BR112015008857B1

BR112015008857B1 - placa de transfer ncia de calor, e, trocador de calor de placa

Info

Publication number: BR112015008857B1
Application number: BR112015008857-0A
Authority: BR
Inventors: Magnus Hedberg; Johan Nilsson
Original assignee: Alfa Laval Corporate Ab
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2020-10-27
Also published as: JP6166375B2; PT2728292T; US20150276319A1; EP2728292A1; PL2728292T3; CN103791757B; CN103791757A; BR112015008857A2; KR20150079855A; CA2885276C; HUE031509T2; JP2017106719A; EP2728292B1; RU2598982C1; AR093266A1; DK2728292T3; AU2013339691A1; SI2728292T1; KR102017959B1; JP2015536437A

Abstract

PLACA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR, E, TROCADOR DE CALOR DE PLACA. Uma placa de transferência de calor (8) e um trocador de calor de placa (2) compreendendo tal placa de transferência de calor são providos. A placa de transferência de calor possui um plano de extensão central (c-c) e compreende uma primeira área de extremidade (28), uma área de transferência de calor (32) e uma segunda área de extremidade (30) arranjadas em sucesso ao longo de um eixo central longitudinal (y) da placa de transferência de calor. O eixo central longitudinal divide a placa de transferência de calor em uma primeira metade e uma segunda metade (20, 22). A primeira área de extremidade compreende um orifício de porta de entrada (34) arranjado dentro da primeira metade da placa de transferência de calor, uma área de distribuição (42) e uma área de transição (44). A área de transição adjacente a área de distribuição ao longo de uma primeira linha de fronteira (46) e a área de transferência de calor ao longo de uma segunda linha de fronteira (48). A área de distribuição possui um padrão de distribuição de projeções de distribuição (64) e depressões de distribuição (66) em relação ao plano de extensão central, a área de transição possui um padrão de transição de (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A invenção se refere a uma placa de transferência de calor de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A invenção também se refere a um trocador de calor de placa compreendendo tal placa de transferência de calor.

TÉCNICA DO CONHECIMENTO

[002] Trocadores de calor de placa tipicamente consistem de placas com duas extremidades entre as quais um número de placas de transferência de calor são arranjadas de uma maneira alinhada, canais sendo formados entre as placas de transferência de calor. Dois fluidos de temperaturas inicialmente diferentes podem escoar através de cada segundo canal para transferir calor de um fluido para o outro, fluidos os quais entram e saem dos canais através de orifícios de porta de entrada e saída nas placas de transferência de calor.

[003] Tipicamente, uma placa de transferência de calor compreende duas áreas de extremidade e uma área de transferência de calor intermediária. As áreas de extremidade compreendem os orifícios de porta de entrada e de saída e uma área de distribuição pressionada com um padrão de distribuição de projeções e depressões, tais como saliências e vales, em relação a um plano de referência da placa de transferência de calor. Similarmente, a área de transferência de calor é pressionada com um padrão de transferência de calor de projeções e depressões, tais como saliências e vales, em relação ao dito plano de referência. As saliências da distribuição e padrões de transferência de calor de uma placa de transferência de calor são arranjados para contatar, em áreas de contato, os vales da distribuição e padrões de transferência de calor de outra, adjacente, placa de transferência de calor em um trocador de calor de placa. A tarefa principal da área de distribuição das placas de transferência de calor é espalhar um fluido que entra no canal pela largura da placa de transferência de calor antes de o fluido alcançar a área de transferência de calor, e para coletar o fluido e guiar o mesmo para fora do canal após ter passado a área de transferência de calor. Pelo contrário, a tarefa principal da área de transferência de calor é a transferência de calor.

[004] Como a área de distribuição e a área de transferência de calor possuem diferentes tarefas principais, o padrão de distribuição normalmente difere do padrão de transferência de calor. O padrão de distribuição é tal que oferece uma resistência ao fluxo relativamente fraca e baixa queda de pressão tipicamente é associado com um projeto de padrão de distribuição mais “aberto”, tal como um assim chamado padrão de chocolate, oferecendo relativamente poucas, mas grandes, áreas de contato entre adjacentes placas de transferência de calor. O padrão de transferência de calor é tal que oferece uma resistência ao fluxo relativamente grande e alta queda de pressão a qual tipicamente está associada com um projeto de padrão de transferência de calor mais “denso”, tal como um assim chamado padrão em ziguezague, oferecendo mais, mas menores, áreas de contato entre adjacentes placas de transferência de calor.

[005] As localizações e a densidade das áreas de contato entre duas adjacentes placas de transferência de calor são dependentes, não apenas na distância entre, mas também na direção de, as saliências e os vales de ambas as placas de transferência de calor. Como um exemplo, se os padrões das duas placas de transferência de calor são similares, mas espelhados invertidos, como é ilustrado na Fig. 1 a onde as linhas sólidas correspondem com as saliências da placa de transferência de calor de fundo e as linhas pontilhadas correspondem com os vales da placa de transferência de calor de topo, então as áreas de contato entre as placas de transferência de calor (pontos cruzados) estarão localizadas em linhas retas equidistantes imaginárias (tracejadas - pontilhadas) que são perpendiculares com um eixo central longitudinal L das placas de transferência de calor. Pelo contrário, como é ilustrado na Fig. 1 b, se as saliências da placa de transferência de calor de fundo são menos "íngremes" do que os vales da placa de transferência de calor de topo, as áreas de contato entre as placas de transferência de calor em vez disso estarão localizadas nas linhas retas equidistantes imaginárias que não são perpendiculares ao eixo central longitudinal. Como outro exemplo, uma menor distância entre as saliências e vales corresponde com mais áreas de contato. Como um exemplo final, ilustrado na Fig. 1 c, saliências e vales “mais acentuados” correspondem com uma maior distância entre as linhas retas equidistantes imaginárias e uma menor distância entre as áreas de contato arranjadas na mesma linha reta equidistante imaginária.

