ES2326261T3 - THERMAL INDUCTION EXCHANGER. - Google Patents
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Abstract
Description
Intercambiador térmico de inducción.Induction heat exchanger.
La invención se sitúa en el campo de los intercambiadores térmicos multitubulares.The invention is in the field of multitubular heat exchangers.
Se refiere más en particular a un intercambiador de este tipo en el que el medio de calentamiento está constituido por una pluralidad de tubos calentados por corriente inductiva.It refers more particularly to an exchanger of this type in which the heating medium is constituted by a plurality of tubes heated by inductive current.
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El calentamiento por inducción de piezas metálicas o de material conductor en particular para llevarlos a una temperatura propicia para su transformación de forma es conocido y se domina ampliamente en la actualidad y especialmente en lo que respecta a las frecuencias de corriente inductora que permiten los mejores rendimientos energéticos en función de la naturaleza del material que constituyen la pieza que se va a calentar, su forma y la naturaleza del tratamiento térmico que se le quiere aplicar. En particular es conocido calentar tubos conductores por inducción. El tubo que se va a calentar se introduce en un espacio en el que pueden estar presentes campos de inducción formados por inductores que se pueden controlar para producir en el tubo corrientes inducidas que van a calentar el tubo de la manera y a la temperatura deseadas para el tratamiento que se va a aplicar al tubo. Por otro lado, es conocida la utilización del calentamiento por inducción de forma indirecta para calentar elementos de calentamiento por ejemplo tubos que calientan a su vez por conducción calorífica un producto al contacto de dichos elementos. Un ejemplo de dispositivo de calentamiento eléctrico de un fluido que circula en tubos calentados por inducción de corriente en los tubos se describe en la patente de invención FR 2741773 atribuida al presente solicitante. En esta patente los tubos forman el circuito secundario de un transformador que comprende un núcleo magnético en forma de marco. El marco tiene montantes alrededor de los cuales están enrolladas bobinas inductoras primarias. Pares de tubos están dispuestos a ambos lados de cada montante. Los extremos altos y bajos de los tubos de un par están unidos entre sí por una pieza conductora de modo que cada par de tubos forma un circuito eléctrico cerrado en el que circula la corriente del secundario del transformador. Así cada par de tubos forma con las piezas conductoras de extremo una espira de un devanado secundario del transformador. Se puede considerar por tanto que se trata de una variante de realización de tubos con paso de corriente, en el que la fuente de corriente está constituida por el primario de un transformador. También es conocido que el calentamiento por inducción permite beneficiarse especialmente de una puesta en marcha casi instantánea, de posibilidades de control y de regulación de la potencia absorbida muy fina, que permite una regulación precisa de la temperatura de elementos de calentamiento.Induction heating of parts metallic or conductive material in particular to take them to a temperature conducive to its shape transformation is known and it is widely dominated today and especially in what regarding the inductive current frequencies that allow better energy yields depending on the nature of the material that constitute the piece to be heated, its shape and the nature of the heat treatment that you want to apply. In In particular, it is known to heat conductive tubes by induction. He tube to be heated is introduced into a space in which Induction fields formed by inductors may be present that can be controlled to produce streams in the tube induced that will heat the tube the way and at the temperature desired for the treatment to be applied to the tube. For another side, the use of induction heating of indirect way to heat heating elements by example tubes that heat in turn by heat conduction a contact product of said elements. An example of a device of electric heating of a fluid that circulates in tubes Heated by induction of current in the tubes described in the invention patent FR 2741773 attributed to the present applicant. In this patent the tubes form the secondary circuit of a transformer comprising a frame-shaped magnetic core. The frame has uprights around which they are rolled primary inductor coils. Pairs of tubes are arranged to both sides of each stile. The high and low ends of the one pair tubes are joined together by a conductive piece of so that each pair of tubes forms a closed electrical circuit in the that circulates the current of the secondary of the transformer. Thus each pair of tubes forms with the end conductive parts a turn of a secondary winding of the transformer. It can be considered therefore it is a variant of realization of tubes with current passage, in which the current source is constituted by the primary of a transformer. It is also known that the induction heating allows to benefit especially from an almost instantaneous start-up of control possibilities and regulating the very fine absorbed power, which allows a precise regulation of the temperature of elements of heating.
También es conocido disponer los tubos en círculos concéntricos al eje del intercambiador en los vértices de polígonos regulares inscritos en cada uno de estos círculos, tal como se describe en el documento DE-A-2745135, con respecto al cual se ha redactado el preámbulo de la reivindicación.It is also known to arrange the tubes in concentric circles to the axis of the exchanger at the vertices of regular polygons inscribed in each of these circles, such as described in the document DE-A-2745135, with respect to which the preamble of the claim has been drafted.
