ES2202887T3 - Soportes de montaje escalonados, ondulados, para intercambiadores de calor. - Google Patents
Soportes de montaje escalonados, ondulados, para intercambiadores de calor.Info
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Abstract
Intercambiador de calor de tipo placa o tubo, que comprende una pluralidad de pares de placas huecas, apiladas, o tubo (16, 18), presentando dichos pares de placas o tubos unos salientes de extremo, que casan entre si (26, 27, 28) y tienen unos orificios comunicantes (30, 32) formados en los mismos, para formar un distribuidor para la circulación de fluido a través de los pares de placas o los tubos; una pluralidad de aletas (38), situadas entre los pares de placas o tubos y que se extienden entre los salientes extremos, teniendo las aletas una altura igual ala distancia entre los pares de placas apiladas o tubos entre los salientes de extremo; y una pieza de conexión de extremo (62) para que circule el fluido, entrando o saliendo del distribuidor, teniendo la pieza de conexión de extremo una altura predeterminada y un conducto de circulación (68) a través de la misma.
Description
Soportes de montaje escalonados, ondulados, para
intercambiadores de calor.
La invención se refiere a intercambiadores de
calor, de tipo placa o tubo, con las características del preámbulo
de la reivindicación 1. Por el documento EP-A- 563
474 se conoce un intercambiador de calor de este tipo.
En el pasado, se han producido intercambiadores
de calor constituidos por una pluralidad de pares de placas huecas,
apiladas, o tubos para la circulación de un fluido a través de los
mismos. Los pares de placas o tubos suelen tener salientes
extremos, situados en extremos opuestos para espaciar los pares de
placas o tubos y formar unos distribuidores para la alimentación de
fluido a través de los pares de placas o tubos. Los pares de placas
o tubos, espaciados de este modo, permiten la circulación
transversal de otro fluido, como por ejemplo aire, entre los pares
de placas o tubos, y se suelen colocar unas aletas refrigeradoras
en los espacios comprendidos entre los pares de placas o tubos para
mejorar el coeficiente de transmisión de calor del intercambiador
de calor.
Algunas veces, es deseable disponer unas piezas
de conexión de entrada y de salida en estos distribuidores, entre
los pares de placas o tubos, para obligar al fluido a circular a lo
largo de un recorrido o circuito predeterminado, utilizando una
combinación u orden preseleccionado de circulación entre los pares
de placas o tubos. También es deseable, algunas veces, dividir la
pila de pares de placas o tubos en módulos separados, cada uno de
los cuales tiene su propia entrada y salida, de forma que se
dispone, en efecto, de múltiples cambiadores de calor o módulos en
una estructura unitaria.
Una forma de lograr estos resultados deseados ha
consistido, en el pasado, en utilizar espaciadores y quizás placas
o tubos especiales o únicos para alguno de los pares de placas o
tubos, donde los salientes extremos en las placas o tubos
especiales tienen una altura reducida o posiblemente se eliminan
todos para disponer las piezas de conexión de entrada o salida. Un
ejemplo de esta solución se muestra en la patente europea n°.
EP-A-O 563 474, que requiere unas
placas de extremo especiales para acomodar las piezas de conexión de
extremo. Otra forma consiste en utilizar aletas especiales,
extremadamente altas o capas dobles o triples de aletas entre
algunos de los pares de placas o tubos para dejar un espacio para
las piezas de conexión de entrada o salida entre los salientes
extremos de la placa o tubo donde se tienen que colocar las piezas
de conexión de entrada o salida. No obstante, una dificultad, en
estos métodos, es que se necesitan diversos componentes únicos o de
forma no usual, que dificultan el montaje de los intercambiadores
de calor, con la consecuencia de que se cometen muchos errores al
colocar los componentes erróneos en las posiciones erróneas. El
resultado de ello es que se producen muchos intercambiadores de
calor defectuosos o que no funcionan.
La presente invención minimiza el número de tipos
diferentes de componentes que se tienen que utilizar para producir
un intercambiador de calor, y permite fácilmente diversas
configuraciones y tamaños de circuito de circulación para piezas de
conexión de entrada y de salida, utilizando un soporte final de
montaje común dimensionado para alojar un tamaño particular de pieza
de conexión de entrada o salida, permitiendo sin embargo utilizar
aletas de misma altura.