[006] Na transição entre a área de distribuição e a área de transferência de calor, isto é, onde o padrão da placa muda, a resistência da placa de transferência de calor pode ser reduzida de alguma forma se comparada com a resistência do resto da placa. Adicionalmente, quanto mais espalhadas as áreas de contato estão na transição, pior pode ser a resistência. Consequentemente, padrões similares, mas espelhados invertidos de duas adjacentes placas de transferência de calor com saliências e vales arranjados de maneira densa, acentuados tipicamente envolve uma maior transição do que padrões diferentes com saliências e vales arranjados de maneira menos densa, menos acentuados.

[007] Um trocador de calor de placa pode compreender um ou mais tipos diferentes de placas de transferência de calor dependendo da sua aplicação. Tipicamente, a diferença entre os tipos de placa de transferência de calor está no projeto das suas áreas de transferência de calor, o resto das placas de transferência de calor sendo essencialmente similar. Como um exemplo, podem existir dois tipos diferentes de placas de transferência de calor, um com um padrão de transferência de calor “acentuado”, um assim chamado padrão de theta baixo, que tipicamente está associado com uma capacidade de transferência de calor relativamente baixa, e uma com um padrão de transferência de calor menos “acentuado”, um assim chamado padrão de theta alto, que tipicamente está associado com uma capacidade de transferência de calor relativamente alta. Um conjunto de placas contendo apenas placas de transferência de calor com theta baixo serão relativamente fortes já que está associado com um número máximo de áreas de contato arranjadas na mesma distância a partir da transição entre a distribuição e áreas de transferência de calor. Por outro lado, um conjunto de placas contendo placas de transferência de calor com theta alto e com theta baixo arranjadas alternadamente será relativamente fraco já que está associado com um menor número de áreas de contato arranjadas na mesma distância a partir da transição.

[008] O problema acima é descrito adicionalmente na patente Sueca do depositante SE 528879 que é incorporada aqui por referência e que também divulga uma solução para este problema. A solução envolve a provisão de uma banda estreita entre a distribuição e áreas de transferência de calor das placas de transferência de calor independentemente do tipo de placa. A banda estreita é provida com um padrão em ziguezague, mais particularmente saliências e vales “acentuados” arranjados de maneira densa. Desta forma, a transição para a área de distribuição será a mesma e relativamente forte independentemente de quais tipos de placas de transferência de calor o conjunto de placa contém.

[009] No entanto, mesmo se a banda estreita acima resolve o problema de resistência na transição para a área de distribuição, ela ocupa área de superfície valiosa das placas de transferência de calor sem estar associada com qualquer distribuição de fluido efetiva devido à densidade das saliências e vales, ou transferência de calor eficaz devido ao quanto acentuados são as saliências e vales. Mais particularmente, a capacidade de transferência de calor da banda estreita é relativamente baixa se comparado com a capacidade de transferência de calor de uma superfície de transferência de calor de uma placa de transferência de calor com theta alto. No entanto, as capacidades de transferência de calor da banda estreita e a superfície de transferência de calor de uma placa de transferência de calor de theta baixo pode ser quase a mesma.

SUMÁRIO

[0010] Um objetivo da presente invenção é prover uma placa de transferência de calor com uma transição relativamente forte para a área de distribuição bem como uma utilização mais eficaz da área de placa de superfície de transferência de calor se comparado com a técnica anterior. O conceito básico da invenção é prover uma área de transição entre a área de distribuição e a área de transferência de calor da placa de transferência de calor, área de transição a qual é pressionada com um padrão de projeções e depressões que divergem entre si. Outro objetivo da presente invenção é prover um trocador de calor de placa compreendendo tal placa de transferência de calor. A placa de transferência de calor e o trocador de calor de placa para alcançar os objetivos acima são definidos nas reivindicações anexas e discutidos abaixo.

[0011] Uma placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção possui um plano de extensão central e compreende uma primeira área de extremidade, uma área de transferência de calor e uma segunda área de extremidade arranjadas em sucessão ao longo de um eixo central longitudinal da placa de transferência de calor. O eixo central longitudinal divide a placa de transferência de calor em uma primeira metade e uma segunda metade delimitadas por um primeiro lado longo e um segundo lado longo, respectivamente. A primeira área de extremidade compreende um orifício de porta de entrada arranjado dentro da primeira metade da placa de transferência de calor, uma área de distribuição e uma área de transição. A área de transição adjacente à área de distribuição ao longo de uma primeira linha de fronteira e a área de transferência de calor ao longo de uma segunda linha de fronteira. A área de distribuição possui um padrão de distribuição de projeções de distribuição e depressões de distribuição em relação ao plano de extensão central, a área de transição possui um padrão de transição de projeções de transição e depressões de transição em relação ao plano de extensão central e a área de transferência de calor possui um padrão de transferência de calor de projeções de transferência de calor e depressões de transferência de calor em relação ao plano de extensão central. O padrão de transição difere do padrão de distribuição e o padrão de transferência de calor. Adicionalmente, as projeções de transição compreendem áreas de contato de transição arranjadas para o contato com outra placa de transferência de calor. Uma linha reta imaginária se estende entre dois pontos finais de cada projeção de transição com um ângulo em relação ao eixo central longitudinal. A placa de transferência de calor é caracterizada pelo fato de que o ângulo está variando entre as projeções de transição e aumentando em uma direção a partir do primeiro lado longo para o segundo lado longo.

[0012] O eixo central longitudinal é paralelo ao plano de extensão central.

[0013] Placas de transferência de calor geralmente são essencialmente retangulares. Então, o primeiro e o segundo lados longos são essencialmente paralelos entre si e ao eixo central longitudinal.

[0014] As projeções de transição (e depressões de transição) podem ter qualquer forma, tais como uma forma reta ou curvada ou uma combinação das mesmas, e elas podem ou não, ter diferentes formas se comparadas entre si. No caso de uma projeção de transição reta, a correspondente linha reta imaginária vai se estender ao longo da projeção de transição completa. Este pode não ser o caso para uma projeção de transição não reta.