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Se conoce que las corrientes inducidas que se forman en la pieza que se va a calentar o el elemento de calentamiento se oponen a las corrientes que circulan en los inductores.It is known that the induced currents that form in the piece to be heated or the element of warming oppose the currents that circulate in the inductors
Según la invención, se prevé un intercambiador para un fluido, en el que el fluido que se va a recalentar circula en el interior o en el exterior o incluso a la vez en el interior y en el exterior de una pluralidad de tubos conductores. Para ello se prevé disponer en un espacio en el que se crea un campo magnético variable, mediante uno o varios devanados inductores, una pluralidad de tubos conductores. De este modo una parte del campo magnético formado por las corrientes en cada uno de los tubos forma corrientes para los otros tubos de modo que la intensidad del campo magnético variable se homogeniza en el interior del inductor.According to the invention, an exchanger is provided for a fluid, in which the fluid to be reheated circulates inside or outside or even at the same time inside and on the outside of a plurality of conductive tubes. To do this provides for a space in which a magnetic field is created variable, by one or several inductor windings, a plurality of conductive tubes. Thus a part of the field magnetic formed by the currents in each of the tubes form currents for the other tubes so that the field strength Variable magnetic is homogenized inside the inductor.
Además del hecho de que los tubos están agrupados en un espacio despejado es posible incluir la parte de calentamiento de los tubos en un recinto estanco y hacer circular el fluido no solamente en el interior de los tubos sino también en el recinto estanco. De este modo la superficie de calentamiento puede estar constituida a voluntad o bien sólo por la superficie interna o bien sólo por la superficie externa o incluso por las superficies interna y externa de los tubos.In addition to the fact that the tubes are grouped in a clear space it is possible to include the part of heating the tubes in a tight enclosure and circulate the fluid not only inside the tubes but also in the tight enclosure. Thus the heating surface it can be constituted at will or only by the surface internal or only by the external surface or even by internal and external surfaces of the tubes.
Se sitúan placas tubulares de conexión de los tubos a estructuras de conexión fuera del campo magnético creado por los devanados inductores, de modo que las fijaciones de los extremos de los tubos a las placas tubulares están fuera de las zonas de tubos que se calientan mediante las corrientes inducidas. Las temperaturas de las zonas de fijación son por tanto durante el funcionamiento sensiblemente constantes e iguales a la temperatura del fluido calentado, de modo que la longevidad de las fijaciones se mejora.Tubular plates of connection of the pipes to connection structures outside the magnetic field created by inductor windings, so that the fixings of the Tube ends to tubular plates are outside the areas of pipes that are heated by induced currents. The temperatures of the fixing areas are therefore during operation substantially constant and equal to temperature of the heated fluid, so that the longevity of the fixings is improvement.
En resumen la invención se refiere a un intercambiador que comprende una superficie de intercambio conductora calentada por corrientes inducidas por uno o varios devanados inductores alimentados por una o varias fuentes alternativas caracterizado porque la superficie de intercambio está constituida por una superficie de una pluralidad de tubos conductores de la electricidad, estando dispuesta esta pluralidad de tubos al menos para una parte de sus longitudes respectivas en el interior del o de los devanados que crean el campo magnético inductor.In summary, the invention relates to a exchanger comprising an exchange surface conductor heated by currents induced by one or more inductor windings fed by one or several sources alternatives characterized because the exchange surface is constituted by a surface of a plurality of tubes electricity conductors, this plurality of tubes at least for a part of their respective lengths in the inside the winding (s) that create the magnetic field inductor.
De este modo la superficie de calentamiento es importante y se obtiene un mejor rendimiento energético.Thus the heating surface is important and you get better energy efficiency.
Como regla general la o las fuentes de alimentación eléctrica serán convertidores de frecuencia del tipo de resonancia.As a general rule the source or sources of power supply will be frequency converters of the type of resonance.
Preferiblemente, los tubos son paralelos entre sí y con una dirección OO' axial en una parte de su longitud situada en el interior de los devanados inductores, siendo la dirección OO' axial la línea axial del o de los devanados inductores.Preferably, the tubes are parallel between yes and with an axial OO 'direction in a part of its length located inside the inductor windings, the axial OO 'direction the axial line of the winding (s) inductors
El fluido que se va a calentar por conducción al contacto con las paredes de los tubos se puede alojar o puede circular en el interior de los tubos.The fluid to be heated by conduction to contact with the tube walls can be accommodated or can circulate inside the tubes.
