ES2266821T3 - Mecanismo para el intercambio de calor entre medios fluyentes. - Google Patents

Abstract

Mecanismos para el intercambio de calor entre medios fluyentes, de los cuales al menos uno se encuentra en estado líquido, con un bloque intercambiador de calor limitado, por un lado, por una cámara de entrada (1) y, por el lado contrario, por una cámara de salida (3) para el abastecimiento y/o expulsión del medio líquido, incluyendo vías de fluido (7) para el medio líquido, que se extienden a través del bloque desde la cámara de entrada (1) hasta la cámara de salida (3) y quedan separadas unas de otras por las vías de fluencia (8) situadas entre ellas para la canalización del otro medio fluyente. Presenta también una placa cubierta (9), que se extiende, recubriendo las vías de fluido (7) y de fluencia (8), desde la cámara de entrada (1) hasta la cámara de salida (3); y aisla el bloque por un extremo, con lo que la placa cubierta (9) presenta al menos un canal de paso interno (13), que se extiende, evitando las vías de fluido (7), como canal secundario de corriente desde la cámara de entrada (1) hasta la cámara de salida (3), que se bloquea mediante al menos un dispositivo limitador de la presión (11) y se desbloquea mediante la apertura del dispositivo (11) por una diferencia de presión entre la cámara de entrada (1) y la cámara de salida (3) que supera un valor umbral predeterminado, caracterizado porque una sección de un cuerpo de perfil hueco formado mediante extrusión en forma de tubo plano (9) se concibe como placa cubierta (9), estando la misma aislada por ambos extremos por medio de un plato de cierre (15); porque en la pared del tubo plano (9), en sus secciones extremas adyacentes a la cámara de entrada (1) y la cámara de salida (3), se forman orificios de paso (17, 19), que suponen una conexión de fluidos entre al menos un canal de paso (13) del tubo plano (9) y la cámara de entrada (1) y la cámara de salida (3); porque el tubo plano (9) presenta dos canales internos de paso (13), cada uno de los cuales está conectado a través de los orificios de paso (17, 19) con la cámara de entrada (1) y/o la cámara de salida (3); porque se concibe al menos un dispositivo limitador de la presión (11) para cada canal de paso (13) del tubo plano (9); porque el dispositivo limitador de la presión (11) para cada canal de paso (13) se localiza en un orificio de paso (17, 19) que traspasa la pared del tubo plano (9); y porque los dispositivos limitadores de la presión (11)se conciben, en cada caso, en el orificio de paso (19) que une el canal de paso (13) con la cámara de salida (3).

Description

Mecanismo para el intercambio de calor entre medios fluyentes.

La invención hace referencia a un mecanismo para el intercambio de calor entre medios fluyentes, de los que al menos uno está en estado líquido.

Los mecanismos conocidos (DE-A-196 51 988), que sirven para influir sobre el estado térmico de un fluido que circula a través de ellos, encuentran en la técnica una aplicación ampliamente extendida, en particular en forma de enfriadores fluido/aire. En la aplicación en relación con instalaciones hidráulicas o instalaciones de producción, donde deberían enfriarse fluidos industriales como el aceite hidráulico, lubricantes o lubricantes de enfriamiento con aire frío, que se conduce a través del mecanismo, son necesarias medidas/precauciones, para evitar los fallos de fabricación o el fallo del mecanismo debido a la dependencia que presenta la viscosidad del fluido a enfriar respecto de la temperatura. Para optimizar el grado de eficacia del intercambio de calor, se disponen en las vías del fluido, por las que circula el fluido a enfriar dentro del mecanismo, álabes o láminas generadoras de turbulencia convencionales, que deben circular desde el fluido, llevado en este contexto a régimen turbulento, de forma que todos los componentes/partes del caudal de fluido entran en contacto con las paredes circundantes a la vía del fluido para el intercambio de calor.

