ES2285790T3 - HEAT EXCHANGER OF PLATES. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor de placas soldadas (1) concebido para la transferencia de calor entre flujos de medios en diferentes fases, es decir como líquido y gas, y que comprende - placas sustancialmente circulares (2, 3) unidas entre sí y que forman las superficies de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas (1), en el que dos placas (2, 3) unidas entre sí forman un par de placas (4) y pares de placas adyacentes (4) unidas entre sí forman una pila (12) de placas, - primeros conductos de flujo (16, 17) para unos medios de suministro de calor y segundos conductos de flujo (16, 17) para unos medios de recepción de calor formados entre las placas (2, 3) unidas entre sí, - canales (13, 14, 15) que dirigen los flujos de suministro de calor y de recepción de calor a los conductos de flujo (16, 17) y fuera de los mismos y los conectores de entrada y de salida (18, 19) de los canales, y - placas extremas (31, 32) que soportan la pila de placas (12) y unos medios (36, 37, 41) de soporte entre las mismas, por lo que - las placas sustancialmente circulares (2, 3) del intercambiador de calor de placas (1) que forman las superficies de transferencia de calor y un canal central (13), están provistas de por lo menos un orificio (6) sustancialmente en el centro de la placa (2, 3).Heat exchanger of welded plates (1) designed for heat transfer between media flows in different phases, ie as liquid and gas, and comprising - substantially circular plates (2, 3) joined together and forming the surfaces Heat transfer of the plate heat exchanger (1), in which two plates (2, 3) joined together form a pair of plates (4) and pairs of adjacent plates (4) joined together form a stack ( 12) of plates, - first flow ducts (16, 17) for heat supply means and second flow ducts (16, 17) for heat receiving means formed between the plates (2, 3) joined between yes, - channels (13, 14, 15) that direct the heat supply and heat reception flows to the flow ducts (16, 17) and out of them and the input and output connectors (18, 19) of the channels, and - end plates (31, 32) supporting the stack of plates (12) and means (36, 3 7, 41) of support therebetween, whereby - the substantially circular plates (2, 3) of the plate heat exchanger (1) forming the heat transfer surfaces and a central channel (13), are provided of at least one hole (6) substantially in the center of the plate (2, 3).
Description
Intercambiador de calor de placas.Plate heat exchanger.
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor de placas soldadas de manera ventajosa según el preámbulo de la reivindicación 1, para transferir calor desde unos medios de suministro de calor a unos medios de recepción de calor, especialmente entre sustancias en diferente fase, tal como líquido y gas.The present invention relates to a welded plate heat exchanger advantageously according to the preamble of claim 1, to transfer heat from means for supplying heat to means for receiving heat, especially between substances in different phases, such as liquid and gas
De manera tradicional, los intercambiadores de calor se dividen en intercambiadores de calor con una estructura de placas y los que presentan una estructura de tubo. La diferencia significativa en lo que se refiere tanto a la construcción como a la transferencia de calor es que las superficies de transferencia de calor son principalmente tubos en una estructura, y placas en la otra. En el intercambiador de calor de tubo, un conjunto de tubos con partes de cabecera y ramificaciones está colocado normalmente dentro de una envoltura circular. Gracias a la forma cilíndrica y los tubos, la estructura es muy adecuada como un recipiente a presión, y por tanto los intercambiadores de calor de tubo se han utilizado a presiones extremadamente altas. En una amplia perspectiva, también un gran número de construcciones de calderas son algún tipo de intercambiadores de calor de tubo. Esto se aplica tanto a calderas con tubos de humos/de horno onduladas y calderas de tubos de agua, basándose la división en qué lado del tubo predomina la presión.Traditionally, the exchangers of heat are divided into heat exchangers with a structure of plates and those with a tube structure. The difference significant in terms of both construction and the heat transfer is that the transfer surfaces of heat are mainly tubes in a structure, and plates in the other. In the tube heat exchanger, a set of tubes with header parts and ramifications it is normally placed inside a circular envelope. Thanks to the cylindrical shape and the tubes, the structure is very suitable as a container to pressure, and therefore the tube heat exchangers have used at extremely high pressures. In a wide perspective, also a large number of boiler constructions They are some kind of tube heat exchangers. This applies both to boilers with corrugated smoke / furnace pipes and boilers water pipes, based on the division on which side of the tube predominates the pressure.
El inconveniente más significativo de los intercambiadores de calor de tubo puede considerarse que radica en el gran peso cuando se compara con el área de superficie de las superficies de transferencia de calor. Debido a ello, los intercambiadores de calor de tubo son normalmente de tamaño grande. También, cuando se consideran las características de flujo y la transferencia de calor, es difícil diseñar y fabricar intercambiadores de calor de tubo especialmente cuando deben tenerse en cuenta motivos económicos.The most significant inconvenience of tube heat exchangers can be considered to be based on the great weight when compared to the surface area of the heat transfer surfaces. Because of that, the Tube heat exchangers are usually large in size. Also, when considering the flow characteristics and the heat transfer, it is difficult to design and manufacture tube heat exchangers especially when they should economic reasons must be taken into account.