En este caso, cada uno de los tubos tiene dos extremos, uno primero y uno segundo, cada uno de los primeros extremos se comunica con una primera estructura de conexión y cada uno de los segundos extremos se comunica con una segunda estructura de conexión, conectando cada una de las estructuras de conexión primera y segunda el interior de cada uno de los tubos a un conducto único.In this case, each of the tubes has two extremes, one first and one second, each of the first ends communicates with a first connection structure and each one of the second extremes communicates with a second structure of connection, connecting each of the connection structures first and second the inside of each of the tubes at a single duct
El fluido que se va a calentar por conducción al contacto con las paredes de los tubos asimismo se puede alojar o puede circular en el exterior de los tubos. En este caso un recinto rodea de manera estanca la pluralidad de tubos. Este recinto tiene aberturas que lo comunican con una primera estructura de conexión conectada a un primer conducto y con una segunda estructura de conexión que lo comunican con un segundo conducto. El fluido se puede introducir por tanto en los tubos por el segundo conducto y evacuar de los tubos por el primer conducto de forma continua o discontinua a través de las estructuras segunda y primera respectivamente.The fluid to be heated by conduction to contact with the tube walls can also be accommodated or It can circulate outside the tubes. In this case an enclosure tightly surrounds the plurality of tubes. This enclosure has openings that communicate it with a first connection structure connected to a first conduit and with a second structure of connection that communicate with a second conduit. The fluid is can therefore enter the tubes through the second conduit and evacuate the tubes through the first duct continuously or discontinuous through the second and first structures respectively.
Uno o varios devanados inductivos equipados con conexiones que permiten la conexión de cada devanado a una fuente de corriente variable se disponen alrededor de los tubos contenidos en el recinto, de forma que se generan corrientes inductivas en dichos tubos cuando una corriente variable recorre los devanados. Conviene observar que las fuentes de corriente inductiva no son necesariamente idénticas entre sí. En particular podrá resultar interesante conectar los devanados a fuentes de frecuencias diferentes entre sí.One or more inductive windings equipped with connections that allow the connection of each winding to a source Variable current are arranged around the contained tubes in the enclosure, so that inductive currents are generated in said tubes when a variable current travels the windings. It should be noted that the inductive current sources are not necessarily identical to each other. In particular it may be interesting to connect the windings to frequency sources Different from each other.
De forma opcional un recinto rodea de manera estanca la pluralidad de tubos, teniendo este recinto aberturas que lo comunican con una primera estructura de conexión conectada a un primer conducto y con una segunda estructura de conexión conectada a un segundo conducto de modo que se puede introducir y evacuar un fluido del recinto habiendo estado en contacto con la superficie externa y/o interna de los tubos.Optionally an enclosure surrounds so the plurality of tubes are sealed, this enclosure having openings that they communicate it with a first connection structure connected to a first conduit and with a second connection structure connected to a second conduit so that you can enter and evacuate a enclosure fluid having been in contact with the surface external and / or internal tubes.
En el caso general en el que un recinto del intercambiador esté constituido por una pared cilíndrica, los tubos se disponen paralelamente al eje de la pared cilíndrica, y los devanados inductivos se disponen regularmente a lo largo de los tubos en el exterior o en el interior del recinto, o incluso algunos de ellos se pueden disponer en el interior y otros en el exterior del recinto. Los devanados tienen preferiblemente como eje, el eje de la pared cilíndrica.In the general case in which an enclosure of the exchanger is constituted by a cylindrical wall, the tubes they are arranged parallel to the axis of the cylindrical wall, and the inductive windings are arranged regularly throughout the tubes outside or inside the enclosure, or even some of them can be arranged inside and others outside of the enclosure. The windings preferably have as their axis the axis of the cylindrical wall.
De forma opcional se pueden introducir culatas magnéticas en el intercambiador. En una configuración preferida los tubos se disponen paralelamente a un eje común de forma regular. En esta configuración, los centros de los tubos de una sección recta del conjunto de los tubos perpendicularmente al eje de los tubos, se encuentran en el vértice de uno o varios polígonos regulares inscritos en un círculo o varios círculos concéntricos. En esta configuración, la culata puede adoptar la forma de dos bloques de material magnético dispuestos en el centro de los polígonos regulares y separados entre sí con objeto de canalizar las líneas del campo magnético producido por los devanados inductivos.Optionally, cylinder heads can be inserted magnetic in the exchanger. In a preferred configuration the Tubes are arranged parallel to a common axis on a regular basis. In this configuration, the tube centers of a straight section of the set of tubes perpendicular to the axis of the tubes, found at the apex of one or more regular polygons inscribed in a circle or several concentric circles. In this configuration, the cylinder head can take the form of two blocks of magnetic material arranged in the center of the polygons regular and separated from each other in order to channel the lines of the magnetic field produced by inductive windings.
A continuación se describe un ejemplo de realización de la invención con respecto a los dibujos adjuntos en los que:An example of embodiment of the invention with respect to the accompanying drawings in those who:
- La figura 1 es un corte longitudinal según la línea BB de la figura 2 de un intercambiador según la invención.- Figure 1 is a longitudinal section according to the BB line of Figure 2 of an exchanger according to the invention.
