PT1098156E - GAS LIQUID HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR YOUR MANUFACTURE - Google Patents
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Abstract
Description
tt
DESCRIÇÃODESCRIPTION
PERMUTADOR DE CALOR GÁS-LÍQUIDO E MÉTODO PARA O SEU FABRICOGAS-LIQUID HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR YOUR MANUFACTURE
Antecedentes da Invenção A presente invenção refere-se a um permutador de calor gás-líquido que é preferivelmente, mas não exclusivamente, utilizado em aparelhos para aquecer água destinados tanto a utilização doméstica como a utilização em áreas residenciais. A presente invenção refere-se também a um método para o fabrico de um permutador de calor, bem como a um aparelho para aquecer água que incorpora um permutador de calor. Técnica anteriorBACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a gas-liquid heat exchanger which is preferably but not exclusively used in apparatus for heating water intended for both domestic use and use in residential areas. The present invention also relates to a method for the manufacture of a heat exchanger as well as to a water heating apparatus incorporating a heat exchanger. BACKGROUND ART
No campo dos permutadores de calor gás-líquido de modo geral e particularmente no campo dos permutadores de calor gás-água para água ou aquecedores ar-líquido destinados ao aquecimento ou refrigeração do ambiente, uma das necessidades mais sentidas é presentemente a de fornecer permutadores de calor que sejam compactos, leves e tenham custos cada vez mais limitados e que possam simultaneamente assegurar uma elevada eficiência na permuta de calor.In the field of gas-liquid heat exchangers generally and particularly in the field of gas-water heat exchangers for water or air-liquid heaters intended for heating or cooling the environment, one of the most felt needs at present is to provide heat exchanger exchangers. which are compact, lightweight and have increasingly limited costs and which can simultaneously ensure a high efficiency in the heat exchange.
Para este fim, são conhecidos os permutadores de calor de tubos, opcionalmente dotados de aletas para aumentar a eficiência da permuta de calor gás-líquido, do tipo que compreende um casulo para alojamento em que se definem um circuito de circulação do gás que se estende ao longo de uma direcção transversal do mesmo e um circuito hidráulico que compreende uma pluralidade de condutas tubulares para a circulação do líquido, que se estendem dentro do referido casulo ao longo de uma direcção que é substancialmente perpendicular à direcção do fluxo do gás.To this end, the tube heat exchangers, optionally provided with fins are known to increase the efficiency of the gas-liquid heat exchange, of the type comprising a housing cocoon in which a gas circulation circuit extending along a transverse direction thereof and a hydraulic circuit comprising a plurality of tubular conduits for the circulation of the liquid, which extend into said cocoon along a direction which is substantially perpendicular to the direction of gas flow.
Assim, por exemplo, o Pedido de Registo da Patente europeia EP 0 831 281 descreve um permutador de calor, em que uma pluralidade de tubos sem aletas é alojada entre um par de tubos de distribuição para a distribuição e recolha do líquido, sendo a parte terminal livre de cada tubo ligada aos referidos tubos de distribuição. 1Thus, for example, European Patent Application EP 0 831 281 describes a heat exchanger, wherein a plurality of finless tubes is housed between a pair of dispensing tubes for dispensing and collecting the liquid, the portion terminal portion of each tube connected to said delivery tubes. 1
Embora satisfazendo substancialmente o fim em vista, os permutadores de calor gás-água da técnica anterior têm contudo um custo de fabrico que não pode sofrer mais reduções devido aos custos de fabricação e mão-de-obra relacionados com a necessidade de instalar uma série de peças entre as condutas tubulares e/ou as extremidades respectivas e os tubos de distribuição para a distribuição e recolha de líquido, de montar os vários componentes do permutador de calor uns nos outros e, finalmente, de os tornar partes integrantes uns dos outros.Whilst substantially fulfilling the purpose in view, the prior art gas-water heat exchangers do however have a manufacturing cost which can not be further reduced due to manufacturing and labor costs related to the need to install a series of between the tubular conduits and / or the respective ends and the distribution pipes for the distribution and collection of liquid, of assembling the various components of the heat exchanger into each other and finally of making them integral parts of one another.
No documento US-A-1 972 706 descreve-se um permutador de calor que compreende uma pluralidade de aletas com ranhuras e apoios em U onde se aloja uma conduta tubular. As aletas são montadas despejando metal fundido nos apoios em U através das ranhuras formadas nas aletas. Logo que a unidade permutadora de calor está montada, uma nervura de reforço que se estende longitudinalmente ao longo da unidade é instalada entre as arestas opostas das ranhuras e unida a elas.In US-A-1 972 706 there is disclosed a heat exchanger comprising a plurality of grooved and U-shaped flaps where a tubular conduit is housed. The fins are assembled by pouring molten metal into the U-shaped supports through the grooves formed in the fins. Once the heat exchange unit is assembled, a reinforcing rib extending longitudinally along the unit is installed between the opposing edges of the grooves and attached thereto.
Além disso, o documento US-A-3 433 300 apresenta um método para fabricar um permutador de calor com uma conduta tubular que forma uma serpentina que é inserida transversalmente nos apoios em U formados na arestas das aletas. As ranhuras formadas nos apoios em U para inserir os tubos permitem não obstante que o gás que circula pelas aletas passe através elas, o que reduz a eficiência do permutador de calor.In addition, US-A-3 433 300 discloses a method for manufacturing a heat exchanger having a tubular conduit forming a serpentine that is inserted transversely into the U-shaped supports formed at the edges of the fins. The grooves formed in the U-shaped supports for inserting the pipes nevertheless allow the gas flowing through the fins to pass therethrough, which reduces the efficiency of the heat exchanger.
Sumário da Invenção O problema técnico subjacente à presente invenção é portanto proporcionar um permutador de calor gás-líquido com um custo mais baixo em relação aos permutadores de calor da técnica anterior que tenha a mesma capacidade de aquecimento e apresente simultaneamente características de tamanho reduzido e elevada eficiência na permuta de calor, tal como requerem as Normas adoptadas pelo mercado.SUMMARY OF THE INVENTION The technical problem underlying the present invention is therefore to provide a gas-liquid heat exchanger with a lower cost than prior art heat exchangers having the same heating capacity and simultaneously exhibiting reduced and high-size characteristics heat exchange efficiency, as required by the Market-adopted Standards.
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, o problema acima é resolvido por um permutador de calor tal como é definido na reivindicação 1 anexa.According to a first aspect of the invention, the above problem is solved by a heat exchanger as defined in the appended claim 1.