Los elementos constructivos causantes de turbulencia producen un cierto estrangulamiento del caudal de fluido, de forma que entre la cámara de entrada para el fluido a enfriar y la cámara de salida del mismo se forma un gradiente de presión dependiente del estrangulamiento. En el caso de fluidos a enfriar cuya viscosidad sea muy dependiente de la temperatura, la citada alta viscosidad del fluido debida al estrangulamiento en las vías de los fluidos del mecanismo puede conducir a un excesivo incremento de la presión durante fases de fabricación, en las que el fluido en cuestión tiene una baja temperatura, o sea, por ejemplo, durante fases iniciales en las que el fluido industrial en cuestión está aún frío. Para evitar estas sobrepresiones, que podrían ocasionar perturbaciones o desperfectos, se concibe convencionalmente un dispositivo en paralelo entre las cámaras de entrada y salida del mecanismo, normalmente cerrado. Presenta un dispositivo limitador de la presión, que facilita la corriente paralela del fluido hasta que el fluido a enfriar haya alcanzado su temperatura de fabricación y se haya reducido la viscosidad correspondiente, el gradiente de presión en el mecanismo disminuye hasta un valor seguro, en el que se bloquea la corriente paralela y el fluido atraviesa exclusivamente las vías de fluido para el intercambio de calor.

Gracias a la DE-A-41 06 963 se conoce un mecanismo de enfriamiento de medios fluidos, en particular enfriadores de agua para instalaciones hidráulicas y motores de combustión que operan con aceite, en las que el medio a enfriar II se pone en contacto indirecto con el medio de enfriamiento I para el intercambio de calor, con un enfriador aceite/aire conocido con empalmes de conexión para la entrada y/o salida del medio II en un radiador, que presenta más canales de enfriamiento espaciados unos de otros y que circulan en paralelo, cuyos espacios intermedios se han llenado con láminas, a través de los que circula el medio 1 en régimen turbulento y donde se ha concebido una tapa provista a los costados con los empalmes de conexión, que está sujeto en la zona de los empalmes de conexión y presenta juntas internas y externas, y con una pieza fundida aproximadamente en forma de sillar hueco con más cámaras y empalmes para la entrada y salida del medio I, en los que el enfriador aceite/aire se emplea y sujeta esencialmente en arrastre de forma, de forma que, en estado de uso, el margen externo de la tapa yazca sobre una junta sellada en el margen de la carcasa.

Por este medio se origina un mecanismo de enfriamiento para medios fluidos con un intercambio de calor mejorado y barato de realizar; pudiendo, sin embargo, provocar sobrepresiones y, por consiguiente, desperfectos sobre el conocido mecanismo de enfriamiento, en particular en las fases iniciales, en las que el fluido en cuestión tiene una menor temperatura y con ello, en cada caso, existe una alta viscosidad.

La DE 42 32 366 A da a conocer un mecanismo acorde al tipo para el intercambio de calor entre medios fluyentes, con un bloque intercambiador de calor, limitada por un lado por una cámara de entrada y por el lado contrario por una cámara de salida para el abastecimiento y/o expulsión del medio líquido, que presenta vías de fluido para el medio líquido, que se extienden a lo largo del bloque desde la cámara de entrada hasta la cámara de salida y están separadas unas de otras mediante vías de fluencia situadas entre ellas para la canalización del otro medio fluyente, así como una placa cubierta que recubre las vías de fluido y de fluencia, se extiende desde la cámara de entrada hasta la cámara de salida y aísla el bloque por un extremo, presentando la placa cubierta al menos un canal de paso interno, se extiende evitando las vías de fluido como canal paralelo de corriente desde la cámara de entrada hasta la cámara de salida, que se bloquea mediante al menos un dispositivo limitador de la presión y se desbloquea mediante la apertura del dispositivo debida a una diferencia de presión dominante entre la cámara de entrada y la cámara de salida, que supera un predeterminado valor umbral.

