ES1316766U - Heat recovery unit (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
RECUPERADOR DE CALORHEAT RECOVERY
Campo de la invención Field of the invention
La presente invención se refiere a un recuperador de calor, y más especialmente a un recuperador de radiación o recuperador de alta temperatura para su instalación en chimeneas verticales de salida de humos, u en otros canales de escape de gases de combustión, procedentes de procesos industriales de alto consumo de energía, tales como son las industrias del vidrio, de la frita, de la cerámica y del acero. The present invention relates to a heat recovery unit, and more specifically to a radiation recovery unit or high-temperature recovery unit for installation in vertical smoke outlet chimneys, or in other combustion gas exhaust channels, from industrial processes with high energy consumption, such as the glass, frit, ceramics and steel industries.
Antecedentes de la invención Background of the invention
Como resultado de los elevados y crecientes costes de los combustibles fósiles y de la preocupación mundial por el ahorro de los mismos, así como la reducción de los gases invernadero que su combustión origina (Protocolo de Kioto), los recuperadores de calor han adquirido una importancia creciente. Un recuperador de calor absorbe una parte importante de la energía calorífica de los gases generados en la combustión de un combustible sólido, líquido o gaseoso, en un proceso de fusión, calentamiento, tueste, secado, etc. de un determinado producto. La energía calorífica absorbida es transmitida a otro fluido para su aprovechamiento, la mayoría de las veces el aire de combustión para el propio proceso productivo, suponiendo un considerable ahorro de combustible. As a result of the high and rising costs of fossil fuels and global concerns about saving them, as well as the reduction of greenhouse gases generated by their combustion (Kyoto Protocol), heat recovery systems have acquired increasing importance. A heat recovery system absorbs a significant portion of the heat energy from the gases generated during the combustion of a solid, liquid, or gaseous fuel in the process of melting, heating, roasting, drying, etc., of a specific product. The absorbed heat energy is transmitted to another fluid for use, most often combustion air for the production process itself, resulting in considerable fuel savings.
Los recuperadores de radiación son intercambiadores de calor que se vienen aplicando en industrias de alto consumo en energía térmica o en plantas termoeléctricas, las cuales cuentan entre sus equipos fundamentales con hornos (de recalentamiento, de forja, de tratamiento) o calderas que trabajan con llama radiante y gases a muy alta temperatura (hasta 1500°C) y que, por tanto, disponen de una gran cantidad de energía térmica a alta temperatura (superiores a 1000°C) que permite una amplia gama de posibilidades de recuperación para diferentes usos industriales. En estos recuperadores, la transferencia de energía calorífica se produce entre un fluido primario (generalmente los gases calientes o gases de la combustión) y un fluido secundario (generalmente aire). Radiation heat recovery systems are heat exchangers that are widely used in industries with high thermal energy consumption or in thermoelectric plants. Among their essential equipment, these systems include furnaces (reheating, forging, treatment) or boilers that operate with radiant flames and very high-temperature gases (up to 1500°C). Therefore, they provide a large amount of high-temperature thermal energy (over 1000°C), allowing for a wide range of recovery possibilities for different industrial uses. In these heat recovery systems, the transfer of heat energy occurs between a primary fluid (usually hot gases or combustion gases) and a secondary fluid (usually air).
Estos recuperadores de radiación son especialmente indicados cuando la temperatura de humos es superior a 1.000 - 1.050 °C, y cuando los componentes de dichos humos son agresivos con un alto contenido en materia particulada. These radiation recuperators are especially suitable when the flue gas temperature is higher than 1,000-1,050 °C, and when the components of said flue gas are aggressive with a high particulate matter content.
Uno de los tipos de recuperadores de radiación conocidos son los denominados recuperadores de doble camisa, los cuales están fabricados mediante dos cilindros concéntricos metálicos que constituyen una camisa interior y una camisa exterior entre las que se define una corona circular o zona de paso. Los gases de combustión o gases calientes (fluido primario) circulan en sentido ascendente por dentro de la camisa interior hasta su salida al exterior. El aire externo (fluido secundario) circula normalmente en sentido descendente a través de la corona circular habilitada entre las dos camisas, es decir, en sentido inverso o a contracorriente respecto al fluido primario. Parte de la energía calorífica del fluido primario es absorbida por el fluido secundario para su posterior aprovechamiento. La circulación del fluido primario a través de la corona se puede realizar helicoidalmente para favorecer el intercambio de calor. La Figura 15 muestra un ejemplo de este tipo de recuperadores de radiación. One of the well-known types of radiation recuperators is the so-called double-jacket recuperator. These are manufactured using two concentric metal cylinders that form an inner and outer jacket, between which a circular ring or passage zone is defined. The combustion gases or hot gases (primary fluid) circulate upwards inside the inner jacket until they exit to the outside. The external air (secondary fluid) normally circulates downwards through the circular ring between the two jackets, that is, in the opposite direction or countercurrent to the primary fluid. Part of the heat energy of the primary fluid is absorbed by the secondary fluid for later use. The circulation of the primary fluid through the ring can be helically arranged to promote heat exchange. Figure 15 shows an example of this type of radiation recuperator.
Las principales ventajas de los recuperadores de radiación de doble camisa son: The main advantages of double-jacket radiation recuperators are:
- disminución del consumo de combustible, que en determinadas circunstancias puede superar el 40% de ahorro debido al precalentamiento del aire de combustión; - ausencia de pérdidas de presión en los humos como consecuencia de su diseño geométrico; - reduced fuel consumption, which in certain circumstances can reach savings of more than 40% due to preheating of the combustion air; - no pressure loss in the flue gas due to its geometric design;
- diseño que facilita su instalación en las chimeneas de humos; - design that facilitates installation in smoke chimneys;
- adecuados para presiones de trabajo de hasta 2.000 mm.c.d.a.; y - suitable for working pressures up to 2,000 mm²; and
- adecuados en aplicaciones en donde los gases de combustión arrastran una considerable cantidad de partículas - suitable for applications where combustion gases carry a considerable amount of particles
La fiabilidad y rendimiento de estos equipos depende fundamentalmente, además del propio diseño del recuperador, de tres factores existentes en la ubicación donde va a ser instado; 1) temperatura de los gases de combustión; 2) composición de los gases de combustión; y 3) presencia de partículas en arrastre. No obstante, de forma general, bajo condiciones de funcionamiento óptimas, la temperatura máxima alcanzada por el fluido secundario se limita normalmente a 650 - 725 °C, y con gases de combustión con nulas o bajas concentraciones de halógenos. The reliability and performance of these devices depend fundamentally, in addition to the recuperator design itself, on three factors existing at the location where it will be installed: 1) flue gas temperature; 2) flue gas composition; and 3) presence of entrained particles. However, in general, under optimal operating conditions, the maximum temperature reached by the secondary fluid is normally limited to 650–725°C, and with flue gases containing zero or low halogen concentrations.
Además, no cuentan con una optimización del empleo de materiales que tenga presente los perfiles de temperatura longitudinales que se producen a lo largo del recuperador. Utilizándose normalmente un mismo material de intercambio de calor para cada camisa, tanto para su tramo de mayor temperatura (próximo a la entrada de los gases de combustión), como para su tramo de menor temperatura (próximo a la salida de los gases de combustión), así como para los tramos intermedios entre éstos. Por ello, se tiende a incurrir normalmente en una elección de materiales constructivos poco eficientes y/o no los más adecuados para determinados tramos y/o elementos del recuperador. Ello redunda a su vez, en un sobrecoste excesivo e innecesario de los recuperadores, ya que dichos materiales suelen ser aleaciones metálicas muy especiales y de elevado coste. Furthermore, they lack material optimization that takes into account the longitudinal temperature profiles that occur along the heat exchanger. The same heat exchange material is typically used for each jacket, both for its highest-temperature section (close to the flue gas inlet) and its lowest-temperature section (close to the flue gas outlet), as well as for the intermediate sections between them. Therefore, the tendency is to choose inefficient construction materials and/or those that are not the most suitable for certain sections and/or elements of the heat exchanger. This, in turn, results in excessive and unnecessary cost overruns for the heat exchangers, as these materials are usually very special and expensive metal alloys.