Na realidade, o Requerente verificou que é possível alcançar a desejada redução adicional de custos de fabrico do permutador de calor - obtendo uma eficiência de permuta de calor que é substancialmente comparável à dos permutadores de calor mais 2 caros da técnica anterior com uma capacidade térmica semelhante - graças às providências seguintes: - formando numa única conduta com uma forma substancialmente de serpentina as condutas tubulares do permutador e dotando-a de ligações em ângulo adequadas que são formadas numa peça única na mesma conduta, e - optimizando a dinâmica de fluidos da fase de gás durante a passagem dos gases nas passagens definidas entre as aletas que se estendem a partir das condutas tubulares.In fact, the Applicant has found that it is possible to achieve the desired further reduction of manufacturing costs of the heat exchanger - obtaining a heat exchange efficiency which is substantially comparable to that of the prior art heat exchangers having a similar thermal capacity - by forming the tubular conduits of the exchanger in a single conduit having a substantially serpentine shape and by providing suitable angled connections which are formed in a single part in the same conduit, and - by optimizing the fluid dynamics of the phase of gas during passage of the gases in the passages defined between the vanes extending from the tubular conduits.
Em particular, ligando lateralmente as aletas a jusante das condutas tubulares na parte terminal do seu apoio de alojamento, é possível, de modo vantajoso, evitar os indesejáveis desvios dos gases para o espaço livre existente a jusante das mesmas condutas tubulares, garantindo assim uma excelente permuta de calor entre o gás que circula nas passagens definidas entre as aletas e as próprias aletas.In particular, by laterally connecting the fins downstream of the tubular ducts in the end portion of their housing support, it is advantageously possible to avoid the undesirable deviations of the gases to the free space existing downstream of the same tubular conduits, thus ensuring an excellent heat exchange between the gas flowing in the passages defined between the fins and the fins themselves.
Na descrição abaixo e nas reivindicações anexas, as expressões «a montante» e «a jusante» serão usadas para indicar os componentes do permutador de calor que são atingidos respectivamente primeiro e por último pelo fluxo de gás que atravessa o permutador de calor propriamente dito.In the description below and in the appended claims, the terms "upstream" and "downstream" will be used to denote the components of the heat exchanger which are respectively respectively struck first and finally by the flow of gas flowing through the heat exchanger itself.
De forma vantajosa, de acordo com a presente invenção, é possível proporcionar um permutador de calor com uma elevada eficiência na permuta de calor gás-líquido e por outro lado como uma elevado rácio entre a superfície de permuta de calor e o volume total; o equipamento da invenção é portanto compacto e termodinamicamente eficiente.Advantageously, according to the present invention, it is possible to provide a heat exchanger with a high efficiency in gas-liquid heat exchange and on the other hand as a high ratio between the heat exchange surface and the total volume; the equipment of the invention is therefore compact and thermodynamically efficient.
De modo conveniente, as passagens de gás definidas entre as aletas que se estendem a partir das condutas tubulares estendem-se no permutador ao longo de uma direcção que é substancialmente perpendicular às mesmas condutas tubulares, que são por consequência transversalmente tocadas pela fase de gás.Conveniently, the gas passages defined between the fins extending from the tubular conduits extend in the exchanger along a direction which is substantially perpendicular to the same tubular conduits, which are consequently transversely touched by the gas phase.
Deste modo, é portanto possível, de forma vantajosa, limitar as dimensões transversais do permutador a valores mínimos. 3Thus, it is therefore possible, advantageously, to limit the transverse dimensions of the exchanger to minimum values. 3
De preferência, as referidas condutas tubulares são paralelas umas às outras e podem situar-se ambas no mesmo plano ou, em alternativa, situar-se em planos paralelos, de modo a haver uma alternância de condutas entre um lado e o outro, o que reduz ainda mais a largura do permutador de calor.Preferably, said tubular conduits are parallel to each other and may lie both in the same plane or, alternatively, lie in parallel planes, so that there is a alternation of conduits between one side and the other, which further reduces the width of the heat exchanger.
Neste último caso, a distância entre estes planos paralelos pode ser determinada por um especialista deste campo de modo a evitar interferências entre as aletas que se estendem a partir das condutas adjacentes.In the latter case, the distance between these parallel planes can be determined by a specialist in this field so as to avoid interference between the fins extending from the adjacent conduits.
Numa forma de realização preferida da invenção, as aletas são ligadas lateralmente umas às outras a jusante das condutas tubulares por meio de um par de virolas que se estendem perpendicularmente a partir de cada aleta num comprimento predeterminado ao longo de uma parte terminal do apoio de alojamento das condutas tubulares.In a preferred embodiment of the invention, the wings are attached laterally to each other downstream of the tubular conduits by means of a pair of ferrules that extend perpendicularly from each wing by a predetermined length along an end portion of the housing support of the tubular conduits.
As referidas virolas têm uma largura adequada predeterminada capaz de garantir uma ligação física entre uma aleta e a aleta imediatamente adjacente ao longo da direcção longitudinal do permutador de calor. De preferência, a largura das virolas situa-se entre 1 e 8 mm e, mais preferivelmente, entre 3 e 6 mm.Said ferrules have a predetermined suitable width capable of ensuring a physical connection between a fin and the immediately adjacent flap along the longitudinal direction of the heat exchanger. Preferably, the width of the ferrules is between 1 and 8 mm and more preferably between 3 and 6 mm.
Na descrição abaixo e nas reivindicações anexas, o termo «largura» de uma aleta destina-se a indicar a extensão desse componente segundo uma direcção que é substancialmente perpendicular ao corpo da mesma aleta (isto é, substancialmente paralela ao eixo longitudinal das condutas tubulares).In the description below and the appended claims, the term 'width' of a flap is intended to indicate the extent of that component in a direction which is substantially perpendicular to the body of the same flap (i.e., substantially parallel to the longitudinal axis of the tubular conduits) .
Desta forma, e de modo vantajoso, é possível obter, dando a forma adequada às aletas e depois de serem unidas umas às outras numa relação de distribuição regular ao longo das condutas tubulares, uma parede de encerramento «compósita» substancialmente contínua capaz de evitar desvios indesejáveis de gás para o espaço livre existente a jusante das mesmas condutas tubulares.In this way and advantageously, a substantially continuous 'composite' closure wall capable of avoiding deflections can be obtained, in suitable shape from the vanes and after being joined to one another in a regular distribution relationship along the tubular ducts to the free space existing downstream of the same tubular conduits.
De modo conveniente, as referidas virolas podem ser formadas nas aletas numa peça única por uma operação convencional de prensagem numa produção em série, retirando todo o benefício da pretendida redução de custos de produção do permutador. 4Conveniently, said ferrules can be formed in the fins in a single piece by a conventional pressing operation in a series production, taking full advantage of the intended reduction of production costs of the exchanger. 4
Numa forma de realização alternativa da invenção, que é menos desejável do ponto de vista económico, as aletas podem ser ligadas lateralmente a jusante das condutas tubulares por meio de folhas metálicas rectangulares com uma largura adequada ou por meio de canais em forma de U com uma espessura convenientemente reduzida, inseridos no espaço livre existente a jusante das condutas tubulares e alojados na parte terminal dos apoios de alojamento das mesmas condutas.In an alternative embodiment of the invention which is less economically desirable, the fins may be attached laterally downstream of the tubular conduits by means of rectangular metal sheets of suitable width or by means of U-shaped channels with a thickness, inserted into the free space existing downstream of the tubular conduits and housed in the terminal part of the housing supports of the same conduits.
