ES2282835T3 - Intercambiador de calor. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor para el intercambio de calor entre un primer fluido y un segundo fluido, del tipo que comprende una pluralidad de carcasas (2), de forma sustancialmente aplanada y de una anchura (L) predeterminada, dispuestas en una pila (2a), con un espacio de aire (3) definido entre carcasas adyacentes en la pila, y formada cada una de dos semi-revestimientos (6) soldados a lo largo de una tira periférica (6a), estando dichas carcasas (2) en comunicación fluida entre sí a través de orificios (7) respectivos que se abren al interior de dicho espacio de aire (3), y que también comprenden, en dicho espacio de aire (3), al menos un espaciador (8), sustancialmente de tipo manguito, realizado de forma integrada en el extremo superior con dichas carcasas (2) adyacentes alrededor de los orificios (7) respectivos que se abren al interior de dicho espacio de aire (3), caracterizado porque comprende irregularidades (9) que consisten en radios radiales (9a, 9b, 90, 90a, 90b) asociados con dicho al menos un espaciador (8) y que se extienden radialmente desde el mismo en dicho espacio de aire (3) para reforzar los semi-revestimientos (6).
Description
Intercambiador de calor.
La presente invención, en su aspecto más
general, se refiere a un intercambiador de calor para el intercambio
de calor entre un primer y segundo fluido.
Particularmente, pero no exclusivamente, la
invención concierne a un intercambiador de calor para el intercambio
de calor entre fluidos presurizados, del tipo que comprende una
pluralidad de carcasas, de forma sustancialmente aplanada y de
anchura predeterminada, dispuestas en una pila, con un espacio de
aire definido entre carcasas adyacentes en la pila, y formada cada
una de dos semi-revestimientos soldados a lo largo
de una tira periférica, que se encuentran en comunicación fluida
entre sí a través de orificios respectivos que se abren al interior
de dicho espacio de aire.
Se conocen los intercambiadores de calor para el
intercambio de calor entre dos fluidos del tipo que comprende una
pluralidad de carcasas o conductos aplanados.
Cada carcasa está formada de dos
semi-revestimientos en los que los orificios
respectivos están abiertos, en posiciones correspondientes, en las
que se unen carcasas adyacentes a través de colectores.
En una disposición de este tipo, cada par de
carcasas adyacentes define un espacio de aire a través del que se
transporta un primer flujo de fluido, mientras que un segundo flujo
de fluido a una temperatura diferente cruza la pluralidad de
carcasas.
De esta manera, tales flujos llevan a cabo un
intercambio de calor, que se hace generalmente más efectivo
haciendo su movimiento altamente turbulento a través del uso de
pequeñas placas onduladas, o generadores de turbulencia, dispuestos
en las cavidades y en el interior de las carcasas,
respectivamente.
Los colectores de unión anteriormente
mencionados entre carcasas adyacentes son, según la técnica
anterior, piezas de tubos que conectan con los
semi-revestimientos y forzados, a través de
deformación plástica, alrededor de bordes cónicos respectivos
previstos en los orificios abiertos en las carcasas.
Los intercambiadores de calor realizados de este
modo, aunque son ventajosos, no están libres de desventajas,
incluyendo la principal representada mediante la resistencia
mecánica baja que tienen y que afecta a su uso, en particular en el
caso de un intercambio de calor entre flujos de fluidos a valores de
presión altos.
Una resistencia mecánica baja de este tipo es
sustancial tanto en las uniones entre carcasas adyacentes, en las
que la deformación plástica no garantiza una obturación adecuada,
como en los semi-revestimientos que, para un
intercambio de calor efectivo entre los fluidos, deben realizarse
con un grosor reducido.
De esto se deduce que los intercambiadores de
calor realizados de este modo no pueden usarse, o en cualquier caso
son de poco interés industrial, en el caso de intercambio de calor
entre flujos de fluidos de los que al menos uno se encuentra a un
valor de presión alto; en el que por valor de presión alto se hace
referencia a un valor superior a de 10 a 13 bar.
El documento
US-A-4.379.486 describe un
intercambiador de calor constituido por una pluralidad de carcasas
con elementos espaciadores entre ellas.