Un intercambiador de calor de placas típico está compuesto de placas rectangulares que se presionan una contra otra por medio de placas extremas, que, a su vez, están apretadas a los extremos de la pila de placas por medio de tirantes o tornillos de tensión. Los espacios entre las placas están cerrados y sellados con juntas acanaladas sobre su circunferencia exterior, y se utilizan asimismo juntas en los canales de flujo. Puesto que la capacidad de soporte de placas lisas es pobre, se fortalecen con ranurados que están dispuestos normalmente transversalmente en placas adyacentes, en las que también mejoran la resistencia a la presión de la estructura cuando los rebordes de las ranuras se soportan entre sí. Sin embargo, un aspecto más importante es la importancia de las ranuras para la transferencia de calor: la forma de las ranuras y su ángulo con respecto a los flujos, afecta por ejemplo a la transferencia de calor y pérdidas de presión. En un intercambiador de calor de placas tradicional, unos medios de suministro de calor fluyen en cada dos espacios entre las placas, y unos medios de recepción de calor en los espacios restantes. El flujo se conduce entre las placas a través de orificios dispuestos en la proximidad de las esquinas de las placas. Cada espacio entre las placas contiene siempre dos orificios con bordes cerrados y otros dos orificios que funcionan como canales de entrada y salida para el espacio entre las placas. Los intercambiadores de calor de placas están compuestos normalmente de placas relativamente finas, en los que se obtiene una estructura pequeña y ligera. Debido a que las placas pueden perfilarse con una forma deseada, es posible realizar las propiedades de transferencia de calor adecuadas para el objetivo de su utilización de la mejor manera posible. Las mayores debilidades en los intercambiadores de calor de placas convencionales son las juntas que limitan la resistencia a la presión y a la temperatura de los intercambiadores de calor. En varios casos las juntas han perjudicado las posibilidades de utilización cuando los medios de suministro de calor o de recepción de calor han sido corrosivos.A typical plate heat exchanger is composed of rectangular plates that are pressed against each other by means of end plates, which, in turn, are tight to the ends of the plate stack by means of braces or screws tension. The spaces between the plates are closed and sealed with grooved joints on its outer circumference, and are used also together in the flow channels. Since the ability to Plain plate support is poor, are strengthened with grooves that they are normally arranged transversely in adjacent plates, in which they also improve the pressure resistance of the structure when the groove flanges support each other. However, a more important aspect is the importance of Slots for heat transfer: the shape of the slots and their angle with respect to the flows, affects for example the heat transfer and pressure losses. In an exchanger of traditional plate heat, means of heat supply they flow in every two spaces between the plates, and means of heat reception in the remaining spaces. The flow is conducted between the plates through holes arranged in the proximity of the corners of the plates. Each space between the plates always contains two holes with closed edges and two others holes that function as input and output channels for the space between the plates. Plate heat exchangers they are normally composed of relatively thin plates, in the that you get a small and light structure. Because the plates can be profiled with a desired shape, it is possible to perform the heat transfer properties suitable for the objective of its use in the best possible way. The majors weaknesses in plate heat exchangers Conventional are the joints that limit the resistance to pressure and heat exchanger temperature. In several cases the boards have harmed the chances of use when the means of heat supply or reception of heat have been corrosive.
Se han realizado intentos para mejorar las construcciones de intercambiadores de calor de placas excluyendo algunas o todas las juntas y sustituyéndolas con uniones soldadas en blando o costuras soldadas. Los intercambiadores de calor de placas fabricados mediante soldadura blanda normalmente se parecen a los provistos de juntas. La diferencia externa más significativa es la ausencia de tornillos de tensión entre los extremos. Debido a la estructura, no ha sido posible desensamblar tales intercambiadores de calor.Attempts have been made to improve plate heat exchanger constructions excluding some or all of the joints and replacing them with welded joints in soft or welded seams. Plate heat exchangers manufactured by soft welding normally resemble those provided with joints. The most significant external difference is the absence of tension screws between the ends. Due to the structure, it has not been possible to disassemble such exchangers of heat
Se ha realizado intentos para combinar las ventajas del intercambiador de calor de tubo y el intercambiador de calor de placas en intercambiadores de calor cuya construcción se parezca parcialmente a ambos de estos tipos básicos. Una solución de este tipo se da a conocer en la publicación de patente finlandesa FI 79409, en la que placas circulares o poligonales están apiladas una sobre la otra para formar una pila de placas que está soportada por medio de placas extremas. La pila de placas está rodeada por una envoltura, cuyos lados están provistos de canales de entrada y salida para los flujos de los medios de suministro de calor y recepción de calor. A diferencia del intercambiador de calor de placas tradicional, todos los flujos en el interior de los espacios entre las placas se dirigen desde fuera de las placas. En la publicación, el problema básico de los intercambiadores de calor de placas, es decir, su hermeticidad, se desprecia como un aspecto secundario, sin proporcionar ninguna solución a ese problema particular. Cuando el intercambiador de calor según la publicación está cerrado mediante soldadura, es posible conseguir los mismos intervalos de presión que cuando se utiliza un intercambiador de calor de tubo, correspondiendo las propiedades de transferencia de calor a las propiedades del intercambiador de calor de placas.Attempts have been made to combine the Advantages of the tube heat exchanger and the heat exchanger plate heat in heat exchangers whose construction is partially resemble both of these basic types. A solution of this type is disclosed in the Finnish patent publication FI 79409, in which circular or polygonal plates are stacked one over the other to form a stack of plates that is supported by means of extreme plates. The plate stack is surrounded by a wrap, whose sides are provided with input channels and output for the flows of the heat supply means and heat reception Unlike the heat exchanger of Traditional plates, all flows inside the spaces between the plates are directed from outside the plates. In the publication, the basic problem of heat exchangers of plates, that is, its tightness, is despised as an aspect secondary, without providing any solution to that problem particular. When the heat exchanger according to the publication It is closed by welding, it is possible to get the same pressure ranges than when using a heat exchanger tube heat, corresponding transfer properties of heat to plate heat exchanger properties.