Según la invención, se ofrece una placa o tubo y
un intercambiador de calor de aleta con las características
definidas en la reivindicación 1.
Se describirán ahora unas realizaciones
preferidas de la invención, por medio de ejemplos, con referencia a
las figuras adjuntas, en las cuales:
La figura 1 es una vista en perspectiva
despiezada de una parte de una realización preferida de un
intercambiador de calor según la presente invención;
La figura 2 es una vista en alzado, parcialmente
separada de la esquina superior izquierda del intercambiador de
calor de la figura 1, tomada en el sentido de las flechas
2-2;
La figura 3 es una vista en planta de un soporte
de montaje o de extremo utilizado en el intercambiador de calor de
la figura 1;
La figura 4 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 4-4 de la figura 3;
La figura 5 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 5-5 de la figura 3;
La figura 6 es una vista frontal o elevación del
soporte de montaje mostrado en la figura 3;
La figura 7 es una vista en planta de un
subconjunto de soporte de montaje como el utilizado en el
intercambiador de calor de la figura 1;
La figura 8 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 8-8 de la figura 7;
La figura 9 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 9-9 de la figura 7;
La figura 10 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas 10-10 de la figura 7;
La figura 11 es una vista frontal o en elevación
del subconjunto de la figura 7; y
La figura 12 es una vista en planta de una parte
de otra realización de un soporte de montaje según la presente
invención.
Con referencia primero a las figuras 2 y 3, se
indica por lo general con el número 10 una realización preferida de
un intercambiador de calor de aleta y placa según la presente
invención. El intercambiador de calor 10 incluye dos módulos 12 y
14, cada uno de los cuales contiene un circuito de circulación
separado para un fluido diferente. Por ejemplo, el módulo 12 se
podría utilizar para enfriar un aceite o fluido de transmisión para
automóviles y el módulo 14 se podría utilizar para enfriar el
aceite de un motor de automóvil. Se observará sin embargo que el
intercambiador de calor 10 se podría utilizar también para calentar
diversos fluidos. Si bien se muestran dos módulos 12, 14, es posible
incorporar en un solo intercambiador de calor 10 cualquier número
de módulos.
El intercambiador de calor 10 está formado por
una pluralidad de pares de placas huecas, apiladas 16, 18 aunque
también se pueden utilizar tubos en lugar de pares de placas. A los
efectos de la presente descripción, se considera que los pares de
placas son equivalentes a los tubos. Se podrían utilizar también
otros conductos de circulación, y colectivamente, todos estos pares
de placas, tubos u otros conductos pueden recibir a veces el nombre
de canales de circulación. Los pares de placas 16 están formados
por placas conjugadas que tienen unas depresiones 20, que confluyen
hacia el interior y se denominan por lo tanto pares de placas
onduladas 16. Los pares de placas 18 están formados por placas que
tienen secciones centrales planas 22 y dentro de los pares de
placas se encuentran unos turbulizadores 24 de metal expandido. Los
pares de placa 18 reciben por eso el nombre de pares de placas
planas. Cada uno de los pares de placa 16, 18 tiene unos salientes
extremos que casan 26, 28. Estos salientes extremos tienen unos
orificios comunicantes 30, 32 para formar un distribuidor de
circulación alineado para la circulación del fluido a través de los
pares de placas. Algunos de los salientes extremos, como los
salientes extremos 27, pueden no tener ningún orificio, o estos
orificios pueden estar cerrados de otras formas para proporcionar un
circuito de circulación particular en el interior de los módulos,
tal como se describirá más adelante.
El intercambiador de calor 10 comprende una aleta
superior 34 situada en la parte superior de los pares de placas
apilados 16 y una aleta inferior 36 situada por debajo de los pares
de placa apilados 18. El módulo 12 también tiene una aleta inferior
36 y el módulo 14 tiene una aleta superior 34. Entre los pares
deplacas se encuentran unas aletas intermedias 38. Todas las aletas
34, 36 y 38,se extienden entre sus respectivos salientes extremos
25, 26 y 28 situados enos extremos opuestos de los pares de
placas.
