ES2635332T3

ES2635332T3 - Intercambiador de calor

Info

Publication number: ES2635332T3
Application number: ES05748002.2T
Authority: ES
Inventors: Mark P. Taylor; John J. J. Chen; Mohamed Farid; Robert John Wallace
Original assignee: Auckland Uniservices Ltd
Current assignee: Auckland Uniservices Ltd
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: CA2566136A1; AU2005242903B2; US20080047691A1; BRPI0511273B1; AU2005242903A1; NZ551007A; EP1751486B1; WO2005111524A1; US20140262164A1; SI1751486T1; US7901617B2; CA2566136C; EP1751486A4; BRPI0511273A; EP1751486A1; US8778257B2; US9234704B2; US20110114292A1

Abstract

Un intercambiador de calor (10), para hornos de fundición, que incluye: un conducto (12) para transportar fluido de refrigeración con relación a un horno a enfriar; y una disposición de transferencia de calor (62) que comprende una pluralidad de caños (100) espaciados, conectados al conducto (12) por un colector (74), estando los caños (72) dispuestos a intervalos espaciados a lo largo del colector (74), estando cada caño (100) en comunicación con un interior del conducto (12), definiendo la disposición de transferencia de calor (62) y el conducto (12) conjuntamente un conjunto que se puede montar adyacente, y externamente, a una pared del horno a enfriar, produciéndose durante el funcionamiento un intercambio de calor por convección debido al movimiento del fluido refrigerante con respecto al horno y a la disposición de transferencia de calor (62), y produciéndose un intercambio de calor por radiación entre el horno y los caños (100) de la disposición de transferencia de calor (62) del conjunto, comprendiendo adicionalmente cada caño (100) unas partes (118), que mejoran la transferencia de calor, en forma de al menos uno de componentes (120, 122) que aumentan el área superficial y componentes (124) que inducen vórtices, instalados en el interior de cada caño (100) para mejorar al menos transferencia de calor por convección entre los caños (100) y el fluido refrigerante.

Description

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DESCRIPCION

Intercambiador de calor

Referenda cruzada con solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica prioridad sobre la Solicitud de Patente Provisional de Nueva Zelanda 533006, presentada el 18 de mayo de 2004.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un intercambiador de calor. La invencion se refiere en particular, pero no necesariamente con exclusividad, a un intercambiador de calor para su uso en el enfriamiento de hornos de fundiciones metallferas. Se apreciara facilmente que el intercambiador de calor podrla utilizarse tambien en una amplia gama de otras aplicaciones.

Antecedentes de la invencion

En las fundiciones metallferas y, en particular, en las fundiciones de aluminio, la fundicion comprende una pluralidad de crisoles u hornos, cada uno de los cuales tiene una carcasa dentro de la cual estan contenidos un electrolito y un metal fundido. El aluminio se produce mediante un proceso de electrolisis y la temperatura del electrolito puede alcanzar temperaturas de aproximadamente 1000 °C. Esto da lugar a temperaturas sustancialmente elevadas en la carcasa de cada crisol. Por lo tanto, es necesario reducir la temperatura de estas carcasas para proteger la carcasa de la corrosion y los fallos catastroficos.

En el pasado, esto se ha logrado dirigiendo sobre la carcasa un fluido refrigerante, tal como aire, en los lugares que se ponen excesivamente calientes. Esto requiere cantidades muy grandes de aire comprimido, es extremadamente ineficiente y genera ruido y riesgos de polvo para los operadores. Ademas, el aire solo puede aplicarse de esta manera a las partes sobrecalentadas localizadas de una carcasa de horno. La temperatura de la carcasa de la gran mayorla de los hornos no se enfrla por este medio y no se obtiene ningun beneficio general para la fundicion.

En otro desarrollo (Patente Estadounidense n.° 6.251.237 concedida a Bos y col.), se ha propuesto la instalacion de conductos permanentes como parte integral de cada carcasa. Esto no solo requiere un complejo sistema de conductos, sino que tambien se requiere alguna forma de impulsion forzada del fluido.

Ademas, para modificar las fundiciones para enfriarlas, puede ser necesario, en ciertas circunstancias, apagar primero cada horno. Esto es economicamente desventajoso, ya que cualquier tiempo inactivo de la fundicion tiene consecuencias economicas adversas. Mas importante aun, cuando un horno se apaga durante un tiempo significativo, el electrolito se solidifica, lo cual obliga a efectuar importantes procedimientos de puesta en marcha para encender de nuevo el horno.

El documento US 4.558.689 desvela un intercambiador de calor secundario que esta situado dentro de una camara de retorno de aire frlo de un horno de gas o de fueloil, con aire forzado, para precalentar el aire frlo introducido en el horno a traves de la camara de aire frlo. Una tuberla de humos para recuperacion del calor esta conectada entre una tuberla de humos primaria del horno y el intercambiador de calor secundario, y una tuberla de escape esta conectada entre el intercambiador de calor secundario y el exterior de una estructura servida por el horno. Un ventilador secundario acoplado a la tuberla de escape aspira los gases de combustion calientes desde la tuberla de humos primaria, los pasa a traves del intercambiador de calor, y descarga al exterior los gases de combustion enfriados. El intercambiador de calor secundario comprende una camara de entrada de gas de combustion y una camara de salida de gas de combustion, con una pluralidad de tuberlas conductoras de calor conectadas hermeticamente entre ambas. Cada una de las tuberlas conductoras de calor esta dispuesta para definir una trayectoria tortuosa entre la camara de entrada y la camara de salida, definiendo cada tuberla conductora de calor al menos dos superficies radiantes, lineales y alineadas, sobre las cuales se arrastra aire frlo. Unas aletas conductoras de calor estan Intimamente conectadas a las tuberlas conductoras de calor y se proporciona un drenaje de condensado en las extremidades inferiores de las tuberlas conductoras de calor para drenar el condensado desde el intercambiador de calor secundario.

El documento JP 2 212 322 A desvela un horno de fusion de vidrio que tiene un ventilador colocado en cada una de dos camaras de ventilador dispuestas debajo del horno. El aire externo frlo es aspirado al interior de la camara por los ventiladores a traves de un orificio de succion y el aire caliente es aspirado desde debajo del horno e introducido en las camaras desde una tuberla de succion A continuacion se mezcla el aire frlo y el aire caliente y se envla la mezcla a traves de una tuberla de aire para descargarla mediante un cano sobre las paredes laterales del horno desde una tuberla de descarga. La temperatura del enfriamiento es monitorizada constantemente por un termometro fijado al cano y conectado a un controlador. El controlador emite una senal para mantener la condicion presente, aumentar el grado de apertura de un registro cuando la temperatura sea inferior a la optima o disminuir el grado de apertura del registro cuando la temperatura sea superior a la optima.

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El documento US 5,725,047 desvela un intercambiador de calor que comprende un bastidor de enfriamiento que incluye una primera y una segunda porciones de bastidor que alojan de forma liberable un material de aleta. En una realizacion del intercambiador de calor, la primera y la segunda porciones de bastidor son moviles entre si. Un modulo de aleta, que puede incluir material de aleta fragil o flexible, sujeto a una tira de material mas robusto, puede ser colocado entre la primera y la segunda porciones de bastidor. Un dispositivo de tension, tal como un muelle o un controlador de separation, empuja las porciones de bastidor entre si para sujetar el modulo de aleta entre las porciones de bastidor. Al liberar la tension, o empujar las porciones de bastidor en una direction opuesta, se libera el modulo de aleta. El modulo de aleta tambien puede ser retenido dentro del bastidor de enfriamiento con uno o mas clips.

El documento US 4.230.307 desvela un dispositivo de refrigeration para una abertura de convertidor, tal como un convertidor de cobre Peirce-Smith. Un medio refrigerante, que es un llquido combustible con caracterlsticas de alta temperatura de craqueo, es introducido en unos conductos de refrigeracion dispuestos de forma flotante en un revestimiento de material refractario y en la abertura de un convertidor, a traves de la cual es descargado, a altas temperaturas, el contenido del mismo. La menor presion de vapor del medio refrigerante, la dilatation y contraction del cano en los segmentos de enfriamiento individuales y el mantenimiento a presion del medio refrigerante mejoran el funcionamiento del convertidor.