- La figura 2 es un corte transversal según la línea AA de la figura 1 de un intercambiador según la invención.- Figure 2 is a cross section according to the line AA of figure 1 of an exchanger according to the invention.
- La figura 3 es un semicorte longitudinal parcial y esquemático destinado a mostrar el interés de prever varios devanados conectados cada uno a una fuente de corriente que le es propia o en paralelo con otros devanados.- Figure 3 is a longitudinal half-length partial and schematic intended to show interest in providing several windings each connected to a current source that It is its own or in parallel with other windings.
- La figura 4 es un semicorte longitudinal parcial y esquemático destinado a mostrar una forma de realización de la invención en la que el fluido que se va a recalentar circula alrededor de los tubos de calentamiento.- Figure 4 is a longitudinal half-length partial and schematic intended to show an embodiment of the invention in which the fluid to be reheated circulates around the heating pipes.
- La figura 5 es un corte longitudinal parcial y esquemático destinado a mostrar el interés de prever culatas magnéticas en el centro de un espacio delimitado por los tubos.- Figure 5 is a partial longitudinal section and schematic intended to show the interest of providing cylinder heads magnetic in the center of a space bounded by the tubes.
La figura 1 representa un corte longitudinal según la línea BB de la figura 2 de un intercambiador 100 según la invención.Figure 1 represents a longitudinal section along the line BB of figure 2 of an exchanger 100 according to the invention.
Una pluralidad 2 de tubos 3 preferiblemente paralelos entre sí tal como representa la figura 1 está rodeada sobre una parte de su longitud por uno o preferiblemente varios devanados 4 inductivos. Cada devanado está equipado con medios de conexión eléctrica no representados a una fuente de corriente no representada. En la figura 1 las secciones rectas de los conductores que constituyen el o preferiblemente los devanados 4 inductivos se simbolizan mediante puntos negros.A plurality 2 of tubes 3 preferably parallel to each other as shown in figure 1 is surrounded over a part of its length by one or preferably several 4 inductive windings. Each winding is equipped with means of electrical connection not shown to a non-current source represented. In figure 1 the straight sections of the conductors constituting the or preferably the windings 4 Inductants are symbolized by black dots.
Los tubos 3 son rectos, de longitudes iguales y paralelos a una dirección OO' axial de la pluralidad 2 de tubos 3. Los tubos 3 están preferiblemente, tal como representan las figuras 1 y 2, dispuestos según una simetría de revolución alrededor del eje OO'. Cada tubo 3 tiene dos extremos, un primer 5 y un segundo 6. Preferiblemente los tubos 3 están equipados entre sus dos extremos al menos para parte de ellos con sensores 18 de temperatura. Preferiblemente al menos uno de los tubos 3 está dotado de varios sensores 18 de temperatura a lo largo de su longitud.The tubes 3 are straight, of equal lengths and parallel to an axial OO 'direction of the plurality 2 of tubes 3. The tubes 3 are preferably, as shown in the figures. 1 and 2, arranged according to a symmetry of revolution around the OO 'axis. Each tube 3 has two ends, a first 5 and a second 6. Preferably the tubes 3 are equipped between their two ends. at least for part of them with temperature sensors 18. Preferably at least one of the tubes 3 is provided with several 18 temperature sensors along its length.
Cada uno de los primeros extremos 5 está empotrado en una placa 7 tubular de modo que un fluido puede pasar a través de esta placa y estar en comunicación con el interior de los tubos 3. Asimismo cada uno de los segundos extremos 6 está empotrado en una placa 8 tubular de modo que un fluido puede pasar a través de esta placa 8 y estar en comunicación con el interior de los tubos 3. La placa 7 tubular está equipada con un orificio 28 no pasante centrado en el eje OO'. Una estructura 9 en forma de embudo está constituida por una pared 10 troncocónica centrada en el eje OO'. La pared 10 troncocónica tiene un primer extremo 11 con una abertura ancha y un segundo extremo 12 con una abertura estrecha. Las aberturas se califican de ancha y estrecha una con respecto a la otra.Each of the first 5 ends is embedded in a tubular plate 7 so that a fluid can pass through this board and be in communication with the inside of the tubes 3. Also each of the second ends 6 is embedded in a tubular plate 8 so that a fluid can pass to through this plate 8 and be in communication with the inside of the tubes 3. The tubular plate 7 is equipped with a hole 28 not intern centered on the OO 'axis. A funnel-shaped structure 9 it is constituted by a conical wall 10 centered on the axis OO '. The conical wall 10 has a first end 11 with a wide opening and a second end 12 with a narrow opening. The openings are labeled wide and narrow one with respect to the other.