Este aspecto puede producir también afectaciones, daños y/o disfunciones sobre ciertas zonas del recuperador desproporcionadas respecto a otras partes del equipo, dado que no hay una distinción de materiales optimizada para cada zona. Por ejemplo, con una camisa interior fabricada mediante un mismo material a lo largo de toda su longitud, ésta se puede ver mucho más afectada en su parte inferior (donde los gases de combustión presentan mayor temperatura y mayor exposición radiativa) que en su parte superior (donde la temperatura de los gases ya se ha reducido y no resulta tan severa). This aspect can also cause disproportionate impacts, damage, and/or malfunctions in certain areas of the recuperator compared to other parts of the equipment, given that there is no optimized material differentiation for each area. For example, with an inner liner made of the same material along its entire length, it can be much more affected in its lower part (where the combustion gases have higher temperatures and greater radiative exposure) than in its upper part (where the gas temperature has already been reduced and is not as severe).
Finalmente, tampoco cuentan los recuperadores de radiación conocidos con una optimización de los parámetros de fluidodinámica y termodinámica para determinar las formas reales de circulación de flujos por el interior de la camisa, a fin de mejorar la transferencia de calor entre el fluido primario y secundario, así como su fiabilidad y rendimiento de estos equipos. Finally, known radiation recuperators also lack optimization of fluid dynamics and thermodynamics parameters to determine the actual flow patterns within the jacket, in order to improve heat transfer between the primary and secondary fluid, as well as the reliability and performance of these devices.
El recuperador de calor de la presente invención resuelve los problemas anteriormente expuestos mediante una configuración funcional que permite precalentar el aire por encima de los límites actuales, con valores cercanos a los 850 °C. Asimismo, presenta también un diseño constructivo que optimiza fiabilidad, rendimiento y costes, mediante una distribución longitudinal de distintos materiales, combinados convenientemente formando parte de un mismo elemento (camisa interior; camisa exterior; bridas, tolvas y colectores de entrada y salida) para aprovechar al máximo sus prestaciones y propiedades en función del tramo o zona del recuperador (zona de alta temperatura, zona de baja temperatura, zonas intermedias...), y seleccionados en función del perfil longitudinal de temperaturas previsto para cada aplicación. Pudiendo con ello alcanzar dichos valores de temperatura incluso en condiciones extremas como pueden ser; con gases de combustión con presencia de múltiples sustancias nocivas como halógenos, azufre y partículas, mayores concentraciones de componentes químicos corrosivos, mayor concentración de partículas, etc. The heat recovery unit of the present invention solves the aforementioned problems through a functional configuration that allows the air to be preheated above current limits, with values close to 850 °C. It also features a construction design that optimizes reliability, performance, and costs through a longitudinal distribution of different materials, conveniently combined as part of a single element (inner jacket; outer jacket; flanges, hoppers, and inlet and outlet manifolds) to maximize its performance and properties depending on the section or area of the recovery unit (high-temperature zone, low-temperature zone, intermediate zones, etc.), and selected based on the longitudinal temperature profile expected for each application. These temperature values can thus be achieved even under extreme conditions such as combustion gases containing multiple harmful substances such as halogens, sulfur, and particles, higher concentrations of corrosive chemical components, higher concentrations of particles, etc.
Todo ello redunda en una mejora de la eficiencia energética del proceso, una disminución del consumo de combustible, una reducción de las emisiones de CO<2>emitidas y, por tanto, un ahorro económico significativo para la industria. All of this results in improved energy efficiency of the process, reduced fuel consumption, reduced CO<2> emissions and, therefore, significant economic savings for the industry.
Descripción de la invención Description of the invention
El recuperador de calor de la presente invención se define por las características de la reivindicación 1. Las realizaciones preferentes del mismo se definen por las características de las reivindicaciones dependientes 2 a 19. The heat recovery unit of the present invention is defined by the features of claim 1. Preferred embodiments thereof are defined by the features of dependent claims 2 to 19.
El recuperador de calor de la presente invención es el del tipo de los que comprenden: - una camisa interior configurada para la circulación por el interior y largo de la misma de un fluido primario con una energía calorífica según un sentido de escape entre una entrada y una salida; The heat recovery unit of the present invention is of the type comprising: - an inner jacket configured for the circulation of a primary fluid with heat energy along its interior and length in an escape direction between an inlet and an outlet;
- una camisa exterior dispuesta concéntricamente a la camisa interior; y - an outer jacket arranged concentrically to the inner jacket; and
- una zona de paso definida entre la camisa interior y la camisa exterior para la circulación a través de la misma de un fluido secundario configurado para absorber una parte de la energía calorífica del fluido primario. - a defined passage zone between the inner jacket and the outer jacket for the circulation through it of a secondary fluid configured to absorb a portion of the heat energy of the primary fluid.
Dicho recuperador de calor se caracteriza por que comprende: Said heat recovery unit is characterized by comprising:
- una primera etapa de intercambio de calor entre el fluido primario y el fluido secundario; y - a first stage of heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid; and
- una segunda etapa de intercambio de calor entre el fluido primario y el fluido secundario. - a second stage of heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid.
Esta doble etapa de intercambio de calor permite precalentar el aire por encima de los límites actuales en este tipo de recuperadores, con valores cercanos a los 850 °C. This double-stage heat exchange allows the air to be preheated above the current limits in this type of heat recovery unit, with temperatures close to 850°C.
Preferentemente, para favorecer aún más el intercambio de calor entre el fluido primario y el fluido secundario, el recuperador de calor de la presente invención presenta un diseño y/o configuración mediante el cual el fluido secundario puede presentar sentidos de circulación iguales o distintos, respecto a una u otra etapa de intercambio de calor. Con ello se consigue que el fluido primario y el fluido secundario puedan circular en paralelo (mismo sentido) o a contracorriente (sentido inverso) según la etapa de intercambio en la que se encuentren. Preferably, to further enhance heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid, the heat recovery unit of the present invention features a design and/or configuration whereby the secondary fluid can flow in the same or different directions, relative to one or the other heat exchange stage. This allows the primary fluid and the secondary fluid to flow in parallel (same direction) or countercurrent (reverse direction), depending on the heat exchange stage.
Así pues, de acuerdo a un primer ejemplo de sentidos de circulación entre fluidos, el recuperador de calor se encuentra configurado para: Thus, according to a first example of directions of circulation between fluids, the heat recovery unit is configured to:
- permitir la circulación del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor según un primer sentido de recuperación opuesto al sentido de escape del fluido primario, es decir, a contracorriente; y - allow the circulation of the secondary fluid in the first heat exchange stage in a first recovery direction opposite to the escape direction of the primary fluid, i.e. countercurrent; and
- permitir la circulación del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor según un segundo sentido de recuperación coincidente con el sentido de escape del fluido primario, es decir, en paralelo. - allow the circulation of the secondary fluid in the second stage of heat exchange according to a second recovery direction coinciding with the escape direction of the primary fluid, that is, in parallel.
De acuerdo a un segundo ejemplo de sentidos de circulación entre fluidos, el recuperador de calor se encuentra configurado para: According to a second example of directions of circulation between fluids, the heat recovery unit is configured to:
- permitir la circulación del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor según un primer sentido de recuperación coincidente con el sentido de escape del fluido primario, es decir, en paralelo; y - allow the circulation of the secondary fluid in the first heat exchange stage in a first recovery direction coinciding with the escape direction of the primary fluid, i.e., in parallel; and
- permitir la circulación del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor según un segundo sentido de recuperación coincidente con el sentido de escape del fluido primario, es decir, es decir, también en paralelo. - allow the circulation of the secondary fluid in the second stage of heat exchange according to a second recovery direction coinciding with the escape direction of the primary fluid, i.e. also in parallel.