Sumario de la invencion

De acuerdo con un primer aspecto de la invencion, se proporciona un intercambiador de calor, para un horno de fundicion, que incluye:

un conducto para transportar fluido refrigerante con relation a un horno a enfriar; y

una disposition de transferencia de calor que comprende una pluralidad de canos espaciados, conectados al conducto por un colector, estando dispuestos los canos a intervalos espaciados a lo largo del colector, estando cada cano en comunicacion con el interior del conducto, definiendo conjuntamente la disposicion de transferencia de calor y el conducto un conjunto que puede montarse adyacente y externamente a una pared del horno a enfriar, produciendose, en uso, un intercambio de calor por convection debido al movimiento del fluido refrigerante con relacion al horno y al dispositivo de transferencia de calor del conjunto, y produciendose un intercambio de calor por radiation entre el horno y los canos de la disposicion de transferencia de calor del conjunto, comprendiendo adicionalmente cada cano unas partes para mejorar la transferencia de calor en forma de unos componentes que aumentan el area superficial y/o unos componentes que inducen vortices, instalados en el interior de cada cano para mejorar al menos la transferencia de calor por conveccion entre los canos y el fluido refrigerante.

Preferentemente, el conjunto esta formado en secciones que pueden disponerse en relacion de extremo a extremo con el conducto formando un paso a traves del cual fluye el fluido de refrigeracion como resultado de un efecto de tiro. Con esta disposicion, no se requieren piezas moviles para el intercambiador de calor y el intercambio de calor se produce debido a los diferenciales de temperatura y al flujo del fluido a traves del conjunto. Al menos la disposicion de transferencia de calor es de un material absorbente de calor y puede ser un cano negro. Un "ducto negro" debe entenderse como un cano que tiene una caracterlstica de alta absorcion de calor, una caracterlstica de baja reflexion de calor radiante y que puede ser metalico. Para mejorar las capacidades de absorcion de calor del conjunto, el cano metalico puede estar revestido con un revestimiento absorbente de calor tal como una pintura negra absorbente de calor.

Para favorecer aun mas el intercambio de calor entre el fluido del conducto y el cuerpo del propio conducto, una region operativamente interna del conducto puede contener elementos de intercambio de calor. Los elementos de intercambio de calor pueden tener la forma de medios de transferencia de calor para efectuar un mayor intercambio de calor por conveccion entre el conducto y el fluido de refrigeracion dentro del conducto.

El control del flujo de fluido a traves del conducto puede efectuarse por medio de elementos de control dispuestos en el conducto. Por ejemplo, el intercambiador de calor puede incluir uno o mas registros dispuestos en el conducto para controlar el flujo del fluido a traves del conducto. Una disposicion de transferencia de calor puede comprender una pluralidad de aletas dispuestas sobre una superficie externa del conducto. Los espacios entre aletas adyacentes pueden servir como trampas de calor radiante para ayudar a la transferencia de calor por radiacion entre el horno y el conjunto. Las aletas pueden estar dispuestas horizontalmente y espaciadas verticalmente. O bien, las aletas pueden estar situadas verticalmente y espaciadas horizontalmente, en ambos casos para proporcionar, durante el funcionamiento, una mayor area superficial para efectuar el intercambio de calor por conveccion entre el horno, el fluido refrigerante y el conjunto.

En las fundiciones, la energla electrica es suministrada a los hornos de fundicion a traves de unas barras colectoras. En la primera realizacion de la invencion, el intercambiador de calor puede incluir un deflector dispuesto, durante el funcionamiento, operativamente por debajo del conjunto para desviar el fluido refrigerante en contacto con los hornos a enfriar. El deflector puede tener la forma de una placa deflectora en forma de V (vista desde el extremo) montada sobre las barras colectoras. La placa deflectora puede servir para desviar el fluido y ponerlo en contacto

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con las paredes de los hornos. El calentamiento por conveccion del fluido fomenta el flujo ascendente del fluido a lo largo de los lados de los hornos para que se ponga en contacto con el conjunto. Pueden definirse aberturas en una pared del conducto, entre las aletas, de modo que el fluido calentado por conveccion en los hornos sea aspirado hacia el interior del conducto para ser arrastrado en el mismo.

Para facilitar la colocacion del conjunto en su posicion con respecto a los hornos a enfriar, cada seccion del conjunto puede montarse sobre unos rodillos que, a su vez, estan apoyados sobre la placa deflectora.

El intercambiador de calor puede incluir un elemento de captacion de fluido dispuesto operativamente por encima del conducto para impedir el escape o el desvlo del aire calentado. El elemento de captacion de fluido puede comprender una caperuza o placa de cubierta, montada por encima del conjunto, que tambien protege al conjunto contra la deposicion de polvo que, de otro modo, podrla ensuciar el intercambiador de calor.

El conducto puede ahusarse hacia fuera por su extremo de corriente abajo para fomentar el efecto de tiro y arrastrar un flujo uniforme de fluido refrigerante hasta cada seccion del conducto. El extremo de corriente abajo del conducto esta conectado a una disposicion de extraccion de fluido del horno, o de la estructura, en la que esta contenido el intercambiador de calor. Por ejemplo, en el caso de una fundicion de aluminio, el extremo de corriente abajo del cano puede estar conectado a una disposicion de ventilador extractor de la fundicion para proporcionar el flujo convectivo natural, con asistencia forzada, del fluido a traves del conducto. El fluido que fluye por el conducto puede entonces enfriar por conveccion el conducto con un flujo mayor que el obtenido de otro modo a partir de un efecto de tiro puramente natural.

En ciertos disenos de fundiciones, el espacio entre celdas u hornos adyacentes es restringido debido a los multiples conductores ascendentes que se utilizan para llevar la corriente a una celda u horno siguiente de la llnea. En un intercambiador de calor, de acuerdo con una variante de la primera realizacion de la invencion, para su uso en tales fundiciones, el conducto puede estar situado al nivel o en lugar de una rejilla de suelo dispuesta encima de las barras colectoras para los hornos.

Si se desea, se monta en el conducto, sobre un lado inferior del mismo, un accesorio absorbente de calor montado en la rejilla del suelo. El accesorio puede tener la forma de un elemento de captura de calor radiante en forma de lente. La lente puede "enfocar" el calor radiante desde las paredes de los hornos hasta el conducto para ayudar a la transferencia de calor por radiacion desde las paredes de los hornos hasta el conducto. Por el contrario, el accesorio puede tener la forma de una o mas placas verticales para aumentar el flujo de calor por conveccion hacia el aire que luego fluye al interior del conducto.

Cada cano puede tener la forma de una seccion sustancialmente conformada como un canal que, durante el funcionamiento, esta situada adyacente a una pared del horno para formar un paso a traves del cual puede pasar el fluido refrigerante. Una abertura de entrada de cada cano esta conformada para reducir la calda de presion asociada a la entrada del fluido refrigerante en el cano. Adicionalmente, el cano puede conectarse al colector a traves de una abertura de salida. Cada cano puede definir una abertura de salida secundaria para permitir el escape a la atmosfera de parte del fluido refrigerante para proporcionar un flujo convectivo natural cuando no este presente un flujo asistido.

Por el contrario, cada cano puede tener la forma de un tubo que se dispondra adyacente a la pared del horno a enfriar. Cada tubo puede ser sustancialmente rectangular en seccion transversal, con una alta relacion de aspecto entre profundidad y anchura. La "anchura" del tubo puede ser la dimension del tubo paralela a un eje longitudinal del colector y la "profundidad" del tubo puede ser la dimension del tubo perpendicular al eje longitudinal del colector. De este modo, la alta relacion de aspecto entre profundidad y anchura del tubo significa que la anchura del tubo es sustancialmente menor que la profundidad del tubo. De esta manera, los espacios entre tubos adyacentes pueden actuar como trampas de radiacion termica para ayudar a la transferencia de calor por radiacion.

Una parte de cada tubo cerca del horno puede definir al menos una abertura para mejorar la transferencia de calor entre el tubo y el horno debido a capas llmite termicas reducidas. La abertura puede ser una ranura que se extienda paralela a un eje longitudinal del tubo, estando definida la ranura con la pared mas corta de la ranura adyacente a la pared del horno durante el funcionamiento.

En esta realizacion de la invencion, el intercambiador de calor puede incluir un elemento de blindaje para proteger, frente a la transferencia de calor por radiacion desde el horno, aquellas partes de una estructura en las que esta situado el horno a enfriar, quedando estas en el lado del elemento de blindaje opuesto al del horno. El elemento de blindaje puede tener la forma de una placa de blindaje que, junto con la pared del horno, define un canal a traves del cual puede pasar el fluido de refrigeration para ayudar a la transferencia de calor por conveccion natural desde la pared del horno hasta aquellas partes de la disposicion de transferencia de calor dispuestas dentro del canal.

