ES2211683T3 - Intercambiador de calor de placas. - Google Patents
Intercambiador de calor de placas.Info
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Abstract
Intercambiador de calor de placas (1) para medios que intercambian calor en circuitos separados, que consta de placas de intercambio de calor (2) individuales que tienen aberturas (15 - 18), están unidas metálicamente y apiladas una dentro de otra, las cuales forman un paquete, que está atravesado verticalmente por canales de flujo (4), formados mediante las aberturas (15 - 18), para el flujo de entrada y de salida del medio de calentamiento o de refrigeración (K) y por canales de flujo (4) para el(los) otro(s) medio(s), que están separados entre sí y partiendo de los cuales se extiende el medio de calentamiento o de refrigeración (K) y el(los) otro(s) medio(s) por canales (5) formados por respectivamente dos placas de intercambio de calor (2), de las cuales al menos algunas tienen un elemento de inserción interior (6), en que el elemento de inserción interior (6) es una placa adicional, que tiene canales de guía (8) con al menos una entrada y una salida (9; 10), caracterizado porque los canales de guía conducen desde un canal de flujo (4) de uno de los medios al otro canal de flujo (4) del mismo medio, para lo que la mayoría de los canales de guía (8) tienen una curvatura, en que la placa adicional (6) tiene segmentos (11) libres de canales de guía (8), y en que los segmentos libres (11) están unidos metálicamente con una de las placas de intercambio de calor (2) contiguas y los canales de guía (8) están unidos metálicamente con la otra placa de intercambio de calor (2) contigua del mismo canal (5).
Description
Intercambiador de calor de placas.
La invención se refiere a un intercambiador de
calor de placas del tipo descrito en el preámbulo de la
reivindicación 1.
Un intercambiador de placas es conocido por
ejemplo a partir del documento EP 819 907 B1. En este
intercambiador de calor han sido estampados botones o resaltes
similares en las placas de intercambio de calor, que forman los
canales horizontales para el medio de calentamiento o de
refrigeración. Los botones de placas de intercambio de calor
contiguas se tocan y están soldados entre sí, para aumentar la
resistencia del intercambiador de calor de placas. Tales botones
han dado buenos resultados en general y están previstos muy
frecuentemente también por el motivo de que no generan
prácticamente ninguna pérdida de presión apreciable. Se ha puesto
de manifiesto sin embargo que la durabilidad de una estructuración
de este tipo no es siempre suficiente para cargas extremas, tanto
por choques térmicos como también por vibraciones extremas
condicionadas por el funcionamiento.
Un intercambiador de calor de placas
correspondiente al preámbulo resulta del documento US 4 653 581.
Los elementos de inserción interiores están conformados ahí por
toda su superficie como una aleta ondulada. La aleta ondulada no
ofrece la deseada estabilidad elevada frente a la presión, ya que
las superficies de unión entre la aleta ondulada y las placas de
intercambio de calor son demasiado pequeñas.
Para aumentar la resistencia o respectivamente la
durabilidad frente a las citadas influencias, en el intercambiador
de calor de placas conocido a partir del documento EP 258 236 B1 se
ha previsto conformar las placas de apoyo exteriores, más gruesas
(placa de recubrimiento superior e inferior) con una estructura
ondulada. Con ello se consigue una durabilidad mejorada, pero sólo
entre las placas citadas y las placas de intercambio de calor
contiguas. Un problema similar se encuentra en el documento DE 197
11 258 Al, en el que entre la placa de base y la placa de
intercambio de calor inferior se ha insertado una placa de refuerzo
con un borde. Las cargas que actúan también en el interior del
intercambiador de calor de placas no pueden ser tratadas con las
enseñanzas de estas dos publicaciones.
Para aumentar la resistencia en el interior, pero
sobre todo para generar turbulencias en el medio, se colocan
habitualmente elementos de inserción interiores (aletas)
correspondientes en los canales, que están soldados con las placas
de intercambio de calor. Éstos llevan sin embargo frecuentemente a
una gran pérdida de presión.