Preferentemente, la camisa interior y la camisa exterior presentan una configuración cilindrica. La camisa interior y la camisa exterior se disponen de forma concéntrica dejando entre ellas una separación a modo de corona circular que determina la zona de paso que permite la circulación del fluido primario. A modo de ejemplo; el espacio entre camisas puede adoptar valores cercarnos a los 15-30 mm para camisas con diámetros interiores cercanos a los 1.2 - 1.8 m. A modo de ejemplo, el recuperador de calor puede contar con una longitud total de 4.5 a 9 metros, y preferentemente de 7.5 metros aprox. Preferably, the inner and outer sleeves have a cylindrical configuration. The inner and outer sleeves are arranged concentrically, leaving a circular-shaped gap between them that defines the passage area allowing the primary fluid to circulate. For example, the space between sleeves can be around 15-30 mm for sleeves with internal diameters close to 1.2-1.8 m. For example, the heat recovery unit can have a total length of 4.5 to 9 meters, and preferably approximately 7.5 meters.
Preferentemente, la camisa interior y/o la camisa exterior comprenden una distribución de materiales que varía a lo largo de la misma según el perfil longitudinal de temperatura previsto para el recuperador. Preferably, the inner jacket and/or the outer jacket comprise a distribution of materials that varies along the same according to the longitudinal temperature profile expected for the recuperator.
Ello optimiza la fiabilidad, rendimiento y costes del recuperador de calor, que aprovecha al máximo las prestaciones y propiedades de los materiales en función del tramo o zona del recuperador (zona de alta temperatura, zona de baja temperatura, zonas intermedias...), dado que dichos materiales se seleccionan en función del perfil longitudinal de temperaturas previsto para cada aplicación. This optimizes the reliability, performance, and costs of the heat recovery unit, which makes the most of the performance and properties of the materials depending on the section or area of the recovery unit (high-temperature zone, low-temperature zone, intermediate zones, etc.), since these materials are selected based on the longitudinal temperature profile expected for each application.
Preferentemente, los materiales de la camisa interior y/o de la camisa exterior se seleccionan entre al menos: Preferably, the materials of the inner jacket and/or outer jacket are selected from at least:
- aleaciones en solución sólida de Ni-Cr-Co-Mo; y - Ni-Cr-Co-Mo solid solution alloys; and
- aceros inoxidables austeníticos Cr-Ni - Cr-Ni austenitic stainless steels
La distribución de estos materiales en la camisa interior y/o la camisa exterior puede ser total, o parcial, pudiendo comprender otros materiales. The distribution of these materials in the inner jacket and/or outer jacket may be total or partial, and may include other materials.
Las aleaciones en solución sólida de Ni-Cr-Co-Mo pueden ser de la familia de los INCONEL® y/o HAYNES®. Ni-Cr-Co-Mo solid solution alloys can be from the INCONEL® and/or HAYNES® families.
De acuerdo a un primer ejemplo de distribución longitudinal de materiales, la camisa interior comprende dos a aleaciones en solución sólida de Ni-Cr-Co-Mo distintas. According to a first example of longitudinal distribution of materials, the inner sleeve comprises two different Ni-Cr-Co-Mo solid solution alloys.
De acuerdo a un segundo ejemplo de distribución longitudinal de materiales, la camisa interior comprende una distribución de materiales a lo largo de la misma en la que se combina al menos una aleación en solución sólida de Ni-Cr-Co-Mo y un acero inoxidable austenítico Cr-Ni. According to a second example of longitudinal distribution of materials, the inner sleeve comprises a distribution of materials along its length in which at least one solid solution alloy of Ni-Cr-Co-Mo and an austenitic Cr-Ni stainless steel are combined.
Preferentemente, las aleaciones en solución sólida de Ni-Cr-Co-Mo se disponen en las zonas o tramos más próximos a la entrada del fluido primario, donde la camisa interior presenta una mayor temperatura. A su vez, los aceros inoxidables austeníticos Cr-Ni se disponen longitudinalmente a lo largo de la camisa a continuación de las aleaciones en solución sólida de Ni-Cr-Co-Mo. Finalmente, los tramos o zonas más alejadas de la entrada del fluido primario, donde la temperatura es menor, pueden presentar otros tipos de aceros con unas prestaciones más apropiadas para dichas zonas de menor exigencia. Preferably, the Ni-Cr-Co-Mo solid-solution alloys are placed in the areas or sections closest to the primary fluid inlet, where the inner liner is at a higher temperature. In turn, the Cr-Ni austenitic stainless steels are placed longitudinally along the liner, following the Ni-Cr-Co-Mo solid-solution alloys. Finally, the sections or areas furthest from the primary fluid inlet, where the temperature is lower, may contain other types of steels with more appropriate performance for these less demanding areas.
Preferentemente, la camisa interior comprende: Preferably, the inner shirt comprises:
- una primera camisa interior para la primera etapa de intercambio de calor; y - una segunda camisa interior para la segunda etapa de intercambio de calor. - a first inner jacket for the first heat exchange stage; and - a second inner jacket for the second heat exchange stage.
Preferentemente, la camisa exterior comprende: Preferably, the outer jacket comprises:
- una primera camisa exterior, concéntrica a la primera camisa interior, para la primera etapa de intercambio de calor; y - a first outer jacket, concentric to the first inner jacket, for the first heat exchange stage; and
- una segunda camisa exterior, concéntrica a la segunda camisa interior, para la segunda etapa de intercambio de calor. - a second outer jacket, concentric to the second inner jacket, for the second stage of heat exchange.
Cada etapa de calor cuenta pues con su correspondiente camisa interior y/o exterior. Ello permite optimizar aún más la distribución longitudinal de materiales del recuperador de calor, seleccionando dichos materiales para cada camisa interior y/o exterior, teniendo también en cuenta también la etapa de intercambio de calor (alta o baja temperatura) en la que tengan que trabajar. Each heat exchange stage has its corresponding inner and/or outer jacket. This allows for further optimization of the longitudinal distribution of heat recovery materials by selecting these materials for each inner and/or outer jacket, also taking into account the heat exchange stage (high or low temperature) in which they operate.
Preferentemente, la zona de paso comprende: Preferably, the passage area comprises:
- una primera zona de paso definida entre la primera camisa interior y la primera camisa exterior para la circulación a través de la misma del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor, que presenta una primera entrada y una primera salida para dicho fluido secundario; y - a first passage zone defined between the first inner jacket and the first outer jacket for the circulation therethrough of the secondary fluid in the first heat exchange stage, which has a first inlet and a first outlet for said secondary fluid; and
- una segunda zona de paso definida entre la segunda camisa interior y la segunda camisa exterior para la circulación a través de la misma del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor, que presenta una segunda entrada y una segunda salida para dicho fluido secundario; - a second passage zone defined between the second inner jacket and the second outer jacket for the circulation therethrough of the secondary fluid in the second heat exchange stage, which has a second inlet and a second outlet for said secondary fluid;
donde ambas zonas de paso se encuentran comunicadas mediante una conducción que conecta la primera salida con la segunda entrada. where both passage areas are connected by a conduit that connects the first exit with the second entrance.
Cada etapa de calor cuenta pues con su correspondiente zona de paso, estando finalmente comunicadas mediante una conducción que permite la circulación del fluido secundario de la primera etapa a la segunda etapa. Ello permite establecer para cada etapa de intercambio de calor el sentido de circulación deseado para el primer fluido. Pudiendo ser dicho sentido igual en ambas etapas o diferente en cada una. Each heat exchange stage has its corresponding flow zone, which are ultimately connected by a conduit that allows the secondary fluid to circulate from the first stage to the second stage. This allows the desired flow direction for the primary fluid to be established for each heat exchange stage. This direction can be the same in both stages or different in each.
La distribución y posición de las entradas y salidas en el recuperador, así como su adecuada conexión entre etapas, contribuye también a establecer los sentidos de circulación del fluido secundario. The distribution and position of the inlets and outlets in the recuperator, as well as their proper connection between stages, also contribute to establishing the circulation directions of the secondary fluid.