Conforme a un modo de operación de la solución conocida, el enfriador de aceite monotubo se construye de forma que, cuando el aceite tiene temperatura de fabricación y se va a enfriar, el aceite es conducido en reflujo sobre las demás vías de fluido dentro del bloque del intercambiador de calor desde la cámara de entrada en dirección a la cámara de salida, en vez de sobre una línea de conexión en la placa cubierta del enfriador. Conforme a esto están todas las vías de fluido del haz de tubos del bloque del intercambiador de calor en el que circula una corriente de aceite. En otro modo de ejecución de dos fluidos, un haz de tubos del bloque del intercambiador de calor facilita el avance del aceite introducido sobre una admisión de aceite desde la cámara de salida hacia la cámara de entrada, que sirve como cámara de retorno y otro segundo haz de tubos permite el retorno del aceite desde la cámara de entrada a la cámara de salida y desde allí a una salida de aceite. Para la separación de las corrientes de fluido se emplea un tabique separador dentro de la cámara de salida, que la divide en cámaras parciales de aproximadamente el mismo tamaño.

A finales de este estado de la técnica, la invención se basa en el objetivo de seguir mejorando partiendo de los mecanismos conocidos, manteniendo las ventajas en el estado de la técnica, que se caracterizan por una construcción especialmente sencilla, fácil y barata de realizar, y que alcanza, no obstante, en gran medida un uso de funcionamiento seguro a diferentes temperaturas del medio a enfriar.

Este objetivo queda resuelto, conforme a la invención, por un mecanismo que presenta las características de la reivindicación 1 en su totalidad.

El mecanismo conforme a la invención presenta un bloque intercambiador de calor, en el que se extienden las vías de fluido para el fluido implicado en el intercambio de calor entre una cámara de entrada que limita al bloque por un lado y una cámara de salida que limita al bloque por el lado contrario; donde se alternan juntas (es decir se superponen en el bloque) las vías de fluido y las de fluencia para la canalización del otro medio fluyente, por ejemplo del aire frío. Como cierre superior del bloque se concibe una placa cubierta, de forma que, conforme a la pieza característica de la reivindicación 1, la placa cubierta presenta dos canales de paso, que se extienden, como canales de corriente paralela desde la cámara de entrada hasta la cámara de salida, evitando las vías de fluido, bloqueándose o desbloqueándose el respectivo canal de paso dependiente de la diferencia de presión entre las cámaras de entrada y salida mediante un dispositivo limitador de la presión. Conforme a la invención, se integra por eso el respectivo dispositivo en paralelo concebido como dispositivo de seguridad contra la formación de sobrepresión en la placa cubierta del bloque intercambiador de calor. Esto conlleva una considerable simplificación de la construcción del mecanismo, intencionadamente fácil y barato de elaborar.

La elaboración del mecanismo se desarrolla de forma especialmente fácil, pues como placa cubierta se concibe una sección de un cuerpo de perfil hueco formado por extrusión en forma de tubo plano, que se aísla por ambos extremos con un plato de cierre. Con todo esto, la cuerda del cuerpo de perfil hueco que forma el tubo plano se extrusiona de manera que el tubo plano presenta los dos canales de paso internos. La pared del tubo plano está provista de los correspondientes de orificios de paso, que posibilitan en las secciones de los extremos de cada canal de paso el contacto de fluidos hacia las cámara de entrada y salida, donde por cada canal de paso del tubo plano se ha previsto al menos un dispositivo limitador de la presión. Estos se disponen, en cada caso, en uno de los orificios de paso del tubo plano.

En el mecanismo, el respectivo dispositivo limitador de la presión puede consistir también en una pieza de cierre controlada mediante presión y/o temperatura, por ejemplo en forma de un elemento elástico dependiente de la temperatura. Si el medio a enfriar está frío, se forma también en el mecanismo una correspondiente alta presión y el dispositivo limitador de la presión tiene la función bypass de desbloquear el enfriador. Si entonces aumenta la temperatura del medio a enfriar y éste es fluido, puede atravesar directamente el enfriador eludiendo la función bypass, en el que a mayor temperatura la pieza de cierre cierra el bypass. Se puede realizar una pieza de cierre, por ejemplo, con un elemento elástico correspondiente y el mecanismo de bypass conforme a la invención se puede incorporar también posteriormente al presente enfriador.