El problema técnico que forma la base de la
presente invención es el de crear un intercambiador de calor para
el intercambio de calor entre un primer fluido y un segundo fluido,
del tipo que comprende una pluralidad de carcasas, de forma
sustancialmente aplanada y de anchura predeterminada, dispuestas en
una pila, con un espacio de aire definido entre carcasas adyacentes
en la pila, y formada cada una de dos
semi-revestimientos soldados a lo largo de una tira
periférica, en el que las carcasas anteriormente mencionadas se
encuentran en comunicación fluida entre sí a través de orificios
respectivos que se abren al interior del espacio de aire
anteriormente mencionado, que presenta características estructurales
y funcionales tales como para superar las desventajas anteriormente
mencionadas, en otras palabras tales como para garantizar una fuerza
inusual y resistencia mecánica.
El problema anteriormente mencionado se resuelve
según la invención mediante un intercambiador de calor del tipo
considerado anteriormente, que comprende, en el espacio de aire
anteriormente mencionado, al menos un espaciador, sustancialmente
de tipo manguito, que limita con el extremo superior y realizado
integrado en dichas carcasas adyacentes alrededor de los orificios
respectivos que se abren al interior de dicho espacio de aire.
El intercambiador de calor comprende
irregularidades asociadas con el al menos un espaciador
anteriormente mencionado, que se extienden en el espacio de aire
para reforzar los semi-revestimientos.
Las irregularidades anteriormente mencionadas
son radios radiales que se extienden radialmente desde dicho al
menos un espaciador.
De manera ventajosa, los radios radiales
anteriormente mencionadas están espaciadas angularmente de una forma
prácticamente igual.
De nuevo preferiblemente, los radios radiales
anteriormente mencionados se forman de manera integrada en el
espaciador, y más preferiblemente los radios radiales y el
espaciador son una pieza de un perfil extruído.
De manera ventajosa, el perfil extruído
anteriormente mencionado se fabrica a partir de material metálico
seleccionado del grupo que comprende aluminio, aleaciones de
aluminio, cobre, aleaciones de cobre y materiales metálicos
similares.
Las características y ventajas adicionales de un
intercambiador de calor según la presente invención se harán más
claras a partir de la descripción, que se realiza de aquí en
adelante, con referencia a los dibujos adjuntos que se dan para
indicar y no limitar los fines.
En tales dibujos:
la figura 1 muestra una vista en sección frontal
esquemática de un intercambiador de calor según la presente
invención, realizada a lo largo de la línea I-I;
la figura 2 muestra una vista en planta del
intercambiador de calor de la figura 1, realizada según la flecha
II;
la figura 3 muestra una vista ampliada de un
detalle del intercambiador de la figura 1;
la figura 4 muestra una vista en sección de un
detalle del intercambiador de calor de la figura 1, realizada según
la línea IV-IV de la figura 3;
la figura 5 muestra una vista en perspectiva, en
despiece ordenado de una parte del intercambiador de la figura
1;
la figura 6 muestra la parte de la figura 5 del
intercambiador de calor según una realización alternativa de la
invención;
la figura 7 muestra un detalle de la parte de la
figura 5 según una realización alternativa adicional de la
invención;
la figura 8 muestra el detalle de la figura 4
según una realización alternativa adicional de la invención.
Con referencia a las figuras anteriormente
mencionadas, un intercambiador de calor para el intercambio de
calor entre un primer fluido, por ejemplo aceite, y un segundo
fluido, por ejemplo aire, realizado según la presente invención, se
representa global y esquemáticamente con 1.
El intercambiador de calor 1 comprende
esencialmente una pluralidad de carcasas 2, de forma sustancialmente
aplanada, asociadas conjuntamente en una relación de distancia
predeterminada en una pila 2a, con cavidades 3 respectivas
definidas entre carcasas.
Las carcasas 2, de anchura L predeterminada,
están fijadas, de una manera conocida, entre una primera placa 4 y
una segunda placa 5, la última dotada con uniones 5a para el paso,
por ejemplo, del primero de los fluidos anteriormente
mencionados.
En el ejemplo, el intercambiador descrito tiene
uniones 5a de 2,54 cm (una pulgada).
Cada una de las carcasas 2 está formada de dos
semi-revestimientos 6 soldadas a lo largo de una
tira periférica 6a cada uno de los cuales está equipado, en
posiciones correspondientes, con orificios 7 respectivos.
Deberá observarse que la tira periférica 6a
anteriormente mencionada tiene un borde externo 6b que comprende un
recorte 6c doblado en ángulo recto, y que los
semi-revestimientos 6 están realizadas en hoja de
aluminio de pequeño grosor de entre 0,1 y 0,4 mm, preferiblemente
0,3 mm.