De acuerdo a un primer ejemplo de sentidos de circulación entre fluidos: According to a first example of directions of circulation between fluids:
- la primera entrada se encuentra dispuesta en la parte superior de la primera camisa exterior, próxima a la salida del fluido primario, estando pues en la zona de menor temperatura; - the first inlet is located at the top of the first outer jacket, close to the primary fluid outlet, and is therefore in the area of lowest temperature;
- la primera salida se encuentra dispuesta en la parte inferior de la primera camisa exterior; - the first outlet is arranged at the bottom of the first outer jacket;
- la segunda entrada se encuentra dispuesta en la parte inferior de la segunda camisa exterior, próxima a la entrada del fluido primario, estando pues en la zona de mayor temperatura; y - the second inlet is located at the bottom of the second outer jacket, close to the primary fluid inlet, and is therefore in the highest temperature zone; and
- la segunda salida se encuentra dispuesta en la parte superior de la segunda camisa exterior. - the second outlet is located at the top of the second outer jacket.
De acuerdo a un segundo ejemplo de sentidos de circulación entre fluidos: According to a second example of directions of circulation between fluids:
- la primera entrada se encuentra dispuesta en la parte inferior de la primera camisa exterior; - the first inlet is arranged at the bottom of the first outer jacket;
- la primera salida se encuentra dispuesta en la parte superior de la primera camisa exterior, próxima a la salida del fluido primario, estando pues en la zona de menor temperatura; - the first outlet is located at the top of the first outer jacket, close to the primary fluid outlet, and is therefore in the area of lowest temperature;
- la segunda entrada se encuentra dispuesta en la parte inferior de la segunda camisa exterior, próxima a la entrada del fluido primario, estando pues en la zona de mayor temperatura; y - the second inlet is located at the bottom of the second outer jacket, close to the primary fluid inlet, and is therefore in the highest temperature zone; and
- la segunda salida se encuentra dispuesta en la parte superior de la segunda camisa exterior. - the second outlet is located at the top of the second outer jacket.
Preferentemente, el recuperador de calor comprende una zona de unión configurada para unir un primer conjunto formado por la primera camisa interior y la segunda camisa exterior, con un segundo conjunto formado por la segunda camisa interior y segunda camisa exterior. El primer conjunto corresponde a la primera etapa de intercambio de calor, mientras que el segundo conjunto corresponde a la segunda etapa de intercambio de calor. A modo de ejemplo, el primer conjunto puede tener una longitud total de 1 a 3 metros, y preferentemente de 2 metros aprox., mientras que el segundo conjunto puede tener una longitud total de 3.5 a 6 metros, y preferentemente de 5 metros aprox. Preferably, the heat recovery unit comprises a joining region configured to join a first assembly comprising the first inner jacket and the second outer jacket with a second assembly comprising the second inner jacket and the second outer jacket. The first assembly corresponds to the first heat exchange stage, while the second assembly corresponds to the second heat exchange stage. For example, the first assembly may have a total length of 1 to 3 meters, and preferably approximately 2 meters, while the second assembly may have a total length of 3.5 to 6 meters, and preferably approximately 5 meters.
Preferentemente, la zona de unión comprende: Preferably, the joining area comprises:
- medios de compensación configurados para absorber las dilataciones debidas a los cambios de temperatura permitiendo un movimiento deslizante de los materiales dilatados; y - compensation means configured to absorb expansions due to temperature changes, allowing sliding movement of the expanded materials; and
- medios de protección configurados para proteger los medios de compensación aislándolos del fluido primario. - protective means configured to protect the compensation means by isolating them from the primary fluid.
Preferentemente, los medios de compensación están hechos con fibra cerámica; mientras que los medios de protección están hechos de material refractario. Preferably, the compensation means are made of ceramic fiber; while the protection means are made of refractory material.
Para incrementar aún más la eficiencia de intercambio de calor, el recuperador de calor puede comprender elementos auxiliares (álabes, aletas, etc.) dispuestos en la zona de paso, los cuales permitan redireccionar y/o redirigir el fluido secundario en su recorrido a través de dicha zona de paso, además de ofrecer una mayor superficie de intercambio de calor para absorber una mayor energía calorífica del fluido primario. Estos elementos auxiliares pueden disponerse independientemente en la cara interna de la camisa exterior y/o la cara externa de la camisa interior, en una u otra etapa de intercambio de calor. To further increase heat exchange efficiency, the heat recovery unit may comprise auxiliary elements (blades, fins, etc.) arranged in the passage area, which allow the secondary fluid to be redirected and/or rerouted as it travels through said passage area, in addition to offering a larger heat exchange surface area to absorb more heat energy from the primary fluid. These auxiliary elements may be arranged independently on the inner face of the outer jacket and/or the outer face of the inner jacket, in one or the other heat exchange stage.
Para ello, preferentemente el recuperador de calor comprende una pluralidad de álabes o aletas curvadas dispuestos en la zona de paso configurados para generar un flujo helicoidal del fluido secundario durante su circulación a través de dicha zona de paso. To this end, the heat recovery unit preferably comprises a plurality of curved blades or fins arranged in the passage area, configured to generate a helical flow of the secondary fluid during its circulation through said passage area.
La configuración independiente de la camisa interior y/o exterior para cada etapa de intercambio de calor, contando con su correspondiente zona de paso, permite optimizar aún más la distribución y disposición de dichos álabes incrementando el rendimiento y/o eficiencia en el intercambio de calor entre fluidos. Pues dicha circulación se puede particularizar según las necesidades de cada etapa de intercambio de calor. The independent configuration of the inner and/or outer jacket for each heat exchange stage, with its corresponding flow zone, allows for further optimization of the distribution and arrangement of these blades, increasing the performance and/or efficiency of heat exchange between fluids. This circulation can be customized according to the needs of each heat exchange stage.
Preferentemente, en la primera etapa de intercambio de calor los álabes se encuentran dispuestos en una cara interna de la camisa exterior; mientras que en la segunda etapa de intercambio de calor los álabes se encuentran dispuestos en una cara externa de la camisa interior. Preferably, in the first heat exchange stage, the blades are arranged on an inner face of the outer jacket; while in the second heat exchange stage, the blades are arranged on an outer face of the inner jacket.
De este modo, los álabes están en contacto (por su cara externa) con la camisa interior la segunda etapa de intercambio de calor, favoreciendo la conducción de calor desde la cara interna de la camisa interior hacia dichos álabes, en una etapa donde la temperatura es mayor. In this way, the blades are in contact (on their external face) with the inner jacket in the second stage of heat exchange, favoring the conduction of heat from the internal face of the inner jacket towards said blades, in a stage where the temperature is higher.
Preferentemente, la primera etapa de intercambio de calor es la etapa de intercambio a baja temperatura; mientras que la segunda etapa de intercambio de calor es la etapa de intercambio a alta temperatura. Preferably, the first heat exchange stage is the low-temperature heat exchange stage; while the second heat exchange stage is the high-temperature heat exchange stage.
La etapa de baja y alta temperatura queda definida por los rangos de temperatura que alcanza el fluido secundario al pasar por una y otra etapa. Así pues, se interpreta como etapa de baja temperatura aquélla en la que el fluido secundario entra en el recuperador de calor y realiza un primer recorrido de intercambio de calor hasta alcanzar una determinada temperatura. A su vez, se interpreta como etapa de alta temperatura aquélla en la que el fluido secundario sale del recuperador de calor, después de realizar un segundo recorrido de intercambio de calor, alcanzado su temperatura máxima. The low- and high-temperature stages are defined by the temperature ranges reached by the secondary fluid as it passes through each stage. Thus, the low-temperature stage is defined as the stage in which the secondary fluid enters the heat recovery unit and completes an initial heat exchange process until reaching a certain temperature. In turn, the high-temperature stage is defined as the stage in which the secondary fluid exits the heat recovery unit after completing a second heat exchange process, reaching its maximum temperature.
Para favorecer su instalación en chimeneas verticales de salida de humos, u en otros canales de escape de gases de combustión, preferentemente el recuperador de calor presenta una disposición vertical, situándose la primera etapa de intercambio en la parte superior del mismo, donde se ubica la salida del fluido primario, y situándose la segunda etapa de intercambio en la parte inferior del mismo, donde se ubica la entrada del fluido primario. To facilitate its installation in vertical smoke outlet chimneys, or in other combustion gas escape channels, the heat recovery unit preferably has a vertical arrangement, with the first exchange stage located at the top of it, where the primary fluid outlet is located, and the second exchange stage located at the bottom of it, where the primary fluid inlet is located.