Los pares de placas 16, 18 o los tubos
equivalentes y aletas 34, 36 y 38 no se consideran parte de la
presente invención, por si mismos. En el intercambiador de calor
10, se puede utilizar cualquier tipo de placa o tubo así como
cualquier tipo de aleta, ondulada o del tipo de turbulizador plano.
Sin embargo, constituye parte de la presente invención el hecho de
que las aletas 34, 36 y 38 tengan todas ellas la misma altura, y
los salientes extremos 26, 27 y 28 tengan todos ellos, en general,
la misma altura. En otras palabras, no es necesario utilizar en el
intercambiador de calor 10, aletas especiales o aletas de alturas
diferentes, ni utilizar pares de placas o tubos con salientes
extremos de alturas diferentes.
El módulo 12 tiene un soporte de montaje superior
o final 42, y el módulo 14 tiene un soporte de montaje inferior o
final 44. Los soportes de montaje 42, 44 se muestran por separado
en las figuras 3 a 6. El módulo 12 también tiene un saliente de
montaje inferior 46 y el módulo 14 tiene un saliente de montaje
superior 48. En realidad, todos los soportes de montaje 42, 44, 46 y
48 son idénticos. Sin embargo, los soportes de montaje 46 y 48
forman, de preferencia, un subconjunto 50 que se muestra en las
figuras 7 a 10 y se describe más adelante. Aunque los soportes 42,
44, 46 y 48 son designados como soportes de montaje, también
podrían recibir el nombre de soportes finales, ya que no se
necesita utilizarlos para montar el intercambiador de calor 10 u
otros componentes del intercambiador de calor 10. A los efectos de
la presente descripción, el término "montaje" y "extremo"
en relación con los soportes 42, 44, 46 y 48 se utilizan de forma
intercambiable.
Con referencia ahora en particular a las figuras
3 a 6, los soportes de montaje o extremos 43, 44 tienen una parte
central plana 52 y unas partes extremas opuestas, descentradas, 54,
58 situadas en un plano paralelo a, y separado de, la parte central
52. Como se puede apreciar mejor en la figura 2, las partes
centrales planas 52 de los soportes de montaje superior e inferior
42, 46 están en contacto con unas aletas superiores e inferiores
correspondientes 34, 36. De forma similar, para el módulo 14, las
partes centrales planas 52 de los soportes de montaje superior e
inferior 48, 44 están en contacto con unas aletas correspondientes,
superiores e inferiores, 34, 36 para este módulo. Las partes
extremas descentradas 54, 56 están en contacto con un saliente
extremo adyacente 26 ó 28, según el caso. Las partes extremas
descentradas 54, 56 se extienden, una primera distancia
predeterminada, desde la parte central plana 52. Esta distancia
predeterminada es igual a la mitad de la altura de las aletas 34,
36 y 38.
Las partes centrales planas 52 tienen también
unos resaltes espaciadores, en forma de depresiones 58, 60, que se
extienden transversalmente en sentido opuesto al de las partes
extremas descentradas 54, 56. Los resaltes o depresiones 58, 60 se
extienden, una segunda distancia predeterminada, desde la parte
central plana 52. Dicha segunda distancia predeterminada es de tal
magnitud que si dos soportes de montaje o extremos están colocados,
adosados, como ocurre con el subconjunto 50, la distancia entre las
partes extremas adyacentes, descentradas, en cada extremo de los
soportes de montaje es igual a la altura de las piezas de conexión
de extremo 62 situadas entre las mismas. A los efectos de la
presente descripción, esta altura de la pieza de conexión recibe el
nombre de tercera distancia predeterminada.
