ES2353308T3 - Intercambiador de calor. - Google Patents

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Abstract

Intercambiador de calor que consiste principalmente en un cuerpo envolvente con un fondo (3), una pared superior (8) y paredes laterales (4 a 7), en el que, en dos pares de paredes laterales opuestas, la pared frontal (4) y la pared posterior (6), respectivamente, están conectados un suministro (11) y una descarga (12) para el gas a enfriar, y en el que unos canales están dispuestos en el cuerpo envolvente según dos direcciones transversales, y en el que, entre los canales mencionados anteriormente y la pared posterior mencionada anteriormente, están dispuestos unos medios en el cuerpo envolvente (2) para separar el líquido condensado del gas enfriado, formados principalmente por una serie de paredes verticales onduladas (17) en las que están dispuestas unas nervaduras (19) que se extienden transversalmente formando unos canalones verticales (21) que se extienden desde el fondo (3) hasta la pared superior (8) del cuerpo envolvente (2), caracterizado por el hecho de que unos orificios (22) están dispuestos en el fondo (3) para la descarga del líquido condensado separado de los canalones (21) a través de un colector (28), extendiéndose dicho colector (28) al menos desde debajo de los orificios (22) hasta debajo de una abertura (23) que está dispuesta en el fondo (3) entre los medios para separar el líquido condensado y la pared posterior (6).

Description

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, de forma más específica, a un intercambiador de calor para gases, que está dotado de medios para separar el líquido condensado de un gas enfriado.
Ya se conocen dispositivos para enfriar gases que están dotados de medios para separar el líquido condensado de un gas enfriado, estando dispuestos estos medios externamente con respecto al intercambiador de calor y consistiendo, por ejemplo, en un separador de agua denominado de tipo ciclónico, que está formado por un cuerpo envolvente en forma de cilindro.
Al dejar circular tangencialmente el aire enfriado en el separador de líquido condensado en forma de cilindro, el aire y las gotas de líquido condensado contenidas en el mismo quedan sujetos a una fuerza centrífuga que hace posible eliminar las gotas de líquido condensado del flujo de aire.
Un inconveniente de tal intercambiador de calor conocido con un separador de líquido condensado externo consiste en que en un separador de líquido condensado conocido de tipo ciclónico se producen diferencias de carga relativamente grandes, lo que significa de forma específica que este separador de líquido condensado conocido absorbe relativamente mucha energía del flujo de aire, de modo que será necesario usar bombas o etapas de compresión adicionales en combinación con tal separador de líquido condensado para obtener la presión de aire necesaria y también la salida de aire necesaria, lo que da como resultado costes de funcionamiento relativamente elevados en este separador de líquido condensado conocido.
Otros separadores de líquido condensado conocidos que se aplican en combinación con un intercambiador de calor separan el líquido condensado del flujo de aire mediante la fuerza de la gravedad, por ejemplo, en el caso del documento US 5.268.011.
Un inconveniente de tales separadores de líquido condensado conocidos consiste en que los mismos no funcionan de forma eficaz con caudales elevados de aire a tratar, ya que, en ese caso, las gotas de líquido condensado son absorbidas conjuntamente con el flujo de aire. En consecuencia, tal separador de líquido condensado conocido debe ser relativamente grande para ser capaz de procesar una salida de aire predeterminada con un caudal de aire a tratar reducido, lo que resulta un inconveniente debido al coste relativamente elevado de un separador de líquido condensado tan grande.
El objetivo de la presente invención es solventar uno o varios de los inconvenientes mencionados anteriormente.
Con tal propósito, la invención se refiere a un intercambiador de calor que consiste principalmente en un cuerpo envolvente con un fondo, una pared superior y paredes laterales, en el que, en dos pares de paredes laterales opuestas, la pared frontal y la pared posterior, respectivamente, están conectados un suministro y una descarga para el gas a enfriar, en el que unos canales están dispuestos en el cuerpo envolvente según dos direcciones transversales, y en el que, entre los canales mencionados anteriormente y la pared posterior mencionada anteriormente, están dispuestos unos medios en el cuerpo envolvente para separar el líquido condensado del gas enfriado, formados principalmente por una serie de paredes verticales onduladas en las que están dispuestas unas nervaduras que se extienden transversalmente formando unos canalones verticales que se extienden desde el fondo hasta la pared superior del cuerpo envolvente, caracterizado por el hecho de que unos orificios están dispuestos en el fondo para la descarga del líquido condensado separado de los canalones a través de un colector, extendiéndose dicho colector al menos desde debajo de los orificios hasta debajo de una abertura que está dispuesta en el fondo entre los medios para separar el líquido condensado y la pared posterior.