Una parte ascendente de cada cano puede estar dispuesta en el canal, de modo que la transferencia de calor desde el horno hacia los conductos se produzca tanto por radiacion como por conveccion. Debido al uso del ventilador extractor, se crea una zona de baja presion dentro del intercambiador de calor para provocar el flujo de fluido en el

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intercambiador de calor. Por lo tanto, puede efectuarse la transferencia de calor por conveccion entre el fluido en el intercambiador de calor como resultado del flujo asistido de fluido a traves del intercambiador de calor.

En una version de esta realizacion, cada cano puede tener una seccion vertical que entra en su colector a traves de una region acodada del cano, situada corriente abajo. El fluido refrigerante puede entrar en la seccion vertical para penetrar en el colector para efectuar la transferencia de calor por conveccion.

En otra version de esta realizacion, cada cano puede tener corriente arriba una porcion horizontal que conduce a una porcion vertical dispuesta entre la placa de blindaje y el horno. La transition entre las porciones vertical y horizontal de los tubos puede inducir perturbaciones del fluido para impedir la acumulacion de capas llmite termicas e hidrodinamicas para mejorar la transferencia de calor. La longitud de la porcion vertical de cada tubo puede ser relativamente corta para impedir adicionalmente la acumulacion de capas llmite termicas e hidrodinamicas.

Adicionalmente, cada seccion de la disposition de transferencia de calor puede comprender una pluralidad de unidades, comprendiendo cada unidad un colector con sus correspondientes canos, estando los colectores apilados verticalmente y estando los canos de una unidad superior intercalados con los canos de una unidad subyacente, proporcionando cortos ramos de porciones verticales de los canos orientados hacia la pared del horno para mejorar la transferencia de calor.

Los componentes que mejoran la transferencia de calor pueden incluir elementos foraminosos, tales como medios porosos.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invention, se proporciona un metodo para enfriar un horno de fundicion que incluye:

montar una disposicion de transferencia de calor de un conjunto intercambiador de calor, incluyendo el conjunto un conducto de un material absorbente de calor, cerca y externamente del horno, de modo que se produzca un intercambio de calor por radiation entre el horno y al menos una parte de la disposicion de transferencia de calor, incluyendo la disposicion de transferencia de calor una pluralidad de canos espaciados, conectados al conducto por un colector, estando los canos dispuestos a intervalos espaciados a lo largo del colector, estando cada cano en comunicacion con el interior del conducto; y

dirigir un fluido refrigerante hasta pasado el horno, a traves de los canos de la disposicion de transferencia de calor y hasta el interior del cano de manera que se produzca un intercambio de calor por conveccion entre el fluido, el horno y la disposicion de transferencia de calor, y comprendiendo adicionalmente cada cano unas partes que mejoran la transferencia de calor en forma de unos componentes que aumentan el area superficial y/o unos componentes que inducen torbellinos, situados en el interior de cada cano para mejorar al menos la transferencia de calor por conveccion entre los canos y el fluido refrigerante.

El metodo puede incluir asistir al flujo convectivo del fluido a traves de la disposicion de transferencia de calor y del conducto. Por lo tanto, el metodo puede incluir efectuar la asistencia creando una region de baja presion en un paso del conducto, por ejemplo conectando un extremo de corriente abajo del paso a un ventilador extractor de una instalacion en la que esta montado el intercambiador de calor.

Esto puede incluir formar en secciones el conjunto de intercambiador de calor y disponer las secciones a tope con el conducto, formando el paso a traves del cual fluye el fluido como resultado de un efecto de tiro.

Adicionalmente, el metodo puede incluir efectuar un mayor intercambio de calor por conveccion entre el conducto y el fluido en el conducto haciendo pasar el fluido sobre los elementos de intercambio de calor contenidos en el conducto.

Ademas, el metodo puede incluir controlar el flujo de fluido a traves del conducto por medio de unos elementos de control dispuestos en el conducto. La disposicion de transferencia de calor puede comprender una pluralidad de aletas dispuestas sobre una superficie externa del conducto y el metodo puede incluir hacer pasar el fluido a traves de los espacios entre aletas adyacentes, sirviendo los espacios como trampas de calor radiante para ayudar a la transferencia de calor por radiacion entre el horno y el conjunto.

El metodo puede incluir montar el conjunto entre una pluralidad de hornos a enfriar y desviar el fluido para ponerlo en contacto con las paredes de los hornos y arrastrar el fluido al interior del conducto a traves de unas aberturas definidas entre las aletas en las paredes del conducto.

El metodo puede incluir tambien disponer un elemento de captation de fluido operativamente por encima del conducto para impedir el escape o el desvlo del aire calentado.

Aun adicionalmente, el metodo puede incluir conectar un extremo de corriente abajo del conducto a una disposicion de extraction de fluido.

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En una variacion de esta realizacion, el metodo puede incluir situar el conducto cerca del suelo de una estructura en la que esta contenido el horno. El metodo puede incluir montar un accesorio absorbente de calor sobre el conducto.

Adicionalmente, el metodo puede incluir conformar la abertura de entrada de cada cano para reducir la calda de presion asociada a la entrada de fluido refrigerante en el cano. Ademas, el metodo puede incluir conectar al colector una abertura de salida del cano. Tambien, el metodo puede incluir proporcionar un flujo convectivo natural cuando no este presente un flujo asistido, permitiendo el escape a la atmosfera de parte del fluido refrigerante a traves de una abertura de salida secundaria definida en cada cano.

El metodo puede incluir mejorar la transferencia de calor entre el cano, que tiene la forma de un tubo, y el horno, haciendo pasar el fluido a traves de una abertura definida en una pared del tubo.

El metodo puede incluir montar un elemento de blindaje en relacion espaciada con respecto a una pared del horno para proteger, frente a la transferencia de calor por radiacion del horno, las partes de una estructura en la que esta situado el horno a enfriar, quedando estas en un lado del elemento de blindaje opuesto al del horno. Despues, el metodo puede incluir hacer pasar el fluido a traves de un canal definido entre el elemento de blindaje y la pared del horno para ayudar a la transferencia de calor por conveccion natural desde la pared del horno hasta las partes de la disposicion de transferencia de calor dispuestas dentro del canal.

El metodo puede incluir disponer en el canal una parte ascendente de cada cano, de manera que la transferencia de calor desde el horno a los canos se produzca tanto por radiacion como por conveccion. Debido al uso del ventilador extractor, se crea una zona de baja presion dentro del intercambiador de calor para provocar el flujo de fluido en el intercambiador de calor. Por lo tanto, como resultado del flujo de fluido asistido a traves del intercambiador de calor, puede efectuarse la transferencia de calor por conveccion entre el fluido en el intercambiador de calor.

Breve descripcion de los dibujos

A continuacion se describen realizaciones a modo de ejemplo de la invencion con referencia a los dibujos esquematicos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra una vista esquematica, en alzado frontal, de un intercambiador de calor no de acuerdo con la invencion;

La Figura 2 muestra una vista esquematica, tridimensional, de un intercambiador de calor no de acuerdo con la invencion;

La Figura 3 muestra una vista esquematica, en alzado lateral, de parte del intercambiador de calor de la Figura 2; La Figura 4 muestra una vista esquematica, en planta, de parte del intercambiador de calor de las Figuras 2 y 3; La Figura 5 muestra una vista esquematica, en alzado lateral, de una variacion del intercambiador de calor no de acuerdo con la invencion;

La Figura 6 muestra una vista esquematica, en alzado lateral, de una variacion adicional del intercambiador de calor no de acuerdo con la invencion;

Las Figuras 7-9 muestran unas vistas tridimensionales de intercambiadores de calor de acuerdo con la invencion; La Figura 10 muestra una vista tridimensional de una seccion de intercambiador de calor de una primera version del intercambiador de calor de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion;

La Figura 11 muestra una vista esquematica, en alzado frontal, de la seccion de la Figura 10;

La Figura 12 muestra una vista tridimensional de otra version de una seccion de intercambiador de calor del intercambiador de calor de acuerdo con la invencion;

La Figura 13 muestra una vista tridimensional de una unidad de la seccion de la Figura 12;