[0015] Todas as projeções de transição podem estar associadas com diferentes ângulos, ou algumas, mas não todas, as projeções de transição podem estar associadas com o mesmo ângulo, tanto quanto o ângulo de uma projeção de transição mais próximo do segundo lado longo não é menor do que o ângulo de uma projeção de transição mais próximo do primeiro lado longo.

[0016] Como descrito por meio de introdução, uma tarefa principal da área de distribuição é levar um fluido a partir do orifício de porta de entrada em direção à área de transferência de calor, e desta forma a área de transição, e espalhar o fluido pela largura da placa de transferência de calor. Desta forma o ângulo das projeções de transição aumenta com a distância até o orifício de porta de entrada da placa de transferência de calor, também a área de transição vai contribuir de maneira considerável com o espalhamento do fluido pela placa de transferência de calor, especialmente o espalhamento do fluido pela parte externa, arranjada ao longo do segundo lado longo, da segunda metade da placa de transferência de calor. Adicionalmente, tal ângulo crescente das projeções de transição também está associado com uma capacidade de transferência de calor crescente.

[0017] A primeira linha de fronteira da placa de transferência de calor, isto é, o limite entre as áreas de distribuição e de transição, pode ser não linear. Desta forma, a resistência de dobramento da placa de transferência de calor pode ser aumentada se comparada com quando a primeira linha de fronteira era reta no caso em que a primeira linha de fronteira pode servir como uma linha de dobramento da placa de transferência de calor.

[0018] Adicionalmente, a primeira linha de fronteira pode ser não linear de muitos modos diferentes. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a primeira linha de fronteira é arqueada e convexa se observada a partir da área de transferência de calor. Tal primeira linha de fronteira convexa é mais longa do que uma correspondente primeira linha de fronteira reta pode ser que resulta em uma maior "saída" da área de descarga que por sua vez contribui com a distribuição do fluido pela largura da placa de transferência de calor.

[0019] Desta forma, a área de distribuição pode ser menor com eficiência de distribuição mantida.

[0020] O padrão de distribuição pode ser tal que as projeções de distribuição são arranjadas em conjuntos de projeção e as depressões de distribuição são arranjadas como conjuntos de depressão. Adicionalmente, as projeções de distribuição de cada conjunto de projeção são arranjadas ao longo de uma respectiva linha de projeção imaginária se estendendo a partir de uma respectiva primeira projeção de distribuição para a primeira linha de fronteira. Similarmente, as depressões de distribuição de cada conjunto de depressão são arranjadas ao longo de uma respectiva linha de depressão imaginária se estendendo a partir de uma respectiva primeira depressão de distribuição para a primeira linha de fronteira. Um caminho de escoamento principal de lado frontal através da área de distribuição é definido por duas adjacentes linhas de projeção e um caminho de escoamento principal de lado traseiro através da área de distribuição é definido por duas adjacentes linhas de depressão. Adicionalmente, o padrão de distribuição pode ser tal que as linhas de projeção cruzam as linhas de depressão em pontos de cruzamento para formar uma grade. Um exemplo de um padrão com a construção acima é o assim chamado padrão de chocolate que é um padrão de distribuição bem conhecido e eficaz.

[0021] O ponto de cruzamento de cada linha de projeção que está mais próximo da primeira linha de fronteira pode ser arranjado em uma linha de conexão imaginária, linha de conexão a qual é paralela com a primeira linha de fronteira. Este arranjo quer dizer que a distância entre cada ponto de cruzamento mais externo da grade e a primeira linha de fronteira é o mesmo que é vantajoso com a resistência da placa de transferência de calor. A linha de conexão acima pode coincidir até com a primeira linha de fronteira que pode resultar em uma otimização da resistência da placa de transferência de calor.

[0022] O padrão de transição da placa de transferência de calor pode ser tal que uma linha de extensão imaginária se estendendo ao longo de cada projeção de transição é similar com uma respectiva parte de uma terceira linha de fronteira que delimita as áreas de distribuição e de transição e se estende paralela com uma mais longa das linhas de projeção e adicionalmente através de um respectivo ponto final da primeira e da segunda linhas de fronteira.

[0023] Adicionalmente, cada uma do resto das linhas de projeção também pode ser similar com uma respectiva parte da dita mais longa das linhas de projeção. De acordo com estas modalidades o padrão de transição pode ser adaptado ao padrão de distribuição, em que as projeções de transição podem ser formadas como "alongamentos" das linhas de projeção do padrão de distribuição. Desta forma, uma transição “suave” entre as áreas de distribuição e de transição é permitida. Tal transição “suave” está associada com uma pequena queda de pressão que é benéfica a partir de um ponto de vista de distribuição de fluido. Mais particularmente, permite uma distribuição mais eficaz do fluido pela largura da placa de transferência de calor, especialmente pela parte externa, arranjada ao longo do segundo lado longo, da segunda metade da placa de transferência de calor.

[0024] A placa de transferência de calor da invenção pode ser construída tal que uma primeira distância entre duas adjacentes das projeções de transição é menor do que uma segunda distância entre duas adjacentes das linhas de projeção da área de distribuição. Consequentemente, o alargamento de superfície, e assim a capacidade de transferência de calor, pode ser maior dentro da área de transição do que dentro da área de distribuição. Adicionalmente, como explicado por meio de introdução, projeções de transição arranjadas de maneira mais densa estão associadas com áreas de contato arranjadas de maneira mais densa entre duas adjacentes placas de transferência de calor o que é benéfico para a resistência das placas de transferência de calor.

