D E S C R I P C I O N

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, del tipo de los que están constituidos por una carcasa tubular por la que circula un fluido y en cuyo interior de esa carcasa se establecen una serie de conductos o tubos helicoidales por los que circula un segundo fluido, encargado de intercambiar calor con el primer fluido. El objeto de la invención es proporcionar un nuevo concepto de estructuración para los tubos helicoidales dispuestos en el interior de la carcasa del intercambiador de calor, en orden a conseguir una mayor eficacia, o lo que es lo mismo una óptima transferencia de calor entre los fluidos que circulan en el interior de la carcasa y por el interior de los tubos helicoidales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es sabido, un intercambiador de calor es un aparato en el que existe una transferencia de calor entre dos fluidos en movimiento (líquidos o gaseosos) que están separados por algún material sólido (metal, cerámica, plástico, etc) que permite el paso de calor del fluido caliente al fluido frío sin que ambos fluidos se mezclen. Uno de los tipos de intercambiadores de calor basado en las características anteriormente referidas, es aquel que se conoce como de "carcasa y tubo", siendo este el mas común en las aplicaciones industriales, de manera que en este tipo de intercambiador pueden distinguirse a su vez dos versiones, aquellas en las que el flujo de fluido a través de los tubos helicoidales y a través de la carcasa, presentan el mismo sentido, es decir son flujos paralelos en el sentido de circulación, mientras que el otro tipo es el que los fluidos circulan a contra flujo, es decir en un sentido en la carcasa y en sentido contrario en los tubos helicoidales del interior.

Pues bien, en ambas situaciones lo que se pretende es que el fluido externo, es decir el que circula por el interior de la carcasa, haga un contacto intimo con los tubos, de manera que para provocar ese contacto intimo a veces se utilizan deflectores que desvían al fluido externo, es decir el que circula por la carcasa, para entrar en contacto turbulento con la superficie de los tubos helicoidales por los que circula el otro fluido, eliminándose con esto la capa limite adherida externamente al tubo, que es la inhibidora de la transmisión de calor. Sin embargo, cuando los tubos son helicoidales no se utilizan deflectores, puesto que el fluido externo se ve obligado a cambiar permanentemente de dirección y en forma rotatoria, siguiendo la hélice del tubo interno, de modo que el fluido tiende a rodear al tubo helicoidal sin romper la capa limite de fluido que esta ligado a la parte externa del mismo, con la consecuente disminución de trasferencia de calor.

Estos intercambiadores de carcasa con tubos helicoidales, habitualmente se configuran en un racimo de un número determinado de tubos, todos ellos girando a derechas o a izquierdas, de modo que el fluido externo tiende a girar en un sentido o en otro, tendiendo a moverse en la cercanía de la superficie tubular, en régimen laminar y lógicamente sin la total eliminación de la capa limite que sigue limitando la transferencia de calor entre ambos fluidos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El intercambiador de calor que se preconiza, basándose en el tipo denominado de carcasa y tubos, y estos de configuración helicoidal, presenta la particularidad de que los tubos helicoidales van montados por parejas con las hélices cambiadas en uno y otro de cada pareja, es decir una hélice a derechas y otra a izquierdas por cada pareja de tubos que incluya en el interior de la carcasa del intercambiador, siendo por tanto el número total de tubos helicoidales o serpentines par, de manera que con cada pareja se da una intersección de dos hélices a derechas y a izquierda, que pueden estar o no soldadas entre sí.

De esta manera, el fluido que circula por la carcasa, es decir el externo, se encontrará, cada media vuelta de hélice, con un ramal que gira en la otra dirección, provocando una desviación del flujo y la consecuente turbulencia que lleva consigo la eliminación de la capa limite y aumentando los coeficientes de transferencia de calor entre ambos fluidos.

El número de parejas (derecha- izquierda) ideales serán aquellas que generen una distribución cilindrica que se acopla a la carcasa cilindrica, pudiendo tener el intercambiador una pareja de tubos helicoidales, tres parejas, siete parejas, trece parejas, diecinueve parejas, etc aunque también podrían colocarse las parejas (derecha- izquierda) en otras distribuciones en la que la carcasa no tenga forma cilindrica, como configuraciones cuadradas, rectangulares, o cualquier otra configuración apropiada. Otra característica, es que cada pareja de tubos helicoidales puede presentar o realizarse en sentido lineal sin retorno, es decir con una entrada y una salida en los dos tubos, o bien con retorno del fluido, entrando por un extremo y saliendo por el extremo opuesto de otro tubo de la pareja.

En definitiva, se trata de una nueva concepción de la disposición de los tubos helicoidales pertenecientes a un intercambiador de calor del tipo "carcasa y tubos", que proporciona o produce una hiper-turbulencia en el fluido que circula por el interior de la carcasa, eliminando la capa límite de la superficie externa del serpentín que constituye el tubo helicoidal correspondiente, favoreciendo la normal transferencia de calor entre ambos fluidos. En consecuencia, se produce un aumento de los coeficientes de transferencia de calor respecto a los intercambiadores usados hasta ahora.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva longitudinal de dos tubos helicoidales formando una pareja (derecha- izquierda) para la circulación de un fluido en el interior de una carcasa de un intercambiador de calor por la que circulará, exteriormente a esos tubos otro fluido.