En un modo de ejecución preferido se concibe como dispositivo limitador de la presión para cada canal de paso, en cada caso, una válvula de retención en forma de una válvula de asiento cargada por resorte.

En el acabado del bloque intercambiador de calor se pueden soldar los elementos constructivos que forman las vías de fluido y las vías de fluencia, en cada caso, sobrepuestos para la formación de un bloque con el número deseado de elementos, pudiéndose fijar simultáneamente por soldadura la placa cubierta que forma el dispositivo en corriente paralela en el lado superior del bloque.

Se origina una construcción especialmente fácil, cuando el tubo plano que forma la placa cubierta se obtura por los extremos del canal de paso o de los canales de paso con un plato de cierre, que se suelda conjuntamente con la soldadura del bloque intercambiador de calor. Cuando los platos de cierre se extienden sobre los extremos de varios canales de paso, presentan (los platos de cierre) preferentemente un paso practicado en ellos, que facilita un contacto de fluidos entre los canales de paso. Este paso puede estar formado por un hueco longitudinal incorporada a los platos de cierre, que se extiende sobre los extremos de los canales de paso situados en el tubo plano.

A continuación se explica en detalle la invención mediante un ejemplo de ejecución representado en los dibujos. Estos muestran:

\bullet Fig. 1: una representación muy esquemáticamente simplificada de un ejemplo de ejecución del mecanismo conforme a la invención en forma de enfriador aire/fluido;

\bullet Fig. 2: un dibujo esquemático del dispositivo en paralelo del ejemplo de ejecución pensado únicamente para la aclaración de la corriente de fluido en el ejemplo de ejecución con los dispositivos limitadores de la presión asignados;

\bullet Fig. 3: un plano de corte de un tubo plano de dos corrientes del dispositivo en paralelo del tubo plano, correspondiente la línea de corte III/III de la Fig. 1 y

\bullet Fig. 4: una vista en planta del lado interno de un plato de cierre para el cierre del extremo del tubo plano mostrado en la Fig. 3.

En la Fig. 1, que muestra una representación muy esquemáticamente simplificada de un ejemplo de ejecución de la invención en forma de un enfriador fluido/aire en bloque, se designan la cámara de entrada para el abastecimiento del fluido a enfriar y la cámara de salida para la expulsión del fluido con 1 y/o 3. Entre la cámara de entrada 1 y la cámara de salida 3, el bloque presenta elementos intercambiadores de calor alternantes, superpuestos y en forma de platos, es decir cuerpos de conducción de fluidos 5, que contienen vías internas de fluido 7, por las que pasa el fluido a enfriar desde la cámara de entrada 1 hasta la cámara de salida 3, así como cuerpos de cierre 8, que forman vías de fluencia para el aire frío circulante, que cubre las láminas de enfriamiento de los cuerpos de cierre 8. Los cuerpos de conducción de fluidos 5 y los cuerpos de cierre 8 son elementos constructivos en forma de platos con perfil cuadrado o rectangular.

El bloque intercambiador de calor con cámara lateral de entrada 1 y cámara lateral de salida 3 y la pila de cuerpos de conducción de fluidos 5 y cuerpos de cierre 8 situada entre ellas, cuyos elementos constructivos se sueldan todos juntos, se aísla por el lado superior mediante una placa cubierta 9, asimismo soldada. Esta placa cubierta 9 forma un dispositivo en paralelo para el contacto de fluidos entre las cámara de entrada 1 y de salida 3 evitando las vías de fluido 7 en los cuerpos de conducción de fluidos 5, vea las flechas de corriente dibujadas con doble línea en las Fig. 1 y 2, que ilustran la circulación del fluido desde la cámara de entrada 1 hacia la placa cubierta 9 así como la circulación del fluido desde la placa cubierta 9 hacia la cámara de salida 3 a través de válvulas esféricas de retención cargadas por resorte 11.