[0025] De acordo com uma modalidade da placa de transferência de calor, o padrão de transição é tal que a área de contato de transição de cada projeção de transição que está mais próximo da primeira linha de fronteira é arranjada em uma linha de contato imaginária, linha de contato a qual é paralela com a primeira linha de fronteira. Este arranjo quer dizer que a distância entre cada área de contato de transição mais externa e a primeira linha de fronteira é a mesma largura é vantajosa para a resistência da placa de transferência de calor.

[0026] Apenas como a primeira linha de fronteira da placa de transferência de calor, a segunda linha de fronteira, isto é, o limite entre as áreas de transição e de transferência de calor, pode ser não linear, por exemplo, arqueadas e convexas observadas a partir da área de transferência de calor, resultando nas mesmas vantagens.

[0027] O trocador de calor de placa de acordo com a presente invenção compreende uma placa de transferência de calor como descrita acima.

[0028] Mais outros objetivos, funcionalidades, aspectos e vantagens da invenção vão surgir da seguinte descrição detalhada bem como a partir dos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] A invenção será descrita agora em maior detalhe com referência aos desenhos esquemáticos anexos, em que

[0030] As Fig. 1 a - 1 c ilustram áreas de contato entre diferentes pares de placa de padrões de transferência de calor,

[0031] A Fig. 2 é uma vista frontal de um trocador de calor de placa,

[0032] A Fig. 3 é uma vista lateral do trocador de calor de placa da Fig. 2,

[0033] A Fig. 4 é uma vista plana de uma placa de transferência de calor,

[0034] A Fig. 5 é um alargamento de uma parte da placa de transferência de calor da Fig. 4,

[0035] A Fig. 6 compreende um alargamento de uma porção da parte de placa de transferência de calor da Fig. 5 e ilustra de maneira esquemática áreas de contato de uma seção da placa de transferência de calor,

[0036] A Fig. 7 é uma seção transversal esquemática de projeções de distribuição de um padrão de distribuição da placa de transferência de calor,

[0037] A Fig. 8 é uma seção transversal esquemática de depressões de distribuição do padrão de distribuição da placa de transferência de calor,

[0038] A Fig. 9 é uma seção transversal esquemática de projeções de transição e depressões de transição de um padrão de transição da placa de transferência de calor, e

[0039] A Fig. 10 é uma seção transversal esquemática de projeções de transferência de calor e depressões de transferência de calor de um padrão de transferência de calor da placa de transferência de calor.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0040] Com referência às Figs. 2 e 3, um trocador de calor de placa vedado 2 é mostrado. Ele compreende uma primeira placa de extremidade 4, uma segunda placa de extremidade 6 e um número de placas de transferência de calor arranjadas entre a primeira e a segunda placas de extremidade 4 e 6, respectivamente. As placas de transferência de calor são de dois tipos diferentes. Um tipo possui um padrão de transferência de calor de theta médio, enquanto o outro possui um padrão de transferência de calor com theta alto, os tipos que de outra forma são essencialmente similares. Uma das placas de transferência de calor com padrão de transferência de calor de theta médio, denotado 8, é ilustrado em detalhe adicional na Fig. 4. As diferentes placas de transferência de calor são arranjadas de maneira alternada em um conjunto de placas 9 com um lado frontal (ilustrado na Fig. 4) de uma placa de transferência de calor que faceia para o lado de trás de uma placa de transferência de calor vizinha. Toda segunda placa de transferência de calor é girada 180 graus, em relação a uma orientação de referência (ilustrada na Fig. 4), em tomo de uma direção normal do plano da figura da Fig. 4.

[0041] As placas de transferência de calor são separadas entre si por gaxetas (não mostradas). As placas de transferência de calor junto com as gaxetas formam canais paralelos arranjados para receber dois fluidos para transferir calor de um fluido para o outro. Para este fim, um primeiro fluido é arranjado para escoar em cada segundo canal e um segundo fluido é arranjado para escoar nos remanescentes canais. O primeiro fluido entra e sai do trocador de calor de placa 2 através da entrada 10 e da saída 12, respectivamente. Similarmente, o segundo fluido entra e sai do trocador de calor de placa 2 através da entrada 14 e da saída 16, respectivamente. As entradas e saídas acima não serão descritas em detalhe aqui. Em vez disso, referência é feita ao pedido de patente copendente do depositante "Heat Exchanger Plate and Plate Heat Exchanger comprising such a Heat Exchanger Plate", preenchido na mesma data que o presente pedido e incorporado aqui. Para os canais ser a prova de água, as placas de transferência de calor devem ser pressionadas uma contra a outra enquanto que as gaxetas vedam entre as placas de transferência de calor. Para este fim, o trocador de calor de placa 2 compreende um número de meios de fixação 18 arranjados para pressionar a primeira e a segunda placas de extremidade 4 e 6, respectivamente, uma em direção a outra.

[0042] A placa de transferência de calor 8 será descrita agora adicionalmente com referência às Figs. 4, 5 e 6 que ilustram a placa de transferência de calor completa, uma parte A da placa de transferência de calor e uma porção C da parte de placa de transferência de calor A, respectivamente, e Figs. 7, 8, 9 e 10 que ilustram seções transversais de projeções e depressões da placa de transferência de calor. A placa de transferência de calor 8 é uma lâmina essencialmente retangular de aço inoxidável. Ela possui um plano de extensão central c-c (ver a Fig. 3) paralelo ao plano de figura das Figs. 4, 5 e 6, e a um eixo central longitudinal y da placa de transferência de calor 8. O eixo central longitudinal y divide a placa de transferência de calor 8 em uma primeira metade 20 e uma segunda metade 22 tendo um primeiro lado longo 24 e um segundo lado longo 26, respectivamente. A placa de transferência de calor 8 compreende uma primeira área de extremidade 28, uma segunda área de extremidade 30 e uma área de transferência de calor 32 arranjada entre eles. Por sua vez, a primeira área de extremidade 28 compreende um orifício de porta de entrada 34 para o primeiro fluido e um orifício de porta de saída 36 para o segundo fluido arranjado para a comunicação com a entrada 10 e a saída 16, respectivamente, do trocador de calor de placa 2. Similarmente, por sua vez, a segunda área de extremidade 30 compreende um orifício de porta de entrada 38 para o segundo fluido e um orifício de porta de saída 40 para o primeiro fluido arranjado para a comunicação com a entrada 14 e a saída 12, respectivamente, do trocador de calor de placa 2. Aqui a seguir, apenas a primeira da primeira e da segunda áreas de extremidade será descrita já que as estruturas da primeira e da segunda áreas de extremidade são as mesmas mas são espelhadas invertidas com relação a um eixo central transversal x.