Según se puede apreciar mejor en la figura 3, una
de las partes extremas descentradas 54 de los soportes de montaje
42, 44 presenta un orificio de circulación 64, y la otra parte
extrema descentrada 56 está cerrada o ciega. Las partes extremas
descentradas 56 presentan unas ranuras periféricas 66 para
comprobar el error del conjunto del intercambiador de calor 10 y
para indicar el circuito de circulación de fluido en el interior
del intercambiador decalor, según se describirá más adelante. Se
puede ver también que las ranuras periféricas 66 podrían estar en
las partes extremas descentradas 54, en lugar de en las partes
extremas descentradas 56 para lograr los mismos resultados.
Haciendo nuevamente referencia a las figuras 1 y
2, unas piezas de conexión de extremo 62 incluyen unos conductos de
circulación interna 64, que comunican con unos orificios de
circulación 64 en las partes extremas descentradas 54. En realidad,
las piezas de conexión extremas 62 tienen orificios transversales
alineados con orificios de circulación 64, y se utiliza
unaoperación de apilado para fijar la pieza de conexión extrema 64 a
las partes extremas descentradas 54, como se indica con las bridas
formadas 70 en la figura 2.
Como se puede ver también en las figuras 1 y 2,
el intercambiador de calor 10 incluye unos soportes de fijación
para montar el intercambiador de calor en la posición deseada. Los
soportes de fijación 72 pueden tener la configuración deseada,
aunque de preferencia tienen orificios circulares o semi circulares
74 para alojar unas depresiones 58 que ayuden a alinear los
soportes de fijación 72 durante el montaje del intercambiador de
calor 10. Los soportes de fijación 72 se fijan temporalmente a los
soportes de montaje 52, 54 por medio de remaches 76 o mediante una
operación de unión o aplastado designada con el nombre de la marca
registrada TOGGLE LOCK, (bloqueo por fiador atravesado) según se
describirá más adelante. Si se desea, se pueden colocar también
soportes de fijación adecuados entre los soportes de montaje o
extremos 42, 44 en el subconjunto 54. Esta disposición resulta
particularmente útil cuando se desean montar otros componentes
delante o detrás del intercambiador de calor 10.
Con referencia ahora a las figuras 7 a 11, se
observará que las depresiones 64 tienen un diámetro mayor que las
depresiones 58. El motivo de ello es facilitar la fijación de las
partes centrales 52 para formar el subconjunto 50. Con referencia a
la figura 9, esto se realiza utilizando un troquel y un juego de
matrices, que se comercializa junto con la marca TOGGLE LOCK. Se
trata de una operación de remachado, en la que un troquel empuja
unos metales desde ambas partes a través de una matriz de expansión
que forma un botón en la región inferior de las partes para
mantenerlas juntas. Es algo equivalente a un remache
auto-formante y como se puede ver en la figura 9, el
troquel deja una depresión 78 sobre una cara de las partes
acopladas y un botón 80 sobre la otra cara de las partes. Las
depresiones mayores 60 ofrecen algo más de material para esta
operación, para evitar que el troquel atraviese el material.
Sin embargo, se podrían utilizar remaches o
soldadura por puntos para unir los soportes de montaje en lugar del
dispositivo de fijación TOGGLE LOCK.
Los soportes de montaje o extremos 42, 44, 46 y
48 también presentan orificios de alineación 82 y ranuras
periféricas 83 para ayudar a alinear los componentes durante el
proceso de montaje o de realización del subconjunto.
Con referencia ahora a la figura 12, se podrá
apreciar que en lugar de depresiones 58, 60, los resaltes
espaciadores pueden tener forma de nervaduras alargadas 84. De
preferencia, las nervaduras 84 son segmentos de nervadura par
permitir que el aire circule entre las partes centrales planas 52
del subconjunto 60, aunque las nervaduras pueden tener su longitud
completa si se desea. Las nervaduras pueden estar también
orientadas transversal y oblicuamente en lugar de
longitudinalmente.
En el montaje del intercambiador de calor 10, los
circuitos o conductos de circulación deseados se determinan
previamente. Por ejemplo, en el módulo 12, en el intercambiador de
calor mostrado en la figura 1, se desea que el fluidoentre en una
de las piezas de conexión extremas 62, pase a través de un orificio
de circulación de entrada 64 hasta una de las partes extremas
descentradas y al interior de una de las aberturas del saliente de
extremo 30.