Tales orificios 7 respectivos, que están
alineados en la pila 2a, sitúan las carcasas 2 anteriormente
mencionadas en comunicación fluida entre sí.
En las carcasas 2 de este tipo, se hace fluir un
flujo del primer fluido anteriormente mencionado, mientras que se
hace fluir el segundo fluido en las cavidades 3 anteriormente
mencionadas, todas en una manera conocida per se.
Según una primera característica de la
invención, el intercambiador de calor 1 comprende, en cada una de
dichas cavidades 3, un espaciador 8, sustancialmente de tipo
manguito, que limita con el extremo superior y realizado de forma
integrada en las carcasas adyacentes anteriormente mencionadas
alrededor de cada uno de los orificios 7 respectivos de los
semi-revestimientos 6, que realizan una conexión
mecánica inviolable entre carcasas adyacentes.
Los espaciadores 8 de este tipo realizados de
forma integrada en las carcasas 2, por ejemplo, a través de la
soldadura o soldadura con metal no ferroso, definen, en los
orificios 7 respectivos, colectores de paso para el primer fluido
anteriormente mencionado, que se comunica con el interior de las
carcasas 2.
Según una segunda característica de la
invención, el intercambiador de calor 1 comprende irregularidades 9
asociadas con cada espaciador 8, que se extienden en cada espacio de
aire 3, constituyendo elementos de refuerzo de los
semi-revestimientos 6.
Con referencia particular al ejemplo de las
figuras 4 y 5, deberá observarse cómo las irregularidades de este
tipo están en forma de radios radiales 9, que sobresalen radialmente
hacia el exterior de dicho espaciador 8 y espaciados angularmente
de una forma prácticamente igual en un espaciador 8 de este
tipo.
De manera ventajosa y según una característica
adicional de la invención, un número predeterminado de tales radios
radiales 9 que se extienden fuera del espaciador 8, en el ejemplo un
número igual a siete radios indicados con 9a, se extiende hasta la
tira periférica 6a anteriormente mencionada.
En particular, un número tal predeterminado de
radios radiales 9a se extiende hasta, y limita con, el recorte 6c
doblado en ángulo recto anteriormente mencionado.
De nuevo de manera ventajosa, los radios
radiales 9 restantes del mismo espaciador 8, en el ejemplo tres
radios indicados con 9b, se cizallan según un plano transversal,
indicado con T, que constituye el plano de referencia y soporte
para una placa ondulada, indicada globalmente con 11, dispuesta en
cada una de las cavidades 3 y denominada "generador de
turbulencia" por el experto en la técnica.
Con respecto a esto, también debe indicarse que
una segunda placa ondulada o generador de turbulencia 11a está
dispuesto dentro de cada carcasa 2.
Las placas onduladas 11, 11a anteriormente
mencionadas tienen la finalidad de aumentar la eficacia del
intercambio de calor del intercambiador de calor 1, aumentando la
turbulencia, por medio de sus superficies onduladas, de los flujos
de fluidos destinados para el intercambio de calor.
Preferiblemente, los radios radiales 9
anteriormente mencionados se forman de manera integrada en el
espaciador 8 desde el que sobresalen, y de manera más preferible
los radios radiales y el espaciador son una pieza de un perfil
extruído fabricado de un material metálico seleccionado del grupo
que comprende aluminio, cobre, aleaciones de aluminio, aleaciones
de cobre y materiales metálicos similares.
Deberá observarse que el grosor s del espaciador
8 y el grosor de los radios radiales 9 tienen valores de entre 2 y
4 mm, preferiblemente 3,5 mm.
De nuevo preferiblemente, cada uno de los
orificios 7 respectivos anteriormente mencionados de cada
semi-revestimiento 6 se prevén equipados con un
borde de centrado 12, que sobresale desde el
semi-revestimiento 6 en la dirección del espacio de
aire 3, para la alineación del espaciador 8.
La ventaja principal del intercambiador de calor
según la presente invención reside en su fuerza inusual.
En efecto, gracias a los espaciadores soldados y
realizados de forma integrada en el extremo superior de las
carcasas, a la pila de carcasas en sí mismas se le proporciona una
estructura particularmente fuerte.
De esta manera, se realiza una conexión mecánica
inviolable entre carcasas adyacentes, que forman una obturación y
pueden resistir esfuerzos violentos.
En particular, se refuerzan las partes del
intercambiador que según la técnica anterior estaban más sometidas
a explosión, en el intercambiador según la invención, tanto a través
de los espaciadores realizados de forma integrada en las carcasas
como a través de los radios radiales que sobresalen desde cada
espaciador que constituyen elementos de refuerzo para cada uno de
los semi-revestimientos.