La publicación de patente finlandesa FI 84659 presenta una solución que muestra más claramente las propiedades típicas de tanto los intercambiadores de calor de placas como de los intercambiadores de calor de tubo. Las placas circulares están unidas entre sí en pares soldándolas conjuntamente por los bordes de los orificios que forman un canal de entrada y salida. Soldando los pares de placas fabricados de la manera anterior entre sí por los perímetros exteriores de las placas, se consigue un circuito cerrado para el flujo de unos medios de transferencia de calor. A diferencia del intercambiador de calor de placas tradicional, la estructura está soldada y existen sólo dos orificios en las placas. El flujo de otros medios de transferencia de calor se dirige en cada dos espacios entre las placas por medio de una envoltura que rodea la pila de placas. Para impedir que el flujo discurra entre la pila de placas y la envoltura, se utilizan juntas que se utilizan principalmente como controladores para el flujo. Naturalmente, no se requiere resistencia a la presión de los controladores de flujo. Debido a la estructura de la pila de placas, es difícil implementar la junta. Por ejemplo, se utilizan obturadores de caucho elástico para el sellado, siendo posible desensamblar el intercambiador de calor, por ejemplo, para fines de limpieza. Por tanto, el problema de sellado no es tan importante puesto que está en la solución según la publicación FI 79409.The Finnish Patent Publication FI 84659 presents a solution that shows the properties more clearly typical of both plate heat exchangers and tube heat exchangers. The circular plates are joined together in pairs by welding them together by the edges of the holes that form an input and output channel. Welding the pairs of plates manufactured in the previous way to each other by the outer perimeters of the plates, a closed circuit is achieved for the flow of heat transfer media. TO Unlike the traditional plate heat exchanger, the structure is welded and there are only two holes in the plates. The flow of other heat transfer media is directed at every two spaces between the plates by means of a wrap that surround the stack of plates. To prevent the flow from flowing between the stack of plates and the wrap, gaskets are used that are used mainly as controllers for the flow. Naturally not Pressure resistance of flow controllers is required. Due to the structure of the plate stack, it is difficult to implement board. For example, elastic rubber seals are used for sealing, it is possible to disassemble the heat exchanger heat, for example, for cleaning purposes. Therefore the problem Sealing is not as important as it is in the solution according to publication FI 79409.
Otros ejemplos de intercambiadores de calor de placas se proporcionan en las patentes US nº 3.424.240, US nº 3.831.674 y US nº 4.470.454.Other examples of heat exchangers from plates are provided in US Patent No. 3,424,240, US No. 3,831,674 and US 4,470,454.
El objetivo de la presente invención consiste en producir un intercambiador de calor de placas sin problemas de sellado y con una resistencia a la presión correspondiente a las propiedades de intercambiadores de tubo, y en el que las propiedades de transferencia de calor pueden seleccionarse tal como en un intercambiador de calor de placas. Los problemas de sellado se evitan soldando las uniones, y los controladores pueden extraerse en su totalidad entre la envoltura y la pila de placas. El intercambiador de calor de placas según la invención presenta un rango amplio de utilización, y puede utilizarse para transferencia de calor entre medios en fases diferentes.The objective of the present invention is to produce a plate heat exchanger without problems of sealed and with a pressure resistance corresponding to the properties of tube exchangers, and in which the heat transfer properties can be selected such as in a plate heat exchanger. Sealing problems they are avoided by welding the joints, and the controllers can be removed entirely between the envelope and the plate stack. He plate heat exchanger according to the invention has a wide range of use, and can be used for transfer of heat between media in different phases.