El fluido circula entonces una distancia igual a
la longitud de uno de los pares de placas 16. La circulación se
invierte en el extremo opuesto de los pares de placas y vuelve a
salir a través de los orificios de salida que comunican con
lasotras piezas de conexión de extremo 62. Se puede utilizar
cualquier pieza de conexión de extremo 62 como pieza de conexión de
entrada de circulación; la otra pieza de conexión de extremo 62
será la de salida de circulación. En el módulo 14, las piezas de
conexión de extremo 62 están situadas a la derecha (no mostradas).
El fluido circula a través de una de las piezas de conexión de
extremo 62, de forma similar, a lo largo de uno o más pares de
placas 18. La circulación se invierte entonces, debido a que los
salientes de extremo 22 forman un distribuidor, y el fluido refluye
y sale a través de la otra pieza de conexión de extremo 62.
Tras haber decidido el circuito de circulación
deseado para el intercambiador de calor 10, se apila el número
deseado de pares de placas 18 y aletas 34, 36 y 38 en la parte
superior del soporte de montaje inferior 44, después de haber unido
una pieza de conexión de extremo 62 a la parte extrema descentrada
54 del soporte de montaje 44. Se monta entonces un subconjunto 50
sobre la parte superior de la aleta superior 34. Se apila entonces
el número deseado de pares de placas 16 en la parte superior del
subconjunto 50 y el soporte de montaje superior 52 se coloca en la
parte superior de la aleta superior 34 del módulo 12, después de
haber unido una pieza de conexión extrema 62 a la parte extrema
descentrada 54 del soporte de montaje superior 42. El conjunto se
une entonces de forma permanente por
bronce-soldadura o soldadura para terminar el
intercambiador de calor.
Las personas versadas en el arte apreciarán que
el intercambiador de calor puede tener cualquier configuración o
circuito de circulación permutando los soportes de montaje con los
extremos invertidos y poniendo al revés las piezas de conexión 62.
En lugar de múltiples pasadas por los pares de placas, 16, 18 se
pueden hacer unos módulos de paso total, en los que el fluido
circula en la misma dirección por todos los pares de placas en uno
o en ambos módulos.
Aunque el subconjunto 50 mostrado en las figuras
7 a 11 presenta una parte central descentrada 54 con un orificio de
circulación, situada adyacente a una parte de extremo descentrada,
cerrada 56, se puede girar, con los extremos invertidos, uno de los
soportes de montaje. En este caso, las partes extremas descentradas
adyacentes, con orificio de circulación 54, podrían tener una pieza
de conexión de extremo 62 con un agujero transversal que pase
directamente a través de la pieza de conexión para comunicar con
ambos orificios 64, permitiendo que la circulación entre o salga
simultáneamente de dos módulos adyacentes.
También se podrá apreciar que, utilizando
múltiples subconjuntos 50, se puede hacer un intercambiador de
calor 10 que tiene cualquier número de módulos adicionales. Además,
las piezas de conexión de extremo 62 se pueden orientar en otras
direcciones, como por ejemplo transversalmente a los pares de
placas.
Se apreciará también que, si se desea utilizar
una pieza de conexión de extremo 62 de altura diferente, esto se
puede lograr sencillamente cambiando la altura de las depresiones
58, 60, de forma que el espaciado entre las partes de extremo
descentradas, adyacentes 54, 56 se corresponda con la altura de la
pieza de conexión de extremo deseada, entre medias. Se pueden
utilizar también soportes de montaje idénticos por todo el
intercambiador de calor 10, ya que no importa la altura de las
depresiones en tos soportes de montaje superior e inferior 42, 44.
Según se indicó anteriormente, las alturas de la aletatampoco
tienen que cambiar, ya que las partes descentradas de extremo
garantizan que se pueda utilizar las mismas-alturas
de aleta con diferentes alturas de pieza de conexión.