La Figura 14 muestra una vista esquematica, en alzado frontal, de la seccion de la Figura 12;

La Figura 15 muestra una vista esquematica, tridimensional, de una parte de una disposicion de transferencia de calor del intercambiador de calor de acuerdo con una realizacion adicional de la invencion;

La Figura 16 muestra una vista esquematica, en planta seccionada, de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

Las Figuras 17A-17C muestran tres variaciones de aberturas de entrada de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

Las Figuras 18A y B muestran variaciones de las aberturas de salida de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

La Figura 19 muestra una vista esquematica, tridimensional, de una primera variacion de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

La Figura 20 muestra una vista esquematica, en planta seccionada, de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 19;

La Figura 21 muestra una vista esquematica, tridimensional, de una segunda variacion de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

La Figura 22 muestra una vista esquematica, en planta, de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 21;

La Figura 23 muestra una vista esquematica, tridimensional, de una tercera variacion de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

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La Figura 24 muestra una vista esquematica, en planta seccionada, de la parte de la disposition de transferencia de calor de la Figura 23;

La Figura 25 muestra una vista esquematica, tridimensional, de una cuarta variation de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

La Figura 26 muestra una vista esquematica, en planta seccionada, de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 25;

La Figura 27 muestra una vista esquematica, tridimensional, de una quinta variacion de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 15;

La Figura 28 muestra una vista esquematica, en planta seccionada, de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 27;

La Figura 29 muestra una vista esquematica, en alzado lateral seccionado, de otra realization de una parte de una disposicion de transferencia de calor del intercambiador de calor; y

La Figura 30 muestra una vista esquematica, en planta seccionada, de la parte de la disposicion de transferencia de calor de la Figura 29.

Descripcion detallada de realizaciones a modo de ejemplo

En las Figuras 1 a 6 de los dibujos, el numero de referencia 10 designa generalmente un intercambiador de calor. El intercambiador de calor 10 incluye un conducto 12 que, durante el funcionamiento, esta dispuesto entre dos cuerpos, en forma de hornos, ilustrados esquematicamente por 14, a enfriar. El conducto 12 define un paso 16.

Una disposicion de transferencia de calor, en forma de una pluralidad de aletas 18 espaciadas, esta unida a una superficie exterior del conducto 12. Un conjunto que comprende el conducto 12 y las aletas 18 se identifica a continuation, para facilitar la explication, como un cano 20.

En la realizacion ilustrada en la Figura 1 de los dibujos, las aletas 18 estan espaciadas verticalmente y estan dispuestas sustancialmente en horizontal o en un ligero angulo con respecto a la horizontal.

El cano 20 es de un material absorbente de calor. Mas particularmente, el cano 20 es de un material de aluminio y esta revestido con un material absorbente de calor para mejorar las caracterlsticas de absorcion de calor del cano 20. Por ejemplo, el cano 20 esta revestido con una pintura negra absorbente de calor.

El paso 16 del conducto 12 del cano 20 esta conectado, por un extremo de salida, a una disposicion de extraction de fluido de una fundicion en la que estan contenidos los hornos 14. Mas particularmente, el paso 16 esta conectado a un ventilador extractor (no mostrado) para crear una region de baja presion en el intercambiador de calor 10 para fomentar el flujo de fluido a traves del paso 16.

El conducto 12 tiene una pluralidad de aberturas, ilustradas esquematicamente por 22, a traves de las cuales el aire puede fluir al interior del paso 16 del cano 20.

El intercambiador de calor 10 incluye un deflector conformado como una placa deflectora 24 en forma de V dispuesta debajo del cano 20.

Normalmente, los hornos 14 de la fundicion son alimentados con energla electrica por medio de unas barras colectoras 26. La placa deflectora 24 esta montada sobre las barras colectoras 26 para desviar el aire, ilustrado esquematicamente por 28, alrededor de la placa deflectora 24 y ponerlo en contacto con las paredes laterales 30 de los hornos, como se describira con mayor detalle a continuacion.

Un medio de captation de fluido, en forma de una caperuza 32 o placa de cubierta, esta montado por encima del cano 20 para captar el aire 28 y dirigirlo hacia las aletas 18 del cano 20. La caperuza 32 tambien protege el intercambiador de calor 10 frente a la entrada de polvo desde arriba.

Una malla 34 esta montada por encima de la caperuza 32 de manera que cualquier aire 28 que se escape pueda pasar a traves de la malla 34.

Como se ha descrito anteriormente, en la realizacion ilustrada en la Figura 1 de los dibujos las aletas 18 estan espaciadas verticalmente. En la realizacion ilustrada en las Figuras 2 a 4 de los dibujos, en las que los mismos numeros de referencia se refieren a partes similares a menos que se especifique lo contrario, las aletas 18 estan dispuestas verticalmente y espaciadas sustancialmente horizontalmente.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1 de los dibujos, debe observarse que el cano 20 esta montado sobre la placa deflectora 24 por medio de unos rodillos 36 aislados.

Preferentemente, el cano 20 esta formado en tramos o secciones para hacerlos rodar hasta su position entre dos hornos 14 y se sujeta en relation de extremo a extremo con un tramo o section final que tiene su extremo de corriente abajo conectado al ventilador extractor de la fundicion, preferentemente a traves de los canos individuales

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de extraccion del horno, ya instalados para los hornos.

Para favorecer el flujo de aire, segun se indica con las flechas 28, a traves del paso 16 del cano 20, el paso 16 esta acampanado hacia fuera, hacia su extremo de corriente abajo, como se muestra con mayor detalle en la Figura 3 de los dibujos. Tambien, con referencia a la Figura 3 de los dibujos, debe observarse que la placa deflectora 24 esta montada mediante unos rodillos 40 sobre las barras colectoras 26 para facilitar la colocacion de la placa deflectora 24 y el cano 20 con relacion a los hornos 14. Los rodillos 40 tambien alslan electricamente el cano 20 de las barras colectoras 26.

Con referencia ahora a las Figuras 5 y 6 de los dibujos, se ilustran dos variaciones. Una vez mas, con referencia a las Figuras 1 a 4 de los dibujos, los mismos numeros de referencia se refieren a partes similares, a menos que se especifique lo contrario.

En el diseno de ciertas fundiciones se utilizan multiples conductores ascendentes laterales para llevar la corriente a una celda u horno siguiente de la llnea. Como resultado de estos conductores ascendentes, existe muy poco espacio para instalar el cano 20.

En tales fundiciones, las barras colectoras que proporcionan energla a los hornos 14 estan dispuestas por debajo del nivel del suelo bajo una rejilla o unas losas de suelo.

En las dos variantes ilustradas en las Figuras 5 y 6 de los dibujos, la rejilla existente para cada horno es sustituida por una nueva rejilla 46 con un cano 20 del intercambiador de calor 10 montado en el plano de la rejilla 46.

Esta previsto que, con esta disposicion, la transferencia de calor entre las paredes externas 30 de los hornos 14 y el cano 20 podrla producirse por conveccion, sin necesidad de ningun otro dispositivo de transferencia de calor.

No obstante, en la variation ilustrada en la Figura 5 de los dibujos, para favorecer el intercambio de calor por radiation entre las paredes 30 de los hornos 14 y el cano 20, se monta sobre el cano 20 un accesorio en forma de una lente 48. La lente 48 fomenta la captura del calor radiante de las paredes 30 de los hornos 14 para liberarlo dentro del paso 16 del conducto 12 del cano 20.

En la variacion mostrada en la Figura 6 de los dibujos, un accesorio 50 en forma de placa esta unido al cano 12 para favorecer el flujo de calor por conveccion desde las paredes 30 de los hornos 14 hasta el interior del paso 16 del conducto 12 del cano 20.

Durante el funcionamiento, en las disposiciones ilustradas en las Figuras 1 a 4 de los dibujos, las secciones del cano 20 del intercambiador de calor 10 se colocan de forma continua, conectadas entre dos hornos 14 a enfriar. El extremo de corriente abajo del paso 16 del cano 20 se conecta al ventilador extractor de la fundicion. Esto crea una zona de baja presion en el paso y estimula el flujo de aire a traves del paso 16, como se indica por las flechas 28. Por lo tanto, se crea un efecto de tiro en el paso 16 del cano 20. En las disposiciones ilustradas en las Figuras 5 y 6 de los dibujos, las secciones del cano 20 del intercambiador de calor 10 y la nueva rejilla 46 se colocan en lugar de las rejillas originales. Las secciones del cano 20 se conectan a tope entre si a lo largo de la longitud de cada horno 14 a enfriar. El extremo de corriente abajo del paso 16 del cano esta, como es el caso con respecto a las otras disposiciones, conectado al ventilador extractor de la fundicion para crear un flujo de aire a traves del paso 16 del cano 20.