[0043] A primeira área de extremidade 28 compreende uma área de distribuição 42 e uma área de transição 44. Uma primeira linha de fronteira 46 separa as áreas de distribuição e de transição e a área de transição 44 faz fronteira com a área de transferência de calor 32 ao longo de uma segunda linha de fronteira 48. A terceira e a quarta linhas de fronteira 50 e 52, respectivamente, que se estendem a partir de um ponto de conexão 54 para um respectivo ponto final 56 e 58 da segunda linha de fronteira 48 através de um respectivo ponto final 60 e 62 da primeira linha de fronteira 46, delimitam a área de distribuição 42 e a área de transição 44 a partir do resto da primeira área de extremidade 28. A área de distribuição se estende a partir da primeira linha de fronteira 46 entre os orifícios de porta de entrada e de saída 34 e 36, respectivamente. A primeira e a segunda linhas de fronteira 46 e 48, respectivamente, são ambas côncavas observadas a partir da área de distribuição 42. No entanto, a primeira linha de fronteira 46 possui uma curvatura mais aguda do que a segunda linha de fronteira 48 resultando em uma área de transição 44 com uma largura variável.

[0044] A área de distribuição 42 é pressionada com um padrão de distribuição de projeções de distribuição alongadas 64 (quadriláteros sólidos) e depressões de distribuição 66 (quadriláteros tracejados) em relação ao plano de extensão central c-c, ver a Fig. 6. Apenas algumas destas projeções de distribuição e depressões são ilustradas nas figuras. As projeções de distribuição 64 são divididas em um número de conjuntos de projeção, e as projeções de distribuição de cada conjunto de projeção são arranjadas ao longo de uma respectiva linha de projeção imaginária 68 se estendendo a partir da primeira projeção de distribuição 70 da projeção definida para a primeira linha de fronteira 46. A Fig. 7 ilustra a seção transversal das projeções de distribuição 64 tomada essencialmente perpendicular às respectivas linhas de projeção imaginárias 68. A mais longa das linhas de projeção 68 é aquela mais próxima do orifício de porta de saída 36 e é denotada 72. O resto das linhas de projeção são todas similares com uma respectiva parte da linha de projeção mais longa 72, parte a qual se estende a partir de um ponto final 74 da linha de projeção mais longa. Assim, todas as linhas de projeção 68 são paralelas. Ainda a terceira linha de fronteira 50 é paralela às linhas de projeção 68.

[0045] Similarmente, as depressões de distribuição 66 são divididas em um número de conjuntos de depressão, e as depressões de distribuição de cada conjunto de depressão são arranjadas ao longo de uma respectiva linha de depressão imaginária 76 se estendendo a partir da primeira depressão de distribuição 78 da depressão definida para a primeira linha de fronteira 46. A Fig. 8 ilustra a seção transversal das depressões de distribuição 66 tomada essencialmente perpendicular á respectiva linha de depressão imaginária 76. A mais longa das linhas de depressão 76 é a mais próxima do orifício de porta de entrada 34 e é denotada 80. O resto das linhas de depressão são todas similares com uma respectiva parte da linha de depressão mais longa 80, parte a qual se estende a partir de um ponto final 82 da linha de depressão mais longa. Assim, todas as linhas de depressão 76 são paralelas. Ainda a quarta linha de fronteira 52 é paralela às linhas de depressão 76. A linha de depressão mais longa 80 e a linha de projeção mais longa 72 são similares mas espelhados invertidos com relação ao eixo central longitudinal y.

[0046] As linhas de projeção imaginárias 68 das projeções de distribuição 64 cruzam as linhas de depressão imaginárias 76 das depressões de distribuição 66 em pontos de cruzamento 71 para formar uma grade 73. O ponto de cruzamento de cada linha de projeção 68 que está mais próximo da primeira linha de fronteira 46 é denotado 75 e arranjado em uma linha de conexão imaginária 77 (ilustrada pontilhada apenas na Fig. 6). A linha de conexão 77 é paralela com a primeira linha de fronteira 46. Como discutido anteriormente, isto contribui com uma alta resistência da placa de transferência de calor 8 na transição entre as áreas de distribuição e de transição 42 e 44, respectivamente. As projeções de distribuição 64 da placa de transferência de calor 8 são arranjadas para contatar, ao longo de toda a sua extensão, respectivas depressões de distribuição dentro da segunda área de extremidade de uma placa de transferência de calor suspensa enquanto as depressões de distribuição 66 são arranjadas para contatar, ao longo de toda a sua extensão, respectivas projeções de distribuição dentro da segunda área de extremidade de uma placa de transferência de calor subjacente. O padrão de distribuição é um assim chamado padrão de chocolate.