La figura 2.- Muestra una vista longitudinal de dos tubos formando una pareja acoplados entre si, viéndose el sentido de circulación del fluido en el interior de cada tubo, a través de las flechas representadas en la zona derecha de la pareja de tubos helicoidales referidos.

La figura 3.- Muestra una vista esquemática, según un alzado, de un intercambiador de calor con tres parejas de tubos helicoidales, realizado de acuerdo con el objeto de la invención, viéndose la circulación del fluido en el interior de esos tubos, en sentido contrario, es decir a contracorriente, respecto del sentido de circulación del fluido en el interior de la carcasa cilindrica del intercambiador. La figura 4.- Muestra una vista como la de la figura 2 pero con retorno del fluido a través de los dos tubos que forman la pareja según el objeto de la invención.

La figura 5.- Muestra una vista en planta de un intercambiador en el que participan tres parejas de tubos helicoidales.

La figura 6. -Muestra, finalmente, una variante de realización según una vista en perfil, en la que, el intercambiador incluye en sus extremos unas cámaras de distribución del fluido, mediante las que se consigue una mejor uniformidad del flujo entrante/saliente

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Como se puede ver en las figuras referidas, el intercambiador de calor objeto de la invención, como es convencional, incluye una carcasa cilindrica (1) por la que circula un fluido, según las flechas indicadas en la figura 3, y en el interior de esa carcasa (1) parejas de conductos helicoidales (2) por las que circula un fluido caloportador, con objeto de que exista una transferencia de calor entre los fluidos de las parejas de tubos helicoidales (2) y el fluido que circula por el interior de la carcasa (1), viéndose en el caso representado como la circulación del fluido a través de las parejas de tubos helicoidales (2), es a contracorriente respecto de la que se establece en el interior de la carcasa (1). En cualquier caso, y según el objeto de la invención, cada pareja de tubos helicoidales (2), incluye dos tubos (2') y (2") con la hélice en un caso a derechas y en otro caso a izquierdas, según se indica por las flechas representadas en la figura 1, de manera que el número de parejas de tubos

(2) que incluirá el cuerpo cilindrico (1) o carcasa del intercambiador, podrá ser de 1, 3, 7, 13, , siendo el resultando siempre un número par de tubos, viéndose en la figura 5, como en el interior de la carcasa (1) van situadas tres parejas de tubos helicoidales (2' -2")), ocurriendo esto siempre que se trata de una carcasa cilindrica, ya que el número de tubos o pareja de tubos (2) podrá ser cualquier otro cuando se trate de carcasas de configuración cuadrada, triangular, pentagonal, etc.

Es decir el número de parejas (derecha- izquierda) (2) de tubos (2') y (2"), será ideal siempre que se genere una distribución cilindrica que se acople en el interior de la carcasa cilindrica (1), como se representa, en la figura 5, aunque también podría colocarse las parejas (derecha- izquierda) las parejas de tubos (2) en otras distribuciones en las que las carcasa (1) no tenga la forma cilindrica, si no que podrían ser carcasa cuadrada, triangular u otras.

En la figura 2 se muestra la pareja de tubos (2), en donde los tubos (2') y (2"), lógicamente helicoidales, presentan una entrada común, a través del extremo (4) y una salida común a través del extremos (5), es decir donde el sentido de circulación del fluido en los tubos (2') y (2") es el mismo, aunque ambos tubos (2') y (2") presenten a derecha y a izquierda sus hélices, según se indica por las flechas (6) representadas en esa figura 2. En esta figura como en la figura 3, la circulación del fluido es lineal sin retorno, mientras que en la figura 4 la pareja de tubos helicoidales (2') y (2") ofrecen un retorno del fluido.

Experimentalmente se ha comprobado que esta configuración (parejas derecha-izquierda) mejora sensiblemente la transferencia de calor entre los dos fluidos, si bien dichas geometrías hacen que el fluido que circula por el interior de la carcasa produce un flujo mayor por la zona de entrada, de manera que se produce una falta de uniformidad en el flujo circulante, que se traduce en una leve bajada en el rendimiento del dispositivo, para lo cual se ha previsto que, en correspondencia con los extremos de la carcasa (1) se definan sendas cámaras (7) en las que participa una pared interior (8), dotada de una pluralidad de orificios (9) por los que se hace pasar el fluido a calentar o a enfriar, de manera que dichas cámaras son atravesadas por el conducto común (10-10') del fluido que circula por los tubos helicoidales, mientras que incluyen una salida/entrada (l l-Ι ) en función de la cámara que sea, para que la circulación del fluido externo sea uniforme.

Dicha circulación uniforme se consigue mediante una distribución adecuada de los orificios (9), los cuales pueden presentar el mismo diámetro con distribución irregular dependiente de la distancia a los orificios de salida/entrada (l l-Ι ), o agruparse regularmente con diámetros crecientes en función de la distancia a los orificios de salida/entrada (11-1 Γ).

De igual manera, dichos orificios (9) no tienen por que ser obligatoriamente circulares.