ES2285790T3 - Intercambiador de calor de placas. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor de placas soldadas (1) concebido para la transferencia de calor entre flujos de medios en diferentes fases, es decir como líquido y gas, y que comprende - placas sustancialmente circulares (2, 3) unidas entre sí y que forman las superficies de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas (1), en el que dos placas (2, 3) unidas entre sí forman un par de placas (4) y pares de placas adyacentes (4) unidas entre sí forman una pila (12) de placas, - primeros conductos de flujo (16, 17) para unos medios de suministro de calor y segundos conductos de flujo (16, 17) para unos medios de recepción de calor formados entre las placas (2, 3) unidas entre sí, - canales (13, 14, 15) que dirigen los flujos de suministro de calor y de recepción de calor a los conductos de flujo (16, 17) y fuera de los mismos y los conectores de entrada y de salida (18, 19) de los canales, y - placas extremas (31, 32) que soportan la pila de placas (12) y unos medios (36, 37, 41) de soporte entre las mismas, por lo que - las placas sustancialmente circulares (2, 3) del intercambiador de calor de placas (1) que forman las superficies de transferencia de calor y un canal central (13), están provistas de por lo menos un orificio (6) sustancialmente en el centro de la placa (2, 3).
Description
Intercambiador de calor de placas.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor de placas soldadas de manera ventajosa según
el preámbulo de la reivindicación 1, para transferir calor desde
unos medios de suministro de calor a unos medios de recepción de
calor, especialmente entre sustancias en diferente fase, tal como
líquido y gas.
De manera tradicional, los intercambiadores de
calor se dividen en intercambiadores de calor con una estructura de
placas y los que presentan una estructura de tubo. La diferencia
significativa en lo que se refiere tanto a la construcción como a
la transferencia de calor es que las superficies de transferencia de
calor son principalmente tubos en una estructura, y placas en la
otra. En el intercambiador de calor de tubo, un conjunto de tubos
con partes de cabecera y ramificaciones está colocado normalmente
dentro de una envoltura circular. Gracias a la forma cilíndrica y
los tubos, la estructura es muy adecuada como un recipiente a
presión, y por tanto los intercambiadores de calor de tubo se han
utilizado a presiones extremadamente altas. En una amplia
perspectiva, también un gran número de construcciones de calderas
son algún tipo de intercambiadores de calor de tubo. Esto se aplica
tanto a calderas con tubos de humos/de horno onduladas y calderas de
tubos de agua, basándose la división en qué lado del tubo predomina
la presión.
El inconveniente más significativo de los
intercambiadores de calor de tubo puede considerarse que radica en
el gran peso cuando se compara con el área de superficie de las
superficies de transferencia de calor. Debido a ello, los
intercambiadores de calor de tubo son normalmente de tamaño grande.
También, cuando se consideran las características de flujo y la
transferencia de calor, es difícil diseñar y fabricar
intercambiadores de calor de tubo especialmente cuando deben
tenerse en cuenta motivos económicos.
Un intercambiador de calor de placas típico está
compuesto de placas rectangulares que se presionan una contra otra
por medio de placas extremas, que, a su vez, están apretadas a los
extremos de la pila de placas por medio de tirantes o tornillos de
tensión. Los espacios entre las placas están cerrados y sellados con
juntas acanaladas sobre su circunferencia exterior, y se utilizan
asimismo juntas en los canales de flujo. Puesto que la capacidad de
soporte de placas lisas es pobre, se fortalecen con ranurados que
están dispuestos normalmente transversalmente en placas adyacentes,
en las que también mejoran la resistencia a la presión de la
estructura cuando los rebordes de las ranuras se soportan entre sí.
Sin embargo, un aspecto más importante es la importancia de las
ranuras para la transferencia de calor: la forma de las ranuras y su
ángulo con respecto a los flujos, afecta por ejemplo a la
transferencia de calor y pérdidas de presión. En un intercambiador
de calor de placas tradicional, unos medios de suministro de calor
fluyen en cada dos espacios entre las placas, y unos medios de
recepción de calor en los espacios restantes. El flujo se conduce
entre las placas a través de orificios dispuestos en la proximidad
de las esquinas de las placas. Cada espacio entre las placas
contiene siempre dos orificios con bordes cerrados y otros dos
orificios que funcionan como canales de entrada y salida para el
espacio entre las placas. Los intercambiadores de calor de placas
están compuestos normalmente de placas relativamente finas, en los
que se obtiene una estructura pequeña y ligera. Debido a que las
placas pueden perfilarse con una forma deseada, es posible realizar
las propiedades de transferencia de calor adecuadas para el
objetivo de su utilización de la mejor manera posible. Las mayores
debilidades en los intercambiadores de calor de placas
convencionales son las juntas que limitan la resistencia a la
presión y a la temperatura de los intercambiadores de calor. En
varios casos las juntas han perjudicado las posibilidades de
utilización cuando los medios de suministro de calor o de recepción
de calor han sido corrosivos.