De acuerdo a un primer ejemplo de sentidos de circulación entre fluidos, particularizado a dichas aplicaciones verticales, el sentido de escape del fluido primario es ascendente; mientras que: According to a first example of fluid flow directions, specific to vertical applications, the primary fluid escapes upward; while:
- el primer sentido de recuperación del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor es descendente, es decir, a contracorriente u opuesto (inverso) al sentido de escape del fluido primario; y - the first direction of recovery of the secondary fluid in the first stage of heat exchange is downward, i.e. countercurrent or opposite (inverse) to the direction of escape of the primary fluid; and
- el segundo sentido de recuperación del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor es ascendente, es decir, paralelo o coincidente con el sentido de escape del fluido primario. - The second direction of recovery of the secondary fluid in the second stage of heat exchange is ascending, that is, parallel or coinciding with the direction of escape of the primary fluid.
De acuerdo a un segundo ejemplo de sentidos de circulación entre fluidos, particularizado a dichas aplicaciones verticales, el sentido de escape del fluido primario es ascendente; mientras que: According to a second example of fluid flow directions, specific to vertical applications, the primary fluid escapes upward; while:
- el primer sentido de recuperación del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor es ascendente, es decir, paralelo o coincidente con el sentido de escape del fluido primario; y - the first direction of recovery of the secondary fluid in the first stage of heat exchange is upward, i.e., parallel or coincident with the direction of escape of the primary fluid; and
- el segundo sentido de recuperación del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor es ascendente, es decir, también paralelo o coincidente con el sentido de escape del fluido primario. - The second direction of recovery of the secondary fluid in the second stage of heat exchange is ascending, that is, also parallel or coinciding with the direction of escape of the primary fluid.
El método de recuperación de calor comprende: The heat recovery method comprises:
- una primera etapa de intercambio de calor entre un fluido primario y un fluido secundario; y - a first stage of heat exchange between a primary fluid and a secondary fluid; and
- una segunda etapa de intercambio de calor entre el fluido primario y el fluido secundario; - a second stage of heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid;
donde el fluido primario (G) son gases de combustión; y el fluido secundario (A) es aire u otro fluido gaseoso. where the primary fluid (G) is combustion gases; and the secondary fluid (A) is air or another gaseous fluid.
Preferentemente: Preferably:
- en la primera etapa de intercambio de calor el fluido secundario circula según un primer sentido de recuperación a contracorriente u opuesto al sentido de escape del fluido primario; y - In the first stage of heat exchange, the secondary fluid circulates in a first direction of recovery, countercurrent or opposite to the direction of escape of the primary fluid; and
- en la segunda etapa de intercambio de calor el fluido secundario circula según un segundo sentido de recuperación coincidente o paralelo con el sentido de escape del fluido primario. - In the second stage of heat exchange, the secondary fluid circulates in a second recovery direction that coincides or is parallel to the escape direction of the primary fluid.
Preferentemente, el recuperador de calor se encuentra dispuesto verticalmente sobre una chimenea u otro canal de escape de gases de combustión, siendo el sentido de escape del fluido primario ascendente; mientras que: Preferably, the heat recovery unit is arranged vertically above a chimney or other flue gas exhaust duct, with the primary fluid exhausting upwards; while:
- el primer sentido de recuperación del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor es descendente; y - the first direction of recovery of the secondary fluid in the first stage of heat exchange is downward; and
- el segundo sentido de recuperación del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor es ascendente. - The second direction of recovery of the secondary fluid in the second stage of heat exchange is ascending.
Preferentemente: Preferably:
- en la primera etapa de intercambio de calor el fluido secundario circula según un primer sentido de recuperación coincidente o paralelo con el sentido de escape del fluido primario; - in the first stage of heat exchange, the secondary fluid circulates in a first recovery direction that coincides or is parallel to the escape direction of the primary fluid;
- en la segunda etapa de intercambio de calor el fluido secundario circula según un segundo sentido de recuperación coincidente o paralelo con el sentido de escape del fluido primario. - In the second stage of heat exchange, the secondary fluid circulates in a second recovery direction that coincides or is parallel to the escape direction of the primary fluid.
Preferentemente, el recuperador de calor se encuentra dispuesto verticalmente sobre una chimenea u otro canal de escape de gases de combustión, siendo el sentido de escape del fluido primario ascendente; mientras que: Preferably, the heat recovery unit is arranged vertically above a chimney or other flue gas exhaust duct, with the primary fluid exhausting upwards; while:
- el primer sentido de recuperación del fluido secundario en la primera etapa de intercambio de calor es ascendente; y - the first direction of recovery of the secondary fluid in the first stage of heat exchange is upward; and
- el segundo sentido de recuperación del fluido secundario en la segunda etapa de intercambio de calor es ascendente. - The second direction of recovery of the secondary fluid in the second stage of heat exchange is ascending.
Preferentemente, el método de recuperación de calor se lleva a cabo en un recuperador de calor de radiación de doble camisa. Preferably, the heat recovery method is carried out in a double-jacketed radiation heat recovery unit.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como ejemplo no limitativo de la misma. Below is a very brief description of a series of drawings that help to better understand the invention and that are expressly related to an embodiment of said invention that is presented as a non-limiting example thereof.
La Figura 1 representa una vista general en perspectiva del recuperador de calor de la presente invención, presentando un sentido de circulación del fluido secundario según un primer ejemplo. Figure 1 represents a general perspective view of the heat recovery unit of the present invention, showing a direction of circulation of the secondary fluid according to a first example.
La Figura 2 representa una vista frontal del recuperador de calor de la figura 1. Figure 2 represents a front view of the heat recovery unit in Figure 1.
La Figura 3 representa una vista superior del recuperador de calor de la figura 1. Figure 3 represents a top view of the heat recovery unit in Figure 1.
La Figura 4 representa una sección transversal según la línea de corte C-C de la figura 2. Figure 4 represents a cross section along the C-C cutting line of Figure 2.
La Figura 5 representa una vista frontal del primer conjunto correspondiente a la primera etapa de intercambio de calor del recuperador de calor de la figura 1. Figure 5 represents a front view of the first assembly corresponding to the first heat exchange stage of the heat recovery unit of Figure 1.
La Figura 6 representa una sección longitudinal del primer conjunto de la figura 5. Figure 6 represents a longitudinal section of the first set of Figure 5.
La Figura 7 representa una vista del detalle X de la figura 6. Figure 7 represents a view of detail X of Figure 6.
La Figura 8 representa una vista frontal del segundo conjunto correspondiente a la segunda etapa de intercambio de calor del recuperador de calor de la figura 1. Figure 8 represents a front view of the second assembly corresponding to the second heat exchange stage of the heat recovery unit of Figure 1.
La Figura 9 representa una sección longitudinal del segundo conjunto de la figura 8. Figure 9 represents a longitudinal section of the second set of Figure 8.
La Figura 10 representa el detalle Y de la figura 9. Figure 10 represents detail Y of Figure 9.
La Figura 11 representa una sección longitudinal de la zona de unión entre el primer conjunto y el segundo conjunto del recuperador de calor de la figura 1. Figure 11 represents a longitudinal section of the connection area between the first assembly and the second assembly of the heat recovery unit in Figure 1.
La Figura 12 representa una vista parcialmente seccionada del segundo conjunto de la figura 8, sin ilustrar el material aislante. Figure 12 represents a partially sectioned view of the second assembly of Figure 8, without illustrating the insulating material.
La Figura 13a representa una vista frontal de un grupo de álabes. Figure 13a represents a front view of a group of blades.
La Figura 13b representa una vista superior de un grupo de álabes. Figure 13b represents a top view of a group of blades.
La Figura 14 representa una vista general en perspectiva del recuperador de calor de la presente invención, presentando un sentido de circulación del fluido secundario según un segundo ejemplo. Figure 14 represents a general perspective view of the heat recovery unit of the present invention, showing a direction of circulation of the secondary fluid according to a second example.