La tarea de la invención consiste en mejorar la
durabilidad del intercambiador de calor de placas en el interior,
sin aumentar considerablemente la pérdida de presión del medio que
fluye a través de los canales.
La solución conforme a la invención consiste en
que el elemento de inserción interior es una placa adicional, que
tiene canales de guía con al menos una entrada y una salida, que
conducen desde un canal de flujo de uno de los medios al otro canal
de flujo del mismo medio, para lo que la mayoría de los canales de
guía tienen una curvatura, en que los segmentos de la placa
adicional libres de canales de guía están unidos metálicamente a
una de las placas de intercambio de calor contiguas y los canales
de guía están unidos metálicamente a la otra placa de intercambio
de calor contigua del mismo canal.
A través de ello, el intercambiador de calor de
placas conforme a la invención produce las siguientes ventajas. Los
canales de guía, dotados de al menos una entrada y una salida, y la
orientación de la mayoría de los canales de guía desde un canal de
flujo al otro, provocan una pérdida de presión muy pequeña, cuya
magnitud, según sean los condiciones de funcionamiento, puede ser
enteramente compensada, con los botones descritos en el estado de
la técnica. La durabilidad frente a choques térmicos y cargas por
variaciones de temperatura extremas así como solicitaciones
mecánicas ha sido considerablemente mejorada, ya que la placa
adicional está unida bilateralmente, es decir a ambas placas de
intercambio de calor. Las superficies de unión son
considerablemente mayores que en el estado de la técnica, lo que es
decisivo para la durabilidad, por ejemplo de uniones por soldadura.
La mayoría de los canales de guía debe estar orientado desde un
canal de flujo de uno de los medios al otro canal de flujo del
mismo medio. Esto significa que la orientación general de la
mayoría de los canales de guía desde un canal de flujo al otro
canal de flujo debe estar realizada como se ha descrito, pudiendo
discurrir los canales de guía, en particular para intercambiadores
de calor de placas en forma de paralelepípedo con canales de flujo
dispuestos en las esquinas, sin problemas de forma arqueada, es
decir no de forma recta desde un canal de flujo al otro.
Las placas adicionales del intercambiador de
calor de placas conforme a la invención pueden encontrarse en
todos sus canales.
La placa adicional tiene cuatro aberturas, que
coinciden en lo que respecta a su posición con las aberturas que
forman los canales de flujo en las placas de intercambio de calor.
En lo que respecta a su función, las dos aberturas, unidas mediante
los canales de guía, en la placa adicional son mayores que las
correspondientes aberturas en las placas de intercambio de calor y
están dotadas de una forma adaptada a la disposición de los canales
de guía. Se ha determinado mediante amplios ensayos que esta medida
contribuye en una proporción considerable a que la pérdida de
presión haya podido ser disminuida adicionalmente. La forma de las
citadas aberturas y la disposición de los canales de guía deben
estar adaptadas una a otra. En un ejemplo de realización preferido,
estas aberturas tienen una forma que se desvía de la forma
circular. En particular, las aberturas están dotadas de zonas
alabeadas en dirección a las entradas o respectivamente salidas de
canales de guía seleccionados. Las otras dos aberturas en la placa
adicional, que están previstas para otro medio y que no están
unidas mediante canales de guía, pueden ser idénticas en su forma a
las aberturas en las placas de intercambio de calor.
La reivindicación 4 prevé que la placa adicional
se encuentre en al menos uno de los canales para el medio de
calentamiento o de refrigeración. En la práctica se ha determinado
que eran problemáticos con respecto a la durabilidad principalmente
los canales para el medio de calentamiento o de refrigeración
respecto a cargas por variaciones de temperatura y choques térmicos
extremos. La reivindicación 4 actúa contra esto.
La reivindicación 5 prevé que en intercambiadores
de calor de placas para más de dos medios al menos los canales
para el medio de calentamiento o de refrigeración, que limitan por
un lado con un canal de uno de los medios y por el otro lado con un
canal del otro medio, estén equipados con una placa adicional. Esto
es ventajoso por el hecho de que en las zonas de transición de un
medio al otro son máximas las diferencias de temperatura y con ello
las solicitaciones.