[0047] A área de transição 44 é pressionada com um padrão de transição de projeções de transição alternadamente arranjadas 84 e depressões de transição 86 (Fig. 9) na forma de saliências e vales, respectivamente, em relação ao plano de extensão central c-c, saliências e vales que se estendem todos a partir da segunda linha de fronteira 48. Na Fig. 4, os topos destas saliências são ilustrados com linhas de extensão imaginárias 88 enquanto os fundos destes vales (mas apenas alguns deles) são ilustrados com linhas de extensão imaginárias 90. Nas Figs. 5 e 6, para o bem da clareza, apenas as linhas de extensão imaginárias 88 das saliências ou projeções de transição 84 são ilustradas. A Fig. 9 ilustra a seção transversal das projeções de transição 84 e as depressões de transição 86 tomadas essencialmente perpendiculares às respectivas linhas de extensão imaginárias 88 e 90. Cada uma das linhas de extensão 88 e 90 é similar com uma respectiva parte da terceira linha de fronteira 50. Mais particularmente, uma linha de extensão próxima do primeiro lado longo 24 da placa de transferência de calor 8 é similar a uma porção superior da terceira linha de fronteira 50 enquanto uma linha de extensão próxima do segundo lado longo 26 é similar a uma porção inferior da terceira linha de fronteira, e uma linha de extensão no centro da placa de transferência de calor é similar a uma porção central da terceira linha de fronteira. Assim, o padrão de transição é adaptado ao padrão de distribuição que resulta em uma transição relativamente suave entre a área de distribuição 42 e a área de transição 44 que por sua vez é benéfica à distribuição do fluido pela placa de transferência de calor.

[0048] A terceira linha de fronteira 50 compreende porções retas bem como porções curvadas o que significa também que as linhas de extensão 88 e 90, e assim as projeções de transição 84 e as depressões de transição 86, vão compreender porções retas bem como porções curvadas. Adicionalmente, o padrão de transição é "divergente" significando que as projeções de transição 84, e também as depressões de transição 86, não são paralelas. Mais particularmente, um ângulo a entre o eixo central longitudinal y e uma linha reta imaginária 92, que se estende entre dois pontos finais 94 e 96 de cada projeção de transição 84 e a depressão de transição 86 (ilustrado para duas das projeções de transição na Fig. 4), varia entre as projeções de transição e depressões e aumenta em uma direção a partir do primeiro lado longo 24 para um segundo lado longo 26 da placa de transferência de calor 8. Em outras palavras, as projeções de transição 84 e depressões de transição 86 são mais acentuadas próximo do primeiro lado longo do que próximo do segundo lado longo. Como explicado anteriormente, isto é benéfico para a distribuição do fluido pela placa de transferência de calor.

[0049] As projeções de transição 84 compreendem áreas de contato de transição conformadas essencialmente com ponta 98 arranjadas para o engate com respectivas áreas de contato de transição conformadas com ponta das depressões de transição dentro da segunda área de extremidade de uma placa de transferência de calor suspensa. Isto é ilustrado na Fig. 6 onde o fundo destas depressões de transição suspensas foi ilustrado com linhas de extensão imaginárias 100. Deve ser ressaltado que a Fig. 6 não ilustra o engate com a placa de transferência de calor suspensa fora das áreas de transição e transferência de calor. Similarmente, as depressões de transição 86 compreendem áreas de contato de transição conformadas essencialmente com ponta arranjadas para o engate com respectivas áreas de contato de transição conformadas com ponta das projeções de transição dentro da segunda área de extremidade de uma subjacente placa de transferência de calor (não ilustrado). O padrão de transição é um assim chamado padrão em ziguezague.

[0050] A área de contato de transição de cada projeção de transição 84 que está mais próxima da primeira linha de fronteira 46 é denotada 102 e arranjada em uma linha de contato imaginária 104 (ilustrada tracejada - pontilhada apenas na Fig. 6) que é paralela com a primeira linha de fronteira 46. Como discutido anteriormente, isto contribui com uma alta resistência da placa de transferência de calor 8 na transição entre as áreas de distribuição e de transição 42 e 44, respectivamente.

[0051] A área de transferência de calor 32 é dividida em um número de subáreas de transferência de calor arranjadas em sucessão ao longo do eixo central longitudinal y da placa de transferência de calor 8. Uma subárea de transferência de calor 106 adjacente à área de transição 44 ao longo da segunda linha de fronteira 48 e uma subárea de transferência de calor 108 ao longo de uma quinta linha de fronteira 110. A segunda e a quinta linhas de fronteira são similares mas espelhadas invertidas com relação a um eixo paralelo ao eixo central transversal x. Assim, a quinta linha de fronteira 110 é convexa observada a partir da área de transição 44. Em linha com o que foi discutido anteriormente, isto contribui com uma alta resistência da placa de transferência de calor 8 na transição entre as subáreas de transferência de calor 106 e 108, respectivamente. Como observado na Fig. 4, linhas de fronteira arqueadas similares também podem ser encontradas entre as outras subáreas de transferência de calor.

[0052] As subáreas de transferência de calor são de dois tipos diferentes que são arranjados de maneira alternada. Aqui a seguir, a subárea de transferência de calor 106 será descrita com referência às Figs. 4, 5, 6 e 10. Ela é pressionada com um padrão de transferência de calor de projeções de transferência de calor retas arranjadas de maneira essencialmente alternada 112 e depressões de transferência de calor 114 na forma de saliências e vales, respectivamente, em relação ao plano de extensão central c-c. O padrão de transferência de calor da primeira metade 20 da placa de transferência de calor e o padrão de transferência de calor da segunda metade 22 da placa de transferência de calor 8 são similares mas espelhados invertidos com relação ao eixo central longitudinal y. Adicionalmente, as projeções de transferência de calor e depressões dentro da primeira metade 20 são paralelos significando que também as projeções de transferência de calor e depressões dentro da segunda metade 22 são paralelas. Nas Figs. 4, 5 e 6 os topos das projeções de transferência de calor 112 são ilustrados (fundos não ilustrados) com linhas de extensão imaginárias 117. A Fig. 10 ilustra a seção transversal das projeções de transferência de calor 112 e as depressões de transferência de calor 114 tomada perpendicular às respectivas linhas de extensão 117.