El aire frlo procedente de un sotano (no mostrado) de la fundicion fluye entre los hornos 14 como se indica por las flechas 28 hasta impactar sobre la placa deflectora 24, donde se ve forzado a divergir para impactar con las paredes 30 de cada uno de los hornos 14 a enfriar. Esto crea una primera etapa de enfriamiento mediante un flujo de calor convectivo natural asistido por ventilador.

Debido a que el ventilador extractor aspira el aire a traves del paso 16 del cano 20, se crea un area de baja presion en el paso 16 en comparacion con el exterior del cano 20. Como resultado, el aire calentado por las paredes 30 de los hornos 14 se acelera al subir por las paredes 30 del horno y es aspirado, a traves de las aberturas 22 del conducto 12, al interior del paso 16 como se indica por las flechas 42.

Antes de que el aire penetre en el interior del conducto 12 del cano 20, el aire debe pasar entre las aletas 18 o entre los accesorios 50 en forma de placa o a traves de la lente radiativa 48, segun sea el caso. Estos elementos 18, 48, 50 absorben el calor radiante emitido por las paredes 30 del horno 14 como se indica, por ejemplo, por las flechas 44 en la Figura 4 de los dibujos. Ademas, los elementos 18, 48 o 50 relevantes actuan como un disipador de calor para el propio conducto 12. El aire que choca con los elementos 18, 48, 50 los enfrla por conveccion en la segunda etapa de transferencia de calor.

Cuando el aire entra en el paso 16 del conducto 12 del cano 20, es arrastrado por el tiro y es aspirado hacia el extremo de salida del paso 16. A medida que pasa a traves del paso 16, el aire enfrla el conducto 12 por conveccion. Para mejorar el enfriamiento del conducto 12 del cano 20, el interior del conducto 12 tiene una malla 46

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de transferencia de calor, u otro medio de transferencia de calor, contenidos en el mismo, como se muestra en la Figura 1 de los dibujos. Esto mejora adicionalmente la transferencia de calor entre el cano 20 y el aire que pasa a traves del paso 16 para efectuar el enfriamiento del cano 20 y mantener un gradiente termico suficiente entre el cano 20 y las paredes 30 del horno 14, de manera que se pueda producir un intercambio de calor por radiacion entre las paredes 30 de los hornos 14 y el cano 20 del intercambiador de calor 10.

Haciendo referencia a las Figuras 7 a 14 de los dibujos, se ilustra y describe el intercambiador de calor 10. Con referencia a los dibujos anteriores, los mismos numeros de referencia se refieren a partes similares, a menos que se especifique lo contrario. En el ejemplo mostrado en la Figura 7 de los dibujos, el intercambiador de calor 10 comprende dos bancos 60 de secciones 62 del intercambiador de calor. Las secciones 62 del intercambiador de calor estan conectadas por medio de unas ramas 64 de cano y unos conectores 66 de cano al conducto 12 que define el paso 16. En la version mostrada en la Figura 7 de los dibujos, el conducto 12 se mantiene al nivel del sotano y sale al exterior del edificio del horno, fuera de la zona de trabajo de los operadores del horno. De este modo, el aire calentado en el intercambiador de calor 10 es descargado, como se indica mediante la flecha 68, a traves del paso 16 del conducto 12.

Haciendo referencia a la Figura 8 de los dibujos, una vez mas, el intercambiador de calor 10 esta constituido por dos bancos 60 de secciones 62 de intercambiador de calor. En esta disposicion, cada banco 60 esta bifurcado para tener dos pilas 70, una en cada extremo del banco 60, a traves de las cuales el aire caliente es expulsado por encima de la zona de trabajo de los operadores.

Similarmente, en la version del intercambiador de calor mostrado en la Figura 9 de los dibujos, los bancos 60 estan bifurcados para tener una pila 70 en cada extremo, a traves de las cuales se expulsa el aire como se indica mediante las flechas 68. Debe observarse que el cano 20 de las disposiciones mostradas en las Figuras 5 y 6 podrla estar conectado a unas pilas 70 similares para transportar el aire caliente fuera del entorno de los trabajadores.

En el caso de las versiones de ambas Figuras 8 y 9, por lo tanto, el aire calentado en el intercambiador de calor 10 es expulsado en una region situada por encima de la zona de trabajo de los operadores. En las tres versiones se reduce la exposicion de los operadores al estres termico resultante del funcionamiento del intercambiador de calor 10.

Haciendo referencia a las Figuras 10 y 11 de los dibujos, se describe con mayor detalle una de las secciones 62 del intercambiador de calor 10, de acuerdo con la invencion. Cada seccion 62 del intercambiador de calor 10 comprende una disposicion de transferencia de calor que tiene la forma de una pluralidad de tubos 72 espaciados. Los tubos 72 estan conectados a un colector 74. El colector 74 conecta los tubos 72 de cada seccion 62 a las ramas 64 de cano que, a su vez, estan conectadas a traves de los conectores 66 al conducto 12.

Cada tubo 72 tiene una alta relacion de aspecto entre profundidad y anchura (segun se define). De esta manera, los espacios entre tubos adyacentes actuan como trampas de radiacion termica que ayudan al proceso radiativo de transferencia de calor.

Cada tubo 72 tiene una parte 76 vertical o ascendente y esta conectado a su colector 74 a traves de una pieza acodada 78.

La parte vertical 76 de cada tubo 72 esta contenida detras de una placa 80 de blindaje. La placa 80 de blindaje esta dispuesta sustancialmente paralela a la pared 30 del horno 14 para crear un canal 82 en el que el aire de refrigeracion 28 se eleva debido al flujo convectivo natural. Este flujo de calor convectivo natural en el canal 82 ayuda al enfriamiento del horno 14 y puede ser beneficioso si el flujo de aire forzado en el paso 16 del conducto 12 falla por cualquier razon, permitiendo que se incrementen los perlodos de tiempo para reiniciar el flujo de aire forzado en el paso 16 del conducto 12 del intercambiador de calor 10.

Debe observarse que los tubos 72 estan situados muy cerca de la pared 30 del horno 14. Los mecanismos de transferencia de calor por radiacion y conveccion natural transfieren calor desde la pared 30 del horno 14 hasta los tubos 72 de intercambiador de calor. Estos tubos 72 de intercambiador de calor tienen una alta conductividad termica y absorben altos niveles de calor de las paredes 30 del horno 14. Como se ha indicado anteriormente, la alta relacion de aspecto entre profundidad y anchura de los tubos 72 de intercambiador de calor proporciona unos espacios entre los tubos 72 adyacentes, actuando los espacios como trampas de radiacion termica que ayudan al proceso radiativo de transferencia de calor. Ademas, la conveccion natural desde la pared 30 del horno 14 transfiere algo de calor a los tubos 72 de intercambiador de calor.

Como se ha descrito anteriormente, el extremo de corriente abajo del conducto 12 esta conectado al ventilador extractor del edificio del horno, creando el ventilador una region de baja presion en el paso 16. Se apreciara que esto tambien crea una region de baja presion en todas las partes del intercambiador de calor 10 corriente arriba del paso 16. De este modo, el aire de refrigeracion 28 es arrastrado al interior de los tubos 72 como se muestra en la Figura 11 de los dibujos. En lugar de que el extremo de corriente abajo del conducto 12 este conectado al ventilador extractor del edificio, se puede proporcionar un ventilador o ventiladores separados con el unico fin de extraer el

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fluido del intercambiador de calor 10. O tambien, el extremo de corriente abajo del conducto 12 podrla estar conectado a una chimenea externa que funcionase termicamente, utilizando el "efecto chimenea", para proporcionar una region de baja presion que favoreciese el flujo de aire a traves del conducto 12.

Este aire de refrigeracion 28 se desplaza verticalmente por dentro de los tubos 72 de intercambiador de calor que han sido calentados radiativamente por la pared 30 del horno 14. El calor es transferido desde los tubos 72 de intercambiador de calor hasta el aire que fluye por dentro de los conductos 72 mediante conveccion forzada. La velocidad del aire dentro del intercambiador de calor 10 es tal que provoca altas tasas de transferencia de calor entre las superficies de los tubos 72 de intercambiador de calor y el aire 28 que fluye por los tubos 72.