Según la reivindicación 6 es ventajoso que
algunos canales de guía tengan derivaciones y otros canales de
guía estén conformados sin derivaciones. A través de ello, la
disposición de los canales de guía puede ser adaptada y optimizada
al caso de aplicación respectivo.
En particular en las cercanías de las
derivaciones se alcanzan ventajas en cuanto a técnica de flujo, por
ejemplo una distribución más uniforme del flujo o respectivamente
del intercambio de calor, mediante el recurso de que ahí están
dispuestas aberturas de entrada o respectivamente de salida en los
canales de guía.
Las derivaciones pueden encontrarse entre el
borde de la placa de intercambio de calor y los canales de flujo.
A través de ello, las zonas de esquina del intercambiador de calor
participan intensivamente en el intercambio de calor, para placas
de intercambio de calor esencialmente rectangulares, con lo que se
mejora el rendimiento del intercambiador de calor. Investigaciones
realizadas por la solicitante muestran una distribución muy
homogénea del intercambio de calor sobre todas las zonas de las
placas de intercambio de calor y de las placas adicionales.
La reivindicación 8 describe una distribución
ventajosa de los canales de guía, que consiste en que algunos
canales de guía están conformados de forma ininterrumpida desde un
canal de flujo al otro canal de flujo y otros canales de guía son
considerablemente más cortos, estando dispuesta su salida y su
entrada en posición alejada de los canales de flujo.
La reivindicación 9 presenta una medida adicional
ventajosa y prescribe que la placa adicional debe tener botones o
resaltes similares, que tengan la misma altura que los canales de
guía y que estén unidos con la placa de intercambio de calor
contigua. Los botones están dispuestos en las proximidades de los
canales de flujo o respectivamente en superficies de la placa
adicional no ocupadas tan densamente por canales de guía, y
soportan adicionalmente por ello estas superficies.
La placa adicional conforme a la invención puede
estar realizada de forma considerablemente más delgada que las
placas de intercambio de calor y con ello con mayor ahorro de
material y peso. En un ejemplo de realización, el grosor de las
placas de intercambio de calor es de 0,5 mm y el de las placas
adicionales de sólo 0,3 mm.
Otras características y ventajas están contenidas
en la siguiente descripción de un ejemplo de realización. Las
figuras adjuntas muestran lo siguiente:
La figura 1 una vista desde arriba sobre la placa
adicional insertada;
la figura 2 un corte parcial A-A
de la figura 1;
la figura 3 un corte parcial B-B
de la figura 1;
la figura 4 un corte a través del intercambiador
de calor de placas, que tiene placas adicionales;
la figura 5 una variante respecto a la figura
4.
En la figura 1, la placa adicional está situada
en un canal 5 del intercambiador de calor de placas 1. De las
respectivamente dos placas de intercambio de calor 2, que forman el
canal 5, se observa en la figura 1 la placa inferior 2. La placa
superior 2 no se ha dibujado en esta vista, para poder observar los
detalles de la placa adicional 6. La placa adicional 6 corresponde
en su estructura exterior aproximadamente a las placas de
intercambio de calor 2. Las placas de intercambio de calor 2 tienen
sin embargo un borde 13 elevado, mientras que el borde 7 de la
placa adicional 6 es liso en el ejemplo de realización y la placa
adicional 6 tiene dimensiones tales que cabe precisamente entre dos
placas de intercambio de calor 2. Las placas de intercambio de
calor 2 tienen cuatro aberturas 15 hasta 18, que forman
conjuntamente con las aberturas 32 hasta 35 en la placa adicional 6
los canales de flujo 4, que atraviesan verticalmente el
intercambiador de calor 1 (véanse también las figuras 4 y 5). En el
ejemplo de realización mostrado, las aberturas 15 y 16 así como 32
y 34 forman los canales de flujo 4 para el medio de calentamiento o
de refrigeración K. Las flechas 21 indican que se supone que el