La Figura 15 representa un diagrama esquemático a modo de ejemplo de los rangos de temperatura de un recuperador de calor con una sola etapa de intercambio de calor según el estado del arte. Figure 15 represents an exemplary schematic diagram of the temperature ranges of a heat recovery unit with a single heat exchange stage according to the state of the art.
La Figura 16 representa un diagrama esquemático a modo de ejemplo de los rangos de temperatura de un recuperador de calor con dos etapas de intercambio de calor según la presente invención. Figure 16 represents an exemplary schematic diagram of the temperature ranges of a heat recovery unit with two heat exchange stages according to the present invention.
Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention
Las Figuras 1 y 2 representan respectivamente una vista general en perspectiva y una vista frontal del recuperador de calor (1) de la presente invención, en este caso, un recuperador de calor (1) de radiación de doble camisa de configuración cilíndrica. Figures 1 and 2 represent respectively a general perspective view and a front view of the heat recovery unit (1) of the present invention, in this case, a double-jacket radiation heat recovery unit (1) of cylindrical configuration.
Como se puede apreciar, dicho recuperador de calor (1) comprende una entrada (E) y una salida (S) para circulación a través del mismo de un fluido primario (G) que presenta una energía calorífica (Q<g>) y un sentido de circulación y/o de escape (D<g>). Cuya energía calorífica (Q<g>), o parte de ella, es absorbida por un fluido secundario (A). As can be seen, said heat recovery unit (1) comprises an inlet (E) and an outlet (S) for circulation therethrough of a primary fluid (G) that has a heat energy (Q<g>) and a circulation and/or escape direction (D<g>). This heat energy (Q<g>), or part of it, is absorbed by a secondary fluid (A).
El recuperador de calor (1) comprende: The heat recovery unit (1) comprises:
- una primera etapa de intercambio de calor (T1) entre el fluido primario (G) y el fluido secundario (A); y - a first stage of heat exchange (T1) between the primary fluid (G) and the secondary fluid (A); and
- una segunda etapa de intercambio de calor (T2) entre el fluido primario (G) y el fluido secundario (A). - a second stage of heat exchange (T2) between the primary fluid (G) and the secondary fluid (A).
Para favorecer su instalación en chimeneas verticales de salida de humos, u en otros canales de escape de gases de combustión, el recuperador de calor (1) presenta una disposición vertical, situándose la primera etapa de intercambio (T1) en la parte superior del mismo, donde se ubica la salida (S) del fluido primario (G), y situándose la segunda etapa de intercambio (T2) en la parte inferior del mismo, donde se ubica la entrada (E) del fluido primario (G). To facilitate its installation in vertical smoke outlet chimneys, or in other combustion gas escape channels, the heat recovery unit (1) has a vertical arrangement, with the first exchange stage (T1) located in the upper part of the same, where the outlet (S) of the primary fluid (G) is located, and the second exchange stage (T2) located in the lower part of the same, where the inlet (E) of the primary fluid (G) is located.
La primera etapa de intercambio de calor (T1) comprende una primera entrada (41e) y una primera salida (41s) para el fluido secundario (A). La primera entrada (41e) se encuentra dispuesta en la parte superior, próxima a la salida (S) del fluido primario (G), estando pues en la zona de menor temperatura. The first heat exchange stage (T1) comprises a first inlet (41e) and a first outlet (41s) for the secondary fluid (A). The first inlet (41e) is located at the top, close to the outlet (S) of the primary fluid (G), and is therefore in the lowest temperature zone.
La segunda etapa de intercambio de calor (T2) comprende una segunda entrada (42e) y una segunda salida (42s) para dicho fluido secundario (A). La segunda entrada (42e) se encuentra dispuesta en la parte inferior, próxima a la entrada (E) del fluido primario (G), estando pues en la zona de mayor temperatura. The second heat exchange stage (T2) comprises a second inlet (42e) and a second outlet (42s) for said secondary fluid (A). The second inlet (42e) is located at the bottom, close to the inlet (E) of the primary fluid (G), and is therefore in the area of highest temperature.
Una conducción (5) conecta la primera salida (41s) con la segunda entrada (42e), para permitir el paso del fluido secundario (A) a la segunda etapa de intercambio de calor (T2), una vez atraviesa la primera etapa de intercambio de calor (T1). A conduit (5) connects the first outlet (41s) with the second inlet (42e), to allow the passage of the secondary fluid (A) to the second heat exchange stage (T2), once it passes through the first heat exchange stage (T1).
De acuerdo al presente ejemplo, el recuperador de calor (1) se encuentra configurado para: According to the present example, the heat recovery unit (1) is configured to:
- permitir la circulación del fluido secundario (A) en la primera etapa de intercambio de calor (T1) según un primer sentido de recuperación (D<ía>), ver Figura 7, opuesto al sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G), es decir, a contracorriente; y - permitir la circulación del fluido secundario (A) en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) según un segundo sentido de recuperación (D2<a>), ver Figura 10, coincidente con el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G), es decir, en paralelo. - allowing the circulation of the secondary fluid (A) in the first heat exchange stage (T1) according to a first recovery direction (D<ía>), see Figure 7, opposite to the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G), that is to say, in countercurrent; and - allowing the circulation of the secondary fluid (A) in the second heat exchange stage (T2) according to a second recovery direction (D2<a>), see Figure 10, coinciding with the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G), that is to say, in parallel.
Particularizado para a la disposición vertical que adopta el recuperador de calor (1) en el presente ejemplo, se puede apreciar que el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G) es ascendente; mientras que: Particularized for the vertical arrangement adopted by the heat recovery unit (1) in the present example, it can be seen that the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G) is ascending; while:
- el primer sentido de recuperación (D<ía>), ver Figura 7, del fluido secundario (A) en la primera etapa de intercambio de calor (T1) es descendente; y - the first recovery direction (D<ía>), see Figure 7, of the secondary fluid (A) in the first heat exchange stage (T1) is downward; and
- el segundo sentido de recuperación (D2<a>) del fluido secundario (G) en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) es ascendente. - the second direction of recovery (D2<a>) of the secondary fluid (G) in the second stage of heat exchange (T2) is ascending.
Las Figuras 3 y 4 representa respectivamente una vista superior y una sección transversal del recuperador de calor (1) de la presente invención. Figures 3 and 4 represent respectively a top view and a cross section of the heat recovery unit (1) of the present invention.
Como se puede apreciar, el recuperador de calor (1) comprende: As can be seen, the heat recovery unit (1) comprises:
- una camisa interior (2, 21, 22) configurada para la circulación por el interior y largo de la misma del fluido primario (G); - an inner jacket (2, 21, 22) configured for the circulation of the primary fluid (G) inside and along the same;
- una camisa exterior (3, 31, 32) dispuesta concéntricamente a la camisa interior (2, 21, 22); y - an outer sleeve (3, 31, 32) arranged concentrically to the inner sleeve (2, 21, 22); and
- una zona de paso (4, 41,42) definida entre la camisa interior (2, 21, 22) y la camisa exterior (3, 31, 32) para la circulación a través de la misma del fluido secundario (A), a fin de absorber una parte de la energía calorífica (Q<g>) del fluido primario (G). - a passage zone (4, 41,42) defined between the inner jacket (2, 21, 22) and the outer jacket (3, 31, 32) for the circulation through it of the secondary fluid (A), in order to absorb a part of the heat energy (Q<g>) of the primary fluid (G).
La camisa interior (2, 21, 22) y la camisa exterior (3, 31, 32) presentan una configuración cilindrica, disponiéndose de forma concéntrica para dejar entre ellas una separación o zona de paso (4, 41,42) a modo de corona circular para la circulación del fluido secundario (A). The inner sleeve (2, 21, 22) and the outer sleeve (3, 31, 32) have a cylindrical configuration, arranged concentrically to leave between them a separation or passage area (4, 41,42) in the form of a circular crown for the circulation of the secondary fluid (A).