Para ayudar a esta transferencia de calor, las superficies internas de cada uno de los tubos 72 pueden incluir caracterlsticas superficiales extendidas (no mostradas), tales como medios porosos, para aumentar las tasas de transferencia de calor.

El aire 28 que sale de los tubos 72 se encuentra con la region acodada 78 de cada tubo 72. Esta region acodada 78 ayuda a romper las capas llmite termicas e hidrodinamicas, y la rotura de las capas llmite ayuda a promover la transferencia de calor por conveccion entre los tubos 72 y el aire 28.

Con referencia a las Figuras 12-14 de los dibujos, se describe otra version de la segunda realization del intercambiador de calor 10. Cada section 62 de intercambiador de calor comprende una pluralidad de unidades 84, una de las cuales aparece con mayor detalle en la Figura 13 de los dibujos. Cada unidad 84 comprende un colector 74 y una pluralidad de tubos 72 de intercambiador de calor dispuestos a intervalos espaciados a lo largo de la longitud del colector 74.

En esta version de la segunda realizacion, cada tubo 72 tiene corriente arriba una seccion horizontal 86 que desemboca en una parte vertical 88 que, a su vez, desemboca en una pieza acodada 90 antes de entrar en el colector 74.

Como se muestra mas claramente en la Figura 14 de los dibujos, la parte vertical 88 de cada tubo 72 queda mantenida en el canal 82 entre la pared 30 del horno 14 y la placa de blindaje 80.

Adicionalmente, en esta realizacion los colectores 74 de las unidades 84 estan apilados con una relation verticalmente espaciada, por lo que las partes horizontales 86 de los tubos 72 de una unidad superior 84 se intercalan con los tubos 72 de una unidad subyacente, estando las partes horizontales 86 de los tubos 74 dispuestas por debajo de los colectores 74 de la unidad subyacente 84.

Los colectores 74 estan conectados corriente abajo a un colector 92 que tiene un paso de salida 94 que se conecta a las ramas 64 de cano y, a traves de los conectores 66 de cano, al conducto 12. El aire 28 es aspirado hacia las partes horizontales 86 de los tubos debido al flujo forzado en el paso 16 del conducto 12. El aire 28 atraviesa la parte vertical 88 de cada uno de los tubos 72. El cambio de direction del flujo de aire mejora la transferencia de calor mediante la perturbation de las capas llmite termicas e hidrodinamicas. Ademas, la longitud vertical 88 es corta con relacion a toda la longitud del tubo 72. Esto mejora adicionalmente la transferencia de calor impidiendo la acumulacion de capas termicas e hidrodinamicas en las partes verticales 88 de los tubos 72.

Con referencia ahora a las Figuras 15 a 28, se describe una variation adicional del intercambiador de calor 10. Una vez mas, con referencia a los dibujos anteriores, los mismos numeros de referencia se refieren a partes similares, a menos que se especifique lo contrario. Cada seccion 62 de la disposition de transferencia de calor del intercambiador de calor 10 comprende al menos un cano 100 en forma de canal (de los cuales se muestra uno) que tiene un par de pestanas 102 que se extienden hacia fuera. Estas pestanas 102, durante el funcionamiento, se colocan contra una superficie externa de la pared 30 del horno 14 a enfriar, como se muestra en las Figuras 15 y 16 de los dibujos. Al hacerlo, se forma un paso 104. El fluido o aire de refrigeracion pasa a traves del paso en la direccion de la flecha 106.

Para favorecer el intercambio de calor entre la pared 30 del horno 14 y el cano 100, las superficies internas del cano 100 se preparan o recubren para proporcionar una superficie de alta emisividad para favorecer la absorcion del calor procedente de la pared 30 del horno. Normalmente, el cano 100 es de un metal adecuado y esta recubierto con pintura negra absorbente de calor para favorecer la transferencia de calor.

El intercambio de calor por radiation se produce entre la pared 30 del horno y, en particular, la pared 108 del cano 100 de intercambiador de calor separado de la pared 30 del horno. El intercambio de calor por conveccion se produce debido al paso del aire a traves del paso 104, a traves de una abertura de salida 110 (Figuras 18A y 18B) y dentro del colector 74 (no mostrado en las Figuras 15 a 28). Como se ha descrito anteriormente, el aire del colector es arrastrado hasta el interior del paso 16 del conducto 12 para ser expulsado de la estructura en la que estan dispuestos los hornos 14. Una vez mas, el intercambio de calor por conveccion se produce debido al flujo asistido del aire a traves de los canos 100, los colectores 74 y los conductos 12 al conectar un extremo de salida del conducto 12 a un ventilador extractor adecuado. Adicionalmente, el flujo convectivo natural se incrementa debido al

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efecto de tiro creado por las chimeneas 70.

Una abertura de entrada 112 de cada cano 100 puede ser cuadrada, como se muestra en la Figura 17A de los dibujos. O bien, la abertura de entrada 112 puede estar conformada (como se muestra en las Figuras 17B y 17C de los dibujos) para reducir la calda de presion asociada a la entrada en el cano 100. Para una abertura de entrada 112 estandar, de borde recto, segun se muestra en la Figura 17A de los dibujos, el coeficiente de perdida de presion es 1 pero puede caer a menos de 0,1 para una abertura de entrada redondeada o angulada (segun se muestra en las Figuras 17B y 17C) que tenga una relacion entre el radio de entrada y el diametro hidraulico superior a 0,2.

El requisito para la forma de entrada depende de una optimizacion entre el coste de proporcionar un flujo forzado a traves del cano 100, la velocidad del aire a traves del paso 104 de cada cano 100 y el coste adicional de proporcionar la forma especlfica.

Se puede proporcionar una unica abertura de salida 110 para cada cano 100, como se muestra en la Figura 18A de los dibujos, para la conexion al colector 74, de manera que todo el aire de refrigeracion pase al colector 74. Por el contrario, como se muestra en la Figura 18B de los dibujos, puede proporcionarse una abertura de salida secundaria 114 a traves de la cual fluye una parte del aire de refrigeracion, como se muestra por la flecha 116. Este flujo de aire parcial 116 puede ser de ayuda cuando, por alguna razon, el flujo convectivo forzado a traves de los canos 100 se interrumpe por cualquier razon. El flujo de aire 116 mantiene el enfriamiento por conveccion natural de la pared 30 del horno 14. Esto deberla proporcionar tiempo suficiente para que se puedan tomar las medidas correctivas para restablecer el flujo forzado de aire a traves de los canos 100 y para reducir la probabilidad de que se produzcan danos significativos en la pared 30 del horno 14.

Si se desea, la abertura de salida secundaria 114 podrla cerrarse mediante una valvula de charnela controlada por presion (no mostrada) que, mientras haya flujo forzado de aire a traves del cano 100, se mantiene en una posicion que cierra la abertura de salida secundaria 114. La perdida de presion debido al fallo del flujo forzado hace que la valvula de charnela se mueva a una posicion que abre la abertura de salida secundaria y que permite el flujo a traves de la abertura de salida secundaria 114.

Un cano completamente cerrado, como se muestra en la Figura 18A, tiene la ventaja de que todo el aire calentado de las secciones 62 es extraldo de los alrededores del horno 14, incluyendo la zona de trabajo de los operadores. Esto permitira reducir el estres termico del operador.

El cano 100 parcialmente abierto, como se muestra en la Figura 18B de los dibujos, permite que una porcion del aire calentado pase por las ramas y que el cano principal 12 pueda ser retirado del entorno local del horno. Como se ha descrito anteriormente, la porcion restante del aire fluye, en la direccion de la flecha 116, mas alla de la pared 30 del horno para mantener una medida del enfriamiento por conveccion de la pared 30 del horno.

Para mejorar la transferencia de calor entre cada seccion 62 y la pared 30 del horno, cada cano 100 contiene unas superficies 118 que mejoran la transferencia de calor. En la variation ilustrada en las Figuras 19 y 20 de los dibujos, las superficies 118 de mejora de la transferencia de calor estan definidas por unas aletas 120 que se extienden paralelas a la direccion del flujo de aire a traves del paso 104 de cada cano 100. Estas aletas 120 no crean una calda de presion significativa. Las aletas 120 actuan como disipadores de calor para aceptar la transferencia de calor por radiation y conveccion desde la pared 30 del horno y para transferir este calor al fluido de refrigeracion que pasa a traves de los espacios entre aletas 120 adyacentes. Al igual que el cano 100, las aletas 120 son tratadas para que tengan superficies de alta emisividad.