[0053] As projeções de transferência de calor 112 compreendem áreas de contato de transferência de calor conformadas essencialmente com ponta 118 arranjadas para o engate com respectivas áreas de contato de transferência de calor com ponta de depressões de transferência de calor de uma placa de transferência de calor suspensa. Isto é ilustrado na Fig. 6 onde o fundo destas depressões de transferência de calor suspensas foi ilustrado com linhas de extensão imaginárias 120. Como explicado por meio de introdução, como a placa de transferência de calor 8 possui um padrão de transferência de calor com theta médio enquanto a placa de transferência de calor suspensa possui um padrão de transferência de calor com theta alto, as áreas de contato entre as duas placas de transferência de calor serão arranjadas ao longo de linhas retas paralelas imaginárias 122 que não são perpendiculares com o eixo central longitudinal y da placa de transferência de calor 8. Assim, se as placas de transferência de calor não foram providas com as áreas de transição, a resistência das placas de transferência de calor na transição para a área de distribuição foram relativamente baixas. Similarmente, as depressões de transferência de calor 114 compreendem áreas de contato de transferência de calor conformadas essencialmente com ponta arranjadas para o engate com respectivas áreas de contato de transferência de calor com ponta de projeções de transferência de calor de uma subjacente placa de transferência de calor (não ilustrado). O padrão de transferência de calor é um assim chamado padrão em ziguezague.

[0054] Como aparente a partir das figuras e especialmente a Fig. 6, uma primeira distância dl entre duas adjacentes das projeções de transição 84 (ou depressões de transição 86) dentro da área de transição 44 é menor do que uma segunda distância d2 entre duas adjacentes das linhas de projeção 68 (ou linhas de depressão 76) dentro da área de distribuição 42. Como dito anteriormente, isto quer dizer que a capacidade de transferência de calor é maior dentro da área de transição 44 do que dentro da área de distribuição 42.

[0055] Como explicado acima, o trocador de calor de placa 2 é arranjado para receber dois fluidos para transferir calor de um fluido para o outro. Com referência à Fig. 4 e a placa de transferência de calor 8, o primeiro fluido escoa através do orifício de porta de entrada 34 para o lado de trás (ao visível) da placa de transferência de calor 8, ao longo de um caminho de escoamento de lado de trás através das áreas de distribuição e de transição da primeira área de extremidade, a área de transferência de calor e a transição e áreas de distribuição da segunda área de extremidade e de volta através do orifício de porta de saída 40. Um caminho de escoamento principal de lado traseiro através das áreas de distribuição é definido por duas adjacentes linhas de depressão imaginárias. Similarmente, o segundo fluido escoa através de um orifício de porta de entrada de uma placa de transferência de calor suspensa, orifício de porta de entrada o qual é alinhado com o orifício de porta de entrada 38 da placa de transferência de calor 8, para o lado frontal da placa de transferência de calor 8. Então, o segundo fluido escoa ao longo de um caminho de fluxo de lado frontal através das áreas de distribuição e de transição da segunda área de extremidade, a área de transferência de calor e a transição e áreas de distribuição da primeira área de extremidade e de volta através de um orifício de porta de saída da placa de transferência de calor suspensa, orifício de porta de saída o qual está alinhado com o orifício de porta de saída 36 da placa de transferência de calor 8. Um caminho de escoamento principal de lado frontal através das áreas de distribuição é definido pelas duas adjacentes linhas de projeção imaginárias.

[0056] A modalidade da presente invenção descrita acima deve ser vista apenas como um exemplo. Um perito na técnica percebe que a modalidade discutida pode ser variada e combinada em um número de modos sem fugir do conceito inventivo.

[0057] Como um exemplo, a distribuição especificada acima, padrões de transição e de transferência de calor são apenas exemplares. Naturalmente, a invenção é aplicável em conjunto com outros tipos de padrões. Como um exemplo, as linhas de projeção, como as linhas de depressões, do padrão de distribuição não precisam ser paralelas mas podem divergir entre si. Além disso, a terceira e a quarta linhas de fronteira delimitando as áreas de distribuição e de transição não precisam ser similares entre si nem paralelas às linhas de projeção e de depressão, respectivamente. Adicionalmente, a primeira linha de fronteira entre a área de distribuição e a área de transição pode coincidir com a linha de conexão em que os pontos de cruzamento mais externos do padrão de distribuição são arranjados.

[0058] Na modalidade descrita acima a curvatura da primeira linha de fronteira é determinada pelas localizações dos pontos de cruzamento imaginários do padrão de distribuição. Pelo contrário, a curvatura da segunda linha de fronteira é determinada pelas linhas de fronteira entre as subáreas de transferência de calor. A última deve permitir o pressionamento da placa de transferência de calor com uma ferramenta modular que é usada para fabricar placas de transferência de calor de diferentes tamanhos contendo diferentes números de subáreas de transferência de calor por adição/remoção das subáreas de transferência de calor adjacentes às áreas de transição. Naturalmente, de acordo com uma modalidade alternativa, a primeira e a segunda linhas de fronteira em vez disso podem ser paralelas. Adicionalmente, ainda a segunda linha de fronteira pode ser adaptada às localizações das áreas de contato dentro da transição e/ou padrões de transferência de calor para resistência aumentada da placa de transferência de calor.

[0059] Adicionalmente, toda ou parte da primeira e da segunda linhas de fronteira e a linhas de fronteira que separam as subáreas de transferência de calor podem ter outra forma diferente do que uma curvada, tal como uma forma de onda, uma forma de serra dentada ou uma forma reta.

[0060] O trocador de calor de placa descrito acima é do tipo de contra fluxo paralelo, isto é, a entrada e a saída para cada fluido são arranjadas na mesma metade do trocador de calor de placa e os fluidos escoam em direções opostas através dos canais entre as placas de transferência de calor. Naturalmente, o trocador de calor de placa em vez disso pode ser do tipo de escoamento diagonal e/ou um tipo de fluxo concorrente.

[0061] Dois tipos diferentes de placas de transferência de calor estão compreendidos no trocador de calor de placa acima. Naturalmente, o trocador de calor de placa altemativamente pode compreender apenas um tipo de placa ou mais do que dois diferentes tipos de placa. Adicionalmente, as placas de transferência de calor podem ser feitas de outros materiais do que aço inoxidável.

