ES2588828T3

ES2588828T3 - Intercambiador de calor de placas con brida de montaje

Info

Publication number: ES2588828T3
Application number: ES13198879.2T
Authority: ES
Inventors: Håkan Larsson
Original assignee: Alfa Laval Corporate AB
Current assignee: Alfa Laval Corporate AB
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2016-11-07
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: US10260822B2; JP6377750B2; TWI516740B; WO2015091213A1; EP2886994A1; JP2017500532A; CN105814388A; US20160313073A1; EP2886994B1; KR101891419B1; TW201525407A; KR20160101129A; SI2886994T1; SE1650780A1; DK2886994T3; CN105814388B

Abstract

Un intercambiador de calor de placas, que comprende: - una pluralidad de placas de intercambiador de calor (3) que estan apiladas y permanentemente conectadas para formar un paquete de placas (2) que define una primera y una segunda trayectorias de fluido para un primer medio y un segundo medio, respectivamente, separados por dichas placas de intercambio de calor (3), definiendo dicho paquete de placas (2) una pared externa circundante (4) que se extiende en una direccion axial (A) entre un primer y un segundo extremos axiales, - una placa terminal (21, 24) permanentemente conectada a uno del primer y del segundo extremos axiales para proporcionar una superficie terminal (5) que se extiende entre un primer y un segundo extremos longitudinales en un plano lateral que es ortogonal a la direccion axial (A), y - dos placas de montaje (7) permanentemente conectadas a una porcion superficial respectiva de la superficie terminal (5) en el primer extremo longitudinal y el segundo extremo longitudinal, respectivamente, de manera que las placas de montaje (7) estan espaciadas entre si en una direccion longitudinal (L) en la superficie terminal (5) en donde la placa de montaje (7) respectiva comprende superficies de acoplamiento planas opuestas (12, 13) y un borde periferico que forma un perimetro de la placa de montaje (7), - en donde la placa de montaje (7) respectiva esta dispuesta con una de sus superficies de acoplamiento (12, 13) permanentemente conectada a la superficie terminal (5), en donde el borde periferico se extiende parcialmente mas alla de la periferia exterior de la superficie terminal (5) para definir una brida de montaje (9), y se extiende parcialmente a traves de la superficie terminal (5) en contacto con la misma, - en donde la placa de montaje (7) respectiva comprende regiones de interseccion (11) que se situan donde el borde periferico interseca el perimetro de la pared externa circundante (4) segun se observa en una direccion normal a la superficie terminal (5), caracterizado por que regiones de interseccion (11) predefinidas de dichas regiones de interseccion (11) tienen un grosor decreciente hacia el borde periferico.

Description

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DESCRIPCION

Intercambiador de calor de placas con brida de montaje Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un intercambiador de placas que comprende una pluralidad de placas de intercambiador de calor que estan apiladas y permanentemente conectadas para formar un paquete de placas y una estructura de montaje que esta permanentemente conectada al paquete de placas para una fijacion liberable del intercambiador de calor de placas a una estructura de soporte externa.

Antecedentes

Los intercambiadores de calor se utilizan en varias aplicaciones tecnicas para transferir calor de un fluido a otro fluido. Los intercambiadores de calor configurados en placas son bien conocidos en la tecnica. En estos intercambiadores de calor, una pluralidad de placas apiladas que tienen paredes laterales perifericas solapadas, se colocan juntas y conectadas permanentemente para definir un paquete de placas con pasos huecos de fluido entre las placas, normalmente con diferentes fluidos en relacion de intercambio de calor en espacios alternados entre las placas. Normalmente una placa base consistente o placa de montaje se fija directa o indirectamente a la placa mas extrema de las placas apiladas. La placa de montaje tiene una extension que excede el apilamiento de placas para definir una brida de montaje circunferencial. La brida de montaje tiene orificios o sujeciones para fijar el intercambiador de calor a una pieza del equipo. Se conoce este tipo de intercambiador de calor de placas por ejemplo de los documentos US2010/0258095 y US8181695.

Cuando esta sujeta a la pieza del equipo, la placa de montaje puede estar sometida a una presion y a una carga de peso significativas que tienden a deformar la placa de montaje. Para alcanzar una resistencia y rigidez adecuadas, la placa de montaje necesita ser comparativamente gruesa. Una placa de montaje tan gruesa puede aumentar significativamente el peso del intercambiador de calor. Ademas, el uso de una placa de montaje gruesa conlleva un mayor consumo de material y un mayor coste para el intercambiador de calor.

La necesidad de una placa de montaje gruesa puede ser particularmente pronunciada cuando el intercambiador de calor se monta en un entorno que esta sujeto a vibraciones. Tales vibraciones pueden producirse por ejemplo, cuando el intercambiador de calor de placas se monta en un vehiculo como un coche, camion, autobus, barco o avion. En estos entornos, el diseno del intercambiador de calor de placas en general y el diseno y fijacion de la placa de montaje en particular, necesitan tener en cuenta el riesgo de fallo por fatiga causado por la carga y descarga ciclica de la placa de montaje por las vibraciones. Las tensiones ciclicas en el intercambiador de calor pueden hacer que falle debido a la fatiga, especialmente en las juntas entre placas, incluso si los valores de tension nominal estan muy por debajo del limite de tension de traccion. El riesgo de fallo por fatiga normalmente se trata aumentado mas el grosor de la placa de montaje, lo que hara incluso mas dificil mantener bajo el peso y coste del intercambiador de calor de placas.

La tecnica anterior comprende el documento US2006/0115393, que divulga un intercambiador de calor de placas con dos placas de montaje finas y separadas que estan fijadas por soldadura a una placa terminal incluida en el apilamiento de placas. La placa de montaje respectiva se proyecta mas alla del perimetro del apilamiento de placas para definir bridas de montaje para sujetar el intercambiador de calor de placas.

Los antecedentes de la invencion comprenden ademas el documento WO2011/009412 que divulga un intercambiador de calor de placas con dos placas de montaje separadas, fijadas en el extremo del apilamiento de placas. La forma de la placa de montaje se ajusta al contorno del apilamiento de placas, de manera que el intercambiador de calor de placas no tiene ninguna brida de montaje. En su lugar, el intercambiador de calor se sujeta conectando miembros que se extienden hacia fuera de la respectiva placa de montaje y se reciben en cavidades definidas entre la placa de montaje respectiva y el extremo del apilamiento de placas.

Sumario

Es un objetivo de la invencion superar al menos parcialmente una o mas limitaciones de la tecnica anterior.

Otro objetivo es proporcionar un intercambiador de calor de placas con un peso relativamente bajo y una resistencia relativamente alta cuando se monta en una estructura de soporte externa.

Otro objetivo mas es proporcionar un intercambiador de calor de placas que pueda fabricarse con un bajo coste.

Otro objetivo mas es proporcionar un intercambiador de calor de placas adecuado para su uso en entornos sujetos a vibraciones.

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Uno o mas de estos objetivos, as^ como mas objetivos que pueden aparecer a partir de la siguiente descripcion, se alcanzan al menos parcialmente mediante un intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion independiente, estando las realizaciones del mismo definidas en las reivindicaciones dependientes.

Un primer aspecto de la invencion es un intercambiador de calor de placas, que comprende: una pluralidad de placas de intercambio de calor que estan apiladas y conectadas permanentemente para formar un paquete de placas que define una primera y segunda trayectorias de fluido para un primer medio y un segundo medio, respectivamente, separados por dichas placas de intercambio de calor, definiendo dicho paquete de placas una pared externa circundante que se extiende en una direccion axial entre el primer y segundo extremos axiales; una placa terminal conectada permanentemente a uno del primer y segundo extremos axiales para proporcionar una superficie terminal que se extiende entre el primer y segundo extremos longitudinales en un plano lateral que es ortogonal a la direccion axial; y dos placas de montaje permanentemente conectadas a una porcion de la superficie respectiva de la superficie terminal en el primer extremo longitudinal y en el segundo extremo longitudinal, respectivamente, tal que las placas de montaje estan separadas entre si en una direccion longitudinal en la superficie terminal, en la que la placa de montaje respectiva comprende superficies de acoplamiento planas y opuestas y un borde periferico que forma un perimetro de la placa de montaje. La placa de montaje respectiva se dispone con una de sus superficies de acoplamiento permanentemente conectada a la superficie terminal, en la que el borde periferico se extiende parcialmente mas alla de la periferia exterior de la superficie terminal, para definir una brida de montaje, y se extiende parcialmente a traves de la superficie terminal en contacto con la misma. La placa de montaje tiene un grosor decreciente hacia el borde periferico en regiones de interseccion predefinidas, que estan situadas donde el borde periferico interseca el perimetro de la pared externa circundante, segun se observa en una direccion normal a la superficie terminal.

El intercambiador de calor de placas de la invencion se basa en la percepcion de que la placa de montaje consistente de la tecnica anterior se puede sustituir por dos placas de montaje mas pequenas que estan situadas en un extremo longitudinal respectivo sobre la superficie terminal del paquete de placas para proporcionar una brida de montaje respectiva para el intercambiador de calor. El uso de dos placas de montaje mas pequenas, independientes, puede reducir el peso del intercambiador de calor y tambien su coste de fabricacion, ya que se elimina material en el espacio entre las placas de montaje, debajo de la superficie terminal del paquete de placas. El intercambiador de calor de la invencion se basa ademas en la percepcion de que el uso de dos placas de montaje independientes puede conllevar la concentracion de tension local en el intercambiador de calor, que puede actuar reduciendo la capacidad del intercambiador de calor de mantener cargas y en particular cargas ciclicas. Se ha descubierto que la concentracion de tension se origina en las regiones de interseccion de la placa de montaje. La placa de montaje respectiva se configura por consiguiente con un grosor decreciente hacia el borde periferico en estas regiones de interseccion. De este modo, la placa de montaje es mas fina en regiones limitadas y cerca de su perimetro, segun se observa en la vista en planta hacia la superficie terminal. Esto deriva en una flexibilidad incrementada localmente en el material de la placa de montaje sin reducir significativamente la dureza y rigidez de la placa de montaje en conjunto. La flexibilidad incrementada localmente sirve para distribuir la carga que se transfiere a las placas de montaje, la placa terminal y el paquete de placas a traves de las bridas de montaje. El intercambiador de calor de la invencion puede por consiguiente, disenarse para alcanzar una distribucion mas uniforme de la tension en las placas del intercambiador de calor y en las juntas entre estas placas.

La distribucion de la tension puede controlarse mas optimizando los parametros de diseno del intercambiador de calor en general, y las placas de montaje en particular, por ejemplo de acuerdo con las siguientes realizaciones.

En una realizacion, la region de interseccion respectiva tiene una forma transversal predefinida que conecta las superficies de acoplamiento reduciendo el grosor de la placa de montaje de un primer grosor, dado por la distancia entre las superficies de acoplamiento, a un segundo grosor en el borde periferico. La forma transversal puede comprender una porcion con un grosor continuamente decreciente hacia el borde periferico y puede comprender una porcion concava. En una implementacion, la forma transversal comprende una porcion de esquina que tiene un radio, donde la relacion entre el radio y el primer grosor puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,2-1. Adicionalmente o alternativamente, la forma transversal puede comprender al menos uno de entre un bisel y una pluralidad de escalones.

En una realizacion, el grosor decreciente esta formado mediante rebajes en la placa de montaje respectiva, en la que el rebaje respectivo esta formado para extenderse dentro de cada una de las regiones de interseccion predefinidas entre la superficie de acoplamiento que se orienta en sentido opuesto a la superficie terminal y el borde periferico, segun se observa en la direccion normal de la superficie terminal. El rebaje respectivo puede extenderse a lo largo del borde periferico, segun se observa en la direccion normal a la superficie terminal. Ademas, la placa de montaje puede comprender, entre los rebajes a lo largo del borde periferico, una superficie del borde periferico que une y es esencialmente perpendicular a las superficies de acoplamiento

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opuestas, y los rebajes pueden estar situados a lo largo de un saliente entre la superficie de acoplamiento que se orienta en sentido contrario a la superficie terminal y la superficie del borde periferico.

En una realizacion, el rebaje respectivo define una linea de delimitacion con la superficie de acoplamiento que se orienta en sentido opuesto a la superficie terminal, definiendo dicha linea de delimitacion un punto de interseccion con el perimetro de la pared externa circundante, segun se observa en la direccion normal a la superficie terminal, en la que la tangente de la linea de delimitacion en el punto de interseccion define un angulo a que es superior a 0°, y preferiblemente es de al menos 1°, 5°, o 10°, a una direccion transversal, que es ortogonal a la direccion longitudinal, en el plano de la placa de montaje. Ademas, el rebaje puede tener esencialmente la misma forma transversal, segun se observa en angulo recto a la linea de delimitacion, a lo largo de la linea de delimitacion. Alternativamente o adicionalmente, la linea de delimitacion puede comprender o ser una linea esencialmente recta que define dicha tangente.

En una realizacion, el rebaje respectivo se extiende desde la region de interseccion hacia dentro de la brida de montaje.

En una realizacion, la placa terminal es una placa de sellado que esta conectada permanentemente y formando un sello, a una de las placas del intercambiador de calor en uno de dichos primer y segundo extremos axiales.

En una realizacion alternativa, la placa terminal es una placa de refuerzo que esta conectada permanentemente a una placa de sellado en el paquete de placas, en el que la placa terminal tiene al menos dos bridas de soporte que se extienden mas alla del perimetro de la pared externa circundante para apoyarse sobre la brida de montaje definida por la placa de montaje respectiva. Ademas, la placa terminal puede comprender, a lo largo de su perimetro tal y como se observa en la direccion normal de la superficie terminal, superficies concavas o biseladas adyacentes a las bridas de soporte, en las que las superficies concavas o biseladas pueden situarse para solapar el borde periferico de la placa de montaje respectiva en la proximidad de las regiones de interseccion, y la superficie concava o biselada respectiva puede no ser perpendicular al borde periferico en el solapamiento, segun se observa en la direccion normal a la superficie terminal.

En una realizacion, al menos una de las placas de montaje define al menos un agujero pasante que se extiende entre las superficies de acoplamiento y esta alineado con un agujero pasante correspondiente definido en la placa terminal y un canal interno definido en el paquete de placas, para formar una entrada o una salida para el primer o segundo medio.

En una realizacion, la brida de montaje comprende una pluralidad de agujeros de montaje adaptados para recibir pernos o pasadores para sujetar el intercambiador de calor de placas.

En una realizacion, las placas del intercambiador de calor estan unidas permanentemente entre si a traves de materiales metalicos fundidos.

Otros objetivos, caracteristicas, aspectos y ventajas adicionales de la presente invencion resultaran evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada, de las reivindicaciones adjuntas, asi como de los dibujos.

Breve descripcion de los dibujos

Las realizaciones de la invencion se describiran a continuacion en mas detalle con referencia a los dibujos esquematicos que la acompanan.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de placas segun una realizacion de la invencion.

La Fig.2 es una vista inferior en planta del intercambiador de calor de placas de la Fig. 1.

Las Figs. 3A-3B son vistas en perspectiva desde dos direcciones de una placa de montaje incluida en el intercambiador de calor de placas de la Fig. 1.

La Fig. 4 es una vista inferior en planta de la placa de montaje de las Figs. 3A-3B.

La Fig. 5 es una vista en seccion a lo largo de la linea A1-A1 de la Fig. 4.

La Fig. 6A es una vista ampliada de una porcion de la Fig.1 para ilustrar una union entre la placa de montaje, una placa de refuerzo y una placa de sellado en el intercambiador de calor de placas, la Fig. 6B es una vista inferior en planta de un intercambiador de calor de placas que tiene placas de montaje con un grosor uniforme alrededor de sus perimetros, y la Fig. 6C es una vista ampliada de una union entre una placa de montaje y una placa terminal en el intercambiador de calor de placas de la Fig. 6B.

La Fig. 7 es una vista en perspectiva de una placa de sellado incluida en el intercambiador de calor de placas de la Fig. 1.

La Fig. 8 es una vista en perspectiva de una placa de refuerzo incluida en el intercambiador de calor de placas de la Fig. 1.

Las Figs. 9A-9B son vistas en perspectiva y vistas inferiores en planta de una primera configuracion alternativa de una placa de montaje rebajada, las Figs. 9C-9D son vistas en perspectiva y vistas inferiores

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en planta de una segunda configuracion alternativa de una placa de montaje rebajada, las Figs. 9E-9F son vistas en perspectiva y vistas inferiores en planta de una tercera configuracion alternativa de una placa de montaje rebajada, y la Fig. 9G es una vista en perspectiva de una cuarta configuracion alternativa de una placa de montaje rebajada.

Las Figs. 10A-10C ilustran, en seccion transversal, configuraciones alternativas para proporcionar un grosor periferico reducido de una placa de montaje en el intercambiador de calor de placas de la Fig. 1.

Descripcion detallada de los ejemplos de realizacion

Las realizaciones de la presente invencion se refieren a configuraciones de una estructura de montaje en un intercambiador de calor de placas. Los elementos correspondientes se han designado con los mismos numeros de referencia.

Las Figs. 1-2 divulgan una realizacion de un intercambiador de calor de placas 1 segun la invencion. El intercambiador de calor de placas 1 comprende una pluralidad de placas que estan apiladas una encima de otra para formar un paquete de placas 2. El paquete de placas 2 puede ser de cualquier diseno convencional. Generalmente el paquete de placas 2 comprende una pluralidad de placas de intercambiador de calor 3 con porciones corrugadas de transferencia de calor que definen pasos de flujo (canales internos) para un primer y segundo fluido entre las placas del intercambiador de calor 3 de manera que se transfiere el calor a traves de las porciones de transferencia de calor de un fluido al otro. Las placas del intercambiador de calor 3 pueden ser de pared sencilla o de pared doble. Las placas del intercambiador de calor 3 estan solo indicadas esquematicamente en la Fig. 1, puesto que son bien conocidas para los expertos en la materia y su configuracion no es esencial para la presente invencion. El paquete de placas 2 tiene la forma general de un ortoedro rectangular, aunque con esquinas redondeadas. Otras formas son concebibles. Generalmente, el paquete de placas 2 define una pared externa circundante 4 que se extiende en una altura o direccion axial A entre un extremo axial superior y un extremo axial inferior. La pared 4 tiene un perimetro o contorno dado en su extremo axial inferior. En el ejemplo ilustrado, la pared 4 tiene esencialmente el mismo contorno a lo largo de su extension en la direccion axial A. El extremo axial inferior del paquete de placas 2 comprende o esta provisto de una superficie terminal 5 esencialmente plana (Fig. 2), que puede pero no necesariamente tiene que ajustarse al contorno de la pared 4 en el extremo axial inferior. La superficie terminal 5 se extiende en un plano lateral. Generalmente, el paquete de placas 2, y la superficie terminal 5, se extienden entre dos extremos longitudinales en una direccion longitudinal L y entre dos extremos transversales en una direccion transversal T

(Fig. 2).

Aunque no se muestra en los dibujos, las placas de transferencia de calor 3 tienen en sus partes de esquina, aberturas pasantes, que forman canales de entrada y canales de salida en comunicacion con los canales de flujo para el primer fluido y el segundo fluido. Estos canales de entrada y salida desembocan en la superficie terminal 5 del paquete de placas 2 para definir portillas independientes de entrada y salida del primer y segundo fluidos, respectivamente. En el ejemplo ilustrado, la superficie terminal 5 tiene cuatro portillas 6 (Fig. 2).

El paquete de placas 2 esta conectado permanentemente a dos placas de montaje 7 identicas (en este ejemplo), que estan dispuestas sobre una porcion terminal respectiva de la superficie terminal 5. Las placas de montaje 7 estan separadas de este modo en la direccion longitudinal L, dejando un espacio libre de material debajo de la porcion central del paquete de placas 2. Comparado con el uso de una unica placa de montaje que se extiende debajo de todo el paquete de placas 2, la configuracion ilustrada ahorra peso y material del intercambiador de calor 1, y de ese modo tambien coste. Cada placa de montaje 7 tiene dos agujeros pasantes 8 que se hacen coincidir con un par de portillas 6 respectivas del paquete de placas 2 para definir puertos de entrada y salida del intercambiador de calor 1. Las placas de montaje 7 estan configuradas para fijar el intercambiador de calor 1 a una estructura externa de suspension (no mostrada) tal que los puertos de entrada y de salida coincidan con puertos de suministro correspondientes para el primer y segundo medio en la estructura externa. Opcionalmente, uno o mas sellos (no mostrados) pueden proporcionarse en la interfaz entre la placa de montaje 7 y la estructura externa.

Cada placa de montaje 7 define una brida de montaje 9 que se proyecta desde la pared 4 y se extiende alrededor del extremo longitudinal del paquete de placas 2. Los orificios 10 estan provistos en la brida de montaje 9 como medio de sujecion del intercambiador de calor 1 a la estructura externa. Sujeciones roscadas o pernos, por ejemplo, pueden introducirse en los orificios 10 para acoplarse con los orificios correspondientes en la estructura externa.

El paquete de placas 2 y las placas de montaje 7 estan hechos de metal, tal como acero inoxidable o aluminio. Todas las placas del intercambiador de calor 1 estan conectadas permanentemente unas a otras, preferiblemente a traves de material metalico fundido, como soldadura fuerte, soldadura blanda o una combinacion de soldadura fuerte y soldadura blanda. Las placas del paquete de placas 2 pueden estar alternativamente conectas permanentemente por encolado.

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Las placas de montaje 7 estan dimensionadas, con respecto al material, grosor y extension en las direcciones longitudinal y transversal, para tener una resistencia y rigidez adecuadas a la carga estatica que se aplica a las placas de montaje 7 cuando estan sujetas a la estructura externa. La carga estatica, que tiende a deformar las placas de montaje 7, puede originarse en una combinacion del peso del intercambiador de calor 1, la presion interna aplicada por los medios en el intercambiador de calor 1 y transferida a las placas de montaje 7, y las fuerzas de compresion aplicadas a las placas de montaje 7, por ejemplo en los sellos mencionados anteriormente, a traves de sujeciones y orificios 10. Esta carga estatica tiene a deformar las placas de montaje 7. Como se ve en las Figs. 1-2, las placas de montaje 7 generalmente estan disenadas para tener un grosor significativo. Como ejemplo no limitativo, el grosor puede ser de 15-40 mm. El fondo del paquete de placas 2, por otra parte, normalmente esta hecho de un material mucho mas fino.

Si el intercambiador de calor 1 se instala en un entorno donde las vibraciones se transfieren a la placa de montaje 7 a traves de la estructura externa, el intercambiador de calor 1 tambien necesita estar disenado para tener en cuenta las tensiones mecanicas causadas por la carga ciclica de las vibraciones, es decir, tensiones dclicas. Por ejemplo, tales vibraciones se producen en los intercambiadores de calor que se montan en vehiculos, tales como coches, camiones y barcos. En un ejemplo no limitativo, el intercambiador de calor 1 es un enfriador de aceite para un motor. Cuando las presiones ciclicas se aplican a un material, aunque las tensiones no causen deformacion plastica, el material puede fallar debido a la fatiga, especialmente en regiones locales con alta concentracion de tensiones. El uso de placas de montaje gruesas y rigidas 7 conectadas a un paquete de placas 2 con un fondo relativamente fino es probable que conlleve altas concentraciones de tension dclica en la interfaz entre las placas de montaje 7 y el paquete de placas 2, y posiblemente tambien dentro del paquete de placas 2.

Las realizaciones de la presente invencion estan disenadas para contrarrestar la concentracion de tension que puede conllevar un fallo por fatiga. Para este fin, generalmente las placas de montaje 7 estan disenadas con un grosor reducido de la placa de montaje 7 en las regiones de interseccion seleccionadas 11, que estan situadas en y alrededor del punto donde el perimetro de la placa de montaje 7 interseca el perimetro de la pared 4 del paquete de placas 2, como se observa en la vista en planta (Fig. 2). Tal y como se usa en este documento, el “perimetro” designa el contorno exterior. El perimetro de la placa de montaje 7, segun se observa en la direccion normal a la superficie terminal 5, tambien denominado “borde periferico” en este documento. Espedficamente, cada region de interseccion 11 incluye el punto de interseccion y abarca un area donde la placa de montaje 7 se solapa y esta unida al paquete de placas 2. El intercambiador de calor 1 de las Figs. 1-2 tiene cuatro regiones de interseccion 11, que estan indicadas aproximadamente por lineas e trazos discontinuos en la Fig. 2. Las regiones de interseccion 11 normalmente se extienden aproximadamente 5-20 mm desde el punto de interseccion en el plano de la placa de montaje 7. Al adelgazar la placa de montaje 7 en las regiones de interseccion 11, se obtiene una flexibilidad aumentada localmente en cada una de tales regiones 11 sin perjudicar significativamente la rigidez de la placa de montaje 7 en conjunto. La flexibilidad resulta en una transferencia de carga favorable en la interfaz entre la placa de montaje 7 y el paquete de placas 2.

Las Figs. 3A, 3B y 4 ilustran una placa de montaje 7 en mas detalle. La placa de montaje 7 tiene una forma generalmente alargada con partes de esquina redondeadas, segun se observa en la vista en planta. La placa de montaje 7 tiene superficies inferior y superior 12, 13 esencialmente planas, donde la superficie superior 12 forma una superficie de acoplamiento para estar permanentemente conectada a la superficie terminal 5 sobre el paquete de placas 2, y la superficie inferior 13 forma una superficie de acoplamiento para aplicarse y fijarse a la estructura externa de soporte. Los agujeros pasantes 8 y orificios 10 estan formados para extenderse entre las superficies superior e interior 12, 13. En el perimetro de la placa de montaje 7, las superficies superior e inferior estan conectadas por una superficie del borde periferico 14. La superficie del borde 14 es esencialmente plana y en angulo recto con las superficies superior e interior 12, 13 excepto por dos rebajes 15 alargados o cortes que estan formados en dos partes de esquina de la placa de montaje 7. Los rebajes 15 resultan en una reduccion local y gradual del grosor de la placa de montaje 7 hacia su perimetro en las partes de esquina. Como se ve en la Fig. 2, los rebajes 15 estan provistos en la placa de montaje 7 de manera que se solapan con la pared 4 que define el perimetro del paquete de placas 2. En otras palabras, los rebajes 15 estan dispuestos para incrementar localmente la flexibilidad de la placa de montaje 7 en una region de interseccion 11 respectiva.

En las realizaciones ilustradas, el rebaje 15 respectivo se alarga y extiende a traves de toda la porcion de esquina redondeada de la placa de montaje 7. El rebaje 15 se extiende esencialmente paralelo a la superficie superior 12 y define una linea de corte lineal o linea de delimitacion 16 sobre la superficie inferior 13, como se muestra en la Fig. 4. La linea de corte 16 define un angulo a a la direccion transversal T del paquete de placas 2. El presente solicitante ha descubierto que tanto la extension del rebaje 15 como el angulo a pueden optimizarse para obtener una distribucion deseada de tension en la interfaz entre la placa de montaje 7 y el paquete de placas 2. Espedficamente, podria ser ventajoso que el rebaje 15 se extendiera fuera del perimetro del paquete de placas 2, es decir, hacia dentro de la brida de montaje 9 (Fig. 1). Ademas, podria ser ventajoso que el angulo a fuera superior a 0°. Actualmente se cree que la distribucion de tension mejora con el incremento del angulo a, hasta un angulo de 90°. Sin embargo, el angulo puede estar limitado por otras

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consideraciones de diseno, y en la practica el angulo a puede ser al menos 1°, al menos 5°, o al menos 10°. Cabe destacar que la colocacion de los orificios 10 debe ser fija si estos han de corresponderse con los correspondientes orificios, pernos, pasadores u otras sujeciones en la estructura externa. En una situacion tal, podria ser necesario disenar la placa de montaje 7 con una anchura b incrementada en la direccion longitudinal L para poder acomodar un rebaje 15 con una extension y un angulo dados mientras se deja suficiente material entre el rebaje 15 y el orificio 10 mas cercano. Como se muestra en la Fig. 4, el rebaje 15 forma un angulo para dejar una distancia d en el plano de la placa de montaje 7 entre la linea de corte 16 y el centro del orificio mas cercano 10.

Cabe destacar que el rebaje 15 no necesita definir una linea de corte lineal 16 con la superficie inferior 13. Las Figs. 9A-9B ilustran parte de un intercambiador de calor con un rebaje mas pequeno 15 en la placa de montaje 7. El rebaje 15 define una linea de corte curva 16 en la superficie inferior 13 y se extiende aproximadamente solo hasta la mitad de la porcion de esquina de la placa de montaje 7. El angulo a esta definido respecto al punto de interseccion (marcado por un punto negro) entre la pared circundante 4 y la linea de corte 16, segun se observa desde el fondo del intercambiador de calor. En la Fig. 9B, la pared circundante 4 esta parcialmente oculta detras de la placa de montaje 7 y la localizacion de la pared 4 viene indicada por una linea de puntos. El angulo a esta definido como el angulo, en el plano de la placa de montaje 7, entre la direccion transversal T y la tangente de la linea de corte 16 en el punto de interseccion. Como se ha destacado anteriormente, este angulo a es un parametro de diseno que puede establecerse para ser superior a 0°, y preferiblemente ser al menos 1°, 5° o 10°. Esta definicion y eleccion del angulo a es aplicable a todas las realizaciones mostradas en este documento.

Las Figs. 9C-9D ilustran una variante en la que el rebaje 15 define una linea de corte 16 con una porcion lineal central delimitada por partes terminales curvadas. La porcion lineal central hace que el rebaje se extienda mas por debajo del paquete de placas 2.

Las Figs. 9E-9F ilustran otra implementacion en la que la placa de montaje 7 tiene una anchura menor (vease B en la Fig. 4). Comparado con la placa de montaje 7 de las Figs. 9A-9D, hay menos material alrededor del orificio 10 mas cercano, y el rebaje 15 no puede extenderse hacia dentro de la porcion de esquina. El rebaje 15 define una linea de corte 16 con una porcion lineal que se extiende por debajo del paquete de placas 2 y una porcion terminal curva en la brida de montaje 9.

Aunque todos los ejemplos ilustrados implican rebajes 15 que se extienden hacia dentro de la brida de montaje 9, podria ser posible obtener una distribucion suficiente de la tension confinando los rebajes 15 completamente dentro del perimetro de la pared 4. Tambien se puede concebir que los rebajes 15 sean mucho mas largos para extenderse no solo por la brida de montaje 9 sino tambien mas lejos por debajo del paquete de placas 2. Los dos rebajes 15 pueden incluso unirse debajo del paquete de placas 2. Una realizacion de este tipo se muestra en la Fig. 9G. Sin embargo, un rebaje 15 que se extienda significativamente por debajo del paquete de placas 2 puede reducir la resistencia de la placa de montaje 7 sin contribuir significativamente a una distribucion mas uniforme de la tension.

La placa de montaje 7 puede estar inicialmente fabricada con una superficie de borde 14 consistente por ejemplo, plana y en angulo recto, como se muestra en las Figs. 3A-3B, y los rebajes 15 pueden proporcionarse retirando localmente una porcion respectiva alrededor del saliente entre la superficie inferior 13 y la superficie del borde 14. Los rebajes 15 pueden formarse por mecanizado, por ejemplo, fresado, desbaste, perforacion o taladrado.

Volviendo a la Fig. 4, el rebaje 15 respectivo esta formado con una seccion transversal que es generalmente ahusada hacia el perimetro de la placa de montaje 7. La Fig. 5, que esta tomada a lo largo de la linea A1-A1 de la Fig. 4, muestra la seccion transversal de la placa de montaje 7 en la ubicacion del rebaje 15. Como se observa, el rebaje 15 define una transicion 20 de un mayor grosor t1 de la placa de montaje a un menor grosor t2 en el borde periferico. La transicion 20 es generalmente concava y tiene una porcion de esquina interior curva. En este ejemplo, la porcion de esquina interior esta rodeada de porciones esencialmente rectas. La porcion de esquina interior esta formada como una curva circular con un radio predefinido R. Los calculos indican que la relacion del radio R sobre el mayor grosor t1 puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,2-1,0 para obtener resultados deseables. La seccion transversal de la Fig. 5 esta tomada en angulos rectos a la linea de corte 16. Para facilitar la fabricacion y/o estimacion de la distribucion de la tension (inferior), la seccion transversal en angulos rectos a la linea de corte 16 puede (pero no necesariamente) ser la misma a lo largo del rebaje 15, es decir, a lo largo de la linea de corte 16. Esto es aplicable a todos los ejemplos de rebajes mostrados en este documento, y asi la Fig. 5 tambien puede ilustrar la seccion transversal a lo largo de la linea C de las Fig. 9B, la Fig. 9D y la Fig. 9F.

El intercambiador de calor 1 de la Fig. 1 comprende algunas caracteristicas adicionales que pueden servir para mejorar la estabilidad y durabilidad. La Fig. 6A muestra la union entre la placa de montaje 7 y el paquete de placas 2 en mayor detalle y esta tomada dentro del rectangulo en trazos discontinuos 6A de la Fig. 1. En este ejemplo, una placa de sellado 21 esta conectada al apilamiento de placas del intercambiador de calor para

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definir una superficie inferior del paquete de placas 2. La placa de sellado, como se muestra en la Fig. 7, es generalmente plana y tiene agujeros pasantes 22 en sus esquinas para coincidir con los correspondientes agujeros pasantes del intercambiador de placas 3. El perimetro de la placa de sellado 21 esta doblado hacia arriba para formar una brida circundante 23 que esta adaptada para apoyarse sobre y fijarse a una brida correspondiente de un intercambiador de calor de placas superpuesto, como se conoce en la tecnica. De este modo, el perimetro de la placa de sellado 21 se ajusta en general al perimetro de la pared circundante 4, aunque la brida circundante 21 puede proyectarse ligeramente mas alla del perimetro de la pared circundante 4 que definen las placas del intercambiador de calor. En ciertas realizaciones, las placas de montaje 7 pueden fijarse directamente a la placa de sellado 21. En tales realizaciones, la placa de sellado 21 es una placa terminal que define la superficie terminal 5.

Sin embargo, en la realizacion ilustrada, una placa adicional 24 se fija entre la placa de sellado 21 y la placa de montaje 7 con el proposito de reforzar la superficie inferior del paquete de placas 2. De este modo, la superficie terminal 5 esta definida por este refuerzo adicional o placa de soporte 24. El uso de tal placa de refuerzo 24 puede ser ventajoso cuando la presion de trabajo de uno o ambos de los medios transmitida a traves del intercambiador de calor 1 es alta o cuando la presion de trabajo para uno o ambos de los medios varia con el tiempo. La placa de refuerzo 24, que se muestra en mayor detalle en la Fig. 8, tiene un grosor uniforme y define agujeros pasantes 25 que coinciden con las portillas en el paquete de placas 2. El perimetro de la placa de refuerzo 24 puede estar esencialmente nivelado con el perimetro de la placa de sellado 21 o el perimetro de la pared 4 del paquete de placas 2. Sin embargo, en el ejemplo ilustrado, la placa de refuerzo 24 esta adaptada para proyectarse localmente desde el perimetro de la pared 4 y por tanto del perimetro de la placa de sellado 21. Especificamente, la placa de refuerzo 24 esta provista de recortes 26 que estan situados para extenderse en la direccion longitudinal entre las regiones de interseccion 11 en un lado transversal respectivo del paquete de placas 2 para estar esencialmente nivelado con la pared axial 4. De ese modo, los puntos del extremo longitudinal de los recortes 36 definen una transicion respectiva 27 a una porcion de pestana proyectante 28, donde las transiciones 27 estan situadas para solapar el perimetro de la placa de montaje 7 a proximidad de las regiones de interseccion 11 y estan conformadas para no ser perpendiculares al perimetro de la placa de montaje 7 en el solapamiento, segun se observa en una direccion hacia el fondo del intercambiador de calor 1. Esta configuracion de la placa de refuerzo 24 disminuira localmente la tension en la placa de refuerzo 24 junto a las regiones de interseccion 11. Las transiciones 27 pueden formar por ejemplo un bisel o una curva desde el recorte 26 hasta la pestana 28. En el ejemplo ilustrado, vease la Fig. 6A, la porcion de pestana 28 sobresale del paquete de placas 2 para extenderse esencialmente junto con y apoyarse contra una placa de montaje 7 respectiva. Se ha descubierto que esto resulta en una distribucion favorable de la tension entre la placa de montaje 7, la placa de refuerzo 24 y la placa de sellado 21 especialmente en las esquinas del paquete de placas 2. Tambien incrementara la resistencia de la union entre la placa de refuerzo 24 y la placa de montaje 7 debido al aumento del area de contacto entre las mismas. En una implementacion alternativa, no mostrada, la placa de refuerzo 24 se proyecta del paquete de placas 2 alrededor de todo su perimetro excepto por pequenas muescas que estan situadas en las proximidades de las regiones de interseccion 11 para proporcionar transiciones 27 que esten adecuadamente conformadas para no ser perpendiculares al perimetro de la placa de montaje 7.

El diseno de la placa de montaje 7, y la placa de refuerzo 24 si hay una, puede optimizarse basandose en los principios generales esbozados anteriormente, simulando la distribucion de la tensiones en la estructura del intercambiador de calor. Tales simulaciones pueden servir para adaptar uno o mas de los grosores t1 de las placas de montaje 7, la anchura b de las placas de montaje 7, la seccion transversal del rebaje 15, la extension del rebaje 15, y el angulo a del rebaje 15. Las simulaciones pueden basarse en cualquier tecnica conocida para aproximaciones numericas de la tension, tales como el metodo de elementos finitos, el metodo de las diferencias finitas, y el metodo de elementos de frontera.

Una simulacion de la distribucion de la tension dentro de la estructura de la Fig. 6A, para una condicion de carga de vibracion especifica, indica que las tensiones estan bien distribuidas sin ningun pico significativo en la interfaz entre la placa de montaje 7 y la placa de refuerzo 24, a lo largo de la flecha L1, con un valor de tension maxima de aproximadamente 65 N/mm2 (MPa). La simulacion tambien indica una magnitud y distribucion de tension correspondiente en la interfaz entre la placa de refuerzo 24 y la placa de sellado 21, a lo largo de la flecha L2. A fines comparativos, la distribucion de la tension tambien se ha simulado, para la misma condicion de carga de vibracion; dentro de un intercambiador de calor provisto de una placa de montaje 7 sin ningun rebaje en las regiones de interseccion. Este intercambiador de calor 1 se muestra en la vista inferior en planta de la Fig. 6B. Como se observa, la placa de montaje 7 respectiva tiene un grosor uniforme por todas su extension, tambien donde el perimetro de la placa de montaje 7 interseca el perimetro de la pared 4 del paquete de placas 2. En este ejemplo, la placa de refuerzo 24 tiene la misma extension que la placa de sellado 21. La Fig. 6C es una vista en perspectiva aumentada de la region de interseccion. La simulacion indico una concentracion de tension significativa en la union de la placa de montaje 7 y la placa de refuerzo 24, con un valor de tension maxima de aproximadamente 310 N/mm2 en la region l3.

Aunque la invencion se ha descrito en conexion con las realizaciones que actualmente se consideran mas practicas y preferentes, se debe entender que la invencion no esta limitada a las realizaciones divulgadas, sino

por el contrario, pretende cubrir varias modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas en el espmtu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, la seccion transversal de los rebajes 15 puede desviarse de la mostrada en la Fig. 5. Una seccion 5 transversal alternativa se muestra en la Fig. 10A, donde el rebaje 15 esta formado como un bisel 30 que se

extiende linealmente de la superficie inferior 13 a la superficie superior 12, para producir un borde periferico puntiagudo. En la Fig. 10B, la seccion transversal esta formada como un bisel 30 que se extiende linealmente de la superficie inferior 13 a una ubicacion hacia dentro del borde periferico para producir un borde distal 41 de grosor uniforme. En la Fig. 10C, el rebaje esta formado como una secuencia de multiples escalones 32 hacia el 10 borde periferico. Aunque no se muestra en la Fig. 10C, cada escalon 32 puede estar provisto de una porcion de esquina interior redondeada, similar a la seccion transversal de la Fig. 5.

Como se ha utilizado en este documento, “superior”, “inferior”, “vertical”, “horizontal”, etc. se refieren meramente a direcciones en los dibujos y no implican ninguna posicion particular del intercambiador de calor 1. 15 Tampoco esta terminologia implica que las placas de montaje 7 necesiten estar dispuestas en cualquier

extremo particular del paquete de placas 2. Volviendo a la Fig. 1, las placas de montaje pueden estar dispuestas alternativamente en el extremo axial superior del paquete de placas 2 y pueden estar conectadas permanentemente o bien a una placa de sellado o a una placa de refuerzo superpuesta a la placa de sellado. Ademas, las placas de montaje 7 pueden estar dispuestas en un extremo del paquete de placas 2 que carece 20 de portillas o sobre el que cada una o al menos una portilla 6 este situada entre las placas de montaje 7.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor de placas, que comprende:

o una pluralidad de placas de intercambiador de calor (3) que estan apiladas y permanentemente conectadas para formar un paquete de placas (2) que define una primera y una segunda trayectorias de fluido para un primer medio y un segundo medio, respectivamente, separados por dichas placas de intercambio de calor (3), definiendo dicho paquete de placas (2) una pared externa circundante (4) que se extiende en una direccion axial (A) entre un primer y un segundo extremos axiales,

o una placa terminal (21,24) permanentemente conectada a uno del primer y del segundo extremos axiales para proporcionar una superficie terminal (5) que se extiende entre un primer y un segundo extremos longitudinales en un plano lateral que es ortogonal a la direccion axial (A), y

o dos placas de montaje (7) permanentemente conectadas a una porcion superficial respectiva de la superficie terminal (5) en el primer extremo longitudinal y el segundo extremo longitudinal, respectivamente, de manera que las placas de montaje (7) estan espaciadas entre si en una direccion longitudinal (L) en la superficie terminal (5) en donde la placa de montaje (7) respectiva comprende superficies de acoplamiento planas opuestas (12, 13) y un borde periferico que forma un perimetro de la placa de montaje (7),

o en donde la placa de montaje (7) respectiva esta dispuesta con una de sus superficies de acoplamiento (12, 13) permanentemente conectada a la superficie terminal (5), en donde el borde periferico se extiende parcialmente mas alla de la periferia exterior de la superficie terminal (5) para definir una brida de montaje (9), y se extiende parcialmente a traves de la superficie terminal (5) en contacto con la misma, o en donde la placa de montaje (7) respectiva comprende regiones de interseccion (11) que se situan donde el borde periferico interseca el perimetro de la pared externa circundante (4) segun se observa en una direccion normal a la superficie terminal (5),

caracterizado por que regiones de interseccion (11) predefinidas de dichas regiones de interseccion (11) tienen un grosor decreciente hacia el borde periferico.
2. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 1, en el que la region de interseccion (11) respectiva tiene una forma transversal predefinida que conecta las superficies de acoplamiento (12, 13), reduciendo el grosor de la placa de montaje (7) de un primer grosor (t1), 30 dado por la distancia entre las superficies de acoplamiento (12, 13), a un segundo grosor (t2) en el borde periferico.
3. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 2, en el que la forma transversal comprende una porcion con grosores continuamente decrecientes hacia el borde periferico.
4. El intercambiador de calor de placas segun las reivindicaciones 2 o 3, en el que la forma transversal comprende una porcion concava.
5. El intercambiador de calor de placas segun las reivindicaciones 2, 3 o 4, en el que la forma transversal comprende una porcion de la esquina que tiene un radio (R).
6. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 5, en el que la relacion entre el radio (R) y el primer grosor (t1) esta en el intervalo de aproximadamente 0,2-1.
7. El intercambiador de calor de placas segun una cualquiera de las reivindicaciones 2-6, en el que la forma transversal comprende al menos uno de entre un bisel (30) y una pluralidad de escalones (32).
8. El intercambiador de calor de placas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el grosor decreciente esta formado por rebajes (15) en la placa de montaje (7) respectiva, en donde el rebaje (15) respectivo se forma para extenderse dentro de cada una de las regiones de interseccion (11) predefinidas entre la superficie de acoplamiento (13) que se orienta en sentido opuesto a la superficie terminal (5) y el borde periferico, como se observa en la direccion normal a la superficie terminal (5).
9. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 8, en el que el rebaje (15) respectivo se extiende a lo largo del borde periferico, segun se observa en la direccion normal a la superficie terminal (5)
10. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 9, en el que la placa de montaje (7), entre los rebajes (15) a lo largo del borde periferico, comprende una superficie de borde periferico (14) que une y es esencialmente perpendicular a las superficies de acoplamiento (12, 13) opuestas, y en las que los rebajes (15) estan situados a lo largo de un saliente entre la superficie de acoplamiento (12) que se orienta en sentido opuesto a la superficie terminal (5) y la superficie de borde periferico (14).
11. El intercambiador de calor de placas segun las reivindicaciones 8, 9 o 10, en el que el rebaje (15) respectivo define una linea de delimitacion (16) de la superficie de sujecion (13) que esta orientada en sentido opuesto a la

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superficie terminal (5), definiendo dicha lmea de delimitacion (16) un punto de interseccion con el perimetro de la pared externa circundante (4), segun se observa en la direction normal a la superficie terminal (5), en donde la tangente de la linea de delimitacion (16) define en el punto de interseccion un angulo a superior a 0°, y que preferiblemente es de al menos 1°, 5° o 10°, a una direccion transversal (T), que es ortogonal a la direccion longitudinal (L), en el plano de la placa de montaje (7).
12. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 11, en el que el rebaje (15) tiene esencialmente la misma forma transversal, segun se observa en angulos rectos a la linea de delimitacion (16), a lo largo de la linea de delimitacion (16).
13. El intercambiador de calor de placas segun las reivindicaciones 11 o 12, en el que la linea de delimitacion (16) comprende una linea esencialmente recta que define dicha tangente.
14. El intercambiador de calor de placas segun las reivindicaciones 11, 12 o 13, en el que la linea de delimitacion (16) es una linea esencialmente recta.
15. El intercambiador de calor de placas segun una cualquiera de las reivindicaciones 8-14, en el que el rebaje (15) respectivo se extiende desde la region de interseccion (11) hacia dentro de la brida de montaje (9).
16. El intercambiador de calor de placas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la placa terminal (21) es una placa de sellado que esta conectada permanentemente y formando un sello con una de las placas del intercambiador de calor (3) en uno de dichos primer y segundo extremos axiales.
17. El intercambiador de calor de placas segun una cualquiera de las reivindicaciones 1-15, en el que la placa terminal (24) es una placa de refuerzo (24) que esta conectada permanentemente a una placa de sellado (21) en el paquete de placas (2), en donde la placa terminal (24) tiene al menos dos bridas de soporte (28) que se extienden mas alla del perimetro de la pared externa circundante (4) para apoyarse sobre la brida de montaje (9) definida por la placa de montaje (7) respectiva.
18. El intercambiador de calor de placas segun la reivindicacion 17, en el que la placa terminal (24) comprende, a lo largo de su perimetro y como se observa en la direccion normal de la superficie terminal (5), superficies concavas o biseladas (27) adyacentes a las bridas de soporte (28), en donde las superficies concavas o biseladas (27) estan situadas para solapar el borde periferico de la placa de montaje (7) respectiva en la proximidad de las regiones de interseccion (11), y en donde la superficie concava o biselada (27) respectiva no es perpendicular al borde periferico en el solapamiento, segun se observa en la direccion normal a la superficie terminal (5).
19. El intercambiador de calor de placas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una de las placas de montaje (7) define al menos un agujero pasante (8) que se extiende entre las superficies de acoplamiento (12, 13) y se alinea con un agujero pasante (22, 25) correspondiente definido en la placa terminal (21, 24) y un canal interno definido en el paquete de placas (2), para formar una entrada o una salida para el primer o el segundo medios.
20. El intercambiador de calor de placas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la brida de montaje (9) comprende una pluralidad de agujeros de montaje (10) adaptados para recibir pernos o pasadores para sujetar el intercambiador de calor de placas.
21. El intercambiador de calor de placas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las placas del intercambiador de calor (3) estan permanentemente unidas entre si a traves de material metalico fundido.