En la variacion mostrada en las Figuras 21 y 22 de los dibujos, en lugar de las aletas planas 120, cada aleta esta ranurada para proporcionar unas aletas cortas 122 que estan dispuestas entre si para formar unas estructuras sustancialmente en forma de V dispuestas en un conjunto escalonado de longitudes cortas, como se muestra en las Figuras 21 y 22 de los dibujos.

Esta disposition ayuda a reducir las capas llmite termicas y, al hacerlo, mejora la transferencia de calor por conveccion.

En las Figuras 23 y 24 de los dibujos, las superficies 118 de mejora de la transferencia de calor comprenden unos generadores 124 de vortices sujetos a una superficie interior de la pared 108 de cada cano 100 para que, durante el funcionamiento, queden dentro del paso 104. Los generadores 124 de vortices obstaculizan el flujo de fluido a traves del paso 104 y provocan el desarrollo de vortices. Estos vortices, una vez mas, reducen la aparicion de capas llmite termicas, mejorando la transferencia de calor por conveccion. Como mejora adicional, se pueden recortar unos orificios en la pared 108 de cada cano 100, como se muestra esquematicamente por 126 en la Figura 23 de los dibujos. Estos orificios 126 llevan el fluido refrigerante al interior del paso 104 de la seccion 62 para mejorar adicionalmente la transferencia de calor.

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Aun se muestra una variacion adicional de las superficies 118 de transferencia de calor en las Figuras 25 y 26 de los dibujos. En esta variacion, los generadores 124 de vortices estan dispuestos a intervalos verticalmente espaciados sobre las aletas 120. Los generadores 124 de vortices ayudan a transferir el calor de las aletas 120 al fluido refrigerante y sirven para mantener las aletas 120 a una temperatura mas baja. Esto permite que se produzca tanto la transferencia de calor por radiacion desde la pared 30 del horno como la transferencia de calor por conveccion desde las superficies 118 de mejora de la transferencia de calor hasta el fluido refrigerante que fluye a traves del paso 104.

En la variacion ilustrada en las Figuras 27 y 28 de los dibujos, las superficies que mejoran la transferencia de calor estan definidas por unas aletas 128 corrugadas. Ademas, las aletas 128 estan perforadas. Las aletas 128 estan dispuestas de modo que formen unos pasos alternativamente mas anchos y mas estrechos entre las aletas 128 adyacentes. El fluido refrigerante se mueve a traves de estas secciones alternadas mas anchas y mas estrechas creando diferenciales de presion localizados que promueven el flujo de fluido a traves de las aletas 128 perforadas.

La combinacion de las superficies extendidas definidas por las aletas 128, las secciones alternadas mas estrechas y mas anchas que reducen las capas llmite termicas y el flujo de fluido a traves de las perforaciones de las aletas 128 mejora en conjunto la transferencia de calor.

La seccion 62 mostrada en las Figuras 29 y 30 de los dibujos es una variacion de la seccion 62 descrita anteriormente con referencia a las Figuras 10 y 11 de los dibujos y tambien podrla aplicarse a las realizaciones mostradas en las Figuras 12 a 14 de los dibujos.

En esta variacion, cada tubo 72 tiene una ranura 130 definida en la pared mas estrecha del tubo 72 y mas proxima a la pared 30 del horno. La ranura 130 se extiende longitudinalmente.

A traves del tubo 72 se crea una diferencia de presion para favorecer el flujo de fluido en la direccion de las flechas 132 (Figura 30). El fluido refrigerante choca contra la superficie externa de la pared 30 del horno 14 y es arrastrado hacia las ranuras 130 de los tubos 72 de cada seccion 62. Entonces, este fluido refrigerante, como se ha descrito anteriormente con referencia a las Figuras 10 y 11, es introducido en el conducto 12 a traves del colector 74 para su extraccion. El fluido que choca contra la pared 30 del horno reduce las capas llmite termicas, lo cual mejora la transferencia de calor. La transferencia de calor se mejora tambien mediante el suministro de fluido refrigerante externo a las secciones 62 del intercambiador de calor. Este flujo de fluido es adicional al flujo de fluido a traves de los tubos 72 en la direccion del eje longitudinal del tubo 72, como se ha descrito anteriormente con referencia a las Figuras 10 y 11.

Aunque esta variacion se ha descrito con referencia a una ranura extendida longitudinalmente, las ranuras pueden tener tanto la longitud total del tubo 72 como unas longitudes cortas a lo largo del tubo 72. Otra variacion serla el uso de una pluralidad de tubos cortos, definiendo cada uno una ranura 130, con los conductos dispuestos segun una relacion de separacion horizontal y vertical para cubrir la pared 30 del horno. Esta disposicion serla similar a la descrita anteriormente con referencia a las Figuras 12 a 14 de los dibujos.

Una ventaja de esta disposicion es el uso de flujo convectivo natural por fuera de los tubos 72 de intercambiador de calor. Como se ha indicado anteriormente, si el flujo convectivo forzado en el paso 16 se interrumpe por cualquier razon, el flujo convectivo natural reducira, segun la opinion del Solicitante, el aumento de temperatura de la pared 30 del horno 14, permitiendo tomar medidas correctivas que reduzcan la probabilidad de danos al horno debidos al sobrecalentamiento.

Una ventaja particular de la invencion es que se proporciona un intercambiador de calor 10 que utiliza un unico fluido de intercambio de calor. El intercambio de calor entre el intercambiador de calor 10 y los hornos 14 ocurre tanto por conveccion como por radiacion para mejorar la transferencia de calor.

Otra ventaja importante de la invencion es que se proporciona un intercambiador de calor 10 que puede montarse in situ sin necesidad de ninguna modificacion de los hornos 14. De este modo, el intercambiador de calor 10 puede montarse en su posicion con relacion a los hornos 14 sin apagar los hornos 14. Por lo tanto, el tiempo de inactividad de los hornos 14 se reduce, si es que no se elimina completamente, lo que tiene grandes beneficios economicos.

Ademas, la provision del intercambiador de calor 10 en tramos o secciones facilita la instalacion del intercambiador de calor 10. No se requiere ninguna modificacion significativa de la fundicion aparte de, cuando sea aplicable, la instalacion de un sistema de ventilador para el intercambiador de calor 10, que opcionalmente puede incluir una conexion del extremo de salida del conducto 12 al ventilador extractor de la fundicion.

En lo que respecta a las disposiciones ilustradas en las Figuras 5, 6 y 7-30 de los dibujos, es aun una ventaja adicional de la invencion que se reduzca la carga de calor sobre los operadores de la fundicion, ya que el calor es arrastrado a traves del conducto 12 y sale lejos de la zona de trabajo de los operadores.

Los expertos en la tecnica apreciaran que se pueden hacer numerosas variaciones y/o modificaciones a la

invencion, tal como aparece en las realizaciones especlficas, sin apartarse del ambito de la invencion descrito ampliamente. Por lo tanto, las presentes realizaciones han de considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas.