Las válvulas de retención 11 normalmente cerradas mediante carga por resorte forman un dispositivo limitador de la presión, que desbloquea la circulación de fluido, cuando la diferencia de presión entre las cámaras de entrada 1 y salida 3 supera un valor umbral preseleccionado mediante el ajuste de la fuerza del resorte de la válvula. En la Fig. 1 se muestra únicamente una válvula de retención 11. En interés de una sección transversal de la compuerta de la válvula del tamaño deseado se conciben, sin embargo, en el presente ejemplo de ejecución, más válvulas de retención 11 en serie, como se puede deducir de la Fig. 2, que vista en dirección visual perpendicular respecto a la Fig. 1, ilustra la corriente de fluido del dispositivo en paralelo formado por la placa cubierta 9 a través de las válvulas de retención 11, es decir, hacia la cámara de salida 3.

La placa cubierta 9 se construye, como puede contemplarse en la Fig. 3, mediante una sección de la cuerda de un perfil hueco extrusionado en forma de tubo plano, de doble corriente en el presente ejemplo, o sea que presenta dos canales internos de paso 13. Ambos extremos del tubo plano que forma la placa cubierta 9 se aíslan mediante un plato de cierre 15, que se representa a fondo en la Fig. 4. Los orificios de paso en la pared del tubo plano que forma la placa cubierta 9 forman el contacto de fluidos entre la cámara de entrada 1 y los canales internos de paso 13, así como el contacto de fluidos de los canales de paso 13 con la cámara de salida 3. Los orificios de paso practicados en la cámara de entrada 1, de los cuales sólo uno es visible en la Fig. 1, se designan con el 17. Los orificios de paso practicados en la cámara de salida 3 se designan con el 19. Conforme al número de dos canales de paso 13, concebido en el ejemplo de ejecución, se conciben en el presente ejemplo dos orificios de paso 17 en la cámara de entrada 1 y dos orificios de paso 19 en la cámara de salida 3.

Como se puede deducir de la Fig. 2, se dispone en cada orificio de paso 19 una válvula de retención 11, para, como ya se ha esbozado anteriormente, lograr una sección transversal de paso de la válvula lo suficientemente grande, sin tener que emplear válvulas excesivamente grandes. Para facilitar un contacto de fluidos entre ambos canales de paso 13 en los extremos del tubo plano que forma la placa cubierta 9, se equipan los platos de cierre 15 con una ranura profunda, longitudinal incorporada 21. En el caso de platos de cierre 15 soldados con la placa cubierta 9 en los extremos de los canales de paso 13, la ranura 21 se extiende sobre los extremos de ambos canales de paso 13, como resulta obvio al comparar las Fig. 3 y 4, formándose un paso, que crea un contacto de fluidos entre los canales de paso 13 en ambos extremos.

Para posibilitar, en el estado final del mecanismo, un acceso a las válvulas de retención 11 que sirven como dispositivo limitador de la presión, se hacen orificios de acceso 23 en la pared del tubo plano que forma la placa cubierta 9, que se practican, en cada caso, opuestos a la válvula de retención 11 en cuestión, vea las Fig. 1 y 3. Como resulta obvio a partir de la Fig. 1, los orificios de acceso 23 se pueden aislar con una pieza de cierre 25, que puede ser una tapa enroscada o similar. En un modo de ejecución no representado a fondo del mecanismo puede el respectivo dispositivo limitador de la presión puede consistir también en una pieza de cierre controlada mediante presión y/o temperatura, por ejemplo en forma de un elemento elástico dependiente de la temperatura. Si el medio a enfriar está frío, se forma también en el mecanismo una correspondiente alta presión y el dispositivo limitador de la presión tiene la función bypass de desbloquear el enfriador. Si entonces aumenta la temperatura del medio a enfriar y éste es fluido, puede atravesar directamente el enfriador eludiendo la función bypass, en el que a mayor temperatura la pieza de cierre cierra el bypass. Se puede realizar una pieza de cierre, por ejemplo, con un elemento elástico correspondiente.