medio de calentamiento o de refrigeración entra desde la abertura
15 o respectivamente desde el correspondiente canal de flujo 4 en
el canal 5, en el que se encuentra la placa adicional 6 mostrada en
la figura 1. A través de la abertura 16 o respectivamente el canal
de flujo 4 asociado, que está dispuesto en la zona de esquina 24
diagonal del intercambiador de calor de placas 1, el medio de
calentamiento o de refrigeración K abandona nuevamente el canal 5,
para seguir atravesando el intercambiador de calor de placas 1. Las
aberturas 17 y 18, dispuestas en las otras dos zonas de esquina 23 y
25, en las placas de intercambio de calor 2, o respectivamente las
aberturas 33 y 35 en la placa adicional 6, están diseñadas para
otro medio que se encuentra intercambiando calor con el medio de
calentamiento o de refrigeración K. Estas aberturas 17 y 18 (33 y
35), que forman a su vez canales de flujo 4, tienen en el ejemplo
de realización respectivamente un anillo 20, que está unido con las
aberturas 17 y 18 en placas de intercambio de calor 2 contiguas, de
forma que los canales 5 para medios diferentes están separados
entre sí. (Figura 4) En vez de los anillos 20 podrían estar
conformados también collarines en las aberturas 17 y 18. En lo que
respecta a la separación de medios, ésta es la construcción
habitual en intercambiadores de calor de placas 1. Se hace
referencia para ello al documento EP 819 907 B1 procedente de la
solicitante, del que en caso necesario resultan indicaciones no
realizadas aquí.
En la placa adicional 6 han sido estampados
entonces una multiplicidad (11 piezas) de canales de guía 8, que
tienen la forma de acanaladuras longitudinales. Los canales de guía
8 tienen respectivamente una entrada 9 y una salida 10. Las
entradas y salidas 9; 10 han sido optimizadas en cuanto a técnica
de flujo. Son aproximadamente ovaladas en forma de huevo, con lo
cual se apoya una pérdida de presión extraordinariamente pequeña.
Las flechas 21 ya citadas indican que el medio de calentamiento o
de refrigeración K fluye tanto a través de los canales de guía 8
como también a través de los segmentos libres 11 dispuestos
entremedias. Puede observarse en la figura 1 que la mayoría de los
canales de guía 8 conducen directamente desde el canal de flujo 4
formado por las aberturas 15 al canal de flujo 4 formado por las
aberturas 16. La mayor parte de los canales de guía 8 están dotados
de una ligera curvatura. Algunos canales de guía 8 unen las
aberturas 15 y 16 directamente. Otros son más cortos, empiezan y
terminan a una cierta distancia de las aberturas 15 y 16. También
en las zonas de esquina 22; 23; 24 y 25 se ha previsto
respectivamente un canal de guía 8, que está unido a través de una
derivación 30 a otro canal de guía 8. Como los segmentos libres 11
están soldados al lado 31 de la placa de intercambio de calor 2
inferior y los canales de guía 8 están soldados a la placa de
intercambio de calor 2 superior del canal 5, esta estructura hace
posible que las zonas de esquina 22 hasta 25 participen
intensivamente en el intercambio de calor y además que también allí
exista una resistencia sobresaliente en el intercambiador de calor
de placas 1. En la zona de las derivaciones 30 se han previsto
entradas y salidas 9a; loa adicionales, para homogeneizar el flujo
en esta zona.
Las aberturas 32 y 34 en la placa adicional 6 no
son circulares como las aberturas 33 y 35, sino que tienen zonas
alabeadas 40, que conducen a las entradas o respectivamente salidas
9 y 10 de los canales de guía 8 más largos o respectivamente
ininterrumpidos.
En las proximidades de las aberturas 33 y 35 han
sido dispuestos botones 14, que están soldados igualmente a la
placa de intercambio de calor 2 contigua. La figura 3 muestra un
corte a través de un botón 14 de este tipo. En esta representación
en corte se han incluido ambas placas de intercambio de calor 2
contiguas. La zona no deformada, existente en torno las aberturas
33 y 35, en la placa adicional 6 ha sido reforzada por los botones
14.