Se han realizado intentos para mejorar las
construcciones de intercambiadores de calor de placas excluyendo
algunas o todas las juntas y sustituyéndolas con uniones soldadas en
blando o costuras soldadas. Los intercambiadores de calor de placas
fabricados mediante soldadura blanda normalmente se parecen a los
provistos de juntas. La diferencia externa más significativa es la
ausencia de tornillos de tensión entre los extremos. Debido a la
estructura, no ha sido posible desensamblar tales intercambiadores
de calor.
Se ha realizado intentos para combinar las
ventajas del intercambiador de calor de tubo y el intercambiador de
calor de placas en intercambiadores de calor cuya construcción se
parezca parcialmente a ambos de estos tipos básicos. Una solución
de este tipo se da a conocer en la publicación de patente finlandesa
FI 79409, en la que placas circulares o poligonales están apiladas
una sobre la otra para formar una pila de placas que está soportada
por medio de placas extremas. La pila de placas está rodeada por una
envoltura, cuyos lados están provistos de canales de entrada y
salida para los flujos de los medios de suministro de calor y
recepción de calor. A diferencia del intercambiador de calor de
placas tradicional, todos los flujos en el interior de los espacios
entre las placas se dirigen desde fuera de las placas. En la
publicación, el problema básico de los intercambiadores de calor de
placas, es decir, su hermeticidad, se desprecia como un aspecto
secundario, sin proporcionar ninguna solución a ese problema
particular. Cuando el intercambiador de calor según la publicación
está cerrado mediante soldadura, es posible conseguir los mismos
intervalos de presión que cuando se utiliza un intercambiador de
calor de tubo, correspondiendo las propiedades de transferencia de
calor a las propiedades del intercambiador de calor de placas.
La publicación de patente finlandesa FI 84659
presenta una solución que muestra más claramente las propiedades
típicas de tanto los intercambiadores de calor de placas como de los
intercambiadores de calor de tubo. Las placas circulares están
unidas entre sí en pares soldándolas conjuntamente por los bordes de
los orificios que forman un canal de entrada y salida. Soldando los
pares de placas fabricados de la manera anterior entre sí por los
perímetros exteriores de las placas, se consigue un circuito cerrado
para el flujo de unos medios de transferencia de calor. A
diferencia del intercambiador de calor de placas tradicional, la
estructura está soldada y existen sólo dos orificios en las placas.
El flujo de otros medios de transferencia de calor se dirige en
cada dos espacios entre las placas por medio de una envoltura que
rodea la pila de placas. Para impedir que el flujo discurra entre
la pila de placas y la envoltura, se utilizan juntas que se utilizan
principalmente como controladores para el flujo. Naturalmente, no
se requiere resistencia a la presión de los controladores de flujo.
Debido a la estructura de la pila de placas, es difícil implementar
la junta. Por ejemplo, se utilizan obturadores de caucho elástico
para el sellado, siendo posible desensamblar el intercambiador de
calor, por ejemplo, para fines de limpieza. Por tanto, el problema
de sellado no es tan importante puesto que está en la solución
según la publicación FI 79409.
Otros ejemplos de intercambiadores de calor de
placas se proporcionan en las patentes US nº 3.424.240, US nº
3.831.674 y US nº 4.470.454.
El objetivo de la presente invención consiste en
producir un intercambiador de calor de placas sin problemas de
sellado y con una resistencia a la presión correspondiente a las
propiedades de intercambiadores de tubo, y en el que las
propiedades de transferencia de calor pueden seleccionarse tal como
en un intercambiador de calor de placas. Los problemas de sellado
se evitan soldando las uniones, y los controladores pueden extraerse
en su totalidad entre la envoltura y la pila de placas. El
intercambiador de calor de placas según la invención presenta un
rango amplio de utilización, y puede utilizarse para transferencia
de calor entre medios en fases diferentes.