El primer extremo 11 de la pared 10 troncocónica que tiene una abertura ancha se prolonga mediante una pared 13 cilíndrica que se empotra de manera estanca en el orificio 28 no pasante de la placa 7 tubular. El segundo extremo 12 de la pared 10 troncocónica que tiene una abertura estrecha se prolonga mediante una pared 14 cilíndrica. La pared 14 cilíndrica forma un conducto 14 de evacuación de un fluido que proviene de los tubos 3. El conducto 14 comprende una válvula 15 que permite abrir o cerrar el conducto. El conducto 14 se termina mediante medios 17 de conexión que permiten conectar el intercambiador a un conducto exterior no representado.The first end 11 of the conical wall 10 which has a wide opening is extended by a wall 13 cylindrical that recesses tightly in hole 28 no tubular plate 7 through. The second end 12 of the wall 10 conical trunk that has a narrow opening is prolonged by a cylindrical wall 14. The cylindrical wall 14 forms a conduit 14 of evacuation of a fluid that comes from the tubes 3. The conduit 14 comprises a valve 15 that allows to open or close the conduit. The conduit 14 is terminated by connection means 17 which allow the exchanger to be connected to an external conduit not represented.
Asimismo una estructura 9' en forma de embudo está constituida por una pared 10' troncocónica centrada en el eje OO'. La pared 10' troncocónica tiene un primer extremo 11' con una abertura ancha y un segundo extremo 12' con una abertura estrecha. El primer extremo 11' de la pared 10' troncocónica que tiene una abertura ancha se prolonga mediante una pared 13' cilíndrica que se empotra de manera estanca en un orificio 28' no pasante de la placa 8 tubular. El segundo extremo 12' de la pared 10' troncocónica que tiene una abertura estrecha se prolonga mediante una pared 14' cilíndrica. La pared 14' cilíndrica forma un conducto 14' de introducción de un fluido que se va a recalentar del exterior hacia el interior de los tubos 3 a través de la placa 8 tubular. El conducto 14' puede comprender una válvula que permite abrir o cerrar el conducto 14'. El conducto 14' se termina mediante medios 17' de conexión que permiten conectar el intercambiador 100 a un conducto exterior no representado.Also a funnel-shaped structure 9 ' it is constituted by a wall 10 'conical trunk centered on the axis OO '. The 10 'conical wall has a first end 11' with a wide opening and a second end 12 'with a narrow opening. The first end 11 'of the wall 10' conical trunk having a wide opening is extended by a cylindrical wall 13 'which recessed tightly in a hole 28 'not through the plate 8 tubular The second end 12 'of the wall 10' conical trunk which has a narrow opening is extended by a wall 14 ' cylindrical The cylindrical wall 14 'forms a conduit 14' of introduction of a fluid to be reheated from the outside towards the interior of the tubes 3 through the tubular plate 8. He conduit 14 'can comprise a valve that allows to open or close the conduit 14 '. The conduit 14 'is terminated by means 17' of connection that allow the exchanger 100 to be connected to a conduit exterior not represented.
Tal como se representa por ejemplo en la figura 1, los tubos 3, son de una sola pieza en el interior y en la proximidad del volumen cilíndrico delimitado por los devanados 4 inductores. No hay ninguna placa tubular de posicionamiento o de conexión de los tubos 3 en el interior y en la proximidad del volumen cilíndrico delimitado por los devanados 4 inductores. Las placas 7 y 8 tubulares, a las que están conectados respectivamente los extremos primero 5 y segundo 6 de los tubos 3, están situadas fuera del volumen cilíndrico delimitado por los devanados 4 inductores y de su proximidad inmediata. Así las soldaduras o soldaduras fuertes de las conexiones de los extremos de los tubos 3 a las placas 7 y 8 tubulares se encuentran fuera de la zona calentada por las corrientes inducidas. De este modo la temperatura de estas conexiones nunca es superior a la temperatura del material que se va a calentar.As shown for example in the figure 1, the tubes 3, are in one piece inside and in the proximity of cylindrical volume delimited by windings 4 inductors There is no tubular positioning plate or connection of the pipes 3 inside and in the vicinity of the cylindrical volume delimited by the 4 inductor windings. The tubular plates 7 and 8, to which they are connected respectively the first 5 and second 6 ends of the tubes 3 are located outside the cylindrical volume delimited by the windings 4 inductors and their immediate proximity. So the welds or strong welds of the pipe end connections 3 to tubular plates 7 and 8 are outside the zone Heated by induced currents. In this way the temperature of these connections is never higher than the material temperature It is going to heat up.