El mecanismo de bypass conforme a la invención se puede incorporar también posteriormente al presente enfriador, ya que el mecanismo de bypass presenta preferentemente una altura, que corresponde a un canal de fluido 7 así como a un siguiente canal de láminas 8 en la altura de construcción. Se evita, por consiguiente, en el caso de un dispositivo de enfriamiento ya provisto, la serie superior de láminas con canal de fluido, generándose el área de construcción, para colocar y soldar posteriormente el mecanismo de bypass estandarizado en la altura, de forma que es posible una posterior instalación con el mecanismo de bypass sin la menor dificultad, sin que se reduzca considerablemente el rendimiento del enfriamiento del mecanismo de enfriamiento así construido.

Claims (6)

1. Mecanismos para el intercambio de calor entre medios fluyentes, de los cuales al menos uno se encuentra en estado líquido, con un bloque intercambiador de calor limitado, por un lado, por una cámara de entrada (1) y, por el lado contrario, por una cámara de salida (3) para el abastecimiento y/o expulsión del medio líquido, incluyendo vías de fluido (7) para el medio líquido, que se extienden a través del bloque desde la cámara de entrada (1) hasta la cámara de salida (3) y quedan separadas unas de otras por las vías de fluencia (8) situadas entre ellas para la canalización del otro medio fluyente. Presenta también una placa cubierta (9), que se extiende, recubriendo las vías de fluido (7) y de fluencia (8), desde la cámara de entrada (1) hasta la cámara de salida (3); y aisla el bloque por un extremo, con lo que la placa cubierta (9) presenta al menos un canal de paso interno (13), que se extiende, evitando las vías de fluido (7), como canal secundario de corriente desde la cámara de entrada (1) hasta la cámara de salida (3), que se bloquea mediante al menos un dispositivo limitador de la presión (11) y se desbloquea mediante la apertura del dispositivo (11) por una diferencia de presión entre la cámara de entrada (1) y la cámara de salida (3) que supera un valor umbral predeterminado, caracterizado porque una sección de un cuerpo de perfil hueco formado mediante extrusión en forma de tubo plano (9) se concibe como placa cubierta (9), estando la misma aislada por ambos extremos por medio de un plato de cierre (15); porque en la pared del tubo plano (9), en sus secciones extremas adyacentes a la cámara de entrada (1) y la cámara de salida (3), se forman orificios de paso (17, 19), que suponen una conexión de fluidos entre al menos un canal de paso (13) del tubo plano (9) y la cámara de entrada (1) y la cámara de salida (3); porque el tubo plano (9) presenta dos canales internos de paso (13), cada uno de los cuales está conectado a través de los orificios de paso (17, 19) con la cámara de entrada (1) y/o la cámara de salida (3); porque se concibe al menos un dispositivo limitador de la presión (11) para cada canal de paso (13) del tubo plano (9); porque el dispositivo limitador de la presión (11) para cada canal de paso (13) se localiza en un orificio de paso (17, 19) que traspasa la pared del tubo plano (9); y porque los dispositivos limitadores de la presión (11)se conciben, en cada caso, en el orificio de paso (19) que une el canal de paso (13) con la cámara de salida (3).

2. Mecanismo acorde a la Reivindicación 1, caracterizado porque como dispositivo limitador de la presión se concibe, en cada caso, una válvula de retención (11) en forma de válvula de asiento con resorte.

3. Mecanismo acorde a la Reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en la pared de cada canal de paso (13) en el área frente a la válvula de retención (11) se forma un orificio de acceso (23), que facilita el acceso a la válvula (11), aislable mediante una pieza de cierre (25).

4. Mecanismo acorde a una de las Reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque un paso (21), que forma una conexión de fluidos entre los canales de paso (13), se forma en los platos de cierre (15) obturando los extremos del tubo plano.

5. Mecanismo acorde a la Reivindicación 4, caracterizado porque el paso de los platos de cierre (15) está formado por un hueco longitudinal incorporado a ellos (21), que se extiende a lo largo de los extremos de los canales de paso (13) situados en el tubo plano (9).

6. Mecanismo acorde a una de las Reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el respectivo dispositivo limitador de la presión (11) consiste en una pieza de cierre controlada mediante presión y/o
temperatura.