Una ventaja del intercambiador de calor según la invención consiste en que los medios para separar el líquido condensado están dispuestos en el mismo cuerpo envolvente que el intercambiador de calor, de modo que es posible disponer un intercambiador de calor según la invención, por ejemplo, en la salida de aire comprimido de un compresor, de manera relativamente rápida y sencilla.
Otra ventaja del intercambiador de calor según la invención consiste en que el mismo puede ser relativamente compacto y puede ser fabricado de manera relativamente barata.
Además, es posible conseguir una eficacia de separación elevada en combinación con pérdidas de carga reducidas, y se evitan las pérdidas de carga adicionales que se producirían normalmente en la conexión entre el intercambiador de calor y el separador de líquido condensado cuando el intercambiador de calor y el separador de líquido condensado se conectan entre sí como dos partes separadas.
Para una mejor comprensión de las características de la presente
invención, a continuación se describe una realización preferida de un intercambiador de calor según la invención, solamente a título de ejemplo y en ningún modo de forma limitativa, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
la figura 1 representa esquemáticamente una sección de un intercambiador
de calor según la invención;
la figura 2 representa una sección según la línea II-II de la figura 1;
la figura 3 representa la parte indicada por F3 en la figura 1, a mayor
escala;
la figura 4 representa una sección según la línea IV-IV de la figura 1, a
mayor escala.
La figura 1 representa un intercambiador de calor 1 que consiste principalmente en un cuerpo envolvente 2 formado por un fondo 3 y unas paredes laterales 4 a 7 que, tal como se representa en la figura 4, soportan una pared superior 8.
En dos paredes laterales opuestas, que se indican en este caso como la pared frontal 4 y la pared posterior 6 a efectos de simplicidad, están dispuestos unos pasos 9 y 10 a través de los cuales un suministro 11 para el gas a enfriar y una descarga 12 para el gas enfriado se conectan al espacio 13 situado dentro del cuerpo envolvente 2.
En el espacio 13 mencionado anteriormente están dispuestos unos canales 14 y 15 de manera conocida, según dos direcciones transversales, de modo que, tal como es conocido, unas placas onduladas 16 están dispuestas en cada uno de los diferentes canales 14-15.
Según la invención, entre los canales 14 mencionados anteriormente y la pared posterior 6 están dispuestos unos medios que hacen posible separar el líquido condensado del gas enfriado.
Tal como se representa en la figura 3, a mayor escala, en este caso, estos medios consisten en varias paredes verticales 17 onduladas dispuestas en el fondo 3 del cuerpo envolvente 2 y que se extienden hasta la pared superior 8 de este cuerpo envolvente 2.
En cada una de estas paredes 17 están dispuestas, preferiblemente a lo largo del exterior de las diferentes partes 18 dobladas en forma de U, unas nervaduras 19 que se extienden transversalmente, que se extienden desde el fondo 3 hasta la pared superior 8 del cuerpo envolvente 2, y que están dobladas en su extremo libre 20 hacia la pared frontal 4, de modo que se crea un canalón vertical 21 en cada ocasión.
En los diferentes canalones 21 están dispuestos unos orificios 22, en el fondo 3 del cuerpo envolvente 2.
Tal como se representa en la figura 4, una abertura 23 está dispuesta entre los medios para separar el líquido condensado descritos anteriormente y la pared posterior 6 mencionada anteriormente, en el fondo 3 del cuerpo envolvente 2.
En el borde lateral 24 de dicha abertura 23, en el lado de la pared posterior 6 mencionada anteriormente, está dispuesta una nervadura vertical 25 transversal que está dotada de un borde transversal 26 en su extremo libre que se extiende prácticamente en la totalidad de la abertura 23.