Tal como se representa por ejemplo en las figuras 1 - 5, los tubos 3 no se tocan, al menos en el volumen cilíndrico delimitado por los devanados 4 inductores. Como resultado las corrientes inducidas son propias para cada tubo y se controla mejor el aporte de energía tubo por tubo.As represented for example in the Figures 1-5, the tubes 3 do not touch, at least in volume cylindrical delimited by the 4 inductor windings. How result the induced currents are proper for each tube and it Better control the energy supply tube by tube.
Las estructuras 9, 9' que comprenden respectivamente los elementos 10-15, 10'-15' forman los medios de conexión del intercambiador con conductos exteriores de evacuación y de introducción de un fluido.The structures 9, 9 'comprising respectively elements 10-15, 10'-15 'form the connection means of the exchanger with external evacuation ducts and introduction of a fluid.
La placa 7 tubular comprende cuatro brazos 16 de soporte mecánico de espiras que constituyen en conjunto el o los devanados 4 inductivos. Esto brazos 16 se disponen perpendicularmente a la placa 7, es decir, paralelamente al eje OO'.The tubular plate 7 comprises four arms 16 of mechanical support of turns that together constitute the one or more 4 inductive windings. This arms 16 are arranged perpendicular to plate 7, that is, parallel to the axis OO '.
La figura 2 es un corte transversal según la línea AA del ejemplo de intercambiador representado en la figura 1. Está destinada a mostrar un ejemplo de disposiciones de unos tubos 3 con respecto a los otros. Naturalmente son posibles otras configuraciones.Figure 2 is a cross section according to the line AA of the example of exchanger shown in Figure 1. It is intended to show an example of arrangements of pipes 3 with respect to the others. Naturally others are possible configurations
En el ejemplo representado en la figura 2, los tubos 3 tienen el mismo diámetro. Esta característica no obligatoria permite simplificar la fabricación y los suministros.In the example depicted in Figure 2, the 3 tubes have the same diameter. This feature is not mandatory. Simplify manufacturing and supplies.
Los centros de las secciones de los tubos están situados en círculos concéntricos centrados en el eje OO'. En cada círculo los centros de las secciones de los tubos 3 están situados en los vértices de un polígono regular inscrito en el círculo. En el ejemplo representado en la figura 2, hay cinco círculos concéntricos, y los polígonos regulares son, en cada círculo, octógonos, de modo que hay el mismo número de tubos, es decir 8 tubos 3, centrados en cada círculo. En total hay 40 tubos 3. Debido a que en la proximidad del centro los diámetros de los círculos son más pequeños, la densidad de tubos es más grande en el centro que en la periferia del intercambiador. En el ejemplo representado en la figura 2 los tubos de dos círculos inmediatamente adyacentes entre sí se disponen a tresbolillo unos con respecto a los otros.The centers of the tube sections are located in concentric circles centered on the OO 'axis. In each circle the centers of the sections of the tubes 3 are located at the vertices of a regular polygon inscribed in the circle. In the example represented in figure 2, there are five circles concentric, and regular polygons are, in each circle, octagons, so that there are the same number of tubes, that is 8 3 tubes, centered on each circle. In total there are 40 tubes 3. Due to that in the proximity of the center the diameters of the circles are smaller, the density of tubes is larger in the center than in the periphery of the exchanger. In the example represented in the Figure 2 the tubes of two immediately adjacent circles between yes they are available to tresbolillo with respect to the others.
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El funcionamiento es el siguiente:The operation is as follows:
Un fluido que se va a tratar térmicamente se envía por los medios 9' de introducción en los tubos 3 a través de la placa 8 tubular y se evacua por los medios 9 de evacuación a través de la placa 7 tubular. Preferiblemente el calentamiento del fluido se efectúa de manera continua, es decir que la válvula 15 de evacuación y eventualmente una válvula de introducción están abiertas y el fluido entra y sale permanentemente del intercambiador según un movimiento continuo. Naturalmente la circulación del fluido introducido en el intercambiador, podría ser discontinua. En este caso el fluido se inmoviliza durante un periodo de calentamiento y después se evacua. Cada uno de los devanados 4 se atraviesa por una corriente variable que induce corrientes en los tubos 3. Estos tubos se calientan. Mientras está en contacto con los tubos 3, el fluido se recalienta por los tubos 3 calientes. El fluido se calienta cada vez más a medida que se acerca a la estructura 9 de evacuación.A fluid to be heat treated is sends by means 9 'of introduction into the tubes 3 through the tubular plate 8 and is evacuated by the evacuation means 9 to through the tubular plate 7. Preferably the heating of the fluid is carried out continuously, that is the valve 15 of evacuation and eventually an introduction valve are open and the fluid enters and leaves the exchanger permanently according to a continuous movement. Naturally the circulation of fluid introduced into the exchanger, could be discontinuous. In in this case the fluid is immobilized during a period of heating and then evacuate. Each of the windings 4 is crosses a variable current that induces currents in the tubes 3. These tubes are heated. While in contact with the tubes 3, the fluid is reheated by the hot tubes 3. He fluid heats up more and more as it approaches the 9 evacuation structure.