La invención se basa en la idea de que existen
orificios en el centro de las placas de intercambio de calor
circulares, orificios que forman un canal de flujo para unos medios
de transferencia de calor, canal por medio del que se guía el flujo
en el interior de los espacios entre las placas y fuera de ellas.
Para el flujo de los otros medios de transferencia de calor, las
placas están provistas de orificios separados para canales de
entrada y salida. Debido a que la pila de placas es una pieza sólida
que está soldada de manera conjunta, puede colocarse de manera que
pueda separarse, por ejemplo, en un cilindro que puede abrirse, a
partir de cuya ubicación la pila de placas puede extraerse para
limpieza o reparación. El canal central puede funcionar asimismo
como unos medios de soporte para las placas extremas, si está
provisto de una varilla, tubo, o similar. Por medio de un tubo
parcialmente abierto en el canal central y una envoltura
parcialmente abierta, es posible alterar los flujos del
intercambiador de calor de placas según la invención de una manera
casi no restringida. Con más precisión, el intercambiador de calor
de placas según la invención se caracteriza por lo que se presentará
a continuación en las reivindicaciones en la presente memoria.
El intercambiador de calor de placas soldadas
según la invención está provisto de placas ranuradas circulares,
que están unidas entre sí de manera que se forman conductos de flujo
para los medios de suministro de calor y los medios de recepción de
calor entre las placas. Con el fin de guiar los flujos en el
interior de los espacios entre las placas y fuera de ellas, el
intercambiador de calor de placas está provisto de canales que
están unidos a conectores de entrada y salida. Para hacer que la
pila de placas que está constituida por placas relativamente finas
soporte la presión, sus extremos están soportados con placas
extremas que están conectadas entre sí con medios de soporte,
varillas, una envoltura, o similares. En el centro de las placas
circulares del intercambiador de calor de placas que forman la pila
de placas y las superficies de transferencia de calor, existe por
lo menos un orificio que forma un canal central. Las placas del
intercambiador de calor de placas están unidas entre sí en pares
por los perímetros exteriores de los orificios ubicados en el centro
de las placas y por los perímetros exteriores de las placas del par
de placas en cuestión, de manera que se forma un conducto de flujo
cerrado para unos medios de transferencia de calor dentro de los
pares de placas. Además del orificio en el centro, las placas del
par de placas están provistas de por lo menos un orificio por el
que la placa está acoplada a un orificio correspondiente en el par
de placas adyacente. Las placas están provistas de dos orificios
además del orificio en el centro, formando los orificios los canales
de entrada y salida para los conductos de flujo dentro de los pares
de placas. Los perímetros exteriores de los conductos de flujo
formados entre los pares de placas están abiertos, y el flujo hacia
dentro y hacia fuera de ellos tiene lugar a través del canal
central.
La pila de placas compuesta de las placas del
intercambiador de calor de placas está soportada entre las placas
extremas. Las placas extremas pueden fijarse entre sí con varillas,
o similares, en las que el perímetro exterior del intercambiador de
calor de placas se mantiene principalmente abierto, o las placas
extremas pueden unirse con una estructura de envoltura mediante la
cual el perímetro exterior en su totalidad puede cerrarse. El canal
central puede asimismo estar provisto de un tubo o similar, para
soportar las placas extremas. El flujo de los medios de
transferencia de calor entra o sale del canal central abierto en la
dirección radial de la placa. Por tanto, el flujo de los segundos
medios de transferencia de calor cruza el flujo de los primeros,
siendo el intercambiador de calor de placas un intercambiador de
flujo cruzado. La envoltura del intercambiador de calor de placas
puede abrirse en una ubicación deseada para suministrar el flujo de
los medios de transferencia de calor o para descargarla desde el
intercambiador de calor de placas. Los flujos están controlados por
la envoltura dispuesta contra la pila de placas, por un tubo
dispuesto en el canal central contra sus paredes y por aberturas
sobre la envoltura y en el tubo. Mediante la selección de las
ubicaciones de las aberturas y orificios en las placas, el
intercambiador de calor de placas está concebido para funcionar
tanto como un intercambiador de flujo progresiva como un
intercambiador a contraflujo. El área de la sección transversal del
flujo entre las placas se aumenta por el flujo paralelo en ambos
lados del canal central. Las condiciones de flujo entre las placas
pueden controlarse cambiando el ángulo \beta entre los rebordes de
las ranuras sobre las placas colocadas una contra otra, de manera
que utilizando ángulos más pequeños, se consiguen mayores
cantidades de flujo para flujos de medios gaseosos a través del
intercambiador de calor. Por consiguiente, los flujos de medios
líquidos pueden ser más pequeños y el ángulo \beta puede ser más
amplio. Configurando las áreas de la sección transversal de las
ranuras en las placas variables en tamaño A_{1}>A_{2}, es
posible transportar flujos de mayor volumen en el lado de gas que en
el lado de líquido. Las ranuras en las placas del intercambiador de
calor de placas pueden también configurarse simétricamente con
respecto al centro de la placa. Por tanto, las condiciones de flujo
permanecen casi igual en las diferentes partes de la placa y en
todos los tipos de flujo.