De preferência, o apoio de alojamento das condutas tubulares é, pelo menos em parte, perifericamente dotado de um anel que se estende perpendicularmente à aleta num comprimento predeterminado. De modo ainda mais preferível, o anel estende-se perpendicularmente à aleta numa extensão que é substancialmente igual ao comprimento de uma parte do fundo do apoio de alojamento das condutas tubulares.Preferably, the housing support of the tubular conduits is at least in part peripherally provided with a ring which extends perpendicularly to the flap by a predetermined length. Still more preferably, the ring extends perpendicularly to the flap in an extent that is substantially equal to the length of a bottom portion of the housing support of the tubular conduits.
Desta maneira, é vantajosamente possível aumentar a superfície de contacto entre cada conduta tubular e o seu apoio de alojamento tornando mais permanente e duradoura a ligação seguinte entre eles, a qual se realiza, de modo conveniente, por meio de operações convencionais de soldadura com solda forte.In this way, it is advantageously possible to increase the contact surface between each tubular conduit and its housing support by making the next connection between them more permanent and durable, which is conveniently carried out by means of conventional welding operations strong.
Para os objectivos da invenção, o referido anel pode ter uma largura igual ou inferior à das virolas preparadas para encaixar lateralmente nas aletas.For purposes of the invention, said ring may have a width equal to or less than that of the ferrules prepared to laterally engage the fins.
De preferência, o anel tem uma largura inferior à largura das virolas que ligam as aletas adjacentes umas com as outras, a qual, de modo conveniente, se situa entre 1,5 e 5,5 mm e, de modo vantajoso, é formado numa peça única com as referidas virolas, às quais é acoplado sem interrupção.Preferably, the ring has a width less than the width of the ferrules which connect the adjacent flaps to one another, which conveniently is between 1.5 and 5.5 mm and is advantageously formed in one a single piece with said ferrules, to which it is coupled without interruption.
Numa forma de realização preferida da invenção, as aletas também são ligadas em bloco lateralmente e em partes opostas das condutas tubulares por meio de um par de paredes laterais que se estendem perpendicularmente a partir das extremidades opostas das mesmas aletas.In a preferred embodiment of the invention, the flaps are also laterally and oppositely connected to the tubular conduits by means of a pair of side walls extending perpendicularly from opposite ends of the same flaps.
De modo conveniente, as referidas paredes laterais têm uma largura predeterminada adequada para permitir uma ligação física entre uma aleta e a que lhe está imediatamente adjacente ao longo da direcção longitudinal do permutador de calor. 5Conveniently, said side walls have a predetermined width suitable to permit a physical connection between a fin and that immediately adjacent thereto along the longitudinal direction of the heat exchanger. 5
Deste modo, é vantajosamente possível - dando uma largura adequada às paredes laterais e às virolas anteriormente descritas - formar entre as aletas uma pluralidade de passagens de gás fechadas lateralmente de uma maneira substancialmente estanque a gases, de modo a evitar desvios indesejáveis de gás no espaço livre existente a jusante das condutas tubulares e a optimizar a dinâmica de fluidos do gás que ali circula.Thus, it is advantageously possible - giving a suitable width to the side walls and the ferrules described above - to form between the fins a plurality of laterally closed gas passages in a substantially gas-tight manner, so as to avoid undesirable gas shifts in space free flow downstream of the tubular conduits and to optimize the fluid dynamics of the gas circulating there.
De modo conveniente, estas passagens de gás são definidas logo que as aletas tenham sido associadas de modo estável às condutas tubulares e, como se descreveu acima, estendem-se ao longo de uma direcção que é substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal das mesmas condutas tubulares.Conveniently, these gas passages are defined as soon as the fins have been stably attached to the tubular conduits and, as described above, extend along a direction which is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the same tubular conduits.
De preferência, o permutador de calor da invenção compreende meios adequados para distribuir regularmente as aletas segundo o passo, meios estes que podem, vantajosamente, ser constituídos pelos acima referidos anéis, virolas ou por espaçadores apropriados eventualmente formados numa peça única com as mesmas aletas.Preferably, the heat exchanger of the invention comprises means suitable for regularly distributing the fins according to the pitch, which means may advantageously be formed by the above-mentioned rings, ferrules or by suitable spacers formed in one piece with the same flaps.
De modo vantajoso, os referidos meios permitem definir a largura das referidas passagens de gás de modo a alcançar as propriedades desejadas da dinâmica de fluidos do fluxo de gás que atravessa o permutador de calor.Advantageously, said means enable the width of said gas passages to be defined in order to achieve the desired fluid dynamics properties of the gas flow through the heat exchanger.
De modo conveniente, o passo entre as aletas pode ser seleccionado por um perito consoante a queda de pressão e as propriedades da dinâmica de fluidos do fluxo de gás que são necessários.Conveniently, the pitch between the fins may be selected by an expert depending upon the pressure drop and the flow dynamics properties of the gas flow which are required.
Além disso, de acordo com uma forma de realização preferida da invenção, é vantajosamente possível assegurar uma vedação estanque a gases adequada, tanto a jusante como lateralmente em relação às condutas tubulares sem a necessidade de soldar as virolas e/ou as paredes laterais de uma aleta à que lhe está imediatamente adjacente.Furthermore, in accordance with a preferred embodiment of the invention, it is advantageously possible to ensure a suitable gas-tight seal, both downstream and laterally with respect to the tubular conduits without the need to weld the ferrules and / or side walls of a adjacent to it.
Isto pode obter-se dando às virolas e/ou às paredes laterais das aletas uma inclinação predeterminada em relação ao corpo das mesmas aletas.This can be achieved by giving the ferrules and / or side walls of the fins a predetermined inclination to the body of the same vanes.
Para os fins da invenção, esta inclinação pode de preferência assumir, em relação ao corpo das aletas um valor angular (ai) compreendido entre 90° e 105° no que se refere às 6 virolas e um valor angular compreendido entre 80° e 105° no que se refere às paredes laterais.For the purposes of the invention, this inclination may preferably assume, with respect to the body of the fins, an angular value (ai) comprised between 90 ° and 105 ° with respect to the 6 ferrules and an angular value comprised between 80 ° and 105 ° with respect to the side walls.
De preferência, as virolas e/ou as paredes laterais das aletas formam um ângulo (c^ e a2) compreendido entre 96° e 100° em relação ao corpo das aletas, isto é, são substancialmente projectadas.Preferably, the ferrules and / or side walls of the vanes form an angle (c and a2) comprised between 96ø and 100ø in relation to the body of the vanes, i.e. are substantially projected.
Deste modo, é vantajosamente possível - ao mesmo tempo que se monta o permutador -ajustar adequadamente o passo entre as aletas num valor que é ligeiramente inferior à largura das virolas e/ou das paredes laterais, de modo a obter uma sobreposição parcial entre a extremidade livre das virolas e/ou das paredes laterais e a virola e/ou a parede lateral da aleta adjacente.In this way, it is advantageously possible - at the same time as the exchanger is mounted - to adjust the pitch between the fins appropriately to a value which is slightly smaller than the width of the ferrules and / or side walls, so as to obtain a partial overlap between the end free from the ferrules and / or side walls and the ferrule and / or side wall of the adjacent flap.