En la figura 2 puede observarse la conformación
de los canales de guía 8, que están conformados a modo de
acanaladuras. Los canales de guía 8 están unidos a una de las
placas de intercambio de calor 2 del canal 5, mientras que los
segmentos 11 dispuestos entremedias están unidos metálicamente a la
otra placa de intercambio de calor 2. El borde doblado 13 de las
placas de intercambio de calor 2 no ha sido dibujado. Éste puede
observarse sin embargo bien en las figuras 4 y 5 descritas a
continuación.
En la figura 4, el borde 13 de las placas de
intercambio de calor 2 está, visto en la posición de montaje del
intercambiador de calor de placas 1, orientado hacia arriba y en la
figura 5 hacia abajo. Ambos ejemplos de realización muestran
variantes diferentes de un radiador de aceite de frenos, que está
diseñado para el empleo en camiones, para refrigerar el aceite de
frenos. En tales radiadores de aceite se alcanzan temperaturas de
aceite extremadamente altas de más de 200°C. Según la situación de
funcionamiento, aparecen elevadas cargas por choque térmico, para
las que está preparado el radiador de aceite, como han demostrado
numerosas series de ensayos. La figura 4 muestra un corte
transversal a través del intercambiador de calor de placas 1 con en
total cuatro circuitos separados.
El canal de flujo 4 para el medio de
calentamiento o de refrigeración K se encuentra en la figura 4 en
el lado derecho. A la derecha puede observarse el canal de flujo 4
para aceite Ac1, Ac2 y Ac3. Hay otros dos canales de flujo 4 no
mostrados para la salida de los medios. Los canales de flujo 4
tienen bridas de conexión 3. La brida de conexión 3 para aceite Ac1
tiene un canal de unión no mostrado, de forma que el aceite Ac1
puede entrar a través de este canal de unión y está en situación de
intercambio de calor con el medio de refrigeración K en los canales
superiores 5. Todos los canales 5 para aceite Ac1; Ac2 y Ac3 tienen
aletas 53 habituales. El aceite Ac2 entra igualmente por la brida
de conexión 3 en el intercambiador de calor de placas 1 y a saber a
través de la pieza tubular 50 con una brida, que ha sido soldada
fijamente entre dos placas de intercambio de calor 2. El aceite
Ac3, por el contrario, es introducido en y extraído del lado
inferior del intercambiador de calor de placas 1. En el canal de
flujo 4 se encuentra una placa de separación 51 para mantener el
aceite Ac2 separado del aceite Ac3. Otras informaciones sobre ello
se encuentran en el documento EP 819 907 Bl. En el ejemplo de
realización de la figura 4, todos los canales 5 para el medio de
refrigeración K han sido equipados entonces con una placa adicional
6, con lo que se ha mejorado claramente la durabilidad del
intercambiador de calor de placas 1. En otro ejemplo de realización
no mostrado, sólo los canales 5 para el medio de refrigeración K
que limitan con los segmentos a para aceite Acl, b
para aceite Ac2 y c para aceite Ac3 han sido equipados con
placas adicionales 6.
En el ejemplo de realización según la figura 5
está representado un intercambiador de calor de placas 1 con un
circuito para el medio de refrigeración K y un circuito de aceite
Ac. Sólo los dos canales 5 superiores y los dos inferiores para el
medio de refrigeración K han sido dotados de placas adicionales 6,
ya que se ha puesto de manifiesto que los canales 5 más exteriores
están sometidos a las diferencias de temperatura más fuertes. Las
placas de intercambio de calor 2 de los restantes canales 5 para el
medio de refrigeración K han sido conformadas como habitualmente con
botones 52, que se tocan y están soldados entre sí.