El intercambiador de calor de placas según la
invención presenta una estructura sencilla. Debido a la forma
circular, es posible automatizar las técnicas de fabricación, por
ejemplo la soldadura, con costes relativamente bajos. La forma
circular también mejora la resistencia a la presión. Cuando se
utiliza una carcasa exterior cilíndrica, un extremo puede
disponerse para estar abierto, siendo posible limpiar las
superficies de transferencia de calor en por lo menos un lado. Es
posible incorporar una gran superficie de transferencia de calor en
pequeño tamaño y peso ligero. El intercambiador de calor de placas
según la invención puede realizarse en un material resistente a la
corrosión, por ejemplo titanio, con costes moderados porque, debido
a la estructura, los espesores de material de las placas son
pequeños.
El intercambiador de calor de placas soldadas
según la invención puede utilizarse de una amplia variedad de
formas y en numerosas situaciones. El intercambiador de calor de
placas puede utilizarse como un intercambiador de calor de flujo
cruzado, flujo progresivo y contraflujo. Es posible la transferencia
de calor entre medios en diferentes fases y en la misma fase. En
diferentes campos de tecnología, además de utilizarse como un
intercambiador de calor tradicional, el intercambiador de calor
según la invención puede también utilizarse por ejemplo como un
enfriador, un evaporador, un condensador, una caldera, y una caldera
de recuperación.
A continuación, la invención se describirá con
mayor detalle a partir de ejemplos y haciendo referencia a los
dibujos adjuntos, en los que
la figura 1 muestra un intercambiador de calor
de placas según la invención en una vista lateral esquemática de
corte transversal, en una forma de realización en la que el
intercambiador de calor de placas presenta un perímetro exterior
abierto,
la figura 2 muestra esquemáticamente la posición
de las placas superpuestas del intercambiador de calor de placas
así como la posición de las ranuras de las placas en la pila de
placas,
la figura 3 muestra una parte de la pila de
placas formada por las placas según la figura 2,
la figura 4 muestra los perfiles de las placas
de las figuras 2 y 3 en una sección transversal,
la figura 5 muestra una parte de la pila de
placas en la que las ranuras de las placas están aplanadas en su
parte inferior,
la figura 6 muestra los perfiles de las placas
según la figura 5 en una sección transversal,
la figura 7 muestra una vista lateral
esquemática de la sección transversal de un intercambiador de calor
de placas según la invención en una forma de realización que
comprende una envoltura y un tubo dispuestos en el canal
central,
la figura 8 muestra esquemáticamente un
intercambiador de calor de placas en corte transversal provisto de
una envoltura abierta y un tubo central, y que funciona según un
principio de contraflujo,
la figura 9 muestra esquemáticamente la pila de
placas del intercambiador de calor de placas y los valores que van
utilizarse en cálculos, y
la figura 10 muestra una vista superior
esquemática de la pila de placas del intercambiador de calor de
placas en una forma de realización en la que las placas están
ranuradas simétricamente con respecto a su centro.