Las Figuras 5 y 6 representan respectivamente una vista frontal y una sección longitudinal del primer conjunto (CT1) correspondiente a la primera etapa de intercambio de calor (T1) del recuperador de calor (1) de la presente invención. Figures 5 and 6 represent respectively a front view and a longitudinal section of the first assembly (CT1) corresponding to the first heat exchange stage (T1) of the heat recovery unit (1) of the present invention.
Como se puede apreciar, la camisa interior (2) comprende una primera camisa interior (21) para la primera etapa de intercambio de calor (T1), mientras que la camisa exterior (3) comprende una primera camisa exterior (31), concéntrica a la primera camisa interior (21), para dicha primera etapa de intercambio de calor (T1). La primera camisa exterior (31) queda recubierta por un aislamiento térmico (8). As can be seen, the inner jacket (2) comprises a first inner jacket (21) for the first heat exchange stage (T1), while the outer jacket (3) comprises a first outer jacket (31), concentric to the first inner jacket (21), for said first heat exchange stage (T1). The first outer jacket (31) is covered by thermal insulation (8).
La Figura 7 muestra con mayor claridad la separación perimetral existente entre la primera camisa interior (21) y la primera camisa exterior (31). En concreto, una primera zona de paso (41) se define entre la primera camisa interior (21) y la primera camisa exterior (31) para la circulación a través de la misma del fluido secundario (A) según un primer sentido de recuperación (D<1a>), de acuerdo al presente ejemplo. Figure 7 shows more clearly the perimeter separation existing between the first inner sleeve (21) and the first outer sleeve (31). Specifically, a first passage zone (41) is defined between the first inner sleeve (21) and the first outer sleeve (31) for the circulation through it of the secondary fluid (A) according to a first recovery direction (D<1a>), according to the present example.
Como se aprecia también en la Figura 7, el recuperador de calor (1) comprende una pluralidad de álabes (7, 71) dispuestos en la zona de paso (4, 41) configurados para generar un flujo helicoidal del fluido secundario (A) durante su circulación a través de dicha zona de paso (4, 41). De acuerdo al presente ejemplo, en la primera etapa de intercambio de calor (T1) los álabes (7, 71) se encuentran dispuestos en la cara interna de la camisa exterior (3, 31). As can also be seen in Figure 7, the heat recovery unit (1) comprises a plurality of blades (7, 71) arranged in the passage area (4, 41) configured to generate a helical flow of the secondary fluid (A) during its circulation through said passage area (4, 41). According to the present example, in the first heat exchange stage (T1) the blades (7, 71) are arranged on the inner face of the outer jacket (3, 31).
Las Figuras 8 y 9 representan respectivamente una vista frontal y una sección longitudinal del segundo conjunto (CT2) correspondiente a la segunda etapa de intercambio de calor (T2) del recuperador de calor (1) de la presente invención. Figures 8 and 9 represent respectively a front view and a longitudinal section of the second assembly (CT2) corresponding to the second heat exchange stage (T2) of the heat recovery unit (1) of the present invention.
Como se puede apreciar, la camisa interior (2) comprende una segunda camisa interior (22) para la segunda etapa de intercambio de calor (T2), mientras que la camisa exterior (3) comprende una segunda camisa exterior (32), concéntrica a la segunda camisa interior (22), para dicha segunda etapa de intercambio de calor (T2). La segunda camisa exterior (32) queda recubierta por un aislamiento térmico (8). As can be seen, the inner jacket (2) comprises a second inner jacket (22) for the second heat exchange stage (T2), while the outer jacket (3) comprises a second outer jacket (32), concentric to the second inner jacket (22), for said second heat exchange stage (T2). The second outer jacket (32) is covered by thermal insulation (8).
La Figura 10 muestra con mayor claridad la separación perimetral existente entre la segunda camisa interior (22) y la segunda camisa exterior (32). En concreto, una segunda zona de paso (42) se define entre la segunda camisa interior (22) y la segunda camisa exterior (32) para la circulación a través de la misma del fluido secundario (A) según un sentido de recuperación (D<2a>), de acuerdo al presente ejemplo. Figure 10 shows more clearly the perimeter separation existing between the second inner sleeve (22) and the second outer sleeve (32). Specifically, a second passage zone (42) is defined between the second inner sleeve (22) and the second outer sleeve (32) for the circulation through it of the secondary fluid (A) in a recovery direction (D<2a>), according to the present example.
Como se aprecia también en la Figura 10, el recuperador de calor (1) comprende una pluralidad de álabes (7, 72) dispuestos en la zona de paso (4, 42) configurados para generar un flujo helicoidal del fluido secundario (A) durante su circulación a través de dicha zona de paso (4, 42). De acuerdo al presente ejemplo, en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) los álabes (7, 72) se encuentran dispuestos en la cara externa de la camisa interior (2, 22). As can also be seen in Figure 10, the heat recovery unit (1) comprises a plurality of blades (7, 72) arranged in the passage area (4, 42) configured to generate a helical flow of the secondary fluid (A) during its circulation through said passage area (4, 42). According to the present example, in the second heat exchange stage (T2) the blades (7, 72) are arranged on the external face of the inner jacket (2, 22).
Como se aprecia en la Figura 11, el recuperador de calor (1) comprende una zona de unión (6) configurada para unir un primer conjunto (CT1) formado por la primera camisa interior (21) y la segunda camisa exterior (31), con un segundo conjunto (CT2) formado por la segunda camisa interior (22) y la segunda camisa exterior (32). El primer conjunto (CT1) corresponde a la primera etapa de intercambio de calor (T1), mientras que el segundo conjunto (CT2) corresponde a la segunda etapa de intercambio de calor (T2). As can be seen in Figure 11, the heat recovery unit (1) comprises a joining zone (6) configured to join a first assembly (CT1) formed by the first inner sleeve (21) and the second outer sleeve (31), with a second assembly (CT2) formed by the second inner sleeve (22) and the second outer sleeve (32). The first assembly (CT1) corresponds to the first heat exchange stage (T1), while the second assembly (CT2) corresponds to the second heat exchange stage (T2).
La zona de unión (6) comprende: The joining zone (6) comprises:
- medios de compensación (61) configurados para absorber las dilataciones debidas a los cambios de temperatura permitiendo un movimiento deslizante (Md) de los materiales dilatados; y - compensation means (61) configured to absorb expansions due to temperature changes, allowing a sliding movement (Md) of the expanded materials; and
- medios de protección (62) configurados para proteger los medios de compensación (61) aislándolos térmicamente del fluido primario (G). - protection means (62) configured to protect the compensation means (61) by thermally isolating them from the primary fluid (G).
Las Figuras 12, 13a y 13b, muestran con mayor detalle un ejemplo de la configuración y disposición de los álabes (7, 72) en el recuperador de calor (1). Aunque dicho ejemplo se muestra sobre el segundo conjunto (CT2), resulta también aplicable al primer conjunto (CT1). Figures 12, 13a and 13b show in greater detail an example of the configuration and arrangement of the blades (7, 72) in the heat recovery unit (1). Although this example is shown on the second assembly (CT2), it is also applicable to the first assembly (CT1).
La Figura 14 representa una vista general en perspectiva de un recuperador de calor (1) como el de las figuras anteriores, pero con un sentido de circulación del fluido secundario distinto. Figure 14 represents a general perspective view of a heat recovery unit (1) like the one in the previous figures, but with a different direction of circulation of the secondary fluid.
De acuerdo al presente ejemplo, el recuperador de calor (1) se encuentra configurado para: According to the present example, the heat recovery unit (1) is configured to:
- permitir la circulación del fluido secundario (A) en la primera etapa de intercambio de calor (T1) según un primer sentido de recuperación (D1<a>) coincidente con el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G), es decir, en paralelo; y - allow the circulation of the secondary fluid (A) in the first heat exchange stage (T1) according to a first recovery direction (D1<a>) coinciding with the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G), i.e. in parallel; and
- permitir la circulación del fluido secundario (A) en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) según un segundo sentido de recuperación (D2<a>) coincidente con el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G), es decir, es decir, también en paralelo. - allow the circulation of the secondary fluid (A) in the second heat exchange stage (T2) according to a second recovery direction (D2<a>) coinciding with the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G), that is, also in parallel.