Claims (9)
1. Intercambiador de calor de placas (1) para
medios que intercambian calor en circuitos separados, que consta de
placas de intercambio de calor (2) individuales que tienen aberturas
(15 - 18), están unidas metálicamente y apiladas una dentro de
otra, las cuales forman un paquete, que está atravesado
verticalmente por canales de flujo (4), formados mediante las
aberturas (15 - 18), para el flujo de entrada y de salida del medio
de calentamiento o de refrigeración (K) y por canales de flujo (4)
para el(los) otro(s) medio(s), que están
separados entre sí y partiendo de los cuales se extiende el medio
de calentamiento o de refrigeración (K) y el(los)
otro(s) medio(s) por canales (5) formados por
respectivamente dos placas de intercambio de calor (2), de las
cuales al menos algunas tienen un elemento de inserción interior
(6), en que el elemento de inserción interior (6) es una placa
adicional, que tiene canales de guía (8) con al menos una entrada y
una salida (9; 10), caracterizado porque los canales de guía
conducen desde un canal de flujo (4) de uno de los medios al otro
canal de flujo (4) del mismo medio, para lo que la mayoría de los
canales de guía (8) tienen una curvatura, en que la placa adicional
(6) tiene segmentos (11) libres de canales de guía (8), y en que
los segmentos libres (11) están unidos metálicamente con una de las
placas de intercambio de calor (2) contiguas y los canales de guía
(8) están unidos metálicamente con la otra placa de intercambio de
calor (2) contigua del mismo canal (5).
2. Intercambiador de calor de placas según la
reivindicación 1, caracterizado porque la placa adicional
(6) tiene cuatro aberturas (32 hasta 35), que coinciden en lo que
respecta a su posición con las aberturas (15 hasta 18) que forman
los canales de flujo (4) en las placas de intercambio de calor
(2).
3. Intercambiador de calor de placas según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las dos
aberturas (32; 34) en la placa adicional (6) unidas mediante los
canales de guía (8) tienen una forma adaptada a la disposición de
los canales de guía (8), en que las aberturas (32; 34) tienen zonas
alabeadas (40) en dirección a la entrada o respectivamente salida
(9; 10) de los canales de guía (8).
4. Intercambiador de calor de placas según una de
las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque la
placa adicional (6) se encuentra en al menos uno de los canales (5)
para el medio de calentamiento o de refrigeración (K).
5. Intercambiador de calor de placas según una de
las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque en
intercambiadores de calor de placas (1) para más de dos medios, al
menos los canales (5) para el medio de calentamiento o de
refrigeración, que limitan por un lado con un canal (5) de uno de
los medios y por el otro lado con un canal (5) del otro medio o se
encuentran en sus proximidades (segmentos a, b, c), están equipados
con una placa adicional (6).
6. Intercambiador de calor de placas según una
de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque los
canales de guía (8) están conformados a modo de acanaladuras, en
que la altura de las acanaladuras corresponde a la separación mutua
de las placas de intercambio de calor (2) que forman el respectivo
canal (5), y porque algunos canales de guía (8) tienen
derivaciones (30) y otros canales de guía (8) están conformados sin
derivaciones (30).
7. Intercambiador de calor de placas según la
reivindicación 6, caracterizado porque en la zona de las
derivaciones (30) están dispuestas entradas o respectivamente
salidas (9a; l0a) adicionales en los canales de guía (8) y porque
(en intercambiadores de calor de placas (1) en forma de
paralelepípedo) está previsto al menos un canal de guía (8)
ramificado entre el borde (13) de la placa de intercambio de calor
(2) y los canales de flujo (4), o respectivamente en las zonas de
esquina (22 - 25) del intercambiador de calor de placas (1).
8. Intercambiador de calor de placas según una
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
algunos canales de guía (8) están conformados ininterrumpidamente
desde un canal de flujo (4) al otro canal de flujo (4) y otros
canales de guía (8) son considerablemente más cortos, en que su
salida (10) y su entrada (9) está dispuesta en posición alejada de
los canales de flujo (4).
9. Intercambiador de calor de placas según una
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
placa adicional (6) tiene botones (14) o resaltes similares, que
tienen la misma altura que los canales de guía (8) y que están
unidos a la placa de intercambio de calor (2) contigua.
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|---|---|---|---|
| DE10021481 | 2000-05-03 | ||
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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