En la figura 1, se utiliza un intercambiador de
calor de placas soldadas 1 como un enfriador o un calentador. Con
el fin de simplificar la figura 1 esquemática, las ranuras sobre las
placas del intercambiador de calor de placas no se muestran en la
figura. En las figuras 1 a 10, las placas 2 y 3 forman un par 4 de
placas que está unido por ejemplo mediante soldadura en el
perímetro exterior 5. De manera similar, el par 4 de placas está
unido en el orificio central 6 de las placas 2 y 3, a lo largo de su
perímetro 7. Los pares 4 de placas están acoplados entre sí
mediante soldadura en los orificios 8 y 9, a lo largo de sus
perímetros exteriores 10 y 11. Los pares 4 de placas unidos entre
sí forman una pila 12 de placas, dentro de la que se forma un canal
central 13 de los orificios centrales 6 de las placas 2, 3. De la
misma manera, los orificios 8 y 9 forman los canales 14 y 15 de
entrada y salida para unos medios de transferencia de calor en los
conductos de flujo interior 16 de la pila de placas. El canal
central 13 está conectado a los conductos de flujo 17 entre los
pares 4 de placas. Los canales 14 y 15 de entrada y salida para el
flujo interior de la pila 12 de placas están conectados en por lo
menos un extremo a un conector de entrada 18 y un conector de salida
19. El flujo de los medios de transferencia de calor en este
circuito se muestra mediante las flechas continuas 20.
El número de referencia 21 se refiere a las
ranuras sobre las placas 2 y 3, formando la parte inferior de las
ranuras un reborde 22 o una superficie 23 plana. La figura 2 muestra
el ángulo \beta entre los rebordes de las placas 2 y 3
superpuestas. Las figuras 3 a 6 ilustran cómo las áreas de sección
transversal A_{1} y A_{2} formadas por las ranuras 21 varían en
tamaño. Con la forma y colocación de las ranuras 21, se logra una
proporción deseada para áreas de la sección transversal. Por
ejemplo, los volúmenes de flujo de un medio gaseoso pueden
aumentarse incrementado el área de la sección transversal del
conducto de flujo 16 ó 17. Las placas 2 y 3 se soportan entre sí a
través de puntos 24 de soporte, en los que los rebordes 22 y/o
superficies 23 planas de las ranuras 21 están colocados unos contra
otros. La fuerza estructural requerida, los materiales de las
placas 2 y 3, y la forma de las ranuras 21 establecen los límites a
la proporción entre las áreas de sección transversal A_{1} y
A_{2}.
Para soportar la pila 12 de placas, se utilizan
placas extremas 31 y 32 rígidas. Las placas extremas 31 y/o 32
están provistas de los orificios 33, 34 y 35 necesarios para los
canales 13, 14 y 15 o sus conectores 18, 19. En la solución según
la figura 1, las placas extremas 31 y 32 están amarradas entre sí
por medio de tornillos 36 y tuercas 37. Con el fin de ilustrar la
función, la figura 1 muestra ventiladores 38 que están fijados a
las placas extremas 31 y 32 y que generan flujos de gas ilustrados
por flechas de línea discontinua 39.
Las figuras 7 y 8 muestran una forma de
realización del intercambiador de calor de placas, en la que los
conductos de flujo 16 y 17 de tanto los medios de suministro de
calor como los de recepción de calor están cerrados y pueden
presurizarse. Las placas extremas 31 y 32 están conectadas entre sí
por medio de una envoltura 41 que rodea la pila 12 de placas. Con
el fin de su mantenimiento, una de las placas extremas 31, 32 está
acoplada a la envoltura 41 de tal manera que puede separarse
fácilmente. Un tubo 42 o similar está fijado a una abertura 43 en
la envoltura 41, y a través de esta abertura el flujo 39 de unos
medios de transferencia de calor se guía al intercambiador de calor
de placas 1 o fuera del mismo. El canal central 13 de la pila 12 de
placas está provisto de un tubo 44 que presenta una abertura 45
para el flujo, o bien dentro del tubo 44 o bien fuera del mismo. La
figura 8 muestra claramente que cambiando la dirección de los flujos
20, es posible convertir un intercambiador de calor de contraflujo
en un intercambiador de calor de flujo progresiva. Desplazando la
ubicación de los canales 14 y 15 90º, el intercambiador de calor de
placas 1 según la figura 8 puede configurarse para funcionar según
el principio de flujo transversal. En intercambiadores de calor de
placas tradicionales que comprenden cuatro orificios, no siempre
han sido posibles las modificaciones presentadas anteriormente.