El intercambiador de calor según la invención,
de esta manera, es particularmente adecuado para el intercambio de
calor entre flujos presurizados de fluidos, también para presiones
de hasta 35 bar y más.
Adicionalmente, se mejora la resistencia
mecánica del intercambiador mediante los radios radiales de los
espaciadores, que constituyen elementos de soporte para cada placa
ondulada dispuesta en las cavidades.
De esta manera, las placas onduladas están
bloqueadas de manera estable mediante los radios radiales en una
posición óptima que permite un aumento excelente en la turbulencia
del flujo de fluido que cruza las cavidades, y un intercambio de
calor óptimo en particular a valores de presión altos de un flujo de
este tipo.
En otras palabras, el intercambiador de calor
según la presente invención permite llevar a cabo un intercambio de
calor entre un primer fluido transportado dentro de las carcasas, y
un segundo fluido transportado al interior de las cavidades entre
carcasas adyacentes, en particular y como mucho cuando los dos
flujos respectivos de tales fluidos se encuentran a valores de
presión altos, gracias a la estructura especial anteriormente
descrita.
Se consigue una fuerza inusual del
intercambiador de calor de este tipo según la invención,
ventajosamente, manteniendo de manera simultánea una estructura
compacta del intercambiador, a través de
semi-revestimientos realizados con un grosor bajo
tal como se requiere para un intercambio de calor eficaz.
Una ventaja adicional conseguida mediante el
intercambiador de calor según la invención recae en la caída de
presión mínima o insignificante que los fluidos sufren durante el
intercambio de calor, gracias a la conexión mecánica anteriormente
mencionada que garantiza una mejor obturación que la que la técnica
anterior ha proporcionado hasta ahora.
Debería indicarse, adicionalmente, que los
radios radiales que se extienden hasta el recorte de la tira
periférica, ventajosamente doblado en ángulo recto, proporcionan al
intercambiador de calor según la invención una resistencia mecánica
eficaz también contra golpes accidentales, preservando al
intercambiador de calor de abolladuras y daños indeseados similares
que podrían derivar de golpes de este tipo.
Ahora, con referencia particular al ejemplo de
la figura 6, se describe una realización alternativa de la presente
invención para la que los detalles y las piezas cooperantes que
tienen la misma estructura y funcionamiento que la realización a
modo de ejemplo previa deberán indicarse con los mismos números y
símbolos de referencia.
En una realización alternativa de este tipo, el
intercambiador de calor comprende espaciadores 8, sustancialmente
conformados como un manguito, realizados de forma integrada en el
extremo superior en carcasas 2 adyacentes y que comprenden radios
radiales 90 que sobresalen hacia el interior del espaciador 8.
Los radios radiales 90 anteriormente mencionados
que sobresalen hacia el interior del espaciador se cizallan, en sus
extremos libres, para rodear el borde de centrado 12 de los
orificios 7 respectivos.
De nuevo con referencia al ejemplo de la figura
6, deberá observarse que el espaciador 8 comprende una primera
parte 80a con un perfil curvado, y una segunda parte 80b con un
perfil de ángulo recto que constituye el plano de referencia para
el generador de turbulencia 11.
En una realización alternativa de este tipo
deberá observarse que, ventajosamente, la presión que desde el
interior actúa sobre el espaciador, debido al fluido que cruza las
carcasas, está completamente compensada mediante una presión que
actúa desde el exterior sobre el espaciador, debido al fluido que
cruza las cavidades.
En el ejemplo de la figura 7 se representa una
realización alternativa adicional del intercambiador de calor según
la invención.
En una realización alternativa de este tipo el
intercambiador de calor comprende espaciadores 8, conformados
sustancialmente como un manguito, cada uno equipado con radios
radiales que sobresalen hacia el interior del espaciador, indicados
con 90a, y radios radiales que sobresalen hacia el exterior del
espaciador e indicados con 90b.
Puede observarse que los radios radiales 90b
anteriormente mencionados que se extienden hacia el exterior del
espaciador 8 están en prolongación de los radios radiales 90a que se
extienden hacia el interior del espaciador.
Es importante observar que, según una
realización alternativa adicional que se muestra con referencia al
ejemplo de la figura 8, los orificios 7 abiertos en los
semi-revestimientos 6 de las carcasas 2 son
alargados.