La invención se basa en la idea de que existen orificios en el centro de las placas de intercambio de calor circulares, orificios que forman un canal de flujo para unos medios de transferencia de calor, canal por medio del que se guía el flujo en el interior de los espacios entre las placas y fuera de ellas. Para el flujo de los otros medios de transferencia de calor, las placas están provistas de orificios separados para canales de entrada y salida. Debido a que la pila de placas es una pieza sólida que está soldada de manera conjunta, puede colocarse de manera que pueda separarse, por ejemplo, en un cilindro que puede abrirse, a partir de cuya ubicación la pila de placas puede extraerse para limpieza o reparación. El canal central puede funcionar asimismo como unos medios de soporte para las placas extremas, si está provisto de una varilla, tubo, o similar. Por medio de un tubo parcialmente abierto en el canal central y una envoltura parcialmente abierta, es posible alterar los flujos del intercambiador de calor de placas según la invención de una manera casi no restringida. Con más precisión, el intercambiador de calor de placas según la invención se caracteriza por lo que se presentará a continuación en las reivindicaciones en la presente memoria.The invention is based on the idea that they exist holes in the center of the heat exchange plates circular, holes that form a flow channel for means of heat transfer, channel through which the flow is guided inside the spaces between the plates and outside them. For the flow of other heat transfer media, the plates are provided with separate holes for channels of input and output. Because the plate stack is a solid piece which is welded together, can be placed so that can be separated, for example, in a cylinder that can be opened, to from whose location the stack of plates can be removed to Cleaning or repair The central channel can also work as a support means for the end plates, if it is provided with a rod, tube, or the like. By means of a tube partially open in the central channel and a wrap partially open, it is possible to alter the flows of the plate heat exchanger according to the invention in a manner almost unrestricted More precisely, the heat exchanger of plates according to the invention is characterized by what will be presented then in the claims herein.
El intercambiador de calor de placas soldadas según la invención está provisto de placas ranuradas circulares, que están unidas entre sí de manera que se forman conductos de flujo para los medios de suministro de calor y los medios de recepción de calor entre las placas. Con el fin de guiar los flujos en el interior de los espacios entre las placas y fuera de ellas, el intercambiador de calor de placas está provisto de canales que están unidos a conectores de entrada y salida. Para hacer que la pila de placas que está constituida por placas relativamente finas soporte la presión, sus extremos están soportados con placas extremas que están conectadas entre sí con medios de soporte, varillas, una envoltura, o similares. En el centro de las placas circulares del intercambiador de calor de placas que forman la pila de placas y las superficies de transferencia de calor, existe por lo menos un orificio que forma un canal central. Las placas del intercambiador de calor de placas están unidas entre sí en pares por los perímetros exteriores de los orificios ubicados en el centro de las placas y por los perímetros exteriores de las placas del par de placas en cuestión, de manera que se forma un conducto de flujo cerrado para unos medios de transferencia de calor dentro de los pares de placas. Además del orificio en el centro, las placas del par de placas están provistas de por lo menos un orificio por el que la placa está acoplada a un orificio correspondiente en el par de placas adyacente. Las placas están provistas de dos orificios además del orificio en el centro, formando los orificios los canales de entrada y salida para los conductos de flujo dentro de los pares de placas. Los perímetros exteriores de los conductos de flujo formados entre los pares de placas están abiertos, y el flujo hacia dentro y hacia fuera de ellos tiene lugar a través del canal central.The heat exchanger of welded plates according to the invention it is provided with circular grooved plates, that are linked together so that flow ducts are formed for the means of heat supply and the means of receiving heat between the plates. In order to guide the flows in the inside the spaces between the plates and outside them, the plate heat exchanger is provided with channels that They are attached to input and output connectors. To make the plate stack consisting of relatively thin plates support pressure, its ends are supported with plates extremes that are connected to each other with support means, rods, wrap, or the like. In the center of the plates circular heat exchanger plates forming the stack of plates and heat transfer surfaces, exists by At least one hole that forms a central channel. The plates of plate heat exchanger are joined together in pairs by the outer perimeters of the holes located in the center of the plates and the outer perimeters of the pair plates of plates in question, so that a flow conduit is formed closed for heat transfer means within the pairs of plates. In addition to the hole in the center, the plates of the pair of plates are provided with at least one hole through the that the plate is coupled to a corresponding hole in the pair of adjacent plates. The plates are provided with two holes in addition to the hole in the center, the holes forming the channels inlet and outlet for flow ducts within pairs of plates. The outer perimeters of the flow ducts formed between the pairs of plates are open, and the flow towards in and out of them takes place through the channel central.