Las siguientes fórmulas se aplican a los
cálculos utilizados en relación con un intercambiador de calor de
placas con placas circulares:
\vskip1.000000\baselineskip
d_{h} = diámetro hidráulico en la
ranura
(m)
w = velocidad de flujo entra las placas
(m/s)
L_{equiv} = longitud de flujo
equivalente entre las placas
L_{equiv} = f(\alpha, L) la
figura 9 muestra que \alpha = ángulo de subida de la ranura con
respecto a la dirección de flujo y L = longitud de flujo
Cuando se examina el efecto del ángulo \alpha
a la longitud de flujo equivalente, puede encontrarse que cuando el
ángulo cambia por ejemplo en el intervalo de 45º a 15º, la longitud
de flujo equivalente aumenta al triple y por encima de éste. En
operaciones de pruebas, los intercambiadores de calor de placas
según la invención han conseguido valores de coeficiente de
transferencia de calor que exceden los 300 W/m^{2}K. Las
propiedades de transferencia de calor del intercambiador de calor de
placas 1 pueden también verse afectadas no sólo por la forma de las
ranuras 21 sobre las placas 2, 3 y el ángulo \beta entre los
rebordes 22 de las ranuras, sino también por el tamaño del orificio
central 6. De la misma manera, acortando la longitud de flujo por
ejemplo en casos de flujo radial, es posible aumentar el valor del
ángulo \beta y mantener la pérdida de presión constante, y por
tanto encontrar los valores óptimos para cada uso. Las posibilidades
de variación son casi ilimitadas.
En la solución según la figura 10, las ranuras
21 y sus rebordes están en una posición simétrica con respecto al
centro. Por tanto, el valor del ángulo \alpha es el mismo en
cualquier lugar, tanto en flujos circulares como en flujos
radiales.
Tal como se expuso anteriormente, existen
numerosas posibilidades para utilizar el intercambiador de calor de
placas 1 según la invención. Estructuralmente, el intercambiador de
calor de placas 1 puede estar o bien abierto o cerrado, presentando
en el primer caso un perímetro exterior principalmente abierto, y en
el último caso está principalmente cerrado con una envoltura o
similar. Cuando se utiliza el intercambiador de calor de placas 1
abierto por ejemplo como un enfriador o un calentador, el resultado
más ventajoso se logra conduciendo el flujo de gas 39 al canal
central 13 o fuera del mismo en un flujo forzado por medio de
ventiladores 38 o similares. En el canal central 13, el flujo
también puede ser unidireccional, estando una placa extrema 31, 32
provista de un orificio 33. Cuando el canal central 13 está en
posición vertical, también puede ser posible un flujo libre del
gas. El flujo 20 dentro de la pila 12 de placas puede ser forzado o
libre. El intercambiador de calor de placas según la figura 1
funciona como un enfriador en libre circulación. El flujo 20 de
medio caliente suministrado desde arriba se descarga hacia abajo por
el efecto de la gravedad. También, basándose en transiciones de
fase, se consigue una circulación suficiente por ejemplo en
condensadores y evaporadores.
Sin embargo, en el intercambiador de calor de
placas 1 cerrado la mejor capacidad se logra normalmente cuando
ambos flujos son forzados. Cuando funciona tanto según el principio
de flujo progresivo como según el principio de contraflujo, los
flujos de los medios de transferencia de calor se pasan en la
dirección de los perímetros de las placas 2 y 3 tanto en los
conductos de flujo 16, 17 interiores como exteriores de la pila 12
de placas. La superficie interior de la envoltura 41 linda con los
perímetros externos de las placas 2 y 3, perímetros que están
soldados entre sí, y la superficie exterior del tubo 44, ubicado en
el canal central 13, linda con los perímetros 7 soldados de los
orificios 6. En las ubicaciones mencionadas anteriormente en los
conductos de flujo externos 17 de la pila 12 de placas, se componen
conductos de flujo más anchos, debido a que las ranuras 21 están
ausentes en los mismos. La distancia desde la abertura 43 a lo largo
de la superficie interior de la envoltura 41 a la abertura 45 del
tubo 44 ubicado en el canal central 13 es, sin embargo,
considerablemente mayor que la distancia a través del centro de las
placas 2, 3. Los flujos sobre la superficie interior de la
envoltura 41 y sobre la superficie exterior del tubo 44 son menores
de tal manera que no es necesario considerarlas, y por tanto no son
necesarios controladores de flujo separados o juntos. El flujo libre
basado en la gravedad puede volverse opcional en un intercambiador
de calor de placas 1 cerrado cuando la construcción se utiliza por
ejemplo como una caldera, en la que el canal central 13 funciona
como una cámara de combustión y la pila 12 de placas forma una
parte de convección. El agua calentada sube desde el canal 15 a
través de los conductos 16 de flujo hacia el canal 14. De la misma
manera, el intercambiador de calor de placas 1 cerrado según la
invención puede utilizarse asimismo como una caldera de recuperación
para diversos fines de utilización. La circulación del líquido
puede por tanto disponerse en circulación libre o forzada. Debido a
su resistencia a la presión y a su tamaño compacto, el
intercambiador de calor de placas cerrado según la invención puede
utilizarse especialmente bien, por ejemplo, como un evaporador o un
condensador en aparatos que aplican la técnica de
refrigeración.