Além disso, de modo vantajoso, a regulação do passo entre as aletas permite por sua vez regular convenientemente a eficiência do permutador de calor, que é substancialmente proporcional ao número de aletas, trazendo-as para o valor desejado.Moreover, advantageously, the regulation of the pitch between the fins in turn makes it possible to conveniently regulate the efficiency of the heat exchanger, which is substantially proportional to the number of fins, bringing them to the desired value.
Numa outra forma de realização da invenção e no caso em que o permutador é dotado de uma pluralidade de condutas tubulares paralelas, as aletas são dotadas de uma pluralidade de apoios substancialmente em forma de U, cada um deles preparado para nele se alojar uma conduta tubular.In another embodiment of the invention and in the case where the exchanger is provided with a plurality of parallel tubular conduits, the fins are provided with a plurality of substantially U-shaped supports, each of which is arranged to house a tubular conduit .
Neste caso, e de modo a aumentar ainda mais a eficiência da permuta de calor entre o gás e as aletas, estas podem ser dotadas de pelo menos uma nervura, formada entre os apoios de alojamento das condutas tubulares adjacentes e preparada para aumentar a turbulência do gás que corre para dentro das passagens de gás definidas entre aletas adjacentes.In this case, and in order to further increase the efficiency of the heat exchange between the gas and the fins, these may be provided with at least one rib, formed between the housing supports of the adjacent tubular conduits and prepared to increase the turbulence of the gas stream flowing into the defined gas passages between adjacent flaps.
De preferência, o permutador de calor compreende ainda a instalação de um par de peças de ligação rápida dos tubos associadas às extremidades livres opostas da conduta substancialmente em forma de serpentina. A presença das peças de ligação rápida dos tubos facilita consideravelmente as operações necessárias para associar o permutador de calor ao fornecimento de líquido e 7 às condutas de retorno de e para o circuito hidráulico do aparelho, por exemplo uma caldeira, onde o permutador de calor é montado.Preferably, the heat exchanger further comprises installing a pair of fast pipe connecting pieces associated with the opposed free ends of the substantially serpentine conduit. The presence of the quick-connect parts of the pipes considerably facilitates the operations required to associate the heat exchanger with the supply of liquid and to the return pipes to and from the hydraulic circuit of the apparatus, for example a boiler where the heat exchanger is mounted.
De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção refere-se a um aparelho para aquecimento de água, por exemplo uma caldeira, que se caracteriza por compreender um permutador de calor do tipo descrito acima.According to a second aspect, the present invention relates to an apparatus for heating water, for example a boiler, characterized in that it comprises a heat exchanger of the type described above.
De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para o fabrico de um permutador de calor gás-líquido do tipo descrito acima tal como é definido na reivindicação 10 anexa.According to a third aspect, the present invention relates to a method for the manufacture of a gas-liquid heat exchanger of the type described above as defined in the appended claim 10.
De modo vantajoso, o referido método permite fabricar o permutador de calor gás-líquido da presente invenção por meio de passos de actuação de produção em série e com um mínimo de intervenção de mão-de-obra, alcançando portanto a desejada redução de custo do permutador de calor.Advantageously, said method makes it possible to fabricate the gas-liquid heat exchanger of the present invention by means of production steps in series and with a minimum of labor intervention, thereby achieving the desired cost reduction of heat exchanger.
De preferência, os passos de compressão e expansão radiais das condutas tubulares são executados por meio de deformação plástica a frio recorrendo a equipamento convencional.Preferably, the radial compression and expansion steps of the tubular conduits are performed by means of cold plastic deformation using conventional equipment.
Além disso, de preferência, o passo de associar de modo estável as aletas às condutas tubulares é executado por meio de soldadura convencional com solda forte recorrendo a equipamentos e técnicas conhecidos.Furthermore, preferably, the step of stably attaching the fins to the tubular conduits is performed by conventional welding with strong welding using known equipment and techniques.
Numa outra forma de realização, o método da invenção pode compreender o passo adicional de associar um par de peças de ligação rápida dos tubos às extremidades opostas da conduta onde se define o circuito de circulação do líquido.In another embodiment, the method of the invention may comprise the further step of associating a pair of quick connect parts of the tubes to the opposing ends of the conduit where the liquid circulation circuit is defined.
Por meio do método da invenção, é possível fabricar um permutador de calor económico, compacto e termodinamicamente eficiente usando uma tecnologia simples a baixo custo e capaz de assegurar em larga escala a capacidade de repetição e reprodução da qualidade do desempenho dos permutadores de calor produzidos. 8By means of the method of the invention, it is possible to manufacture a compact, thermodynamically efficient, economical heat exchanger using a simple low cost technology and capable of ensuring on a large scale the quality and repeatability of the performance of the heat exchangers produced. 8
Breve descrição dos desenhosBrief description of the drawings
As vantagens adicionais de um permutador de calor gás-líquido de acordo com a presente invenção tornar-se-ão mais evidentes a partir da descrição abaixo de uma sua forma de realização preferida, anexa à presente, que mostra algumas suas formas de realização preferidas mas não restritivas, com referência aos desenhos anexos. Nos desenhos: - a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um permutador de calor gás-líquido de acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção; - a Figura 2 é uma vista em perspectiva, a uma escala aumentada, de uma aleta do permutador de calor da Figura 1; - a Figura 3 é uma vista superior, a uma escala aumentada, de alguns pormenores da aleta da Figura 2; - as Figuras 4 a 8 ilustram de maneira esquemática igual número de passos de execução de um método para o fabrico de um permutador de calor gás-líquido de acordo com a presente invenção; - a Figura 9 ilustra de maneira esquemática uma caldeira que incorpora no permutador de calor gás-líquido da Figura 1.Further advantages of a gas-liquid heat exchanger according to the present invention will become more apparent from the following description of a preferred embodiment thereof, which is attached to the present, showing some of its preferred but preferred embodiments. non-restrictive, with reference to the accompanying drawings. In the drawings: Figure 1 is a perspective view of a gas-liquid heat exchanger in accordance with a preferred embodiment of the present invention; Figure 2 is a perspective view, on an enlarged scale, of a fin of the heat exchanger of Figure 1; Figure 3 is a top view, on an enlarged scale, of some details of the flap of Figure 2; Figures 4 to 8 schematically illustrate the same number of steps of carrying out a method for the manufacture of a gas-liquid heat exchanger in accordance with the present invention; Figure 9 schematically illustrates a boiler incorporating the gas-liquid heat exchanger of Figure 1.