Claims (9)
1. Intercambiador de calor de tipo placa o tubo,
que comprende una pluralidad de pares de placas huecas, apiladas, o
tubo (16, 18), presentando dichos pares de placas o tubos unos
salientes de extremo, que casan entre si (26, 27, 28) y tienen unos
orificios comunicantes (30,32) formados en los mismos, para formar
un distribuidor para la circulación de fluido a través de los pares
de placas o los tubos;
una pluralidad de aletas (38), situadas entre los
pares de placas o tubos y que se extienden entre los salientes
extremos, teniendo las aletas una altura igual ala distancia entre
los pares de placas apiladas o tubos entre los salientes de
extremo; y
una pieza de conexión de extremo (62) para que
circule el fluido, entrando o saliendo del distribuidor, teniendo
la pieza de conexión de extremo una altura predeterminada y un
conducto de circulación (68) a través de la misma,
caracterizándose dicho intercambiador de
calor:
por lo menos, por dos soportes de montaje (42,
44, 46, 48), con la particularidad de que cada uno de ellos
comprende una placa alargada, generalmente plana, que tiene una
parte central plana (52) y unas partes extremas (54, 56) opuestas y
descentradas, situadas en un plano paralelo a, y separado de, la
parte central; una de estas partes de los extremos define un
orificio de circulación (64) a través de las mismas; la parte
central tiene unos resaltes espaciadores (58, 60), que se extienden
transversalmente en un sentido opuesto al de las partes extremas
descentradas, de forma que cuando dos soportes de montaje están
colocados adosados, los resaltes espaciadores separan las partes
centrales planas, las partes descentradas de los extremos se
extienden una primera distancia predeterminada, desde la parte
central plana, distancia predeterminada primera, igual a la mitad
de la altura de la aleta; los resaltes espaciadores se extienden
una segunda distancia predeterminada desde la parte central plana y
la primera y la segunda distancias predeterminadas son de tal
magnitud que la distancia entre las partes descentradas de los
extremos de los soportes de montaje adosados es igual a la altura
de la pieza de conexión del extremo (62); y
porque la pieza de conexión del extremo (62) está
fijada a una de dichas partes descentradas de los extremos y el
conducto de circulación (68) de la pieza de conexión comunica con
uno de dichos orificios (64).
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, que comprende además una aleta inferior (36),
situada por debajo de los pares de placa apiladas o tubos, donde el
soporte de montaje es un soporte de montaje inferior (44) que tiene
su parte central plana (52) en contacto con la aleta inferior (36) y
cada una de sus partes opuestas descentradas de extremo (56) en
contacto con un saliente extremo adyacente de un par de placas o de
un tubo adyacente.
3. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, que comprende además una aleta superior (34),
situada en la parte superior de los pares de placas apiladas o
tubos, donde el soporte de montaje es un soporte de montaje
superior (42) que tiene su parte central plana (52) en contacto con
la aleta superior (34) y cada una de sus partes opuestas
descentradas de extremo (52) en contacto con un saliente extremo
adyacente de un par de placas o tubo adyacente.
4. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque los soportes de
montaje adosados (46, 48) están situados entre pares de placa
preseleccionados o tubos, estando la parte opuesta descentrada de
extremo (54, 56) en contacto con un saliente de extremo adyacente
(26, 28) de un par de placas o tubo adyacente (16, 18) y cada
orificio (64) comunica con un orificiodel saliente de extremo (30,
32); la pieza de conexión de extremo (62) está situada entre las
partes adyacentes descentradas de extremo, y por lo menos una de
dichas partes adyacentes, descentradas de extremo tiene un orificio
que comunica con el conducto de circulación de la pieza de conexión
de extremo.
5. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, 2, 3 ó 4, en el que los mencionados resaltes
espaciadores tienen forma de depresiones (58, 60).
6. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, 2, 3 6 4, en el que dichos resaltos espaciadores
tienen forma de nervaduras alargadas (84).
7. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, 2, 3 ó 4, en el que dichos resaltos espaciadores
tienen forma de segmentos de nervaduras alargados (84).
8. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, 2, 3 6 4, en el que una de las partes
descentradas de extremo está formada con ranuras periféricas (66)
para distinguir las dos partes descentradas de extremo.
9. Intercambiador de calor según la
reivindicación 5, en el que las mencionadas depresiones del resalte
espaciador tienen diámetros diferentes.
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