La pila de placas compuesta de las placas del intercambiador de calor de placas está soportada entre las placas extremas. Las placas extremas pueden fijarse entre sí con varillas, o similares, en las que el perímetro exterior del intercambiador de calor de placas se mantiene principalmente abierto, o las placas extremas pueden unirse con una estructura de envoltura mediante la cual el perímetro exterior en su totalidad puede cerrarse. El canal central puede asimismo estar provisto de un tubo o similar, para soportar las placas extremas. El flujo de los medios de transferencia de calor entra o sale del canal central abierto en la dirección radial de la placa. Por tanto, el flujo de los segundos medios de transferencia de calor cruza el flujo de los primeros, siendo el intercambiador de calor de placas un intercambiador de flujo cruzado. La envoltura del intercambiador de calor de placas puede abrirse en una ubicación deseada para suministrar el flujo de los medios de transferencia de calor o para descargarla desde el intercambiador de calor de placas. Los flujos están controlados por la envoltura dispuesta contra la pila de placas, por un tubo dispuesto en el canal central contra sus paredes y por aberturas sobre la envoltura y en el tubo. Mediante la selección de las ubicaciones de las aberturas y orificios en las placas, el intercambiador de calor de placas está concebido para funcionar tanto como un intercambiador de flujo progresiva como un intercambiador a contraflujo. El área de la sección transversal del flujo entre las placas se aumenta por el flujo paralelo en ambos lados del canal central. Las condiciones de flujo entre las placas pueden controlarse cambiando el ángulo \beta entre los rebordes de las ranuras sobre las placas colocadas una contra otra, de manera que utilizando ángulos más pequeños, se consiguen mayores cantidades de flujo para flujos de medios gaseosos a través del intercambiador de calor. Por consiguiente, los flujos de medios líquidos pueden ser más pequeños y el ángulo \beta puede ser más amplio. Configurando las áreas de la sección transversal de las ranuras en las placas variables en tamaño A_{1}>A_{2}, es posible transportar flujos de mayor volumen en el lado de gas que en el lado de líquido. Las ranuras en las placas del intercambiador de calor de placas pueden también configurarse simétricamente con respecto al centro de la placa. Por tanto, las condiciones de flujo permanecen casi igual en las diferentes partes de la placa y en todos los tipos de flujo.The stack of plates composed of the plates of the plate heat exchanger is supported between the plates extreme The end plates can be fixed together with rods, or the like, in which the outer perimeter of the exchanger of Plate heat is mainly kept open, or the plates extremes can be joined with a wrap structure by which the entire outer perimeter can be closed. The channel central may also be provided with a tube or the like, to Support the end plates. The media flow of heat transfer enters or leaves the open central channel in the radial direction of the plate. Therefore, the flow of seconds Heat transfer media crosses the flow of the former, the plate heat exchanger being an exchanger of cross flow The plate heat exchanger envelope can be opened at a desired location to supply the flow of the means of heat transfer or to download it from the plate heat exchanger. The flows are controlled by the wrap arranged against the stack of plates, by a tube arranged in the central channel against its walls and through openings over the wrap and in the tube. By selecting the locations of openings and holes in the plates, the plate heat exchanger is designed to work as much as a progressive flow exchanger as a counterflow exchanger. The cross sectional area of the flow between the plates is increased by the parallel flow in both sides of the central channel. The flow conditions between the plates can be controlled by changing the angle? between the flanges of the grooves on the plates placed against each other, so that using smaller angles, you get bigger flow amounts for gaseous media flows through the heat exchanger. Consequently, media flows liquids can be smaller and the angle β can be more large. Configuring the cross-sectional areas of the grooves in the variable plates in size A_ {1}> A_ {2}, is possible to transport flows of greater volume on the gas side than in The liquid side. The slots on the exchanger plates of plate heat can also be set symmetrically with with respect to the center of the plate. Therefore, the flow conditions they remain almost the same in the different parts of the plate and in All types of flow.
El intercambiador de calor de placas según la invención presenta una estructura sencilla. Debido a la forma circular, es posible automatizar las técnicas de fabricación, por ejemplo la soldadura, con costes relativamente bajos. La forma circular también mejora la resistencia a la presión. Cuando se utiliza una carcasa exterior cilíndrica, un extremo puede disponerse para estar abierto, siendo posible limpiar las superficies de transferencia de calor en por lo menos un lado. Es posible incorporar una gran superficie de transferencia de calor en pequeño tamaño y peso ligero. El intercambiador de calor de placas según la invención puede realizarse en un material resistente a la corrosión, por ejemplo titanio, con costes moderados porque, debido a la estructura, los espesores de material de las placas son pequeños.The plate heat exchanger according to the The invention has a simple structure. Due to the way circular, it is possible to automate manufacturing techniques, by example welding, with relatively low costs. The shape Circular also improves pressure resistance. When use a cylindrical outer shell, one end can ready to be open, being possible to clean the Heat transfer surfaces on at least one side. Is possible to incorporate a large heat transfer surface in Small size and light weight. The plate heat exchanger according to the invention it can be made of a material resistant to corrosion, for example titanium, with moderate costs because, due to the structure, the material thicknesses of the plates are little ones.
El intercambiador de calor de placas soldadas según la invención puede utilizarse de una amplia variedad de formas y en numerosas situaciones. El intercambiador de calor de placas puede utilizarse como un intercambiador de calor de flujo cruzado, flujo progresivo y contraflujo. Es posible la transferencia de calor entre medios en diferentes fases y en la misma fase. En diferentes campos de tecnología, además de utilizarse como un intercambiador de calor tradicional, el intercambiador de calor según la invención puede también utilizarse por ejemplo como un enfriador, un evaporador, un condensador, una caldera, y una caldera de recuperación.The heat exchanger of welded plates according to the invention it can be used in a wide variety of forms and in numerous situations. The heat exchanger of plates can be used as a flow heat exchanger cross, progressive flow and counterflow. Transfer possible of heat between media in different phases and in the same phase. In different technology fields, in addition to being used as a Traditional heat exchanger, heat exchanger according to the invention it can also be used for example as a cooler, an evaporator, a condenser, a boiler, and a boiler of recovery.