Las figuras 1 a 10 no muestran la estructura del
intercambiador de calor de placas 1 según la invención en el que la
pila de placas está colocada dentro de una envoltura 41 espaciosa y
no existe el tubo 44 que controla el flujo dentro del canal central
13. Una estructura de este tipo está cerrada y es muy apropiada, por
ejemplo, para condiciones corrosivas en intercambiadores de calor
de agua de mar. Las partes de la envoltura 41 y las placas extremas
31 y 32 que reciben las cargas provocadas por la presión pueden
estar realizadas en acero de construcción, y las superficies
interiores que son propensas a la corrosión están recubiertas con
materiales resistentes a la corrosión. La pila 12 de placas que
contiene las superficies de transferencia de calor soldadas puede
realizarse en titanio que es altamente resistente a la corrosión.
Una estructura de este tipo puede también utilizarse en la
industria de transformación y en la industria química, en diferentes
tipos de reactores o similares.
En los intercambiadores 1 de calor de placas, en
los que el diámetro interior de la envoltura 41 es mayor que el
diámetro exterior de la pila 12 de placas, se forma un canal con
forma de anillo entre la envoltura 41 y la pila 12 de placas, canal
al que se dirige un flujo desde el canal central 13 a lo largo los
conductos de flujo 17, o desde el que se dirige un flujo al canal
central 13.
Resulta obvio para cualquier experto en la
materia, que anteriormente sólo se dan a conocer algunas
construcciones y utilizaciones del intercambiador de calor de
placas 1 según la invención. Combinando las formas de realización
presentadas anteriormente, es posible obtener nuevas soluciones
totalmente dentro del alcance de la idea inventiva. Por la forma y
distribución de las ranuras 21, es posible influir en las pérdidas
de presión y construir el intercambiador de calor de placas 1 de
manera que también funcione, por ejemplo, con medios viscosos
consistentes. Naturalmente, las placas 2 y 3 del intercambiador de
calor de placas 1 también pueden ser diferentes, o algunas de las
placas de la pila 12 de placas pueden ser diferentes. Es posible
dividir los canales 13, 14, 15 del intercambiador de calor de
placas 1 con el fin de graduar la transferencia de calor. Las placas
2 y 3 de la pila 12 de placas pueden, por supuesto, estar unidas
entre sí con otros procedimientos y en un orden diferente opuesto
al que se ha presentado anteriormente dentro del alcance de la idea
inventiva. Además de soldadura, la unión puede llevarse a cabo por
medio de adhesivos, mediante soldadura blanda o con técnicas
correspondientes.