Particularizado para la disposición vertical que adopta el recuperador de calor (1) en el presente ejemplo, se puede apreciar que el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G) es ascendente; mientras que: Particularized for the vertical arrangement adopted by the heat recovery unit (1) in the present example, it can be seen that the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G) is ascending; while:
- el primer sentido de recuperación (Dm) del fluido secundario (A) en la primera etapa de intercambio de calor (T1) es ascendente; y - the first recovery direction (Dm) of the secondary fluid (A) in the first heat exchange stage (T1) is upward; and
- el segundo sentido de recuperación (D<2a>) del fluido secundario (G) en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) es también ascendente. - the second direction of recovery (D<2a>) of the secondary fluid (G) in the second stage of heat exchange (T2) is also ascending.
Para ello, la primera etapa de intercambio de calor (T1) comprende una primera entrada (41e) y una primera salida (41s) para el fluido secundario (A). La primera salida (41s) se encuentra dispuesta en la parte superior, próxima a la salida (S) del fluido primario (G), estando pues en la zona de menor temperatura. To this end, the first heat exchange stage (T1) comprises a first inlet (41e) and a first outlet (41s) for the secondary fluid (A). The first outlet (41s) is located at the top, close to the outlet (S) of the primary fluid (G), and is therefore in the lowest temperature zone.
La segunda etapa de intercambio de calor (T2) comprende una segunda entrada (42e) y una segunda salida (42s) para dicho fluido secundario (A). La segunda entrada (42e) se encuentra dispuesta en la parte inferior, próxima a la entrada (E) del fluido primario (G), estando pues en la zona de mayor temperatura. The second heat exchange stage (T2) comprises a second inlet (42e) and a second outlet (42s) for said secondary fluid (A). The second inlet (42e) is located at the bottom, close to the inlet (E) of the primary fluid (G), and is therefore in the area of highest temperature.
Una conducción (5) conecta la primera salida (41s) con la segunda entrada (42e), para permitir el paso del fluido secundario (A) a la segunda etapa de intercambio de calor (T2), una vez atraviesa la primera etapa de intercambio de calor (T1). A conduit (5) connects the first outlet (41s) with the second inlet (42e), to allow the passage of the secondary fluid (A) to the second heat exchange stage (T2), once it passes through the first heat exchange stage (T1).
La Figura 15 representa un diagrama esquemático a modo de ejemplo de los rangos de temperatura de un recuperador de calor con una sola etapa de intercambio de calor según el estado del arte. Figure 15 represents an exemplary schematic diagram of the temperature ranges of a heat recovery unit with a single heat exchange stage according to the state of the art.
Dada su disposición vertical, el fluido primario (G) circula en sentido ascendente, mientras que el fluido secundario circula en sentido descendente. Es decir, el fluido primario (G) y el fluido secundario (A) presentan sentidos de circulación opuestos/inversos, circulando pues a contracorriente un fluido respecto al otro. Given its vertical arrangement, the primary fluid (G) flows upward, while the secondary fluid flows downward. That is, the primary fluid (G) and the secondary fluid (A) flow in opposite/inverse directions, with one fluid flowing countercurrent to the other.
Como se puede apreciar, el fluido primario (G) entra a una temperatura de 1.200 °C de temperatura y sale a una temperatura de 780 °C, una vez se produce su intercambio de calor con el fluido secundario (A). Por su parte, el fluido secundario entra a 20°C y sale a 725 °C, una vez absorbida parte de la energía calorífica (Q<g>) del fluido primario (G). As can be seen, the primary fluid (G) enters at a temperature of 1,200 °C and exits at a temperature of 780 °C, once its heat exchange with the secondary fluid (A) has taken place. For its part, the secondary fluid enters at 20 °C and exits at 725 °C, once part of the heat energy (Q<g>) of the primary fluid (G) has been absorbed.
La Figura 16 representa un diagrama esquemático a modo de ejemplo de los rangos de temperatura de un recuperador de calor (1) con dos etapas de intercambio de calor (T1, T2) según la presente invención. Figure 16 represents an exemplary schematic diagram of the temperature ranges of a heat recovery unit (1) with two heat exchange stages (T1, T2) according to the present invention.
Dada su disposición vertical, se puede apreciar que el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G) es ascendente; mientras que: Given its vertical arrangement, it can be seen that the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G) is upward; while:
- el primer sentido de recuperación (D1<a>) del fluido secundario (A) en la primera etapa de intercambio de calor (T1) es descendente; y - the first recovery direction (D1<a>) of the secondary fluid (A) in the first heat exchange stage (T1) is downward; and
- el segundo sentido de recuperación (D2<a>) del fluido secundario (G) en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) es ascendente. - the second direction of recovery (D2<a>) of the secondary fluid (G) in the second stage of heat exchange (T2) is ascending.
Es decir: That is to say:
- el fluido secundario (A) en la primera etapa de intercambio de calor (T1) circula según un primer sentido de recuperación (D<ía>) opuesto al sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G), es decir, a contracorriente; y - the secondary fluid (A) in the first heat exchange stage (T1) circulates in a first recovery direction (D<ía>) opposite to the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G), i.e. countercurrent; and
- el fluido secundario (A) en la segunda etapa de intercambio de calor (T2) circula según un segundo sentido de recuperación (D2<a>) coincidente con el sentido de escape (D<g>) del fluido primario (G), es decir, en paralelo. - the secondary fluid (A) in the second stage of heat exchange (T2) circulates in a second recovery direction (D2<a>) coinciding with the escape direction (D<g>) of the primary fluid (G), that is, in parallel.
Como se puede apreciar, el fluido primario (G) entra a una temperatura de 1.200 °C de temperatura y sale a una temperatura de 740 °C, una vez se produce su intercambio de calor con el fluido secundario (A) en las dos etapas de intercambio de calor (T1, T2). En concreto, el fluido secundario entra a 20°C y sale a 250 °C una vez absorbida parte de la energía calorífica (Q<g>) del fluido primario (G) a su paso por la primera etapa de calor (T<í>). Asimismo, el fluido secundario entra a 250°C y sale a 775 °C una vez absorbida parte de la energía calorífica (Q<g>) del fluido primario (G) a su paso por la segunda etapa de calor (T2). As can be seen, the primary fluid (G) enters at a temperature of 1,200 °C and exits at a temperature of 740 °C, once its heat exchange with the secondary fluid (A) has occurred in the two heat exchange stages (T1, T2). Specifically, the secondary fluid enters at 20 °C and exits at 250 °C once part of the heat energy (Q<g>) of the primary fluid (G) has been absorbed as it passes through the first heat stage (T<í>). Likewise, the secondary fluid enters at 250 °C and exits at 775 °C once part of the heat energy (Q<g>) of the primary fluid (G) has been absorbed as it passes through the second heat stage (T2).
Es decir, el recuperador de calor (1) de la presente invención permite absorber una mayor parte de la energía calorífica (Q<g>) del fluido primario (G), alcanzando de este modo el fluido secundario (A) una mayor temperatura a su paso por el intercambiador de calor, en comparación con los recuperadores actualmente conocidos. That is, the heat recovery unit (1) of the present invention allows a greater part of the heat energy (Q<g>) to be absorbed from the primary fluid (G), thus reaching the secondary fluid (A) a higher temperature as it passes through the heat exchanger, compared to the currently known recovery units.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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| ES202530476U ES1316766Y (en) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Heat recovery unit |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES202530476U ES1316766Y (en) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Heat recovery unit |
Publications (2)
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| ES1316766U true ES1316766U (en) | 2025-04-07 |
| ES1316766Y ES1316766Y (en) | 2025-06-30 |
Family
ID=95251004
Family Applications (1)
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| ES202530476U Active ES1316766Y (en) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Heat recovery unit |
Country Status (1)
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| ES (1) | ES1316766Y (en) |
-
2021
- 2021-04-13 ES ES202530476U patent/ES1316766Y/en active Active
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| Publication number | Publication date |
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| ES1316766Y (en) | 2025-06-30 |
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