Tal como se representa en la figura 1, este borde transversal 25, cerca de las paredes laterales 5 y 7 del cuerpo envolvente, es preferiblemente considerablemente más corto que alrededor del centro del cuerpo envolvente 2, de modo que el borde 26 se extiende menos en la abertura 23 cerca de las paredes laterales 5 y 7 que en ningún otro sitio del cuerpo envolvente 2.
Tal como se representa en la figura 4, entre los orificios 22 y la abertura 23 mencionada anteriormente, debajo del fondo 3 del cuerpo envolvente 2, está dispuesto un borde 27 que se extiende transversalmente.
Debajo del cuerpo envolvente 2 está dispuesto un colector 28 para agua que se extiende al menos desde debajo de los diferentes orificios 22 hasta debajo de la abertura 23, estando dispuesto un paso 29 en el fondo del colector 28 a través del que se fija un tubo 30 de descarga para el líquido condensado.
El colector 28 mencionado anteriormente tiene preferiblemente forma de U, de modo que la pata 31 del colector 28 que está situada más cerca de la pared posterior 6 del intercambiador de calor 1 está conectada al borde lateral 24 de la abertura 23 mencionado anteriormente.
El funcionamiento del intercambiador de calor según la invención descrito anteriormente es sencillo y se describe a continuación.
El intercambiador de calor 1 según la invención está diseñado, por ejemplo, para enfriar el aire caliente procedente de un compresor.
Con tal propósito, el aire caliente es guiado a través del suministro 11, a través de los canales 14 y entre las placas 16 del intercambiador de calor 1, de modo que, de manera conocida, el aire caliente cede indirectamente parte de su calor a un medio refrigerante, tal como, por ejemplo, aire o agua fríos, que es bombeado o impulsado a través de los canales 15.
Al enfriar el aire caliente hasta el punto de saturación, parte del agua o similar presente en el aire caliente se condensa y es transportada conjuntamente con el flujo de aire a través de los canales 14 en forma de gotas pequeñas.
Cuando, posteriormente, el aire húmedo y enfriado es guiado entre las paredes onduladas 17 de los medios que hacen posible separar el líquido condensado del gas enfriado, cuando el caudal de aire húmedo es suficientemente alto, las gotas de líquido condensado existentes serán recogidas por los canalones verticales 21, gracias al denominado principio de inercia.
A continuación, las gotas de líquido condensado recogidas serán descargadas bajo la influencia de la fuerza de la gravedad, a través de los orificios 22 del fondo 3 del cuerpo envolvente 2, a través del colector 28 mencionado anteriormente y a través del paso 29 del tubo 30 de descarga para el líquido condensado.
Debido a que, a través de los orificios 22 del fondo 3 mencionados anteriormente, también se escapa parte del aire enfriado del intercambiador de calor 1, se dispone la abertura 23, que permite que el aire escapado vuelva al intercambiador de calor 1, con la ayuda de la estructura en forma de U del colector
28.
La nervadura vertical 25 y el borde transversal 26 dispuesto en la misma aseguran que las gotas de líquido condensado procedentes del colector no son transportadas conjuntamente con el flujo de aire a través de la abertura 23 mencionada anteriormente.
La nervadura vertical 25 también asegura que la película de líquido condensado dispuesta en el fondo 3 del intercambiador de calor 1 no es arrastrada a través de las paredes onduladas 17 hacia la descarga 12, ya que esta nervadura 25 hace posible mantener las velocidades del aire reducidas a la altura de la película de líquido condensado, permitiendo que la película de líquido condensado tenga la oportunidad de salir a través de la abertura 23.
Un inconveniente de utilizar el borde transversal 26 mencionado anteriormente consiste en que, en algunos casos, el aire reciclado a través de la abertura 23 es insuficiente. Para solucionar este inconveniente, el borde transversal 26, cerca de las paredes laterales 5 y 7 del cuerpo envolvente 2, es considerablemente más corto, de modo que se produce una menor resistencia cerca de las paredes laterales 5 y 7 para la circulación del aire a través de la abertura 23.