Descrição pormenorizada das formas de realização preferidas da invençãoDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Nestas figuras, o número 1 indica geralmente um permutador de calor gás-líquido para aparelhos de aquecimento de água, em particular para utilização como permutador de calor para o aquecimento de água primária morna ou água para o aquecimento ambiente de uma caldeira 6 convencional do tipo esquematicamente ilustrado na Figura 9 e abaixo descrita. O permutador de calor 1 compreende uma pluralidade de condutas tubulares 2, substancialmente rectilíneas, que têm um eixo longitudinal x-x que se estende ao longo 9 de uma primeira direcção predeterminada e em que se define um circuito de circulação 3 para a circulação de água no permutador 1.In these figures, numeral 1 generally indicates a gas-liquid heat exchanger for water heating apparatus, in particular for use as a heat exchanger for the heating of warm primary water or water for the ambient heating of a conventional boiler 6 of the type schematically illustrated in Figure 9 and described below. The heat exchanger 1 comprises a plurality of substantially straight tubular conduits 2 having a longitudinal axis xx extending along a first predetermined direction and defining a circulation circuit 3 for the circulation of water in the exchanger 1.
Uma pluralidade de aletas 4 substancialmente paralelas e distribuídas regularmente segundo o passo em relação umas às outras estendem-se para fora das condutas tubulares 2, às quais são associadas de modo estável, por exemplo por soldadura com solda forte, e são instaladas entre placas de encerramento 20, 21 associadas às condutas tubulares 2 em extremidades opostas do permutador de calor 1.A plurality of substantially parallel fins 4 and regularly distributed in relation to each other extend outwardly from the tubular conduits 2, to which they are stably joined, for example by welding with strong welding, and are installed between plates closures 20, 21 associated with the tubular conduits 2 at opposite ends of the heat exchanger 1.
Entre as aletas 4 define-se uma pluralidade de passagens de gás 5, que deixam circular o gás ao longo de uma segunda direcção y-y que é substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal x-x das condutas tubulares 2.Between the fins 4 is defined a plurality of gas passages 5, which let the gas flow along a second y-y direction which is substantially perpendicular to the longitudinal axis x-x of the tubular conduits 2.
De preferência, as aletas 4 são feitas de um metal adequado que tenha boas propriedades de condutividade térmica, por exemplo cobre.Preferably, the fins 4 are made of a suitable metal having good thermal conductivity properties, for example copper.
Nesta forma de realização da invenção, o gás que circula através do permutador 1 nas passagens de gás 5 é essencialmente constituído por gases de combustão provenientes de um queimador 7 da caldeira 6 (Figura 9).In this embodiment of the invention the gas flowing through the exchanger 1 in the gas passages 5 is essentially constituted by combustion gases from a burner 7 of the boiler 6 (Figure 9).
As condutas tubulares 2 são essencialmente constituídas por partes sucessivas de uma única conduta 8 substancialmente em forma de serpentina, partes estas que são ligadas umas às outras por meio de ligações em ângulo 9 formadas numa peça única com a mesma conduta 8.The tubular conduits 2 are essentially constituted by successive portions of a single conduit 8 substantially serpentine, parts thereof which are connected to each other by means of angled connections 9 formed in a single piece with the same conduit 8.
De preferência, a conduta 8 também é feita de um metal adequado com boas propriedades de condutividade térmica, por exemplo cobre.Preferably, the conduit 8 is also made of a suitable metal with good thermal conductivity properties, for example copper.
De forma vantajosa, a conduta 8 é dotada nas suas extremidades opostas 8a, 8b das correspondentes peças de ligação rápida 10a, 10b, neste exemplo formadas numa única peça nas mesmas extremidades, preparadas para facilitar as operações de ligação com o circuito hidráulico da caldeira 6. 10Advantageously, the conduit 8 is provided at its opposite ends 8a, 8b with the corresponding quick-connect parts 10a, 10b, in this example formed in a single piece at the same ends, arranged to facilitate the connection operations with the hydraulic circuit of the boiler 6 10
Nesta forma de realização e como se ilustra mais em pormenor nas Figuras 2 e 3, as aletas 4 do permutador 1 incluem um corpo 11 adequadamente em forma de placa e com uma espessura reduzida apropriada, por exemplo situada entre 0,2 e 0,7 mm.In this embodiment and as more fully illustrated in Figures 2 and 3, the fins 4 of the exchanger 1 include a suitably plate-shaped body 11 and of a suitable reduced thickness, for example between 0.2 and 0.7 mm.
De modo conveniente, o corpo 11 das aletas 4 é dotado de uma pluralidade de apoios 12, substancialmente em forma de U, onde se alojam as condutas tubulares 2.Conveniently, the body 11 of the fins 4 is provided with a plurality of substantially U-shaped supports 12, where the tubular conduits 2 are housed.
Cada um dos apoios 12 compreende: - uma primeira parte ou parte do fundo 12a com uma forma que encaixa substancialmente na forma das condutas tubulares e especificamente projectada de maneira a estas se alojarem nela e em contacto com ela, e - uma segunda parte ou parte terminal 12b aberta a jusante das condutas tubulares 2 e projectada para permitir a montagem das aletas 4 nas condutas tubulares 2, como se ilustra melhor abaixo. A parte terminal 12b do apoio 12 é definida, em particular, entre partes essencialmente rectilíneas de braços opostos do apoio substancialmente em forma de U 12 e formados no corpo 11 da aleta 4 (Figura 2).Each of the supports 12 comprises: - a first part or part of the bottom 12a in a shape that substantially engages in the shape of the tubular conduits and is specifically designed so as to be housed therein and in contact therewith, and - a second part or part terminal 12b open downstream of the tubular conduits 2 and designed to allow the flaps 4 to be mounted in the tubular conduits 2, as best illustrated below. The end portion 12b of the cradle 12 is defined, in particular, between essentially straight rectilinear portions of the substantially U-shaped backing arms 12 and formed in the body 11 of the flap 4 (Figure 2).
Nesta forma de realização da invenção, as aletas 4 são ligadas lateralmente umas às outras a jusante das condutas tubulares 2 por meio de um par de virolas 13a, b, que se estendem perpendicularmente a cada aleta 4 substancialmente em todo o comprimento da segunda parte 12b do apoio 12.In this embodiment of the invention, the flaps 4 are attached laterally to one another downstream of the tubular conduits 2 by means of a pair of ferrules 13a, b, which extend perpendicularly to each flap 4 substantially the entire length of the second portion 12b of the support 12.
De preferência, as virolas 13a, b são formadas numa peça única com as aletas 4 e têm uma largura V igual a cerca de 4 mm, preparada para encaixar fisicamente numa aleta 4 e na aleta que lhe está imediatamente adjacente ao longo de uma direcção que é paralela ao eixo longitudinal x-x das condutas tubulares 2, que neste caso coincide com a direcção longitudinal do permutador 1.Preferably, the ferrules 13a, b are formed in one piece with the fins 4 and have a width V of about 4 mm, prepared to fit physically into a flap 4 and the flap immediately adjacent thereto in a direction is parallel to the longitudinal axis xx of the tubular ducts 2, which in this case coincides with the longitudinal direction of the exchanger 1.
Nesta forma de realização da presente invenção, a parte do fundo 12a do apoio 12 é perifericamente dotada de um anel 14 que se estende perpendicularmente à aleta 4 num comprimento que é substancialmente igual ao comprimento dessa parte do fundo, neste 11 caso coincidindo substancialmente com a zona de contacto entre a aleta 4 e as condutas tubulares 2.In this embodiment of the present invention, the bottom portion 12a of the backing 12 is peripherally provided with a ring 14 which extends perpendicularly to the flap 4 in a length that is substantially equal to the length of that bottom portion, in this case substantially coinciding with the contact zone between the flap 4 and the tubular conduits 2.
