de muesca tienen porciones espaciadas cortadas y los rebajos tienen proyecciones de formación de indentación espaciadas ubicadas para corresponder y cooperar con las porciones de corte; b) pasar una hoja de material de placa de termointercambio a través de los pares cooperantes de rodillos, con lo que preforman muescas espaciadas en el material que se extiende a través . y proyectándose hacia afuera a un pico y con lo que las porciones cortadas y las proyecciones de formación de indentaciones, cooperan para formar indentaciones en los picos.de las muescas. ,