PT981715E

PT981715E - Permutador de calor

Info

Publication number: PT981715E
Application number: PT97945878T
Authority: PT
Inventors: Leif Folkedal; Peter Grundlach; Xu Liming; Jostein Pettersen
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2002-03-28
Also published as: BR9714663A; EP0981715A1; AU5121598A; CN1149382C; EP0981715B1; JP3996208B2; US6155340A; CN1276058A; WO1998051983A1; ES2165095T3; KR20010012399A; DE69707161T2; CA2288717C; ATE206515T1; KR100489170B1; CA2288717A1; DE69707161D1; JP2001525051A

Description

87 377 ΕΡ Ο 981 715/ΡΤ DESCRICÃO “Permutador de calor” O invento refere-se a um permutador de calor que compreende uma pluralidade de tubos planos para troca de calor entre um primeiro fluido no interior dos referidos tubos e um segundo fluido que se escoa para o exterior dos referidos tubos, um par de disposições de elementos de comunicação ocas ligadas às extremidades dos tubos planos, sendo proporcionadas uma entrada e uma saída nas disposições de elementos de comunicação para introduzir o primeiro fluido dentro dos tubos e descarregar o mesmo a partir dali, sendo cada disposição de elementos de comunicação composta pelo menos por dois tubos paralelos com secções transversais circulares, dois tubos adjacentes que têm porções de parede comuns, e constituindo todos os tubos de cada disposição de elementos de comunicação um arranjo substancialmente plano de tubos. É conhecido um permutador de calor destes a partir da EP-A-0 608 439.

Nos permutadores de calor convencionais, tal como por exemplo o descrito na EP-A-0 359 358, a disposição de elementos de comunicação consiste num tubo com secção transversal transversal circular. Estes tubos foram equipados com furos com uma forma que corresponde à secção transversal dos tubos de transferência de calor, de modo a aceitar as extremidades dos tubos. Esta concepção prova ser muito satisfatória com as pressões tradicionais utilizadas neste tipo de permutador de calor. Tem sido utilizada ffequentemente uma pressão de 2,5 - 6 bar no lado de baixa pressão, enquanto que no lado de alta pressão são utilizadas pressões entre 15 e 30 bar. Com a introdução de pressões mais elevadas, a espessura da parede da disposição de elementos de comunicação tem de ser aumentada. Isto é especialmente verdade para permutadores de calor que utilizam CO2 a alta pressão, onde a baixa pressão se encontra entre 35-80 bar e a alta pressão se encontra entre 80 e 170 bar.

Este aumento na dimensão das disposições de elementos de comunicação resultou em permutadores de calor com maior dimensão e peso, o que constitui especialmente uma desvantagem no permutador de calor a ser utilizado num equipamento móvel tal como veículos dc passageiros e semelhantes. O problema no que diz respeito à resistência da disposição de elementos de comunicação foi ultrapassado ao construir a disposição de elementos de comunicação tal como descrita na EP-A-0 608 439.

Nesta disposição de elementos de comunicação foi proporcionado um certo número de tubos paralelos, cada um dos quais comunica com urn ceito número dc tubos dc troca de 2 87 377 ΕΡ Ο 981 715/ΡΤ calor. Um escoamento paralelo ocorre entre os diferentes tubos da disposição de elementos de comunicação e os diferentes tubos de troca de calor. Uma desvantagem deste sistema é que a pressão cai e por isso os padrões de escoamento nos diferentes percursos de escoamento disponíveis são todos diferentes. Isto conduz a perdas adicionais na pressão e irregularidades no escoamento, o que influência negativamente a troca de calor. É por isso um objectivo do invento proporcionar um permutador de calor que não mostre as desvantagens acima mencionadas.

Este e outros objectivos são conseguidos de acordo com o invento pelo facto de um certo número de furos, cada um com uma dimensão que corresponde às secções transversais do tubo plano, ser feito na superfície plana de cada disposição de elementos de comunicação, e pelo facto de as extremidades dos tubos planos apenas serem inseridas até ao interior dos tubos circulares, de modo que é deixada uma passagem de comunicação entre os tubos paralelos que constituem a disposição de elementos de comunicação.

Deste modo toma-se possível assegurar um escoamento transversal entre os diferentes tubos planos, pelo que a pressão entre os diferentes percursos de escoamento é igualada tal como será o padrão de escoamento. O invento é mais completamente descrito com referência aos desenhos anexos nos quais: a fig. 1 é uma vista esquemática de um permutador de calor de acordo com o invento; a fig. 2 é um corte transversal de acordo com a linha II-II da disposição de elementos de comunicação, mostrada na fig. 1; a fig. 3 é uma vista frontal da disposição de elementos de comunicação utilizada no permutador de calor da fig. 1; a fig. 4 é uma vista lateral da disposição de elementos de comunicação da fig. 3; e a fig. 5 é uma vista frontal da disposição de elementos de comunicação numa escala aumentada de acordo com a fig. 3, mostrando um furo em maior detalhe.