De preferência, o anel 14 tem uma largura V igual a cerca de 2 mm e de preferência é formado numa peça única com as virolas 13a, b às quais é ligado sem interrupção.Preferably, the ring 14 has a width V of about 2 mm and is preferably formed in a single piece with the ferrules 13a, b to which it is connected without interruption.
As aletas 4 do permutador 1 também são unidas em bloco umas às outras, lateralmente e em partes opostas das condutas tubulares 2, por meio de um par de paredes laterais 15a, b que se estendem perpendicularmente às extremidades opostas 4a, b das aletas 4.The fins 4 of the exchanger 1 are also joined in block to each other, laterally and in opposite parts of the tubular ducts 2, by means of a pair of side walls 15a, b which extend perpendicularly to the opposing ends 4a, b of the fins 4.
De modo conveniente, as paredes laterais 15a, b têm uma largura predeterminada preparada para permitir uma ligação física entre uma aleta e a que lhe está imediatamente adjacente ao longo de uma direcção que é paralela ao eixo longitudinal x-x das condutas tubulares 2, que neste caso coincide com a direcção longitudinal do permutador 1. De preferência, a largura Ίρ’ das paredes laterais 15a, b é ligeiramente superior à das virolas 13a, b e é igual a cerca de 5 mm.Conveniently the side walls 15a, b have a predetermined width prepared to permit a physical connection between a flap and the one immediately adjacent thereto along a direction which is parallel to the longitudinal axis xx of the tubular conduits 2, which in this case coincides with the longitudinal direction of the exchanger 1. Preferably, the width ρ 'of the side walls 15a, b is slightly larger than that of the ferrules 13a, b and b is about 5mm.
Deste modo, as passagens de gás 5 definidas entre as aletas 4 são substancialmente fechadas lateralmente de uma maneira estanque a gases, de modo a evitar desvios indesejáveis de gás para o espaço livre existente a jusante das condutas tubulares 2 (segunda parte 12b do apoio 12) e também a optimizar a dinâmica de fluidos do gás que circula através delas.Accordingly, the gas passages 5 defined between the fins 4 are substantially laterally closed in a gas-tight manner so as to avoid undesirable gas shifts to the free space existing downstream of the tubular ducts 2 (second part 12b of the support 12 ) and also to optimize the fluid dynamics of the gas flowing through them.
De modo vantajoso, as virolas 13a, b e as paredes laterais 15a, b das aletas 4 são ainda distribuídas regularmente segundo o passo em relação umas às outras, de modo a definir uma largura apropriada das passagens de gás 5 e assegurar as desejadas propriedades de dinâmica de fluidos do gás que atravessa o permutador de calor.Advantageously, the ferrules 13a, b and the side walls 15a, b of the fins 4 are evenly distributed in step relative to each other in order to define an appropriate width of the gas passages 5 and to ensure the desired dynamic properties of the gas flowing through the heat exchanger.
De modo conveniente, o passo entre as aletas 4 é, nesta forma de realização, igual a cerca de 3,2 mm.Conveniently, the pitch between the fins 4 is, in this embodiment, equal to about 3.2 mm.
Nesta forma de realização da invenção, as virolas 13a, b e as paredes laterais 15a, b das aletas 4 têm uma inclinação predeterminada em relação ao corpo 11 das aletas 4, com o qual formam ângulos ai, a2, cada um deles igual a cerca de 98,5°. 12In this embodiment of the invention, the ferrules 13a, b and the side walls 15a, b of the fins 4 have a predetermined inclination with respect to the body 11 of the fins 4, with which they form angles 1a and 2, each equal to about 98.5 °. 12
Graças à consequente projecção das virolas 13a, b e das paredes laterais 15a, b, é possível montar em bloco as aletas 4 realizando uma sobreposição parcial entre a extremidade livre das virolas 13a, b e das paredes laterais 15a, b e a virola 13a, b e a parede lateral 15a, b de uma aleta 4 adjacente, como se ilustra na Figura 1.Thanks to the consequent projection of the ferrules 13a, b and the side walls 15a, b, it is possible to assemble the blades 4 in a block by partially overlapping between the free end of the ferrules 13a, b and the side walls 15a, the ferrule 13a, the side wall 15a , b of an adjacent flap 4, as shown in Figure 1.
Deste modo, é vantajosamente possível obter um encerramento lateral das passagens 5 com propriedades adequadas de vedação estanque a gases sem efectuar nenhuma operação de soldadura entre as virolas 13a, b e as paredes laterais 15a, b da uma aleta 4 e da aleta imediatamente adjacente.Thus, it is advantageously possible to obtain a lateral closure of the passages 5 with suitable gas tightness properties without performing any welding operation between the ferrules 13a, b and the side walls 15a, b of a fin 4 and the immediately adjacent fin.
Além disso, neste caso, é vantajosamente possível regular convenientemente, dentro de certos limites, o passo entre as aletas 4, ajustando assim, por sua vez, a largura das passagens de gás 5 e, ao longo delas, a queda de pressão e as propriedades de dinâmica de fluidos da fase de gás.Moreover, in this case, it is advantageously possible to conveniently regulate, within certain limits, the pitch between the fins 4, thereby adjusting, in turn, the width of the gas passages 5 and, along the latter, the pressure drop and the fluid phase properties of the gas phase.
Para aumentar a turbulência do gás que circula nas passagens de gás 5 definidas entre as aletas 4 e, portanto, a eficiência de permuta do permutador 1, as aletas 4 são também dotadas de um par de nervuras substancialmente hemisféricas 16, 17 formadas numa peça única no corpo 11 entre os apoios de alojamento 12 de condutas tubulares 2 adjacentes.To increase the gas turbulence circulating in the gas passages 5 defined between the fins 4 and hence the exchange efficiency of the exchanger 1, the fins 4 are also provided with a pair of substantially hemispherical ribs 16, 17 formed in a single piece in the body 11 between the housing supports 12 of adjacent tubular conduits 2.
De preferência, as nervuras 16, 17, estendem-se numa peça única a partir do corpo 11 da aleta 4 no mesmo lado das virolas 13a, b e das paredes laterais 15a, b.Preferably, the ribs 16, 17 extend in a single piece from the body 11 of the flap 4 on the same side of the ferrules 13a, b and of the side walls 15a, b.
Ilustrar-se-á seguidamente um método de acordo com a invenção para fabricar o permutador de calor gás-líquido 1 anteriormente descrito.Thereafter a method according to the invention will be illustrated for manufacturing the gas-liquid heat exchanger 1 described above.
Numa fase inicial do método, prepara-se a conduta 8 em forma de serpentina mediante operações convencionais de deformação plástica, partindo de uma conduta rectilínea com um comprimento apropriado.In an initial phase of the method, the serpentine-shaped conduit 8 is prepared by conventional plastic deformation operations, starting from a straight line of an appropriate length.