El hecho de disponer de varios devanados independientes, es decir conectados cada uno a su propia fuente de corriente, permite un control de la temperatura por zonas tal como se explica a continuación. Los sensores 18 de temperatura son una parte de un bucle de realimentación de temperatura que permite de controlar la temperatura de los tubos 3 alrededor de la zona en la que se encuentra el sensor de temperatura. En la figura 3 se ha representado una semivista de una parte de tubos 3 de los que uno con la referencia 31 está equipado con un primer sensor 18-1 situado en un primer nivel y con un segundo sensor 18-2 situado en un segundo nivel. Los devanados 41, 42 independientes entre sí, están situados sensiblemente a nivel de los sensores 18-1, 18-2 respectivamente. Según la diferencia entre una temperatura deseada al nivel del sensor 18-1 y una temperatura real medida por este sensor se controlará una variación de la intensidad media de la corriente inductora entregada por la fuente S1 que circula en el devanado 41 situado a nivel del sensor 18-1. Para ello la fuente S1 incluye medios de regulación conocidos en sí mismos y no representados que reciben la indicación de temperatura o de la diferencia de temperatura con respecto a un valor teórico. Debido a que la fuente S1 de alimentación eléctrica del devanado 41 es independiente, es posible modificar la cantidad de calor transmitida por el intercambiador únicamente al nivel en el que se sitúa el sensor 18-1. Lo mismo sucede para la zona situada alrededor del sensor 18-2, de su devanado 42 independiente y de su fuente S2 de alimentación no representada. Naturalmente el número de sensores a lo largo de un tubo no está limitado. Si se disponen varios sensores a un mismo nivel en varios tubos, la corriente del devanado situado en este nivel se podrá controlar en función del valor de una combinación que hace intervenir los diferentes valores medidos por los diferentes sensores situados a este nivel. Así en este modo de realización, uno o varios tubos están equipados con uno o varios sensores de temperatura cada uno con una salida acoplada a medios de regulación de la potencia eléctrica que alimentan uno o varios devanados. Naturalmente se podrán disponer también uno o varios sensores de temperatura al nivel por ejemplo del conducto 14 de evacuación de fluido y controlar una o varias fuentes en función de los valores o de las diferencias de valores determinadas a partir de estos sensores.The fact of having several windings independent, that is, each connected to its own source of current, allows temperature control by zones such as It is explained below. The temperature sensors 18 are a part of a temperature feedback loop that allows for control the temperature of the tubes 3 around the area in the The temperature sensor is located. In figure 3 it has represented a semivist of a part of tubes 3 of which one with reference 31 is equipped with a first sensor 18-1 located on a first level and with a second 18-2 sensor located on a second level. The windings 41, 42 independent of each other, are located substantially at the level of sensors 18-1, 18-2 respectively. According to the difference between a desired temperature at sensor level 18-1 and a actual temperature measured by this sensor a variation will be controlled of the average intensity of the inductor current delivered by the source S1 circulating in winding 41 located at sensor level 18-1. For this the source S1 includes means of regulation known in themselves and not represented that receive the temperature indication or temperature difference with regarding a theoretical value. Because the source S1 of winding 41 power supply is independent, it is possible modify the amount of heat transmitted by the exchanger only at the level where the sensor is located 18-1. The same happens for the area around of sensor 18-2, of its independent winding 42 and of its power supply S2 not shown. Naturally the number of sensors along a tube is not limited. Whether they have several sensors at the same level in several tubes, the winding current located at this level can be controlled in function of the value of a combination that intervenes different values measured by the different sensors located at this level Thus in this embodiment, one or more tubes they are equipped with one or several temperature sensors each with an output coupled to power regulation means electrical powering one or more windings. Naturally it may also have one or several temperature sensors at level for example of the fluid evacuation conduit 14 and control one or more sources depending on the values or differences in values determined from these sensors.
Ahora se explicará una variante de realización de la invención con relación a la figura 4. Esta figura representa la parte superior de un intercambiador tal como el representado en la figura 1. En la figura 4 los elementos con la misma función que los descritos con relación a la figura 1 llevan los mismos números de referencia. No se describirán de nuevo.Now an embodiment variant will be explained of the invention in relation to figure 4. This figure represents the upper part of an exchanger such as that represented in Figure 1. In Figure 4 the elements with the same function as those described in relation to figure 1 bear the same numbers reference. They will not be described again.