A continuación, la invención se describirá con mayor detalle a partir de ejemplos y haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los queNext, the invention will be described with greater detail from examples and referring to the attached drawings, in which
la figura 1 muestra un intercambiador de calor de placas según la invención en una vista lateral esquemática de corte transversal, en una forma de realización en la que el intercambiador de calor de placas presenta un perímetro exterior abierto,Figure 1 shows a heat exchanger of plates according to the invention in a schematic side view of cross section, in an embodiment in which the plate heat exchanger features an outer perimeter open,
la figura 2 muestra esquemáticamente la posición de las placas superpuestas del intercambiador de calor de placas así como la posición de las ranuras de las placas en la pila de placas,Figure 2 schematically shows the position of the overlapping plates of the plate heat exchanger as well as the position of the grooves of the plates in the stack of plates,
la figura 3 muestra una parte de la pila de placas formada por las placas según la figura 2,Figure 3 shows a part of the stack of plates formed by the plates according to figure 2,
la figura 4 muestra los perfiles de las placas de las figuras 2 y 3 en una sección transversal,Figure 4 shows the profiles of the plates of figures 2 and 3 in a cross section,
la figura 5 muestra una parte de la pila de placas en la que las ranuras de las placas están aplanadas en su parte inferior,Figure 5 shows a part of the stack of plates in which the slots of the plates are flattened in their bottom,
la figura 6 muestra los perfiles de las placas según la figura 5 en una sección transversal,Figure 6 shows the profiles of the plates according to figure 5 in a cross section,
la figura 7 muestra una vista lateral esquemática de la sección transversal de un intercambiador de calor de placas según la invención en una forma de realización que comprende una envoltura y un tubo dispuestos en el canal central,Figure 7 shows a side view schematic of the cross section of a heat exchanger of plates according to the invention in an embodiment which comprises a wrap and a tube arranged in the channel central,
la figura 8 muestra esquemáticamente un intercambiador de calor de placas en corte transversal provisto de una envoltura abierta y un tubo central, y que funciona según un principio de contraflujo,Figure 8 schematically shows a plate heat exchanger in cross section provided with an open envelope and a central tube, and that works according to a counterflow principle,
la figura 9 muestra esquemáticamente la pila de placas del intercambiador de calor de placas y los valores que van utilizarse en cálculos, yFigure 9 schematically shows the stack of plate heat exchanger plates and the values that go be used in calculations, and
la figura 10 muestra una vista superior esquemática de la pila de placas del intercambiador de calor de placas en una forma de realización en la que las placas están ranuradas simétricamente con respecto a su centro.Figure 10 shows a top view schematic of the heat exchanger plate stack of plates in an embodiment in which the plates are grooved symmetrically with respect to its center.
En la figura 1, se utiliza un intercambiador de calor de placas soldadas 1 como un enfriador o un calentador. Con el fin de simplificar la figura 1 esquemática, las ranuras sobre las placas del intercambiador de calor de placas no se muestran en la figura. En las figuras 1 a 10, las placas 2 y 3 forman un par 4 de placas que está unido por ejemplo mediante soldadura en el perímetro exterior 5. De manera similar, el par 4 de placas está unido en el orificio central 6 de las placas 2 y 3, a lo largo de su perímetro 7. Los pares 4 de placas están acoplados entre sí mediante soldadura en los orificios 8 y 9, a lo largo de sus perímetros exteriores 10 y 11. Los pares 4 de placas unidos entre sí forman una pila 12 de placas, dentro de la que se forma un canal central 13 de los orificios centrales 6 de las placas 2, 3. De la misma manera, los orificios 8 y 9 forman los canales 14 y 15 de entrada y salida para unos medios de transferencia de calor en los conductos de flujo interior 16 de la pila de placas. El canal central 13 está conectado a los conductos de flujo 17 entre los pares 4 de placas. Los canales 14 y 15 de entrada y salida para el flujo interior de la pila 12 de placas están conectados en por lo menos un extremo a un conector de entrada 18 y un conector de salida 19. El flujo de los medios de transferencia de calor en este circuito se muestra mediante las flechas continuas 20.In figure 1, a heat exchanger is used heat of welded plates 1 as a cooler or a heater. With in order to simplify the schematic figure 1, the slots on the Plate heat exchanger plates are not shown in the figure. In Figures 1 to 10, plates 2 and 3 form a pair 4 of plates that is joined for example by welding in the outer perimeter 5. Similarly, the pair 4 of plates is joined in the central hole 6 of the plates 2 and 3, along its perimeter 7. The pairs 4 of plates are coupled to each other by welding in holes 8 and 9, along their outer perimeters 10 and 11. The pairs 4 of plates joined between yes they form a stack 12 of plates, within which a channel is formed central 13 of the central holes 6 of the plates 2, 3. Of the in the same way, holes 8 and 9 form channels 14 and 15 of inlet and outlet for heat transfer media in the internal flow ducts 16 of the plate stack. The channel central 13 is connected to the flow ducts 17 between the 4 pairs of plates. Channels 14 and 15 input and output for the inner flow of the stack 12 of plates are connected in so minus one end to an input connector 18 and an output connector 19. The flow of heat transfer media in this circuit is shown by continuous arrows 20.