Na conduta 8 são assim definidas as condutas tubulares 2 substancialmente rectilíneas que são ligadas umas às outras pelas ligações em ângulo 9 formadas numa peça única com a conduta 8. 13In the conduit 8 are thus defined the substantially rectilinear tubular conduits 2 which are connected to one another by the angled connections 9 formed in a single piece with the conduit 8. 13
Numa forma de realização preferida do método da invenção, as peças de ligação rápida dos tubos 10a, b são associadas a ou, de preferência, formadas numa peça única com os lados opostos 8a, b da conduta 8 antes ou depois da referida fase de preparação das condutas tubulares 2.In a preferred embodiment of the method of the invention, the quick connection pieces of the tubes 10a, b are associated with or preferably formed in a single piece with the opposite sides 8a, b of the conduit 8 before or after said preparation step of the tubular conduits 2.
Mais tarde, e como se ilustra esquematicamente nas Figuras 4 a 6, as condutas tubulares 2 são lateralmente comprimidas numa parte com um comprimento predeterminado, de modo a formar, na referida parte, lados opostos rectificados 2a, b que são substancialmente paralelos um ao outro.Later, and as schematically illustrated in Figures 4 to 6, the tubular conduits 2 are laterally compressed into a portion of a predetermined length, so as to form, in said portion, rectified opposing sides 2a, b which are substantially parallel to each other .
Convenientemente, esta fase de rectificação pode ser executada com equipamento de deformação plástica a frio do tipo convencional, por exemplo uma prensa dotada de uma pluralidade de mandíbulas 18 com uma forma conveniente, entre as quais podem ser colocadas e depois retiradas peças adjacentes 19.Conveniently, this grinding step can be performed with conventional cold-forming plastic forming equipment, for example a press having a plurality of suitably shaped jaws 18, between which adjacent pieces 19 may be placed and then removed.
No fim desta fase de rectificação parcial das condutas tubulares 2, estas apresentam partes rectificadas com lados opostos 2a, b que são substancialmente paralelos um ao outro e que têm uma largura T substancialmente igual à abertura definida na parte terminal 12b dos apoios 12 preparados para neles se alojarem as condutas tubulares 2 (ver a Figura 7).At the end of this phase of partial rectification of the tubular conduits 2, they have rectified portions with opposing sides 2a, b which are substantially parallel to one another and have a width T substantially equal to the aperture defined in the end portion 12b of the supports 12 prepared thereon the tubular conduits 2 are housed (see Figure 7).
Numa fase sucessiva, uma pluralidade de aletas 4, que são distribuídas regularmente em relação umas às outras segundo o passo graças à sobreposição parcial das virolas 13a, b e das paredes laterais 15a, b, é inserida nas partes parcialmente rectificadas das condutas tubulares 2.In a successive step, a plurality of fins 4, which are regularly distributed relative to one another in the passageway by virtue of the partial overlapping of the ferrules 13a, b and the side walls 15a, b, are inserted into the partially rectified portions of the tubular conduits 2.
De forma vantajosa, nesta operação a parte terminal 12b e as virolas 13a, b constituem os meios para o deslizamento guiado das condutas tubulares 2, preparadas para facilitar o posicionamento correcto destas na parte do fundo 12a do apoio 12 que é projectado para constituir o seu alojamento final. A posição das condutas tubulares 2 na parte do fundo 12 a do apoio 12 está representada em tracejado na Figura 8. 14Advantageously, in this operation, the terminal part 12b and the ferrules 13a, b constitute the means for the guided sliding of the tubular conduits 2, arranged to facilitate the correct positioning thereof in the part of the bottom 12a of the support 12 that is designed to constitute its final accommodation. The position of the tubular conduits 2 in the bottom part 12a of the holder 12 is shown in dotted lines in Figure 8. 14
Numa fase sucessiva, a expansão lateral dos lados opostos 2a, b das partes rectificadas das condutas tubulares 2 é executada de maneira a dar aos lados 2a, b uma forma que encaixa substancialmente na forma da parte do fundo 12a do apoio 12.In a successive step, the lateral expansion of the opposing sides 2a, b of the rectified portions of the tubular conduits 2 is performed so as to give the sides 2a, b a shape that fits substantially in the shape of the bottom portion 12a of the support 12.
De preferência, esta fase de expansão lateral das condutas tubulares 2 é executada por meio de deformação plástica, por exemplo por operações de hidroformação executadas mediante equipamento convencional conhecido na técnica. A posição e a configuração final das condutas tubulares 2 estão ilustradas por um traço contínuo na Figura 8.Preferably, this lateral expansion stage of the tubular conduits 2 is performed by means of plastic deformation, for example by hydroforming operations performed by conventional equipment known in the art. The position and the final configuration of the tubular conduits 2 are shown by a continuous line in Figure 8.
Neste ponto, as aletas 4 montadas em bloco nas condutas tubulares 2 estão permanentemente associadas a estas - depois de terem sido inseridas as placas de encerramento 20 e 21 (caso estejam presentes) - por operações convencionais de soldadura com solda forte, realizada por exemplo numa fornalha a uma temperatura compreendida entre 700° e 800°, utilizando ligas metálicas adequadas ao objectivo, por exemplo ligas de cobre/fósforo.At this point, the vanes 4 assembled in block in the tubular ducts 2 are permanently associated therewith - after the closure plates 20 and 21 have been inserted (if present) - by conventional welding operations with strong welding, carried out for example in a furnace at a temperature of 700 ° to 800 ° using suitable objective metal alloys, for example copper / phosphorus alloys.