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REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor (10), para hornos de fundicion, que incluye:

un conducto (12) para transportar fluido de refrigeracion con relacion a un horno a enfriar; y una disposicion de transferencia de calor (62) que comprende una pluralidad de canos (100) espaciados, conectados al conducto (12) por un colector (74), estando los canos (72) dispuestos a intervalos espaciados a lo largo del colector (74), estando cada cano (100) en comunicacion con un interior del conducto (12), definiendo la disposicion de transferencia de calor (62) y el conducto (12) conjuntamente un conjunto que se puede montar adyacente, y externamente, a una pared del horno a enfriar, produciendose durante el funcionamiento un intercambio de calor por conveccion debido al movimiento del fluido refrigerante con respecto al horno y a la disposicion de transferencia de calor (62), y produciendose un intercambio de calor por radiacion entre el horno y los canos (100) de la disposicion de transferencia de calor (62) del conjunto, comprendiendo adicionalmente cada cano (100) unas partes (118), que mejoran la transferencia de calor, en forma de al menos uno de componentes (120, 122) que aumentan el area superficial y componentes (124) que inducen vortices, instalados en el interior de cada cano (100) para mejorar al menos transferencia de calor por conveccion entre los canos (100) y el fluido refrigerante.
2. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 1, en el que el conjunto esta formado en secciones que pueden ser colocadas en relacion de extremo a extremo con el conducto (12), formando un paso a traves del cual fluye el fluido refrigerante.
3. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 1 o de la reivindicacion 2, en el que al menos la disposicion de transferencia de calor (62) es de un material absorbente de calor.
4. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una region operativamente interna del conducto (12) contiene elementos de intercambio de calor (46).
5. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 4, en el que los elementos de intercambio de calor (46) tienen la forma de medios de transferencia de calor para efectuar un mayor intercambio de calor por conveccion entre el conducto (12) y el fluido refrigerante dentro del conducto.
6. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el control del flujo de fluido a traves del conducto (12) se efectua por medio de elementos de control dispuestos en el conducto (12).
7. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un deflector (24) dispuesto, durante el funcionamiento, operativamente por debajo del conjunto para desviar el fluido refrigerante y ponerlo en contacto con el horno a enfriar.
8. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 2, en el que cada seccion del conjunto esta montada sobre rodillos (36).
9. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un elemento de captacion de fluido (32) dispuesto operativamente por encima del conducto (12) para impedir el escape o el desvlo de aire caliente.
10. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un extremo de corriente abajo del conducto (12) esta conectado a una disposicion de extraccion de fluido (70).
11. El intercambiador de calor (12) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un accesorio absorbente de calor (48, 50) esta montado en el conducto.
12. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 11, en el que cada cano (100) esta conformado como una seccion sustancialmente en forma de canal que, durante el funcionamiento, esta situada adyacente a una pared del horno para formar un paso (104) a traves del cual puede pasar el fluido refrigerante.
13. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una abertura de entrada (112) de cada cano (100) esta configurada para reducir una calda de presion asociada a la entrada del fluido refrigerante en el cano (100).
14. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada cano (100) esta conectado al colector (74) a traves de una abertura de salida (110).
15. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 14, en el que cada cano (100) define una abertura de salida secundaria (114) para permitir el escape a la atmosfera de parte del fluido refrigerante para proporcionar un flujo convectivo natural cuando no este presente el flujo asistido.

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16. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que cada cano (100) tiene la forma de un tubo (72).
17. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 16, en el que cada tubo (72) es sustancialmente rectangular en seccion transversal.
18. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 16 o de la reivindicacion 17, en el que una parte de cada tubo (72) que durante el funcionamiento esta dispuesta cerca del horno, define al menos una abertura para mejorar la transferencia de calor entre el tubo y el horno debido a capas llmite termicas reducidas.
19. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, que incluye un elemento de blindaje (80) para proteger las partes de una estructura en la que se encuentra el horno a enfriar, dispuestas en un lado del elemento de blindaje (80) opuesto al del horno, de la transferencia de calor por radiacion procedente del horno.
20. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 19, en el que el elemento de blindaje (80) tiene la forma de una placa de blindaje que define una parte de un canal (82) a traves del cual pasa el fluido de refrigeracion para ayudar en la transferencia de calor por conveccion natural desde la pared del horno hasta aquellas partes de la disposicion de transferencia de calor (62) dispuestas dentro del canal.
21. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 20, en el que una parte ascendente (88) de cada cano (72) esta dispuesta en el canal (82) de manera que la transferencia de calor desde el horno a los tubos (72) se produzca tanto por radiacion como por conveccion.
22. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 21, en el que cada cano (72) tiene una seccion vertical (76) que entra en su colector (74) a traves de una region acodada (78) corriente abajo del cano (72).
23. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 21, en el que cada cano (72) tiene una parte horizontal (86) corriente arriba que conduce a una porcion vertical (88) dispuesta entre el elemento de blindaje (80) y el horno.
24. El intercambiador de calor (10) de la reivindicacion 23, en el que cada seccion de la disposicion de transferencia de calor (62) comprende una pluralidad de unidades (84), comprendiendo cada unidad un colector (74) con sus correspondientes canos (72), estando los colectores (74) apilados verticalmente y estando los canos (72) de una unidad (84) superior intercalados con los canos (72) de una unidad (84) subyacente, proporcionando longitudes de porciones verticales (88) de los canos (72) que, durante el funcionamiento, estan orientadas hacia la pared del horno para mejorar la transferencia de calor.
25. El intercambiador de calor (10) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los componentes incluyen elementos foraminosos.
26. Un metodo para enfriar un horno de fundicion que incluye:

montar una disposicion de transferencia de calor (62) de un conjunto intercambiador de calor (10), incluyendo el conjunto (10) un conducto (12) de un material absorbente de calor, cerca y externamente del horno, de manera que se produzca un intercambio de calor por radiacion entre el horno de fusion y al menos una parte de la disposicion de transferencia de calor (62), incluyendo la disposicion de transferencia de calor (62) una pluralidad de canos (100) espaciados, conectados por un colector (74) al conducto (12), estando los canos (72) dispuestos a intervalos espaciados a lo largo del colector (74), estando cada cano (100) en comunicacion con el interior del conducto (12); y

dirigir el fluido refrigerante hasta pasado el horno, a traves de los canos (100) de la disposicion de transferencia de calor (62) y dentro del conducto (12) de manera que se produzca un intercambio de calor por conveccion entre el fluido, el horno y la disposicion de transferencia de calor (62), y comprendiendo adicionalmente cada cano (100) unas partes (118), que mejoran la transferencia de calor, en forma de unos componentes (120, 122) que aumentan el area superficial y/o unos componentes (124) que inducen vortices, instalados en el interior de cada cano para mejorar al menos la transferencia de calor por conveccion entre los canos (100) y el fluido refrigerante.
27. El metodo de la reivindicacion 26, que incluye una asistencia al flujo convectivo del fluido a traves de la disposicion de transferencia de calor (62) y del conducto (12).
28. El metodo de la reivindicacion 27, que incluye efectuar la asistencia creando una region de baja presion en un paso del conducto (12).
29. El metodo de la reivindicacion 28, que incluye formar el conjunto intercambiador de calor en secciones y disponer las secciones en una relacion de extremo a extremo con el conducto (12) formando el paso a traves del cual fluye el fluido.

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30. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29, que incluye efectuar un mayor intercambio de calor por conveccion entre el conducto y el fluido en el conducto haciendo pasar el fluido sobre los elementos de intercambio de calor (46) contenidos en el conducto (12).
31. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 30, que incluye controlar el flujo de fluido a traves del conducto (12).
32. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 31, que incluye disponer un elemento de captacion de fluido (32) operativamente por encima del conducto (12) para impedir el escape o el desvlo de aire calentado.
33. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 32, que incluye conectar un extremo de corriente abajo del conducto (12) a una disposition de extraction de fluido (70).
34. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 33, que incluye conformar una abertura de entrada (112) de cada cano (100) para reducir una calda de presion asociada a la entrada de fluido refrigerante en el cano.
35. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 34, que incluye conectar una abertura de salida de cada cano (110) al colector (74).
36. El metodo de la reivindicacion 35, que incluye proporcionar flujo convectivo natural cuando no este presente un flujo asistido, permitiendo el escape a la atmosfera de algo del fluido refrigerante a traves de una abertura de salida secundaria (114) definida en cada cano (100).
37. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 36, que incluye aumentar la transferencia de calor entre cada cano (100), que tiene la forma de un tubo (72), y el horno haciendo pasar el fluido a traves de una abertura definida en una pared del tubo (72).
38. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 36, que incluye el montaje de un elemento de blindaje (80) en relation espaciada con respecto a una pared del horno para proteger las partes de una estructura en la que se encuentra el horno a enfriar, dispuestas en un lado del elemento de blindaje (80) opuesto al horno, de la transferencia de calor por radiation procedente del horno.
39. El metodo de la reivindicacion 38, que incluye hacer pasar el fluido a traves de un canal (82) definido entre el elemento de blindaje (80) y la pared del horno para ayudar a la transferencia de calor por conveccion natural desde la pared del horno hasta aquellas partes de la disposicion de transferencia de calor (62) dispuestas dentro del canal (82).
40. El metodo de la reivindicacion 39, que incluye disponer una parte ascendente (88) de cada cano (100) en el canal (82) de manera que la transferencia de calor desde el horno a los canos (100) se produzca tanto por radiacion como por conveccion.