[0062] Finalmente, a presente invenção pode ser usada em conjunto com outros tipos de trocadores de calor de placa do que aqueles com gaxetas, tais como trocadores de calor de placa compreendendo placas de transferência de calor permanentemente unidas.

[0063] Deve ser ressaltado que o termo "área de contato" é usado aqui tanto para especificar as áreas de uma única placa de transferência de calor que engata com outra placa de transferência de calor, e as áreas de engate mútuo entre duas adjacentes placas de transferência de calor.

[0064] Deve ser ressaltado que uma descrição dos detalhes não é relevante para a presente invenção foi omitida e que as figuras são apenas esquemáticas e não estão desenhadas de acordo com a escala. Também deve ser dito que algumas das figuras foram mais simplificadas do que outras. Portanto, alguns componentes podem ser ilustrados em uma figura mas deixados de fora em outra figura.

Claims

1. Placa de transferência de calor (8) tendo um plano de extensão central (c-c) e compreendendo uma primeira área de extremidade (28), uma área de transferência de calor (32) e uma segunda área de extremidade (30) arranjada em sucessão ao longo de um eixo central longitudinal (y) da placa de transferência de calor, eixo central longitudinal o qual divide a placa de transferência de calor em uma primeira metade e uma segunda metade (20, 22) delimitadas por um primeiro lado longo e um segundo lado longo (24, 26), respectivamente, a primeira área de extremidade compreendendo um orifício de porta de entrada (34) arranjado dentro da primeira metade da placa de transferência de calor, uma área de distribuição (42) e uma área de transição (44), a área de transição adjacente à área de distribuição ao longo de uma primeira linha de fronteira (46) e a área de transferência de calor ao longo de uma segunda linha de fronteira (48), a área de distribuição tendo um padrão de distribuição de projeções de distribuição (64) e depressões de distribuição (66) em relação ao plano de extensão central, a área de transição tendo um padrão de transição de projeções de transição (84) e depressões de transição (86) em relação ao plano de extensão central e a área de transferência de calor tendo um padrão de transferência de calor de projeções de transferência de calor (112) e depressões de transferência de calor (114) em relação ao plano de extensão central, o padrão de transição diferindo do padrão de distribuição e o padrão de transferência de calor, as projeções de transição compreendendo áreas de contato de transição (98) arranjadas para o contato com outra placa de transferência de calor, e uma linha reta imaginária (92) se estendendo entre dois pontos finais (94, 96) de cada projeção de transição com um ângulo (a) em relação ao eixo central longitudinal medida em uma primeira direção, que é no sentido horário ou anti horário em relação ao eixo central longitudinal, caracterizadapelo fato de que o ângulo é menor que 90° medidos na dita primeira direção a partir do eixo central longitudinal e em que o ângulo está variando entre as projeções de transição e aumentando em uma direção a partir do primeiro lado longo para o segundo lado longo.

2. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação anterior, caracterizadapelo fato de que a primeira linha de fronteira (46) é não linear.

3. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadapelo fato de que a primeira linha de fronteira (46) é arqueada e convexa se observada a partir da área de transferência de calor (32).

4. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadapelo fato de que as projeções de distribuição (64) são arranjadas em conjuntos de projeção e as depressões de distribuição (66) são arranjadas um conjuntos de depressão, as projeções de distribuição de cada conjunto de projeção que são arranjadas ao longo de uma respectiva linha de projeção imaginária (68) se estendendo a partir de uma respectiva primeira projeção de distribuição (70) para a primeira linha de fronteira (46), e as depressões de distribuição de cada conjunto de depressão que são arranjadas ao longo de uma respectiva linha de depressão imaginária (76) se estendendo a partir de uma respectiva primeira depressão de distribuição (78) para a primeira linha de fronteira, um caminho de escoamento principal de lado frontal através da área de distribuição sendo definido por duas adjacentes linhas de projeção e um caminho de escoamento principal de lado traseiro através da área de distribuição sendo definido por duas adjacentes linhas de depressão.

5. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 4, caracterizadapelo fato de que as linhas de projeção (68) cruzam as linhas de depressão (76) em pontos de cruzamento (71) para formar uma grade (73).

6. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o ponto de cruzamento (75) de cada linha de projeção (68) que está mais próximo da primeira linha de fronteira (46) é arranjado em uma linha de conexão imaginária (77), linha de conexão a qual é paralela à primeira linha de fronteira (46).

7. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a linha de conexão imaginária (77) coincide com a primeira linha de fronteira (46).

8. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizada pelo fato de que uma linha de extensão imaginária (88) se estendendo ao longo de cada projeção de transição (84) é similar a uma respectiva parte de uma terceira linha de fronteira (50) delimitando a área de distribuição (42) e a área de transição (44) e se estendendo paralela a uma mais longa (72) das linhas de projeção (68) e adicionalmente através de um respectivo ponto final (60. 56) da primeira e da segunda linhas de fronteira (46, 48).

9. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que cada uma do resto das linhas de projeção (68) é similar a uma respectiva parte da dita mais longa (72) das linhas de projeção.

10. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizada pelo fato de que uma primeira distância (dl) entre duas adjacentes das projeções de transição (84) é menor do que uma segunda distância (d2) entre duas adjacentes das linhas de projeção (68) da área de distribuição (42).

11. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a área de contato de transição (98) de cada projeção de transição (84) que está mais próxima da primeira linha de fronteira (46) é arranjada em uma linha de contato imaginária (104), linha de contato imaginária a qual é paralela à primeira linha de fronteira.

12. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadapelo fato de que a segunda linha de fronteira (48) é não linear.

13. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadapelo fato de que a segunda linha de fronteira (48) é arqueada e convexa se observada a partir da área de transferência de calor (32).

14. Trocador de calor de placa (2), caracterizadopelo fato de que compreende a placa de transferência de calor (8) como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores.