BR112021006971B1 - Placa de transferência de calor - Google Patents

Abstract

PLACA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR. É provida uma placa de transferência de calor (2a). Compreende uma primeira porção de extremidade (8), uma segunda porção de extremidade (16) e uma porção central (24) arranjada em sucessão ao longo de um eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a). A porção central (24) compreende uma área de transferência de calor (26) provida com um padrão de transferência de calor que compreende cristas de suporte (60) e vales de suporte (62). As cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) estendem-se longitudinalmente em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a). As cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) são alternadamente arranjados ao longo de um número = x de linhas retas longitudinais imaginárias separadas (64) se estendendo em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a) e ao longo de um número de linhas retas transversais imaginárias separadas (66) se estendendo perpendicularmente ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a). O padrão de transferência de calor compreende adicionalmente cristas de turbulência (68) e vales de turbulência (70). A placa de transferência de calor (2a) é distinguida por pelo menos uma pluralidade das cristas (...).

Description

Campo técnico

[001] A invenção refere-se a uma placa de transferência de calor e seu projeto.

Fundamentos da técnica

[002] Trocadores de calor de placas, PHEs, normalmente consistem em duas placas de extremidade entre as quais várias placas de transferência de calor são arranjadas alinhadas em uma pilha ou pacote. As placas de transferência de calor de um PHE podem ser do mesmo tipo ou de tipos diferentes e podem ser empilhadas de maneiras diferentes. Em alguns PHEs, as placas de transferência de calor são empilhadas com o lado frontal e o lado traseiro de uma placa de transferência de calor voltados para o lado traseiro e o lado frontal, respectivamente, de outras placas de transferência de calor, e todas as outras placas de transferência de calor viradas de cabeça para baixo em relação ao resto das placas de transferência de calor. Normalmente, isso é referido como as placas de transferência de calor sendo “rotacionadas” em relação umas às outras. Em outros PHEs, as placas de transferência de calor são empilhadas com o lado frontal e o lado traseiro de uma placa de transferência de calor voltados para o lado frontal e o lado traseiro, respectivamente, de outras placas de transferência de calor, e todas as outras placas de transferência de calor viradas de cabeça para baixo em relação ao resto das placas de transferência de calor. Normalmente, isso é referido como as placas de transferência de calor sendo “viradas” em relação umas às outras. Em ainda outros PHEs, as placas de transferência de calor são empilhadas com o lado frontal e o lado traseiro de uma placa de transferência de calor voltados para o lado frontal e o lado traseiro, respectivamente, de outras placas de transferência de calor, sem que todas as outras placas de transferência de calor sejam viradas de cabeça para baixo em relação ao resto das placas de transferência de calor. Isso pode ser referido como as placas de transferência de calor sendo “giradas” em relação umas às outras.

[003] Em um tipo de PHE bem conhecido, os chamados PHE com gaxetas, as gaxetas são arranjadas entre as placas de transferência de calor. As placas de extremidade e, portanto, as placas de transferência de calor, são pressionadas uma contra a outra por algum tipo de meio de aperto, por meio do qual as juntas vedam entre as placas de transferência de calor. Canais de fluxo paralelos são formados entre as placas de transferência de calor, um canal entre cada par de placas de transferência de calor adjacentes. Dois fluidos de temperaturas inicialmente diferentes, que são alimentados de/para o PHE através de entradas/saídas, podem fluir alternadamente através de cada segundo canal para transferir calor de um fluido para o outro, fluidos que entram/saem dos canais através de orifícios de porta de entrada/saída nas placas de transferência de calor que se comunicam com as entradas/saídas do PHE.

[004] Normalmente, uma placa de transferência de calor compreende duas porções de extremidade e uma porção de transferência de calor intermediária. As porções de extremidade compreendem os orifícios da porta de entrada e saída e áreas de distribuição pressionadas com um padrão de distribuição de cristas e vales. De forma similar, a porção de transferência de calor compreende uma área de transferência de calor pressionada com um padrão de transferência de calor de cristas e vales. As cristas e vales dos padrões de distribuição e transferência de calor da placa de transferência de calor são arranjados para contactar, em áreas de contato, as cristas e vales dos padrões de distribuição e transferência de calor de placas de transferência de calor adjacentes em um trocador de calor de placas. A principal tarefa das áreas de distribuição das placas de transferência de calor é espalhar um fluido que entra no canal através da largura das placas de transferência de calor antes que o fluido alcance as áreas de transferência de calor e coletar o fluido e guiá-lo para fora do canal após passar pelas áreas de transferência de calor. Pelo contrário, a principal tarefa da área de transferência de calor é a transferência de calor.

[005] Como as áreas de distribuição e a área de transferência de calor têm tarefas principais diferentes, o padrão de distribuição normalmente difere do padrão de transferência de calor. O padrão de distribuição pode ser tal que ofereça uma resistência de fluxo relativamente fraca e baixa queda de pressão, que é tipicamente associada a um projeto de padrão de distribuição mais “aberto”, como o chamado padrão de chocolate, oferecendo relativamente poucas, mas grandes, áreas de contato entre placas de transferência de calor adjacentes. O padrão de transferência de calor pode ser tal que ofereça uma resistência de fluxo relativamente forte e alta queda de pressão, que é tipicamente associada a um projeto de padrão de transferência de calor mais “denso”. Um exemplo comum de tal projeto é o chamado padrão espinha de peixe, que oferece mais, mas menores, áreas de contato entre placas de transferência de calor adjacentes. Em algumas aplicações, a higiene é um aspecto importante e, em seguida, um padrão de transferência de calor oferecendo relativamente poucas áreas de contato pode ser desejado. Um exemplo de tal projeto é o chamado padrão de montanha-russa, que é descrito na US 7.186.483. O padrão de montanha-russa compreende cristas de suporte e vales de suporte arranjados em fileiras longitudinais, e ondulações que aumentam a turbulência que se estendem entre as fileiras. Mesmo que o padrão de montanha-russa funcione bem, sua eficiência térmica pode ser insuficiente em certos tipos de aplicações.

Sumário

[006] Um objetivo da presente invenção é prover uma placa de transferência de calor que, pelo menos parcialmente, resolve o problema discutido acima da técnica anterior. O conceito básico da invenção é prover a placa de transferência de calor com um padrão higiênico de transferência de calor com uma eficiência térmica aumentada. A placa de transferência de calor, que também é referida neste documento apenas como “placa”, para atingir o objeto acima é definida nas reivindicações anexas e discutida abaixo.

[007] Uma placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção compreende uma primeira porção de extremidade, uma segunda porção de extremidade e uma porção central arranjada entre a primeira e a segunda porção de extremidade. A primeira porção de extremidade, a porção central e a segunda porção de extremidade são arranjadas em sucessão ao longo de um eixo geométrico central longitudinal que divide a placa de transferência de calor em uma primeira e uma segunda metade. A primeira e a segunda porções de extremidade compreendem, cada uma, uma série de orifícios de porta. A porção central compreende uma área de transferência de calor provida com um padrão de transferência de calor que compreende cristas de suporte e vales de suporte. As cristas de suporte e vales de suporte estendem-se longitudinalmente em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor. Cada uma das cristas de suporte e vales de suporte compreende uma porção intermediária arranjada entre duas porções de extremidade. Uma respectiva porção superior das protuberâncias de suporte se estende em um primeiro plano e uma respectiva porção inferior dos vales de suporte se estende em um segundo plano. O primeiro e o segundo planos são paralelos um ao outro. As cristas de suporte e vales de suporte são alternadamente arranjados ao longo de ou em um número = x, x ≥ 3, de linhas retas longitudinais imaginárias separadas, que se estendem em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor, e ao longo de um número de linhas retas transversais imaginárias separadas, que se estendem perpendicularmente ao eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor. As cristas de suporte e vales de suporte são centrados em relação às linhas retas longitudinais imaginárias e estendem-se entre as adjacentes das linhas retas transversais imaginárias. O padrão de transferência de calor compreende adicionalmente cristas de turbulência e vales de turbulência. Uma respectiva porção superior das cristas de turbulência se estende em um terceiro plano, que é arranjado entre, e paralelo ao, primeiro e segundo planos, e uma respectiva porção inferior dos vales de turbulência se estende em um quarto plano, que é arranjado entre, e paralelo ao segundo e terceiro planos. As cristas de turbulência e os vales de turbulência são arranjados alternadamente, com um passo entre cristas de turbulência adjacentes e vales de turbulência adjacentes, em interespaços entre as linhas retas longitudinais imaginárias. As cristas de turbulência e os vales de turbulência conectam as cristas de suporte e os vales de suporte ao longo das linhas retas longitudinais imaginárias adjacentes. A placa de transferência de calor é caracterizada por pelo menos uma pluralidade das cristas de turbulência e vales de turbulência ao longo de pelo menos uma porção central de sua extensão longitudinal se estender inclinada em relação às linhas retas imaginárias transversais.

[008] Aqui, se não for indicado de outra forma, as cristas e vales da placa de transferência de calor são cristas e vales quando um lado frontal da placa de transferência de calor é visto. Naturalmente, o que é uma crista vista do lado frontal da placa é um vale visto do lado traseiro oposto da placa, e o que é um vale visto do lado frontal da placa é uma crista vista do lado traseiro da placa e vice-versa.

[009] Especialmente uma placa de transferência de calor destinada a um trocador de calor de placa com gaxetas pode compreender adicionalmente uma porção de borda externa envolvendo a primeira e a segunda porções de extremidade e a porção central, cuja porção de borda externa compreende ondulações que se estendem entre e no primeiro e segundo planos. A porção de borda externa completa, ou apenas uma ou mais porções da mesma, pode compreender ondulações. As ondulações podem ser distribuídas de maneira uniforme ou não uniforme ao longo da parte da borda e podem, ou não, ter a mesma aparência. As ondulações definem cristas e vales que podem dar à porção da borda um desenho em forma de onda. As ondulações podem ser arranjadas, no lado frontal da placa de transferência de calor, para encostar em uma primeira placa de transferência de calor adjacente e no lado traseiro oposto da placa de transferência de calor, para encostar em uma segunda placa de transferência de calor adjacente, quando a transferência de calor placa é arranjada em um trocador de calor de placa.

[0010] A placa de transferência de calor é arranjada para ser combinada com outras placas de transferência de calor em um pacote de placas. As placas de transferência de calor do pacote de placas podem ser todas do mesmo tipo. Alternativamente, elas podem ser de diferentes tipos, desde que sejam todos configurados de acordo com a reivindicação 1.

[0011] O terceiro e o quarto planos podem, ou não, ser arranjados à mesma distância de um plano central que se estende a meio caminho entre o primeiro e o segundo planos.

[0012] As cristas de turbulência e os vales de turbulência aumentam a capacidade de transferência de calor da placa de transferência de calor. Quanto mais altas/profundas e densamente arranjadas as cristas e vales de turbulência, mais elas aumentam a capacidade de transferência de calor.

[0013] O passo entre cristas de turbulência adjacentes e vales de turbulência adjacentes é a distância entre um ponto de referência de uma crista ou vale de turbulência a um ponto de referência correspondente de uma crista ou vale de turbulência adjacente no mesmo interespaço.

[0014] As cristas de turbulência e os vales de turbulência se estendem entre linhas retas longitudinais imaginárias adjacentes para conectar as cristas de suporte e vales de suporte ao longo das linhas retas longitudinais imaginárias adjacentes.

[0015] Na medida em que as cristas de turbulência e vales de turbulência, ao longo de pelo menos parte de seu comprimento, se estendem obliquamente entre as linhas retas longitudinais imaginárias, eles podem conectar cristas de suporte e vales de suporte que não estão arranjados entre as mesmas duas linhas retas transversais imaginárias. “Rotação”, “virada” e “giro”, em relação uma à outra, de duas placas de transferência de calor, que têm cristas e vales de turbulência não oblíquos, podem resultar em canais onde as cristas ou vales de turbulência de uma placa terminam diretamente alinhados com as cristas ou vales de turbulência da outra placa. Esses canais podem ter uma profundidade variável ao longo de um eixo geométrico central longitudinal das placas de transferência de calor, o que pode resultar em uma restrição intermitente de um fluxo através dos canais. Se as duas placas de transferência de calor, em vez disso, têm cristas e vales de turbulência oblíquos, cristas e vales de turbulência diretamente alinhados e, portanto, canais de profundidade variável, podem ser evitados, quando as placas são “viradas” e “rotacionadas” e “giradas” umas em relação às outras.

[0016] O número de linhas retas transversais imaginárias pode ser um número par ou ímpar. As linhas retas transversais imaginárias podem ser arranjadas de modo equidistante em parte ou na área completa de transferência de calor.

[0017] O número x de linhas retas longitudinais imaginárias pode ser um número par ou ímpar. As linhas retas longitudinais imaginárias podem ser arranjadas de modo equidistante em parte ou na área completa de transferência de calor. Em cada uma da primeira e segunda metade da placa de transferência de calor existe um número de interespaços completos, isto é, interespaços não divididos pelo eixo geométrico central longitudinal. O número de interespaços completos em cada uma da primeira e segunda metade pode ser (x-1-1)/2 se x for par e (x-1)/2 se x for ímpar.

[0018] De acordo com uma modalidade da invenção, o número x de linhas retas longitudinais imaginárias é um número par e o número de espaços intermediários é x-1. O eixo geométrico central longitudinal divide um interespaço central longitudinalmente, possivelmente pela metade, e (x-2)/2 interespaços completos são arranjados em cada uma da primeira e uma segunda metade da placa de transferência de calor. O interespaço central é o interespaço entre as linhas retas longitudinais imaginárias x/2 e x/2+1. O interespaço central não precisa, mas poderia, ser centralizado em relação ao eixo geométrico central longitudinal da placa. Essa modalidade pode tornar a placa de transferência de calor adequada para uso em um pacote de placas compreendendo placas “rotacionadas” em relação umas às outras e em um pacote de placas compreendendo placas “viradas” em relação umas às outras, mas possivelmente não em um pacote de placas compreendendo placas “giradas” uma em relação à outra. Naturalmente, a adequação depende do projeto do resto da placa de transferência de calor no pacote de placas.

[0019] As cristas de turbulência e vales de turbulência da dita pelo menos uma pluralidade das cristas de turbulência e vales de turbulência arranjados nos interespaços completos em uma da primeira e da segunda metade da placa de transferência de calor podem, ao longo de sua porção central, se estender em um ângulo menor α, 0°<α<90°, no sentido horário em relação às linhas retas transversais imaginárias, ou seja, no segundo quadrante de um sistema de coordenadas. Além disso, as cristas de turbulência e vales de turbulência da dita pelo menos uma pluralidade das cristas de turbulência e vales de turbulência arranjados no resto dos interespaços podem, ao longo de sua porção central, se estender em um ângulo menor β, 0°<β<90°, no sentido anti-horário em relação às linhas retas transversais imaginárias, ou seja, no primeiro quadrante do sistema de coordenadas. Desse modo, pode ser evitado que cristas e vales de turbulência opostos de duas placas de transferência de calor adjacentes, que são configuradas assim, em um pacote de placas, se estendam paralelamente entre si, pelo menos quando as placas são “rotacionadas”, bem como “viradas” uma em relação à outra. Tal extensão paralela pode resultar em restrição desnecessária de um fluxo entre as placas. No entanto, em um caso em que o número x de linhas retas longitudinais imaginárias é um número par, e o número de interespaços é um número ímpar, as cristas de turbulência e a orientação dos vales em (x-2)/2 dos interespaços podem estar dentro do segundo quadrante, enquanto as cristas de turbulência e a orientação dos vales em x/2 dos interespaços podem estar dentro do primeiro quadrante. Consequentemente, quando as placas são “rotacionadas” em relação umas às outras, as cristas e vales de turbulência opostos nos interespaços centrais podem terminar posicionadas paralelas entre si, o que pode resultar em uma restrição localmente limitada de um fluxo entre as placas.

[0020] α pode ser diferente de β. Alternativamente, α pode ser igual a β. A última opção pode resultar em que cristas e vales de turbulência opostos de duas placas de transferência de calor adjacentes, que são configuradas assim, em um pacote de placas, se estendam da mesma maneira uma em relação à outra, independentemente de as placas serem “rotacionadas” ou “viradas” uma em relação à outra, pelo menos dentro de todos os interespaços, exceto o interespaço central.

[0021] As linhas retas longitudinais imaginárias podem cruzar as linhas retas transversais imaginárias em pontos cruzados imaginários para formar uma grade imaginária. Pelo menos em uma pluralidade de pontos transversais imaginários, uma das cristas de suporte, um dos vales de suporte e duas das cristas de turbulência podem se encontrar. Essas cristas de turbulência estão arranjadas em interespaços adjacentes e formam cristas de turbulência cruzadas. As cristas de turbulência cruzadas que se estendem entre dois dos pontos cruzados imaginários formam cristas de turbulência cruzadas duplas. É possível que as cristas de turbulência cruzadas duplas se estendam pelo menos parcialmente oblíquas e ainda entre dois pontos cruzados imaginários arranjados na mesma linha reta transversal imaginária, uma vez que as cristas de turbulência podem “se unir” aos pontos cruzados imaginários em diferentes locais ao longo da largura das cristas de turbulência. As cristas de turbulência cruzadas que se estendem de um dos pontos cruzados imaginários até a porção intermediária de um dos vales de suporte formam cristas de turbulência cruzadas simples. Dependendo do projeto do padrão de transferência de calor, pode haver, ou não, cristas de turbulência cruzadas duplas, e a densidade ou frequência deles pode variar entre os padrões de transferência de calor. Por ter uma das cristas de suporte, um dos vales de suporte e duas das cristas de turbulência se encontrando nos pontos cruzados imaginários, áreas de placa que são difíceis de formar, isto é, com baixa conformabilidade, podem ser evitadas. Desse modo, a intensidade geral do padrão de transferência de calor pode ser aumentada, o que pode melhorar a capacidade de transferência de calor da placa.

[0022] Pelo menos uma pluralidade de cada um dos terços das cristas de turbulência cruzada no mesmo interespaço pode ser cristas de turbulência cruzadas duplas, enquanto o resto das cristas de turbulência transversal são cristas de turbulência cruzadas simples.

[0023] A placa de transferência de calor pode ser tal que, pelo menos ao longo de x-1 das linhas retas longitudinais imaginárias, uma das cristas de turbulência cruzadas é uma crista de turbulência dupla, enquanto a outra das cristas de turbulência cruzadas é uma crista de turbulência cruzada simples.

[0024] Por conseguinte, se x for um número par, as duas linhas retas longitudinais imaginárias do meio, ou seja, a linha n° x/2 e (x/2)+1, que podem ser as duas linhas retas longitudinais imaginárias mais próximas do eixo geométrico central longitudinal, podem formar linhas retas longitudinais imaginárias centrais. Ao longo de uma das linhas retas longitudinais imaginárias centrais, ambas as cristas de turbulência cruzadas podem ser cristas de turbulência cruzadas duplas ou ambas as cristas de turbulência cruzadas podem ser cristas de turbulência cruzadas simples. Ao longo do resto das linhas retas longitudinais imaginárias, uma das cristas de turbulência cruzada pode ser uma crista de turbulência cruzada dupla, enquanto a outra das cristas de turbulência cruzada pode ser uma crista de turbulência cruzada simples. Essa modalidade pode facilitar uma mudança do padrão de transferência de calor na dita uma das linhas retas longitudinais imaginárias centrais.

[0025] Alternativamente, se x for um número ímpar, a linha reta longitudinal imaginária do meio, ou seja, a linha n° (x+1)/2, que pode ou não coincidir com o eixo geométrico central longitudinal, pode formar uma linha reta longitudinal imaginária central. Ao longo da linha reta longitudinal imaginária central, ambas as cristas de turbulência cruzadas podem ser cristas de turbulência cruzadas duplas ou ambas as cristas de turbulência cruzadas podem ser cristas de turbulência cruzadas simples. Ao longo do resto das linhas retas longitudinais imaginárias, uma das cristas de turbulência cruzada pode ser uma crista de turbulência cruzada dupla, enquanto a outra das cristas de turbulência cruzada pode ser uma crista de turbulência cruzada simples. Essa modalidade pode facilitar uma mudança do padrão de transferência de calor na dita uma das linhas retas longitudinais imaginárias centrais.

[0026] A(s) linha(s) reta(s) longitudinal(is) imaginária(s) do meio tem/têm um número igual de linhas retas longitudinais imaginárias em ambos os lados, mas não necessariamente se estende/se estendem no próprio centro da placa de transferência de calor. Assim, a(s) linha(s) reta(s) longitudinal(is) imaginária(s) do meio não tem/têm que coincidir/desviar equidistantemente do eixo geométrico central longitudinal da placa.

[0027] A placa de transferência de calor pode ser construída de modo que as cristas de turbulência que se estendem entre a porção intermediária de um dos vales de suporte e a porção intermediária de uma das cristas de suporte formam cristas de turbulência intermediárias. Dependendo do projeto do padrão de transferência de calor, pode ou não haver cristas de turbulência intermediárias. Essa modalidade permite outras cristas de turbulência, isto é, cristas de turbulência intermediárias, entre as cristas de turbulência cruzadas que podem aumentar a capacidade de transferência de calor da placa de transferência de calor.

[0028] A frequência ou densidade das cristas de turbulência intermediárias podem variar. Como um exemplo, a placa de transferência de calor pode ser tal que pelo menos uma das cristas de turbulência intermediárias é arranjada entre a crista de turbulência cruzada simples e a crista de turbulência cruzada dupla de pelo menos uma pluralidade de cada par de crista de turbulência cruzada simples adjacente e crista de turbulência cruzada dupla dentro do mesmo dos interespaços. Como outro exemplo, a placa de transferência de calor pode ser tal que pelo menos uma pluralidade de cada quinto das cristas de turbulência no mesmo interespaço é uma crista de turbulência intermediária, enquanto o resto das cristas de turbulência são cristas de turbulência cruzadas simples.

[0029] As porções superiores das cristas de suporte e as porções inferiores dos vales de suporte ao longo da mesma das linhas retas longitudinais imaginárias podem ser conectadas por flancos de suporte. Além disso, as porções superiores das cristas de turbulência e as porções inferiores dos vales de turbulência no mesmo interespaço podem ser conectadas por flancos de turbulência. Pelo menos uma pluralidade de cristas de turbulência pode ter um primeiro flanco de turbulência se estendendo entre a porção superior e um primeiro lado da placa de transferência de calor e um segundo flanco de turbulência se estendendo entre a porção superior e um segundo lado oposto da placa de transferência de calor. Assim, o primeiro e o segundo flancos de turbulência de uma crista de turbulência se estendem em lados opostos da porção superior e ao longo da extensão longitudinal da crista de turbulência. Para uma placa de transferência de calor essencialmente retangular, o primeiro e o segundo lados podem ser os lados curtos da placa de transferência de calor. Pelo menos para uma pluralidade de cristas de turbulência cruzadas duplas, o primeiro flanco de turbulência e o segundo flanco de turbulência podem ser conectados a um respectivo flanco de suporte nos pontos cruzados imaginários correspondentes. Este é um exemplo de como as cristas de turbulência cruzadas duplas podem se estender pelo menos parcialmente oblíquas e ainda entre dois pontos cruzados imaginários arranjados na mesma linha reta transversal imaginária.

[0030] Pelo menos para uma pluralidade de cristas de turbulência cruzadas simples, um dos primeiro e segundo flancos de turbulência pode ser conectado ao flanco de suporte no ponto cruzado imaginário correspondente. Além disso, o outro do primeiro e segundo flancos de turbulência pode ser conectado à porção intermediária do vale de suporte correspondente.

[0031] Pelo menos uma pluralidade de cristas de turbulência cruzadas simples pode, ao longo de pelo menos uma das duas porções de extremidade de sua extensão longitudinal, estender-se essencialmente paralela às linhas retas imaginárias transversais. Alternativamente/adicionalmente, Pelo menos uma pluralidade de cristas de turbulência cruzadas duplas pode, ao longo de duas porções de extremidade de sua extensão longitudinal, estender-se essencialmente paralela às linhas retas imaginárias transversais. As porções de extremidade são arranjadas em lados opostos da porção central. De acordo com essa modalidade, a dita pluralidade de cristas de turbulência cruzadas duplas pode ter a forma de um ‘Z’ estirado. Além disso, como será discutido mais tarde, essa modalidade pode permitir que os flancos de turbulência se estendam em linha com os flancos de suporte.

[0032] A porção central de cada uma das cristas de turbulência compreende um primeiro ponto de extremidade e um segundo ponto de extremidade arranjados ao longo de uma respectiva linha central longitudinal da porção central. Para uma pluralidade de cristas de turbulência, o primeiro ponto de extremidade pode ser deslocado, em relação ao segundo ponto de extremidade, (n+0,5) x o passo entre as cristas de turbulência, paralelo ao eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor, onde n é um número inteiro. Então, o valor de n determina quão íngremes são as cristas de turbulência; quanto maior for n, mais íngremes serão as cristas de turbulência. Por exemplo, n pode ser 0, 1 ou mais de 1. Se n=1, o deslocamento entre o primeiro e o segundo ponto de extremidade é 1,5 x o passo e as cristas de turbulência são relativamente íngremes. Esse padrão de transferência de calor pode tipicamente estar associado a uma capacidade de transferência de calor e/ou resistência ao fluxo relativamente baixa. Se n=0, o deslocamento entre o primeiro e o segundo ponto de extremidade é 0,5 x o passo e as cristas de turbulência são menos íngremes. Tal padrão de transferência de calor pode tipicamente estar associado a uma capacidade de transferência de calor relativamente alta e/ou resistência ao fluxo.

[0033] Deve ser enfatizado que as vantagens da maioria, senão todas, das características discutidas acima da placa de transferência de calor da invenção aparecem quando a placa de transferência de calor é combinada com outras placas de transferência de calor construídas adequadamente em um pacote de placas.

[0034] Ainda outros objetivos, características, aspectos e vantagens da invenção aparecerão a partir da descrição detalhada a seguir, bem como dos desenhos.

Breve Descrição dos Desenhos

[0035] A invenção será agora descrita em mais detalhe com referência aos desenhos esquemáticos anexos, nos quais a Fig. 1 é uma vista plana esquemática de uma placa de transferência de calor, a Fig. 2 ilustra bordas externas contíguas de placas de transferência de calor adjacentes em um pacote de placas, como visto do lado de fora do pacote de placas, a Fig. 3 é uma ampliação de uma porção da placa de transferência de calor na Fig. 1, a Fig. 4 ilustra esquematicamente uma seção transversal de uma crista de suporte e um vale de suporte da placa de transferência de calor na Fig. 1, a Fig. 5 ilustra esquematicamente uma seção transversal de uma crista de turbulência e um vale de turbulência da placa de transferência de calor na Fig. 1, as Fig. 6 a 8, cada uma contém uma ampliação de uma porção da placa de transferência de calor na Fig. 1, a Fig. 9 ilustra esquematicamente um padrão alternativo de transferência de calor, e a Fig. 10 ilustra esquematicamente outro padrão alternativo de transferência de calor.

Descrição Detalhada

[0036] A Fig. 1 mostra uma placa de transferência de calor 2a de um trocador de calor de placa com gaxeta, conforme descrito a título de introdução. O PHE com gaxeta, que não é ilustrado por completo, compreende um pacote de placas de transferência de calor 2 como a placa de transferência de calor 2a, isto é, um pacote de placas de transferência de calor similares, separadas por gaxetas, que também são similares e que não são ilustradas. Com referência à Fig. 2, no pacote de placas, um lado frontal 4 (ilustrado na Fig. 1) da placa 2a está voltado para uma placa adjacente 2b enquanto um lado traseiro 6 (não visível na Fig. 1, mas indicado na Fig. 2) da placa 2a está voltada para outra placa adjacente 2c.

[0037] Com referência à Fig. 1, a placa de transferência de calor 2a é uma folha essencialmente retangular de aço inoxidável. Compreende uma primeira porção de extremidade 8, que por sua vez compreende um primeiro orifício de porta 10, um segundo orifício de porta 12 e uma primeira área de distribuição 14. A placa 2a compreende adicionalmente uma segunda porção de extremidade 16, que por sua vez compreende um terceiro orifício de porta 18, um quarto orifício de porta 20 e uma segunda área de distribuição 22. A placa 2a compreende adicionalmente uma porção central 24, que por sua vez compreende uma área de transferência de calor 26 e uma porção de borda externa 28 se estendendo em torno da primeira e segunda porções de extremidade 8 e 16 e a porção central 24. A primeira porção de extremidade 8 é contígua à porção central 24 ao longo de uma primeira linha de limite 30, enquanto a segunda porção de extremidade 16 se junta à porção central 24 ao longo de uma segunda linha de limite 32. Como fica claro na Fig. 1, a primeira porção de extremidade 8, a porção central 24 e a segunda porção de extremidade 16 estão arranjadas em sucessão ao longo de um eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a, que se estende a meio caminho entre, e paralelo aos, primeiro e segundo lados longos opostos 34, 36 da placa 2a. O eixo geométrico central longitudinal L divide a placa 2a em primeira e segunda metades 38, 40. Além disso, o eixo geométrico central longitudinal L se estende perpendicular a um eixo geométrico central transversal T da placa 2a, que se estende a meio caminho entre, e paralelo aos, primeiro e segundo lados curtos opostos 42, 44 da placa 2a. Além disso, a placa de transferência de calor 2a compreende, como visto do lado frontal 4, uma ranhura de gaxeta frontal 46 e, como visto do lado traseiro 6, uma ranhura de gaxeta traseira (não ilustrada). As ranhuras de gaxeta frontal e traseira são parcialmente alinhadas uma com a outra e arranjadas para receber uma gaxeta respectiva.

[0038] A placa de transferência de calor 2a é prensada, de uma maneira convencional, em uma ferramenta de prensagem, para ser dada uma estrutura desejada, mais particularmente diferentes padrões de ondulação dentro de diferentes porções da placa de transferência de calor. Como foi discutido a título de introdução, os padrões de ondulação são otimizados para as funções específicas das respectivas porções da placa. Consequentemente, a primeira e a segunda áreas de distribuição 14, 22 são providas com um padrão de distribuição e a área de transferência de calor 26 é provida com um padrão de transferência de calor diferente do padrão de distribuição. Além disso, a porção de borda externa 28 compreende ondulações 48 que tornam a porção de borda externa 28 mais rígida e, assim, a placa de transferência de calor 2a mais resistente à deformação. Além disso, as ondulações 48 formam uma estrutura de suporte em que estão arranjadas para encostar nas ondulações das placas de transferência de calor adjacentes no pacote de placas do PHE. Com referência novamente à Fig. 2, ilustrando o contato periférico entre a placa de transferência de calor 2a e as duas placas de transferência de calor adjacentes 2b e 2c do pacote de placas, as ondulações 48 se estendem entre e em um primeiro plano 50 e um segundo plano 52, que são paralelas ao plano da figura da Fig. 1. Um plano central 54 estende-se a meio caminho entre os primeiro e segundo planos 50 e 52, e um respectivo fundo da ranhura de gaxeta frontal 46 e ranhura de gaxeta traseira se estende nesse plano central 54, isto é, no chamado meio plano.

[0039] O padrão de distribuição é do chamado tipo chocolate e compreende cristas de distribuição alongadas 56 e vales de distribuição 58 arranjados de modo a formar uma grade respectiva dentro de cada uma das primeira e segunda áreas de distribuição 14, 22. Uma respectiva porção superior das cristas de distribuição 56 se estende no primeiro plano 50 e uma respectiva porção inferior dos vales de distribuição 58 se estende no segundo plano 52. As cristas de distribuição 56 e os vales de distribuição 58 são arranjados para confinar as cristas de distribuição e os vales de distribuição das placas de transferência de calor adjacentes no pacote de placas do PHE. O padrão de distribuição do tipo chocolate é bem conhecido e não será descrito em mais detalhes neste documento.

[0040] Com referência à Fig. 3, que contém uma ampliação da porção da área de transferência de calor dentro da caixa em linhas tracejadas na Fig. 1, o padrão de transferência de calor compreende cristas de suporte alongadas 60 e vales de suporte alongados 62 estendendo-se longitudinalmente em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a. Cada uma das cristas de suporte 60 compreende uma porção intermediária 60a arranjada entre duas porções de extremidade 60b, 60c e cada um dos vales de suporte 62 compreende uma porção intermediária 62a arranjada entre duas porções de extremidade 62b, 62c. Além disso, com referência à Fig. 4, que ilustra uma seção transversal central das cristas de suporte 60 e os vales de suporte 62 tomada paralelamente à sua extensão longitudinal, isto é, paralela ao eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a, uma respectiva porção superior 60d das cristas de suporte 60 se estende no primeiro plano 50, enquanto uma respectiva porção inferior 62d dos vales de suporte 62 se estende no segundo plano 52.

[0041] Com referência novamente à Fig. 1, as cristas de suporte 60 e os vales de suporte 62 são alternadamente arranjados ao longo de x=10 linhas retas longitudinais imaginárias equidistantemente arranjadas 64 estendendo-se em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a. As linhas retas longitudinais imaginárias 64 se estendem através de um respectivo centro das cristas de suporte 60 e vales de suporte 62. Além disso, as cristas de suporte 60 e os vales de suporte 62 são alternadamente arranjados ao longo de várias linhas retas transversais imaginárias equidistantemente arranjadas 66 que se estendem em paralelo ao eixo geométrico central transversal T da placa 2a. Apenas metade dessas linhas retas transversais imaginárias 66 são ilustradas na Fig. 1. As cristas de suporte 60 e vales de suporte 62 são arranjados entre as linhas retas transversais imaginárias 66. As linhas retas longitudinais imaginárias 64 e as linhas retas transversais imaginárias 66 se cruzam em pontos cruzados imaginários 67 para formar uma grade imaginária.

[0042] Com referência à Fig. 3, o padrão de transferência de calor compreende adicionalmente cristas de turbulência alongadas 68 e vales de turbulência alongados 70. Cada uma das cristas de turbulência 68 compreende uma porção central 68a arranjada entre duas porções de extremidade 68b, 68c e cada um dos vales de turbulência 70 compreende uma porção central 70a arranjada entre duas porções de extremidade 70b, 70c. As fronteiras entre as porções central e de extremidade para algumas das cristas de turbulência e vales de turbulência são ilustradas com linhas tracejadas e pontilhadas na Fig. 3. Além disso, com referência à Fig. 5, que ilustra uma seção transversal da porção central das cristas de turbulência 68 e os vales de turbulência 70 perpendiculares à sua extensão longitudinal, uma respectiva porção superior 68d das cristas de turbulência 68 se estende em um terceiro plano 72, enquanto uma respectiva porção inferior 70d dos vales de turbulência 70 se estende em um quarto plano 74. O terceiro plano 72 está arranjado entre o primeiro plano 50 e o plano central 54, enquanto o quarto plano 74 fica ligeiramente abaixo do plano central 54, isto é, entre o segundo plano 52 e o plano central 54. À medida que as cristas e vales de turbulência 68, 70 são posicionados e projetados, dentro da área de transferência de calor 26, um primeiro volume V1 encerrado pela placa 2a e o primeiro plano 50 será menor do que um segundo volume V2 encerrado pela placa 2a e segundo plano 52.

[0043] Com referência às Figs. 1 e 3, as cristas de turbulência 68 e os vales de turbulência 70 são alternadamente arranjados com um passo p em interespaços 76 (76a, 76b) entre as linhas retas longitudinais imaginárias adjacentes 64. Arranjados dessa forma, as cristas de turbulência 68 e os vales de turbulência 70 conectam as cristas de suporte 60 e os vales de suporte 62 ao longo das linhas retas longitudinais imaginárias adjacentes 64. As cristas de turbulência 68 e os vales de turbulência 70 também são alternadamente arranjados com o passo p entre as extremidades das linhas retas longitudinais imaginárias 64 e o primeiro e o segundo lados longos opostos 34, 36 da placa 2a. Uma vez que o número x de linhas retas longitudinais imaginárias 64 é 10, há 9 interespaços 76. O eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a ao longo do comprimento divide um interespaço central 76a pela metade, o que deixa 4 interespaços completos 76b em cada lado do eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a. As linhas retas longitudinais imaginárias 64 que definem o interespaço central 76a formam as linhas retas longitudinais imaginárias centrais 64a, 64b.

[0044] A extensão das cristas de turbulência 68 determina a extensão dos vales de turbulência 70. Portanto, o resto da descrição será focado nas cristas de turbulência 68.

[0045] Como fica claro nas Figs. 1 e 3, as cristas de turbulência 68, ou mais particularmente a porção central 68a das mesmas, estendem-se obliquamente em relação às linhas retas imaginárias transversais 66. Na linha reta longitudinal imaginária central 64b, o padrão de transferência de calor muda. Mais particularmente, com referência à Fig. 6, à esquerda (como visto nas Figs. 1 e 6) da linha 64b, as porções centrais 68a das cristas de turbulência 68 se estendem em um menor ângulo α (maior ângulo = α + 180) graus no sentido horário em relação às linhas retas imaginárias transversais 66. Além disso, à direita (como visto nas Figs. 1 e 6) da linha 64b, as porções centrais 68a das cristas de turbulência 68 se estendem em um menor ângulo β (maior ângulo = β + 180) graus no sentido anti-horário em relação às linhas retas imaginárias transversais 66. Aqui, α=β=25°, mas este pode não ser o caso em modalidades alternativas em que α pode diferir de β e α e β podem ter outros valores dentro da faixa de 15° a 75°.

[0046] Com referência à Fig. 7, a porção central 68a de cada uma das cristas de turbulência 68 compreende um primeiro ponto de extremidade e1 e um segundo ponto de extremidade e2 arranjados ao longo de uma respectiva linha central longitudinal c da porção central 68a. A extensão oblíqua da porção central 68a das cristas de turbulência 68 resulta em um deslocamento relativo d do primeiro ponto de extremidade e1 em relação ao segundo ponto de extremidade e2. O deslocamento d é a metade do passo p das cristas de turbulência 68 e dos vales de turbulência 70 paralelos ao eixo geométrico central longitudinal L da placa 2a.

[0047] Com referência às Figs. 1, 3 e 6, o padrão de transferência de calor contém diferentes tipos de cristas de turbulência 68. Em cada um dos pontos transversais imaginários 67, exceto nos pontos cruzados ao longo dos pontos mais externos das linhas retas transversais imaginárias 66, uma das cristas de suporte 60, um dos vales de suporte 62 e duas das cristas de turbulência 68, que são arranjados em interespaços adjacentes 76, se encontram. Essas cristas de turbulência formam cristas de turbulência cruzadas 78. Algumas das cristas de turbulência cruzadas 78 se estendem entre dois dos pontos cruzados imaginários 67 e formam cristas de turbulência cruzadas duplas 78a, enquanto outras se estendem de um dos pontos cruzados imaginários 67 para a porção intermediária 62a de um dos vales de suporte 62 e formam cristas de turbulência cruzadas simples 78b. Nessa modalidade específica, em cada um dos interespaços 76, cada terço das cristas de turbulência cruzadas 78 é uma crista de turbulência cruzada dupla 78a, enquanto as outras cristas de turbulência cruzadas são cristas de turbulência cruzadas simples 78b. Como fica claro a partir da Fig. 1, ao longo da linha reta longitudinal imaginária central 64b onde o padrão de transferência de calor muda, ou ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram 78 são cristas de turbulência cruzadas duplas 78a, ou ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram 78 são cristas de turbulência cruzadas simples 78b. Ao longo do resto das linhas retas longitudinais imaginárias 64, uma das cristas de turbulência cruzadas que se encontram 78 é uma crista de turbulência cruzada dupla 78a, enquanto a outra é uma crista de turbulência cruzada simples 78b. As cristas de turbulência 68 se estendendo entre a porção intermediária 60a de uma das cristas de suporte 60 e a porção intermediária 62a de um dos vales de suporte 62 formam cristas de turbulência intermediárias 80. Nessa modalidade específica, em cada um dos interespaços 76, uma crista de turbulência intermediária 80 é arranjada entre a crista de turbulência cruzada dupla 78a e a crista de turbulência cruzada simples 78b de cada par de crista de turbulência cruzada dupla e crista de turbulência cruzada simples adjacente.

[0048] As configurações das cristas de turbulência cruzadas duplas 78a, das cristas de turbulência cruzadas simples 78b e as cristas de turbulência intermediárias 80 são diferentes umas das outras. Por exemplo, como é ilustrado na Fig. 7, as porções de extremidade 68b e 68c das cristas de turbulência cruzadas duplas 78a se estendem paralelas às linhas retas imaginárias transversais 66. Desse modo, as cristas de turbulência cruzadas duplas 78a têm a forma de um ‘Z’ esticado. Além disso, uma das porções de extremidade 68b e 68c das cristas de turbulência cruzadas simples 78b se estendem paralelas às linhas retas imaginárias transversais 66.

[0049] Com referência às Figs. 1 e 8, as porções superiores 60d das cristas de suporte 60 e as porções inferiores 62d dos vales de suporte 62 ao longo de cada uma das linhas retas longitudinais imaginárias 64 são conectadas por flancos de suporte 82. Além disso, a porção superior 68d de cada uma das cristas de turbulência 68 está conectada à porção inferior 70d dos vales de turbulência adjacentes 70 dentro do mesmo dos interespaços por flancos de turbulência 84 (84a, 84b). Cada uma das cristas de turbulência 68, exceto algumas nas linhas retas imaginárias transversais mais externas 66, tem um primeiro flanco de turbulência 84a que se estende entre a porção superior 68d da crista de turbulência 68 e o primeiro lado curto 42 da placa 2a, e um segundo flanco de turbulência 84b que se estende entre a porção superior 68d da crista de turbulência 68 e o segundo lado curto 44 da placa 2a. O primeiro e o segundo flancos de turbulência 84a, 84b de cada uma das cristas de turbulência cruzadas duplas 78a, exceto alguns nas extremidades das linhas retas imaginárias transversais 66, estão conectados a um respectivo flanco de suporte 82 nos pontos cruzados imaginários correspondentes 67. Além disso, para cada uma das cristas de turbulência cruzadas simples 78b, exceto algumas nas linhas retas imaginárias transversais mais externas 66, um dos primeiro e segundo flancos de turbulência 84a, 84b está conectado ao flanco de suporte 82 no ponto cruzado imaginário correspondente 67. Como é ilustrado com hachura na Fig. 8, os flancos de suporte 82 são arranjados em nível com os respectivos flancos de turbulência 84 na transição entre eles, de modo que os respectivos flancos de turbulência 84 formem “extensões” dos flancos de suporte 82.

[0050] Como dito anteriormente, no pacote de placas, a placa 2a é arranjada entre as placas 2b e 2c. Com o projeto especificado acima do padrão de transferência de calor, as placas 2b e 2c podem ser arranjadas “viradas” ou “rotacionadas” em relação à placa 2a.

[0051] Se as placas 2b e 2c estiverem dispostas “viradas” em relação à placa 2a, o lado frontal 4 e o lado traseiro 6 da placa 2a estão voltados para o lado frontal 4 da placa 2b e o lado traseiro 6 da placa 2c, respectivamente. Isso significa que as cristas de suporte 60 da placa 2a irão encostar nas cristas de suporte da placa 2b enquanto os vales de suporte 62 da placa 2a irão encostar nos vales de suporte da placa 2c. Além disso, as cristas de turbulência 68 da placa 2a ficarão voltadas para, mas não encostadas, e se estenderão com um ângulo 2α=2β em relação às cristas de turbulência da placa 2b, enquanto os vales de turbulência 70 da placa 2a ficarão voltados para, mas não encostados, e se estenderão com um ângulo 2α=2β em relação aos vales de turbulência da placa 2c. Dentro da área de transferência de calor 26, as placas 2a e 2b formarão um canal de volume 2xV1, enquanto as placas 2a e 2c formarão um canal de volume 2xV2, ou seja, dois canais assimétricos uma vez que V1<V2.

[0052] Se as placas 2b e 2c estiverem arranjadas “rotacionadas” em relação à placa 2a, o lado frontal 4 e o lado traseiro 6 da placa 2a ficam voltados para o lado traseiro 6 da placa 2b e o lado frontal 4 da placa 2c, respectivamente. Isso significa que as cristas de suporte 60 da placa 2a irão encostar nos vales de suporte da placa 2b enquanto os vales de suporte 62 da placa 2a irão encostar nas cristas de suporte da placa 2c. Além disso, as cristas de turbulência 68 da placa 2a ficarão voltadas para, mas não encostadas nos vales de turbulência da placa 2b, enquanto os vales de turbulência 70 da placa 2a ficarão voltados para, mas não encostados nas cristas de turbulência da placa 2c. Dentro de todos os interespaços 76, exceto para o interespaço central 76a, as cristas de turbulência 68 e os vales de turbulência 70 da placa 2a se estenderão com um ângulo 2α=2β em relação aos vales de turbulência da placa 2b e as cristas de turbulência da placa 2c, respectivamente. Dentro do interespaço central 76a, as cristas de turbulência 68 e os vales de turbulência 70 da placa 2a se estenderão paralelamente aos vales de turbulência da placa 2b e às cristas de turbulência da placa 2c, respectivamente. Dentro da área de transferência de calor 26, as placas 2a e 2b formarão um canal de volume V1+V2, enquanto as placas 2a e 2c formarão um canal de volume V1+V2, ou seja, dois canais simétricos.

[0053] A modalidade descrita acima da presente invenção deve ser vista apenas como um exemplo. Uma pessoa versada na técnica percebe que a modalidade discutida pode ser variada de várias maneiras sem se desviar da concepção inventiva.

[0054] Por exemplo, o padrão de transferência de calor pode compreender mais ou menos e mesmo nenhuma crista de turbulência intermediária. Além disso, o padrão de transferência de calor pode não compreender cristas de turbulência cruzadas duplas. As Figs. 9 e 10 ilustram, de forma altamente esquemática, dois padrões alternativos de transferência de calor. Nessas figuras, todas as cristas são ilustradas em linhas em negrito, enquanto todos os vales são ilustrados em linhas finas. Além disso, os retângulos representam as cristas de suporte e vales de suporte, enquanto as linhas oblíquas representam o centro das cristas de turbulência e vales de turbulência.

[0055] Começando com a Fig. 9, isso ilustra um padrão de transferência de calor compreendendo cristas de suporte e vales de suporte similares às cristas de suporte e vales de suporte 60 e 62 acima, apenas mais curto. Além disso, o padrão de transferência de calor compreende cristas de turbulência cruzadas duplas e cristas de turbulência cruzadas simples similares às cristas de turbulência cruzadas duplas e simples 78a e 78b acima. No entanto, o padrão de transferência de calor não compreende cristas de turbulência intermediárias similares às cristas de turbulência intermediárias 80 acima. Em vez disso, cada terço das cristas de turbulência é uma crista de turbulência cruzada dupla, enquanto as outras cristas de turbulência são cristas de turbulência cruzadas simples.

[0056] Continuando com a Fig. 10, isso ilustra um padrão de transferência de calor compreendendo cristas de suporte e vales de suporte similares às cristas de suporte e vales de suporte 60 e 62 acima, apenas mais longo. Além disso, o padrão de transferência de calor compreende cristas de turbulência cruzadas simples e cristas de turbulência intermediárias similares às cristas de turbulência cruzadas simples 78b acima e cristas de turbulência intermediárias 80. No entanto, o padrão de transferência de calor não compreende cristas de turbulência cruzadas duplas similares às cristas de turbulência cruzadas duplas 78a acima. Em vez disso, cada quinto das cristas de turbulência é uma crista de turbulência intermediária, enquanto as outras cristas de turbulência são cristas de turbulência cruzadas simples. O deslocamento relativo dos primeiros pontos de extremidade das cristas de turbulência em relação aos segundos pontos de extremidade das cristas de turbulência correspondentes ao deslocamento d acima é 1,5 x o passo p das cristas de turbulência, isto é, três vezes o deslocamento d acima. Assim, as cristas e vales de turbulência são mais íngremes no padrão de transferência de calor na Fig. 10 do que no padrão de transferência de calor descrito acima.

[0057] Como outro exemplo, o número de linhas retas longitudinais imaginárias x não precisa ser 10, mas pode ser mais ou menos. Se x for um número ímpar, então a linha reta longitudinal imaginária do meio forma uma linha reta longitudinal imaginária central, correspondendo à linha reta longitudinal imaginária central 64b no padrão de transferência de calor descrito acima, onde o padrão de transferência de calor muda. Com um padrão de transferência de calor projetado como na primeira modalidade descrita, ao longo da linha reta longitudinal imaginária do meio, ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram são cristas de turbulência cruzadas duplas ou ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram são cristas de turbulência cruzadas simples. Ao longo do resto das linhas retas longitudinais imaginárias, uma das cristas de turbulência cruzada é uma crista de turbulência cruzada dupla, enquanto a outra das cristas de turbulência cruzada é uma crista de turbulência cruzada simples. As placas providas com esse padrão podem ser “viradas” ou “giradas”, mas possivelmente não “rotacionadas” umas em relação às outras.

[0058] Ainda como outro exemplo, no caso de x ser um número par, o eixo geométrico central longitudinal da placa não precisa dividir o interespaço central pela metade. De modo similar, no caso de x ser um número ímpar, a linha reta longitudinal imaginária do meio não precisa coincidir com o eixo geométrico central longitudinal da placa.

[0059] Além disso, o padrão de transferência de calor não precisa mudar em uma linha reta longitudinal imaginária central como acima. Por exemplo, as cristas de turbulência e os vales de turbulência poderiam, em vez disso, ter a mesma orientação dentro do padrão completo de transferência de calor. As placas providas com esse padrão podem ser “viradas” ou “giradas”, mas possivelmente não “rotacionadas” umas em relação às outras.

[0060] Naturalmente, o padrão de distribuição não precisa ser do tipo chocolate, mas pode ser de outros tipos.

[0061] A placa de transferência de calor não precisa ser assimétrica, mas pode ser simétrica. Consequentemente, com referência à Fig. 5, a placa pode ser projetada de modo que V1=V2.

[0062] O pacote de placas descrito acima contém apenas placas de um tipo. O pacote de placas pode, em vez disso, compreender placas de dois ou mais tipos diferentes, tais como placas com padrões de transferência de calor e/ou padrões de distribuição de configuração diferente.

[0063] As cristas e vales de suporte, e as cristas de turbulência cruzadas simples e duplas e as cristas de turbulência intermediárias, bem como os vales correspondentes, não precisam ter todos a configuração descrita acima, mas seu projeto pode ser diferente.

[0064] A presente invenção não está limitada a trocadores de calor de placa com gaxeta, mas também pode ser usada em trocadores de calor de placa soldada, semissoldada, brasada e ligada por fusão.

[0065] A placa de transferência de calor não precisa ser retangular, mas pode ter outras formas, como essencialmente retangular com cantos arredondados em vez de cantos direitos, circular ou oval. A placa de transferência de calor não precisa ser feita de aço inoxidável, mas pode ser de outros materiais, como titânio ou alumínio.

[0066] Deve-se ressaltar que os atributos frontal, traseiro, primeiro, segundo, terceiro, etc. são usados aqui apenas para distinguir entre detalhes e não para expressar qualquer tipo de orientação ou ordem mútua entre os detalhes.

[0067] Além disso, deve ser enfatizado que uma descrição de detalhes não relevantes para a presente invenção foi omitida e que as figuras são apenas esquemáticas e não desenhadas de acordo com a escala. Também deve ser dito que alguns dos números foram mais simplificados do que outros. Portanto, alguns componentes podem ser ilustrados em uma figura, mas deixados de fora em outra figura.

Claims (15)

1. Placa de transferência de calor (2a) compreendendo uma primeira porção de extremidade (8), uma porção central (24) e uma segunda porção de extremidade (16) arranjadas em sucessão ao longo de um eixo geométrico central longitudinal (L) dividindo a placa de transferência de calor (2a) em uma primeira e uma segunda metade (38, 40), a primeira e a segunda porções de extremidade (8, 16), cada uma compreendendo uma série de orifícios (10, 12, 18, 20), a porção central (24) compreendendo uma área de transferência de calor (26) provida com um padrão de transferência de calor compreendendo cristas de suporte (60) e vales de suporte (62), cujas cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) se estendem longitudinalmente em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a), e cujas cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) compreendem, cada, uma porção intermediária (60a, 62a) arranjada entre duas porções de extremidade (60b, 60c, 62b, 62c), uma respectiva porção superior (60d) das cristas de suporte (60) se estendendo em um primeiro plano (50) e uma respectiva porção inferior (62d) dos vales de suporte (62) se estendendo em um segundo plano (52), cujos primeiro e segundo planos (50, 52) são paralelos uns aos outros, as cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) sendo alternadamente arranjados ao longo de um número = x de linhas retas longitudinais imaginárias separadas (64) se estendendo em paralelo ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a) e ao longo de uma série de linhas retas transversais imaginárias separadas (66) se estendendo perpendicularmente ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a), as cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) sendo centrados em relação às linhas retas longitudinais imaginárias (64) e se estendendo entre as linhas retas transversais imaginárias adjacentes (66), o padrão de transferência de calor compreende adicionalmente cristas de turbulência (68) e vales de turbulência (70), uma respectiva porção superior (68d) das cristas de turbulência (68) se estendendo em um terceiro plano (72) arranjado entre os, e paralelo aos, primeiro e segundos planos (50, 52) e uma respectiva porção inferior (70d) dos vales de turbulência (70) se estendendo em um quarto plano (74) arranjado entre os, e paralelo aos, segundo e terceiro planos (52, 72), as cristas de turbulência e os vales de turbulência (68, 70) sendo alternadamente arranjados, com um passo (p) entre cristas de turbulência adjacentes (68) e vales de turbulência adjacentes (70), em interespaços (76) entre as linhas retas longitudinais imaginárias (64) e conectar as cristas de suporte (60) e vales de suporte (62) ao longo das linhas retas longitudinais imaginárias adjacentes (64), em que pelo menos uma pluralidade das cristas de turbulência (68) e vales de turbulência (70) ao longo de pelo menos uma porção central (68a, 70a) de sua extensão longitudinal se estende inclinada em relação às linhas retas imaginárias transversais (66), caracterizada pelo fato de que os interespaços entre as linhas retas imaginárias longitudinais incluindo uma primeira pluralidade de interespaços posicionada imediatamente adjacente uma da outra na primeira metade (38) da placa de transferência de calor (2a) e uma segunda pluralidade de insterespaços posicionada imediatamente adjacente uma da outra na segunda metade (40) da placa de transferência de calor (2a), a maioria das cristas de turbulência (68) e dos vales de turbulência (70) em cada uma da primeira pluralidade de interespaços estendendo ao longo de sua porção central (68a, 70a) em um ângulo α, 0°<α<90°, no sentido horário em relação às linhas retas imaginárias transversais (66), e a maioria das cristas de turbulência (68) e dos vales de turbulência (70) em cada uma da segunda pluralidade de interespaços estendendo ao longo de sua porção central (68a, 70a) em um ângulo β, 0°<β<90°, no sentido anti-horário em relação às linhas retas imaginárias transversais (66).

2. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o número x de linhas retas longitudinais imaginárias (64) é um número par e o número de interespaços (76) é x-1, em que o eixo geométrico central longitudinal (L) divide um interespaço central (76a) longitudinalmente e (x-2)/2 interespaços completos (76b) são arranjados em cada uma da primeira e uma segunda metade (38, 40) da placa de transferência de calor (2a).

3. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a primeira pluralidade de interespaços posicionada imediatamente adjacente uma da outra na primeira metade (38) da placa de transferência de calor (2a) inclui quatro interespaços, e a segunda pluralidade de interespaços posicionada imediatamente adjacente uma da outra na segunda metade (40) da placa de transferência de calor (2a) inclui quatro interespaços, todas as cristas de turbulência (68) e os vales de turbulência (70) em cada um dos quatro interespaços da primeira pluralidade de interespaços estendendo ao longo de sua porção central (68a, 70a) no ângulo α no sentido horário em relação às linhas retas imaginárias transversais (66), e todas as cristas de turbulência (68) e os vales de turbulência (70) em cada um dos quatro interespaços da segunda pluralidade de interespaços estendendo ao longo de sua porção central (68a, 70a) em no ângulo β no sentido anti-horário em relação às linhas retas imaginárias transversais (66).

4. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que α é igual a β.

5. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as linhas retas longitudinais imaginárias (64) cruzam as linhas retas transversais imaginárias (66) em pontos cruzados imaginários (67) para formar uma grade imaginária, e em que, pelo menos em uma pluralidade de pontos cruzados imaginários (67), uma das cristas de suporte (60), um dos vales de suporte (62) e duas das cristas de turbulência (68), cujas cristas de turbulência (68) estão arranjadas nos interespaços adjacentes (76) e formam cristas de turbulência cruzadas (78), se encontram, em que as cristas de turbulência cruzadas (78) se estendendo entre dois dos pontos cruzados imaginários (67) formam cristas de turbulência cruzadas duplas (78a) e as cristas de turbulência cruzadas (78) se estendendo de um dos pontos cruzados imaginários (67) para a porção intermediária (62a) de um dos vales de suporte (62) formam cristas de turbulência de cruzadas simples (78b).

6. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma pluralidade de cada terço das cristas de turbulência cruzadas (78) em um e no mesmo interespaço (76) é uma crista de turbulência cruzada dupla (78a), enquanto o resto das cristas de turbulência cruzadas (78) são cristas de turbulência cruzadas simples (78b).

7. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que, se x for um número par, as duas linhas retas longitudinais imaginárias do meio formam linhas retas longitudinais imaginárias centrais (64a, 64b), em que, ao longo de uma das linhas retas longitudinais imaginárias centrais (64a, 64b), ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) são cristas de turbulência cruzadas duplas (78a) ou ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) são cristas de turbulência cruzadas simples (78b), em que ao longo do resto das linhas retas longitudinais imaginárias (64), uma das cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) é uma crista de turbulência cruzada dupla (78a), enquanto a outra das cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) é uma crista de turbulência cruzada simples (78b).

8. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que, se x for um número ímpar, a linha reta longitudinal imaginária do meio forma uma linha reta longitudinal imaginária central, em que, ao longo da linha reta longitudinal imaginária central, ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) são cristas de turbulência cruzadas duplas (78a) ou ambas as cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) são cristas de turbulência cruzadas simples (78b), em que ao longo do resto das linhas retas longitudinais imaginárias (64), uma das cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) é uma crista de turbulência cruzada dupla (78a), enquanto a outra das cristas de turbulência cruzadas que se encontram (78) é uma crista de turbulência cruzada simples (78b).

9. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo fato de que as cristas de turbulência (68) que se estendem entre a porção intermediária (62a) de um dos vales de suporte (62) e a porção intermediária (60a) de uma das cristas de suporte (60) formam cristas de turbulência intermediárias (80).

10. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma das cristas de turbulência intermediárias (80) é arranjada entre a crista de turbulência cruzada simples (78b) e a crista de turbulência cruzada dupla (78a) de pelo menos uma pluralidade de cada par de crista de turbulência cruzada simples adjacente (78b) e crista de turbulência cruzada dupla (78a) dentro do mesmo dos interespaços (76).

11. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma pluralidade de cada quinto das cristas de turbulência (68) em um e no mesmo interespaço (76) é uma crista de turbulência intermediária (80), enquanto o resto das cristas de turbulência (68) são cristas de turbulência cruzadas simples (78b).

12. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizada pelo fato de que as porções superiores (60d) das cristas de suporte (60) e as porções inferiores (62d) dos vales de suporte (62), ao longo da mesma das linhas retas longitudinais imaginárias (64), são conectadas por flancos de suporte (82), em que as porções superiores (68d) das cristas de turbulência (68) e as porções inferiores (70d) dos vales de turbulência (70) no mesmo espaço (76) são conectadas por flancos de turbulência (84), em que pelo menos uma pluralidade das cristas de turbulência (68) tem um primeiro flanco de turbulência (84a) se estendendo entre a porção superior (68d) e um primeiro lado (42) da placa de transferência de calor (2a), e um segundo flanco de turbulência (84b) se estendendo entre a porção superior (68d) e um segundo lado oposto (44) da placa de transferência de calor (2a), e em que, pelo menos para uma pluralidade das cristas de turbulência cruzadas duplas (78a), o primeiro flanco de turbulência (84a) e o segundo flanco de turbulência (84b) estão conectados a um respectivo flanco de suporte (82) nos pontos cruzados imaginários correspondentes (67).

13. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que pelo menos para uma pluralidade das cristas de turbulência cruzadas simples (78b), um dos primeiro e segundo flancos de turbulência (84a, 84b) é conectado ao flanco de suporte (82) no ponto transversal imaginário correspondente (67), e o outro do primeiro e segundo flancos de turbulência (84a, 84b) é conectado à porção intermediária (62a) do vale de suporte correspondente (62).

14. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 13, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma pluralidade das cristas de turbulência cruzadas simples (78b), ao longo de pelo menos uma das duas porções de extremidade (68b, 68c) de sua extensão longitudinal, se estende essencialmente em paralelo às linhas retas imaginárias transversais (66), e em que pelo menos uma pluralidade de cristas de turbulência cruzadas duplas (78a), ao longo de duas porções de extremidade (68b, 68c) de sua extensão longitudinal, se estende essencialmente em paralelo às linhas retas imaginárias transversais (66), as porções de extremidade (68b, 68c) sendo arranjadas em lados opostos da porção central (68a).

15. Placa de transferência de calor (2a) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a porção central (68a) de cada uma das cristas de turbulência (68) compreende um primeiro ponto de extremidade (e1) e um segundo ponto de extremidade (e2) arranjados ao longo de uma respectiva linha central longitudinal (c) da porção central (68a), em que, para uma pluralidade de cristas de turbulência (68), o primeiro ponto de extremidade (e1) é deslocado, em relação ao segundo ponto de extremidade (e2), (n+0,5) x o passo (p) entre as cristas de turbulência (68), paralelo ao eixo geométrico central longitudinal (L) da placa de transferência de calor (2a), onde n é um número inteiro.