Com referência à Figura 9, ilustrar-se-á uma caldeira onde pode ser instalado o permutador de calor gás-líquido acima descrito. A referida caldeira, geralmente indicada em 6, é uma caldeira do tipo chamado combinado e compreende um módulo de combustão 22, onde se instalam de modo convencional, o queimador 7 e o permutador de calor gás-água 1, que é atravessado transversalmente por gases de combustão G que são posteriormente evacuados através de um exaustor 23. A caldeira 6 também compreende um circuito hidráulico primário 24 para a circulação de água morna primária ou água para o aquecimento do ambiente, que compreende sucessivamente: - uma conduta 25 para fornecer ao permutador 1 a água primária proveniente da instalação de aquecimento do ambiente (não representada); - uma bomba de circulação 26; 15 - uma conduta 27 para extrair a água primária aquecida do permutador 1 ; - uma válvula de três vias 28; e - um par de condutas 29, 30, que têm, respectivamente, a função de fornecer a água primária aquecida proveniente do permutador 1 ou novamente à instalação de aquecimento do ambiente ou a um permutador de calor água-água, ou permutador secundário 31, que está preparado para produzir água morna para fins sanitários. O circuito hidráulico primário 24 compreende uma conduta 32 para a recirculação da água primária que circulou pelo permutador secundário 31, para que regresse à conduta de alimentação 25 do permutador primário 1, bem como um tanque de expansão 33 que tem a função de compensar a expansão de calor da água primária. A caldeira 6 também compreende um circuito hidráulico secundário 34 para a circulação de água morna para fins sanitários que compreende sucessivamente: - uma conduta 35 para fornecer ao permutador secundário 31 a água fria para fins sanitários proveniente da rede de distribuição de água; - a válvula de três vias 28; - o permutador secundário 31; - uma conduta 36 para fornecer a água aquecida para fins sanitários proveniente do permutador secundário 31 a um ou mais pontos de extracção externos à caldeira 6. A caldeira 6 compreende uma conduta 38 para fornecer um gás combustível adequado, por exemplo gás metano, ao queimador 7 e uma válvula 38 com a função de interceptar a conduta 38, regulando assim o ritmo de circulação do gás que é fornecido ao mesmo queimador.Referring to Figure 9, there will be illustrated a boiler where the gas-liquid heat exchanger described above can be installed. Said boiler, generally indicated at 6, is a boiler of the so-called combined type and comprises a combustion module 22, where the burner 7 and the gas-water heat exchanger 1, which are transversely traversed by gases which are subsequently evacuated through an exhaust fan 23. The boiler 6 also comprises a primary hydraulic circuit 24 for the circulation of primary warm water or water for the heating of the environment, successively comprising: - a conduit 25 for supplying the exchanger 1 the primary water from the ambient heating plant (not shown); a circulation pump 26; A conduit 27 for withdrawing the heated primary water from the exchanger 1; a three-way valve 28; and - a pair of conduits 29, 30, respectively, which respectively have the function of supplying the heated primary water from the exchanger 1 or again to the ambient heating installation or to a water-water heat exchanger, or secondary exchanger 31, which is prepared to produce lukewarm water for sanitary purposes. The primary hydraulic circuit 24 comprises a conduit 32 for recirculating the primary water circulated by the secondary exchanger 31 so as to return to the feed line 25 of the primary exchanger 1, as well as an expansion tank 33 which has the function of compensating the expansion of primary water. The boiler 6 also comprises a secondary hydraulic circuit 34 for the circulation of warm water for sanitary purposes which successively comprises: - a conduit 35 for supplying to the secondary exchanger 31 cold water for sanitary purposes from the water distribution network; the three-way valve 28; - the secondary exchanger 31; a conduit 36 for supplying heated water for sanitary purposes from the secondary exchanger 31 to one or more extraction points external to the boiler 6. The boiler 6 comprises a conduit 38 for supplying a suitable combustible gas, for example methane gas, to the burner 7 and a valve 38 with the function of intercepting the conduit 38, thus regulating the flow rate of the gas which is supplied to the same burner.
De maneira convencional, as referidas condutas 25, 29, 35, 36, 37 são dotadas das peças respectivas 25’, 29’, 35’, 36’ e 37’ adequadas para permitir a sua ligação respectivamente à instalação de aquecimento do ambiente, à rede de água, aos pontos de derivação da água para fins sanitários e à rede de distribuição de gás. 16 O funcionamento da caldeira 6 acima descrita, accionada por um equipamento conhecido per se e não representado, é inteiramente convencional e não será aqui ilustrado em pormenor.In a conventional manner, said conduits 25, 29, 35, 36, 37 are provided with the respective parts 25 ', 29', 35 ', 36' and 37 'suitable to enable their connection respectively to the ambient heating installation, network, water diversion points for sanitary purposes and the gas distribution network. The operation of the boiler 6 described above, driven by equipment known per se and not shown, is entirely conventional and will not be illustrated in detail here.
No funcionamento do permutador de calor gás-líquido 1 acima descrito, a fase de gás G -neste caso constituída pelos gases de combustão gerados pelo queimador 7 da caldeira 9 - circula com um movimento ascendente do fundo para cima ao longo da direcção y-y nas passagens de gás 5 definidas entre as aletas 4.In the operation of the gas-liquid heat exchanger 1 described above, the gas phase G - in this case constituted by the flue gases generated by the burner 7 of the boiler 9 - circulates upwardly from the bottom upwards of the direction yy in the passages of gas 5 defined between the fins 4.
Durante a circulação pelas passagens de gás 5, os gases de combustão lambem as aletas 4, que absorvem parte do seu calor sensível.During the passage through the gas passages 5, the combustion gases lick the fins 4, which absorb part of their sensible heat.
Graças à presença de uma ligação lateral entre as aletas 4 a jusante das condutas tubulares 2, os gases da combustão não podem desviar-se das passagens de gás 5 e só saem do permutador 1 depois de o terem atravessado completamente, efectivamente transmitindo parte do seu próprio calor sensível às aletas 4.Thanks to the presence of a lateral connection between the fins 4 downstream of the tubular ducts 2, the combustion gases can not deviate from the gas passages 5 and only leave the exchanger 1 after having completely crossed it, effectively transmitting part of its own heat sensitive to fins 4.
Uma parte do calor transmitido às aletas 4 é por sua vez encaminhado por estas, essencialmente por condução, para a água para aquecimento do espaço que corre no circuito de circulação 3 definido na conduta 8, água esta que é portanto aquecida à temperatura pretendida.A part of the heat transmitted to the fins 4 is in turn conveyed by these, essentially by conduction, to the water for heating the space running in the circulation circuit 3 defined in the duct 8, which water is therefore heated to the desired temperature.
Depois de uma pluralidade de repetidos testes realizados com o permutador 1 de acordo com a invenção, o Requerente verificou que o permutador é capaz de atingir uma eficiência na permuta de calor comparável à dos permutadores de calor conhecidos, tendo uma capacidade de aquecimento igual, embora o presente permutador tenha um custo que é muito inferior ao dos permutadores da técnica anterior.After a plurality of repeated tests carried out with the exchanger 1 according to the invention, the Applicant has found that the exchanger is capable of achieving a heat exchange efficiency comparable to that of the known heat exchangers, having an equal heating capacity, although the present exchanger has a cost which is much lower than that of the prior art exchangers.
De acordo com a descrição acima, as vantagens obtidas pela presente invenção são imediatamente evidentes.According to the above description, the advantages obtained by the present invention are immediately apparent.
Entre estas, podem mencionar-se as seguintes vantagens: - possibilidade de ter um permutador de calor que é de construção simples e que pode ser fabricado sém utilizar materiais particularmente dispendiosos nem operações de 17 processamento particularmente complicadas e, portanto, um permutador de calor com custos inferiores aos custos que se obtêm actualmente no mercado. - possibilidade de atingir um rácio elevado entre a superfície de permuta de calor e o volume total, alcançando portanto um permutador compacto e leve que é ao mesmo tempo termodinamicamente eficiente.Among these, the following advantages may be mentioned: - the possibility of having a heat exchanger which is of simple construction and which can be manufactured only using particularly expensive materials or particularly complicated processing operations and, therefore, a heat exchanger with lower costs than are currently available in the market. - the possibility of achieving a high ratio between the heat exchange surface and the total volume, thus achieving a compact and light exchanger which is at the same time thermodynamically efficient.
Lisboa, 1 6 AGÚ. 2001Lisbon, 16 AGU. 2001
Por GIANNONI S.p.A.By GIANNONI S.p.A.
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