Fazendo referência às figs. 1 a 4, o permutador de calor ilustrado inclui uma pluralidade de tubos de transferência de calor planos 1 empilhados em paralelo e aletas onduladas 2 ensanduichadas entre os tubos planos 1. As extremidades la dos tubos 1 estão ligadas às disposições de elementos de comunicação 3 e 4. Cada tubo de transferência de calor pode ser feito de alumínio extrusado, que tem uma configuração plana. Em alternativa, os tubos planos podem ser tubos planos de múltiplas perfurações, chamados geralmente por tubos de múltiplas portas ou além disso podem ser utilizados tubos costurados 3 87 377 ΕΡ Ο 981 715/ΡΤ electricamente. Os tubos de múltiplas portas podem ser feitos por extrusão, mas por outro lado é possível fazer tais tubos pela acção de rolar a partir de folha de revestimento, pela dobragem e pela soldadura a solda forte, Além disso, é possível utilizar um tubo soldado com um deflector inserido.

Na concretização mostrada, cada aleta ondulada 2 tem uma largura aproximadamente igual à largura do tubo plano 1, podendo no entanto ser utilizadas também outras larguras. As aletas 2 e os tubos planos 1 são soldados a solda forte entre si. As disposições de elementos de comunicação 3, 4 são feitas de tubos de alumínio com furos 5 com a mesma forma que a secção transversal dos tubos de transferência de calor 1 de modo a aceitarem as extremidades de tubo la. Os furos 5 também podem ser feitos por medida, por exemplo, cónicos, de modo a permitirem o acesso mais fácil aos tubos planos. As extremidades de tubo inseridas la são soldadas a solda forte nos furos 5. Tal como mostrado na fig. 1, as disposições de elementos de comunicação 3 e 4 são ligadas a um colector de entrada 6 e a um colector de saída 7, respectivamente. O colector de entrada 6 permite que um fluido de troca de calor entre na disposição de elementos de comunicação 3, e o colector de saída 7 permite que o fluido de troca de calor seja descarregado. As disposições de elementos de comunicação 3 e 4 são fechadas com tampas ou tampões 8 e 9, respectivamente. Os números de referência 13 e 14 indicam placas laterais fixas às aletas onduladas mais exteriores 2. A disposição de elementos de comunicação 3 tem o seu espaço interior dividido por um deflector 10 em duas secções, e a disposição de elementos de comunicação 4 encontra-se dividida em duas secções por um deflector 11. Deste modo, é proporcionado um percurso de meio que começa a partir da disposição de elementos de comunicação 3, passa através de um primeiro conjunto de tubos 1, através de parte da disposição de elementos de comunicação 4, passa através de um segundo conjunto de tubos 1 para a disposição de elementos de comunicação 3 e passa através de um terceiro conjunto de tubos 1 para a disposição de elementos de comunicação 4 e para deixar a unidade de troca de calor através da saída 7. É claro que também são possíveis estas disposições de elementos de comunicação sem deflectores e por outro lado também podem ser aplicadas disposições de elementos de comunicação com mais de um deflector por disposição de elementos de comunicação. O fluido de troca de calor escoa-se em padrões de ziguezague ao longo de toda a unidade de troca de calor.

As disposições de elementos de comunicação 3 e 4 são basicamente idênticas e é mostrado em maior detalhe nas figs. 2 - 4 um exemplo de uma disposição de elementos de comunicação 3. A disposição de elementos de comunicação 3 consiste, dc facto, num tubo 4 87 377 ΕΡ0 981 715/ΡΤ extrusado com múltiplas portas e no exemplo mostrado encontram-se presentes quatro canais 16, 17, 18 e 19. E contudo claro que pode estar presente qualquer número de canais. A disposição de elementos de comunicação 3 pode ser vista como sendo um certo número de tubos, formando cada um dos canais 16, 17, 18 e 19 e tendo porções de parede 20, 21 e 22 que são comuns a dois destes tubos. Assim, a porção de parede 20 é comum para tubos que formam os canais 16 e 17, a porção de parede 21 para os tubos que formam os canais 17 e 18 e a porção de parede 22 para os tubos que formam os canais 18 e 19. As porções de parede 24 e 25 dos tubos que são mais ou menos perpendiculares às porções de parede comuns 20, 21 e 22 estão substancialmente num plano e desse modo formam uma superfície substancialmente plana.

Tal como se pode ver mais claramente nas figs. 3 e 4, a porção de parede 24 da disposição de elementos de comunicação 3 está provida de um certo número de furos 5. Estes furos 5 têm uma secção transversal que corresponde substancialmente às dimensões exteriores e forma da secção transversal dos tubos planos 1. Estes furos podem ser obtidos por meio de recortes ou cortes. Tal como mostrado na fig. 2, estes furos prolongam-se numa profundidade definida que atinge as porções de parede comuns 20, 21 e 22 onde terminam numa superfície plana comum 31. As porções de extremidade la dos tubos 1 podem ser inseridas àquela profundidade em furos 5 e podem ser ligadas à disposição de elementos de comunicação 3 por meio de um dos métodos geralmente conhecidos tal como a soldadura a solda forte. Deste modo pode ser obtida uma ligação de fluido entre a disposição de elementos de comunicação 3 e os tubos individuais 1. Cada um dos furos é feito de preferência com uma profundidade aumentada ao adicionar material à disposição de elementos de comunicação.