El número de referencia 21 se refiere a las ranuras sobre las placas 2 y 3, formando la parte inferior de las ranuras un reborde 22 o una superficie 23 plana. La figura 2 muestra el ángulo \beta entre los rebordes de las placas 2 y 3 superpuestas. Las figuras 3 a 6 ilustran cómo las áreas de sección transversal A_{1} y A_{2} formadas por las ranuras 21 varían en tamaño. Con la forma y colocación de las ranuras 21, se logra una proporción deseada para áreas de la sección transversal. Por ejemplo, los volúmenes de flujo de un medio gaseoso pueden aumentarse incrementado el área de la sección transversal del conducto de flujo 16 ó 17. Las placas 2 y 3 se soportan entre sí a través de puntos 24 de soporte, en los que los rebordes 22 y/o superficies 23 planas de las ranuras 21 están colocados unos contra otros. La fuerza estructural requerida, los materiales de las placas 2 y 3, y la forma de las ranuras 21 establecen los límites a la proporción entre las áreas de sección transversal A_{1} y A_{2}.Reference number 21 refers to the grooves on plates 2 and 3, forming the bottom of the grooves a flange 22 or a flat surface 23. Figure 2 shows the angle? between the flanges of plates 2 and 3 overlapping Figures 3 to 6 illustrate how section areas transverse A 1 and A2 formed by the slots 21 vary in size. With the shape and placement of the slots 21, a Desired ratio for cross-sectional areas. By For example, the flow volumes of a gaseous medium can increase the area of the cross section of the flow conduit 16 or 17. Plates 2 and 3 support each other at through support points 24, in which the flanges 22 and / or flat surfaces 23 of the slots 21 are positioned against each other others. The structural strength required, the materials of the plates 2 and 3, and the shape of the slots 21 set the limits to the ratio between the cross-sectional areas A_ {1} and A_ {2}.
Para soportar la pila 12 de placas, se utilizan placas extremas 31 y 32 rígidas. Las placas extremas 31 y/o 32 están provistas de los orificios 33, 34 y 35 necesarios para los canales 13, 14 y 15 o sus conectores 18, 19. En la solución según la figura 1, las placas extremas 31 y 32 están amarradas entre sí por medio de tornillos 36 y tuercas 37. Con el fin de ilustrar la función, la figura 1 muestra ventiladores 38 que están fijados a las placas extremas 31 y 32 y que generan flujos de gas ilustrados por flechas de línea discontinua 39.To support the stack 12 of plates, they are used 31 and 32 rigid end plates. End plates 31 and / or 32 they are provided with holes 33, 34 and 35 necessary for the channels 13, 14 and 15 or their connectors 18, 19. In the solution according to Figure 1, end plates 31 and 32 are tied together by means of screws 36 and nuts 37. In order to illustrate the function, Figure 1 shows fans 38 that are fixed to end plates 31 and 32 and generating illustrated gas flows by dashed arrows 39.
Las figuras 7 y 8 muestran una forma de realización del intercambiador de calor de placas, en la que los conductos de flujo 16 y 17 de tanto los medios de suministro de calor como los de recepción de calor están cerrados y pueden presurizarse. Las placas extremas 31 y 32 están conectadas entre sí por medio de una envoltura 41 que rodea la pila 12 de placas. Con el fin de su mantenimiento, una de las placas extremas 31, 32 está acoplada a la envoltura 41 de tal manera que puede separarse fácilmente. Un tubo 42 o similar está fijado a una abertura 43 en la envoltura 41, y a través de esta abertura el flujo 39 de unos medios de transferencia de calor se guía al intercambiador de calor de placas 1 o fuera del mismo. El canal central 13 de la pila 12 de placas está provisto de un tubo 44 que presenta una abertura 45 para el flujo, o bien dentro del tubo 44 o bien fuera del mismo. La figura 8 muestra claramente que cambiando la dirección de los flujos 20, es posible convertir un intercambiador de calor de contraflujo en un intercambiador de calor de flujo progresiva. Desplazando la ubicación de los canales 14 y 15 90º, el intercambiador de calor de placas 1 según la figura 8 puede configurarse para funcionar según el principio de flujo transversal. En intercambiadores de calor de placas tradicionales que comprenden cuatro orificios, no siempre han sido posibles las modificaciones presentadas anteriormente.Figures 7 and 8 show a form of embodiment of the plate heat exchanger, in which the flow ducts 16 and 17 of both the means of supply of heat like the heat receiving ones are closed and can pressurize The end plates 31 and 32 are connected to each other by means of an envelope 41 surrounding the stack 12 of plates. With the end of its maintenance, one of the end plates 31, 32 is coupled to the envelope 41 such that it can be separated easily. A tube 42 or the like is fixed to an opening 43 in the envelope 41, and through this opening the flow 39 of about Heat transfer media is guided to the heat exchanger of plates 1 or outside of it. The central channel 13 of the battery 12 of plates is provided with a tube 44 having an opening 45 for the flow, either inside tube 44 or outside it. The Figure 8 clearly shows that changing the direction of the flows 20, it is possible to convert a counterflow heat exchanger in a progressive flow heat exchanger. Moving the location of channels 14 and 15 90º, the heat exchanger of plates 1 according to figure 8 can be configured to operate according to The principle of transverse flow. In heat exchangers of Traditional plates comprising four holes, not always The modifications presented above have been possible.