En esta variante de realización la placa 7 tubular comprende un orificio 28 no pasante superior tal como se describe con relación a la figura 1, que permite la conexión estanca de la estructura 9 de conexión. También comprende un orificio 20 no pasante inferior que permite la conexión estanca de una pared 21 cilíndrica. La pared 21 cilíndrica rodea la pluralidad 2 de tubos 3. La pared 21 cilíndrica también está conectada de manera estanca a la placa 8 tubular inferior. Cada una de las placas tubulares superior 7 e inferior 8 está perforada con orificios 22 pasantes en la parte de placa que se encuentra a la vez en el interior de la parte delimitada por la estructura 9, 9' de conexión respectivamente y en el interior de la parte delimitada por la pared 21 cilíndrica. Esta configuración permite que el fluido que llega por la estructura 9' de conexión se introduzca por los orificios 22' pasantes de la placa 7 en un recinto 25 de calentamiento delimitado por la pared 21 cilíndrica y las placas 7, 8 tubulares, y que después evacue hacia la estructura 9 de conexión por los orificios 22 pasantes. Se obtiene por tanto una superficie de calentamiento doble puesto que está formada por superficies interior y exterior de los tubos 2. Por tanto, según este modo de realización, un recinto rodea de manera estanca la pluralidad 3 de tubos 2. Este recinto tiene aberturas que lo comunican con la primera estructura 9 de conexión conectada al primer conducto 14 y con la segunda estructura 9' de conexión conectada al segundo conducto 14' de modo que se puede introducir y evacuar un fluido del recinto habiendo estado en contacto con la superficie externa e interna de los tubos 2. Si en esta variante de realización, por cualquier motivo, por ejemplo por dificultades de limpieza, no se desea hacer pasar el fluido en los tubos 2, basta con que los tubos 2 no desemboquen en las estructuras 9, 9' de conexión.In this variant embodiment plate 7 tubular comprises an upper non-through hole 28 as it is described in relation to figure 1, which allows the watertight connection of connection structure 9. It also comprises a hole 20 not bottom through which allows the watertight connection of a wall 21 cylindrical The cylindrical wall 21 surrounds the plurality 2 of tubes 3. The cylindrical wall 21 is also tightly connected to the lower tubular plate 8. Each of the tubular plates upper 7 and lower 8 is perforated with through holes 22 in the part of the plate that is at the same time inside the part delimited by connection structure 9, 9 ' respectively and inside the part delimited by the wall 21 cylindrical. This configuration allows the fluid to arrive through the 9 'connection structure, enter through the holes 22 'plate through 7 in a heating chamber 25 delimited by cylindrical wall 21 and tubular plates 7, 8, and then evacuate to connection structure 9 by holes 22 through. Therefore, an area of double heating since it is formed by surfaces inner and outer tubes 2. Therefore, according to this mode of embodiment, an enclosure tightly surrounds the plurality 3 of tubes 2. This enclosure has openings that communicate with the first connection structure 9 connected to the first conduit 14 and with the second connection structure 9 'connected to the second conduit 14 'so that a fluid can be introduced and evacuated from the enclosure having been in contact with the external surface and internal of the tubes 2. If in this variant embodiment, by Any reason, for example due to cleaning difficulties, is not you want to pass the fluid in the tubes 2, just that the tubes 2 do not lead to connection structures 9, 9 '.
La pared 21 cilíndrica puede ser conductora en una parte de su superficie, es decir formada por partes conductoras conectadas entre sí mediante partes no conductoras. También puede ser levemente conductora o no conductora de la electricidad. Lo esencial es que no impide la formación de las corrientes inducidas en los tubos 2 por las corrientes inductoras que circulan en los devanados 4 inductores.The cylindrical wall 21 can be conductive in a part of its surface, that is formed by conductive parts connected to each other by non-conductive parts. also can Be slightly conductive or non-conductive of electricity. The essential is that it does not prevent the formation of induced currents in the tubes 2 by the inductor currents that circulate in the 4 inductor windings.
Preferiblemente con el fin de mejorar la forma de las líneas del campo magnético creado por los devanados 4 inductores, se podrán disponer, tal como se representa de forma esquemática en la figura 5, dos masas 23 de material magnético, por ejemplo ferromagnético, centradas en el eje OO' y sensiblemente a los niveles de las terminaciones de los devanados 4 inductores tal como se representa en la figura 5. De este modo las líneas de campo se canalizan a lo largo del eje OO' en toda la longitud de los tubos 2 situada en el interior de los devanados 4. Se mejora por tanto el reparto de la potencia transmitida a cada tubo.Preferably in order to improve the shape of the magnetic field lines created by the windings 4 inductors, may be arranged, as represented schematic in figure 5, two masses 23 of magnetic material, by ferromagnetic example, centered on the OO 'axis and substantially at the levels of the terminations of the windings 4 inductors such as shown in figure 5. In this way the field lines are channeled along the axis OO 'throughout the length of the tubes 2 located inside the windings 4. Therefore, the distribution of the power transmitted to each tube.
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