No caso de as extremidades de tubo la de um tubo de extrusão de múltiplas portas serem totalmente inseridas até ao nível da superfície 31 dentro da disposição de elementos de comunicação 2, um certo número de canais deste tubo de extrusão de múltiplas portas é bloqueado pelas porções de parede 20, 21 e 22 e não são eficazes no processo de transferência de calor. É possível utilizar um certo número de tubos de extrusão de múltiplas portas encaixando dentro de cada recorte em frente da parte aberta dos canais 16, 17, 18 e 19. Em regra isto é incómodo e é dada preferência a uma obstmção dos canais no tubo de transferência dc calor de múltiplas portas 1 que se encontra em oposição às porções de parede 20, 21 e 22. Em alternativa, é possível aumentar a profundidade dos furos 5 até ao nível da superfície indicada por 32. Se os tubos forem agora inseridos até ao nível da superfície 31 e fixos nessa posição, é obtida uma ligação entre os diferentes canais 16, 17, 18 e 19 na disposição de elementos de comunicação 3. Isto pode igualar a pressão e o padrão de escoamento entre os diferentes canais. 5 87 377 ΕΡ Ο 981 715/ΡΤ

Por forma a facilitar a montagem e tal como mostrado na fig. 5, é possível fazer os furos 5 em duas fases. Numa primeira fase o furo 5 é feito em toda a largura, isto é, a espessura dos tubos planos 1, até ao nível da superfície 31. Numa segunda fase, os furos são feitos mais profundos numa largura reduzida, isto é, aproximadamente a espessura dos tubos planos menos duas vezes a espessura da parede, até ao nível da superfície 32. Tal como mostrado na fig. 5, é feito deste modo um certo número de ressaltos 33 nos furos da disposição de elementos de comunicação, permitindo que as extremidades la dos tubos sejam inseridas para cima até ao nível da superfície 31 e sejam ligadas à disposição de elementos de comunicação, tendo desse modo uma comunicação aberta entre os diferentes canais das disposições de elementos de comunicação 3 ou 4, e permitindo assim um padrão melhor de escoamento transversal entre os canais.

Os ressaltos 33 têm um comprimento definido que corresponde à espessura da parede comum 20, 21 ou 22 entre os diferentes canais da disposição de elementos de comunicação 3 ou 4, tal como se vê na fíg. 2 e 5. No caso de se ligar os tubos 1 às disposições de elementos de comunicação 3 ou 4 por meio de soldadura a solda forte, é possível que parte do material para soldadura a solda forte se escoe na superfície do ressalto 33 e para dentro do canal interior dos tubos 1. Por forma a evitar este escoamento para dentro do material para soldadura a solda forte, é possível reduzir o comprimento dos ressaltos até uma extensão que apenas uma porção muito pequena do ressalto 33 está em contacto com a extremidade de tubo la. E claro que o invento não se encontra restringido ao exemplo descrito acima, mas é possível utilizar duas disposições de elementos de comunicação diferentes, uma com os tubos 1 totalmente inseridos e outra com os tubos 1 parcialmente inseridos por forma a ter a comunicação interna.

Lisboa, i9_ 0EZ 2CD1

Por NORSK HYDRO ASA

Eng." ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA

Ag. Ot· Pr. Ind Rua das Flores, 74-4.° 1200-195 LISBOA

Claims

87 377 ΕΡ Ο 981 715/ΡΤ 1/1 REIVINDICAÇÕES 1 - Permutador de calor que compreende uma pluralidade de tubos planos para troca de calor entre um primeiro fluido no interior dos referidos tubos e um segundo fluido que se escoa para fora dos referidos tubos, um par de disposições de elementos de comunicação ocas ligadas às extremidades dos tubos planos, sendo proporcionada uma entrada e uma saída nas disposições de elementos de comunicação para introduzir o primeiro fluido dentro dos tubos e descarregar o mesmo dali, sendo cada disposição de elementos de comunicação composta pelo menos por dois tubos paralelos com secções transversais circulares, tendo dois tubos adjacentes porções de parede comuns e constituindo todos os tubos em cada disposição de elementos de comunicação um arranjo substancialmente plano de tubos, caracterizado por ser feito um certo número de furos, cada um com uma dimensão que corresponde à secção transversal do tubo plano, na superfície plana de cada disposição de elementos de comunicação, e por as extremidades dos tubos planos apenas serem inseridas até ao interior dos tubos circulares, de modo que são deixadas passagens de comunicação entre os tubos paralelos que constituem a disposição de elementos de comunicação.
2 - Permutador de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os tubos serem tubos extrusados de múltiplas portas.
3 - Permutador de calor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os canais no tubo extrusado com múltiplas portas, em oposição a uma porção de parede na disposição de elementos de comunicação, estarem bloqueados. Lisboa, 1¾ DEi 2(j91 Por NORSK HYDRO ASA - O AGENTE OFICIAL - Q ADJUNTO

Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Ot Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4.° 1200-195 LISBOA