Claims (10)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Intercambiador de calor de placas soldadas (1) concebido para la transferencia de calor entre flujos de medios en diferentes fases, es decir como líquido y gas, y que comprende- placas sustancialmente circulares (2, 3) unidas entre sí y que forman las superficies de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas (1), en el que dos placas (2, 3) unidas entre sí forman un par de placas (4) y pares de placas adyacentes (4) unidas entre sí forman una pila (12) de placas,- primeros conductos de flujo (16, 17) para unos medios de suministro de calor y segundos conductos de flujo (16, 17) para unos medios de recepción de calor formados entre las placas (2, 3) unidas entre sí,- canales (13, 14, 15) que dirigen los flujos de suministro de calor y de recepción de calor a los conductos de flujo (16, 17) y fuera de los mismos y los conectores de entrada y de salida (18, 19) de los canales, y- placas extremas (31, 32) que soportan la pila de placas (12) y unos medios (36, 37, 41) de soporte entre las mismas, por lo que- las placas sustancialmente circulares (2, 3) del intercambiador de calor de placas (1) que forman las superficies de transferencia de calor y un canal central (13), están provistas de por lo menos un orificio (6) sustancialmente en el centro de la placa (2, 3),- las placas (2, 3) del intercambiador de calor de placas (1) están unidas entre sí como pares de placas (4) soldando en los perímetros (7) de los orificios (6) en el centro de las placas (2, 3) y en los perímetros exteriores (5) de las placas (2, 3) en el mismo par de placas (4), formando así conductos de flujo dentro de los pares de placas (16), y- los pares de placas (4) cerrados en los perímetros (7) de los orificios (6) y por los perímetros exteriores (5), están soldados entre sí por lo menos en una ubicación a lo largo de los perímetros (10, 11) de los orificios (8, 9) ubicados fuera del centro de las placas (2,3) en el par de placas (4), formando así conductos de flujo (17) entre los pares de placas y el canal central (13) a través de los orificios (6) sustancialmente en el centro de las placas,- los conductos de flujo (17) formados entre los pares de placas (4) del intercambiador de calor de placas (1) están abiertos en su perímetro exterior y el canal central (13) formado por los orificios (6) en el centro de las placas (2, 3) es el canal de entrada o salida de los conductos de flujo (17).- la pila de placas (12) está dispuesta entre dichas placas extremas (31, 32) y los medios de soporte (36, 37, 41) uniendo las placas extremas entre sí de manera que el perímetro exterior del intercambiador de calor de placas (1) está por lo menos parcialmente abierto- las placas (2, 3) del intercambiador de calor de placas (1) están ranuradas de manera que en los conductos de flujo (17) formados entre los pares de placas el área de la sección transversal (A_{1}) de las ranuras (21) es mayor que el área de la sección transversal (A_{2}) de las ranuras (21) en los conductos de flujo (16) formados dentro de los pares de placascaracterizado porque- las placas están provistas de dos orificios (8, 9) además del orificio (6) en el centro, formando dichos dos orificios (8, 9) los canales de entrada y salida (14, 15) para los conductos de flujo dentro de los pares de placas (16), y porque- las ranuras (21) en cada placa (2, 3) del intercambiador de calor de placas (1) se proporcionan paralelas entre sí, y porque el ángulo \beta entre los rebordes (22) de las ranuras (21) sobre las placas (2, 3) colocadas unas contra otras es sustancialmente menor en los conductos de flujo (17) formados entre los pares de placas que en los conductos de flujo (16) formados dentro de los pares de placas. - 2. Intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de soporte que soportan la pila (12) de placas entre las placas extremas (31, 32) son una envoltura (41), en el que las placas extremas (31, 32) y la envoltura (41) forman un espacio en el que está dispuesta la pila (12) de placas, estando dicha envoltura (41) parcialmente abierta para suministrar el flujo de los medios de transferencia de calor al intercambiador de calor de placas (1) o para descargarlo desde el mismo.
- 3. Intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1, caracterizado porque el flujo de los medios de transferencia de calor que entran o salen del canal central (13) del intercambiador de calor de placas (1) es sustancialmente paralelo a los radios de las placas (2, 3), y el flujo de los otros medios de transferencia de calor es sustancialmente perpendicular a los radios de las placas (2, 3), en el que el intercambiador de calor de placas (1) funciona según un principio de flujo cruzado.
- 4. Intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1, caracterizado porque el canal central (13) del intercambiador de calor de placas (1) está provisto de un tubo (44) o similar que está parcialmente abierto y que controla el flujo de los medios de transferencia de calor que entran o salen del canal central (13).
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- 5. Intercambiador de calor de placas según la reivindicación 4, caracterizado porque las placas extremas (31, 32) del intercambiador de calor de placas (1) están fijadas y soportadas tanto a la envoltura (41) como al tubo (44), o similar, dispuesto en el canal central (13).
- 6. Intercambiador de calor de placas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las aberturas (43, 45) dispuestas en la envoltura (41) del intercambiador de calor de placas (1) y en el tubo (44) colocado en el canal central (13) así como los orificios (8, 9) que conectan los pares (4) de placas entre sí, están dispuestos unos respecto a otros de manera que los flujos de los medios de transferencia de calor discurren en la misma dirección, en el que el intercambiador de calor de placas funciona según un principio de flujo concurrente.
- 7. Utilización de un intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1 como un enfriador.
- 8. Utilización de un intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1 como un evaporador.
- 9. Utilización de un intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1 como un condensador.
- 10. Utilización de un intercambiador de calor de placas según la reivindicación 1 como un calentador.
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