Los orificios que se extienden transversalmente
son particularmente ventajosos en el caso de grandes anchuras del
intercambiador, previstos para resistir tasas de flujo altas del
fluido que circula en los semi-revestimientos del
intercambiador en sí mismo.
El experto en la técnica puede proponer
numerosas modificaciones a cada una de las cuatro realizaciones
alternativas del intercambiador de calor descrito anteriormente con
el fin de satisfacer requisitos contingentes y específicos, estando
cubiertas todas estas modificaciones en cualquier caso por el
alcance de protección de la invención, como se define mediante las
reivindicaciones enumeradas de aquí en adelante.
Claims (16)
1. Intercambiador de calor para el intercambio
de calor entre un primer fluido y un segundo fluido, del tipo que
comprende una pluralidad de carcasas (2), de forma sustancialmente
aplanada y de una anchura (L) predeterminada, dispuestas en una
pila (2a), con un espacio de aire (3) definido entre carcasas
adyacentes en la pila, y formada cada una de dos
semi-revestimientos (6) soldados a lo largo de una
tira periférica (6a), estando dichas carcasas (2) en comunicación
fluida entre sí a través de orificios (7) respectivos que se abren
al interior de dicho espacio de aire (3), y que también comprenden,
en dicho espacio de aire (3), al menos un espaciador (8),
sustancialmente de tipo manguito, realizado de forma integrada en el
extremo superior con dichas carcasas (2) adyacentes alrededor de
los orificios (7) respectivos que se abren al interior de dicho
espacio de aire (3), caracterizado porque comprende
irregularidades (9) que consisten en radios radiales (9a, 9b, 90,
90a, 90b) asociados con dicho al menos un espaciador (8) y que se
extienden radialmente desde el mismo en dicho espacio de aire (3)
para reforzar los semi-revestimientos (6).
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos radios radiales
(9a, 9b, 90b) se extienden hacia el exterior.
3. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos radios radiales
(90, 90a,) se extienden hacia el interior.
4. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos radios radiales
son radios radiales que se extienden hacia el exterior (90b) y
radios radiales que se extienden hacia el interior (90a).
5. Intercambiador de calor según la
reivindicación 4, caracterizado porque dichos radios radiales
que se extienden hacia el exterior (90B) están en prolongación de
dichos radios radiales que se extienden hacia el interior
(90a).
6. Intercambiador de calor según la
reivindicación 2 ó 4, caracterizado porque un número
predeterminado de dichos radios radiales (9a) que se extienden
hacia el exterior de dicho al menos un espaciador (8) se extienden
al menos hasta dicha tira periférica (6a).
7. Intercambiador de calor según la
reivindicación 6, caracterizado porque cada
semi-revestimiento (6) comprende, en un borde
externo (6b) de dicha tira periférica (6a), un recorte (6c) doblado
en ángulo recto, y porque dicho número predeterminado de radios
radiales (9a) que se extienden en el exterior se extienden hasta
dicho recorte (6c).
8. Intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque dichos radios radiales (9a, 9b, 90, 90a, 90b) se forman de
manera integrada en dicho al menos un espaciador (8).
9. Intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque dicho al menos un espaciador (8) y dichos radios radiales
(9a, 9b, 90, 90a, 90b) son una pieza de un perfil extruído.
10. Intercambiador de calor según la
reivindicación 9, caracterizado porque dicha pieza de perfil
extruído se fabrica de un material metálico seleccionado del grupo
que comprende aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones
de cobre y materiales metálicos similares.
11. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos radios radiales
(9a, 9b, 90, 90a, 90b) están espaciados angularmente de una forma
prácticamente igual.
12. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque un número
predeterminado de dichos radios radiales (9b) están cizallados
según un plano (T) que constituye el plano de referencia y soporte
para una placa ondulada (11) dispuesta en dicho espacio de aire
(3).
13. Intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque al menos uno de dichos orificios (7) respectivos que se
abren al interior de dicho espacio de aire (3) está equipado con un
borde de centrado (12) para dicho al menos un espaciador (8).
14. Intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque dichos orificios (7) respectivos son alargados en una
dirección predeterminada.
15. Intercambiador de calor según la
reivindicación 14, caracterizado porque dichos orificios (7)
respectivos son alargados en la dirección de la anchura (L) de
dichas carcasas (2).
16. Intercambiador de calor según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque dicho al menos un espaciador (8) tiene un grosor
predeterminado de entre 2 y 4 mm, preferiblemente 3,5 mm.
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