El borde 27 que se extiende transversalmente debajo del fondo 3 entre los
orificios 22 y la abertura 23 evita que las gotas de líquido condensado que son
descargadas desde el intercambiador de calor 1 a través de los orificios 22 se
5 adhieran a la cara inferior del fondo 3 y vuelvan al intercambiador de calor 1 con el flujo de aire a través de los orificios 22 y la abertura 23.
Por supuesto, es posible disponer la estructura de un intercambiador de
calor según la invención mencionada anteriormente varias veces de forma
sucesiva en un único y mismo cuerpo envolvente 2, de modo que un gas a enfriar
10 puede quedar sujeto de forma sucesiva a una primera refrigeración, una primera separación de líquido condensado o humedad, una segunda refrigeración, una segunda separación de humedad, etcétera, de manera que no sea necesario que el gas deba ser enfriado directamente hasta la temperatura requerida si se producen cantidades de líquido condensado demasiado grandes entre los canales
15 14 del intercambiador de calor 1, lo que provocaría una posible pérdida de eficacia del intercambiador de calor 1. La presente invención no se limita en ningún modo a la realización descrita anteriormente, mostrada a título de ejemplo y representada en los dibujos que se acompañan; al contrario, tal intercambiador de calor según la invención puede
20 estar realizado en todo tipo de formas y dimensiones y seguir estando incluido dentro del alcance de la invención.

Claims (10)

1.
Intercambiador de calor que consiste principalmente en un cuerpo envolvente con un fondo (3), una pared superior (8) y paredes laterales (4 a 7), en el que, en dos pares de paredes laterales opuestas, la pared frontal (4) y la pared posterior (6), respectivamente, están conectados un suministro (11) y una descarga (12) para el gas a enfriar, y en el que unos canales están dispuestos en el cuerpo envolvente según dos direcciones transversales, y en el que, entre los canales mencionados anteriormente y la pared posterior mencionada anteriormente, están dispuestos unos medios en el cuerpo envolvente (2) para separar el líquido condensado del gas enfriado, formados principalmente por una serie de paredes verticales onduladas (17) en las que están dispuestas unas nervaduras (19) que se extienden transversalmente formando unos canalones verticales (21) que se extienden desde el fondo (3) hasta la pared superior (8) del cuerpo envolvente (2), caracterizado por el hecho de que unos orificios (22) están dispuestos en el fondo (3) para la descarga del líquido condensado separado de los canalones (21) a través de un colector (28), extendiéndose dicho colector (28) al menos desde debajo de los orificios (22) hasta debajo de una abertura (23) que está dispuesta en el fondo (3) entre los medios para separar el líquido condensado y la pared posterior (6).
2.
Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha abertura (23) se extiende en la totalidad o prácticamente en la totalidad de la anchura del cuerpo envolvente (2).
3.
Intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el colector (28) mencionado anteriormente tiene forma de U.
4.
Intercambiador de calor según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que la pata (31) del colector (28) que está situada más cerca de la pared posterior (6) está conectada al borde lateral (24) de la abertura (23) mencionada anteriormente en el lado de la pared posterior (6).
5.
Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que, en el borde lateral (24) de la abertura (23) mencionado anteriormente está dispuesta una nervadura vertical (25).
6.
Intercambiador de calor según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la nervadura vertical (25) mencionada anteriormente está dotada de un borde transversal (26) en su extremo libre que se extiende prácticamente en la totalidad de la abertura (23).
7.
Intercambiador de calor según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el borde transversal (26) mencionado anteriormente, cerca de las paredes laterales (5-7) del cuerpo envolvente (2), es más corto que alrededor del centro del cuerpo envolvente (2).
8.
Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, entre los medios para separar el líquido condensado del gas enfriado y la abertura (23) mencionada anteriormente, debajo del fondo (3) del cuerpo envolvente (2), está dispuesto un borde (27) que se extiende transversalmente.
9.
Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las nervaduras (19) mencionadas anteriormente están dobladas en sus extremos libres, hacia la pared frontal (4) del cuerpo envolvente (2).
10.
Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cada una de las nervaduras (19) mencionadas anteriormente está dotada en el exterior de una parte doblada (18) en forma de U de las paredes onduladas (17) mencionadas anteriormente.
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