Las siguientes fórmulas se aplican a los cálculos utilizados en relación con un intercambiador de calor de placas con placas circulares:The following formulas apply to calculations used in relation to a heat exchanger of plates with circular plates:
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
d_{h} = diámetro hidráulico en la ranura (m)d_ {h} = hydraulic diameter in the groove (m)
w = velocidad de flujo entra las placas (m/s)w = flow rate enters the plates (m / s)
L_{equiv} = longitud de flujo equivalente entre las placasL equiv = equivalent flow length between the plates
L_{equiv} = f(\alpha, L) la figura 9 muestra que \alpha = ángulo de subida de la ranura con respecto a la dirección de flujo y L = longitud de flujoL equiv = f (α, L) Figure 9 shows that α = angle of rise of the groove with respect to the flow direction and L = flow length
Cuando se examina el efecto del ángulo \alpha a la longitud de flujo equivalente, puede encontrarse que cuando el ángulo cambia por ejemplo en el intervalo de 45º a 15º, la longitud de flujo equivalente aumenta al triple y por encima de éste. En operaciones de pruebas, los intercambiadores de calor de placas según la invención han conseguido valores de coeficiente de transferencia de calor que exceden los 300 W/m^{2}K. Las propiedades de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas 1 pueden también verse afectadas no sólo por la forma de las ranuras 21 sobre las placas 2, 3 y el ángulo \beta entre los rebordes 22 de las ranuras, sino también por el tamaño del orificio central 6. De la misma manera, acortando la longitud de flujo por ejemplo en casos de flujo radial, es posible aumentar el valor del ángulo \beta y mantener la pérdida de presión constante, y por tanto encontrar los valores óptimos para cada uso. Las posibilidades de variación son casi ilimitadas.When the effect of angle α is examined at the equivalent flow length, it can be found that when the angle changes for example in the range of 45º to 15º, the length equivalent flow increases to triple and above this. In test operations, plate heat exchangers according to the invention have achieved coefficient values of heat transfer exceeding 300 W / m2K. The heat transfer properties of the heat exchanger of plates 1 may also be affected not only by the shape of the slots 21 on plates 2, 3 and the angle? between the 22 flanges of the grooves, but also for the size of the hole central 6. In the same way, shortening the flow length by example in cases of radial flow, it is possible to increase the value of angle? and keep the pressure loss constant, and by Both find the optimal values for each use. The posibilities of variation are almost unlimited.
En la solución según la figura 10, las ranuras 21 y sus rebordes están en una posición simétrica con respecto al centro. Por tanto, el valor del ángulo \alpha es el mismo en cualquier lugar, tanto en flujos circulares como en flujos radiales.In the solution according to figure 10, the grooves 21 and its flanges are in a symmetrical position with respect to the center. Therefore, the value of the angle α is the same in anywhere, both in circular flows and in flows Radial
Tal como se expuso anteriormente, existen numerosas posibilidades para utilizar el intercambiador de calor de placas 1 según la invención. Estructuralmente, el intercambiador de calor de placas 1 puede estar o bien abierto o cerrado, presentando en el primer caso un perímetro exterior principalmente abierto, y en el último caso está principalmente cerrado con una envoltura o similar. Cuando se utiliza el intercambiador de calor de placas 1 abierto por ejemplo como un enfriador o un calentador, el resultado más ventajoso se logra conduciendo el flujo de gas 39 al canal central 13 o fuera del mismo en un flujo forzado por medio de ventiladores 38 o similares. En el canal central 13, el flujo también puede ser unidireccional, estando una placa extrema 31, 32 provista de un orificio 33. Cuando el canal central 13 está en posición vertical, también puede ser posible un flujo libre del gas. El flujo 20 dentro de la pila 12 de placas puede ser forzado o libre. El intercambiador de calor de placas según la figura 1 funciona como un enfriador en libre circulación. El flujo 20 de medio caliente suministrado desde arriba se descarga hacia abajo por el efecto de la gravedad. También, basándose en transiciones de fase, se consigue una circulación suficiente por ejemplo en condensadores y evaporadores.As stated above, there are numerous possibilities to use the heat exchanger of plates 1 according to the invention. Structurally, the exchanger of plate heat 1 can be either open or closed, presenting in the first case an outer perimeter mainly open, and in the last case is mainly closed with a wrap or Similary. When using plate heat exchanger 1 open for example as a cooler or a heater, the result more advantageous is achieved by driving the flow of gas 39 to the channel central 13 or outside of it in a forced flow by means of 38 or similar fans. In the central channel 13, the flow it can also be unidirectional, with an end plate being 31, 32 provided with a hole 33. When the central channel 13 is in vertical position, a free flow of the gas. The flow 20 inside the plate stack 12 can be forced or free. The plate heat exchanger according to figure 1 It works as a free-flowing cooler. The flow 20 of hot medium supplied from above is discharged down by The effect of gravity. Also, based on transitions of phase, sufficient circulation is achieved for example in condensers and evaporators.
Sin embargo, en el intercambiador de calor de placas 1 cerrado la mejor capacidad se logra normalmente cuando ambos flujos son forzados. Cuando funciona tanto según el principio de flujo progresivo como según el principio de contraflujo, los flujos de los medios de transferencia de calor se pasan en la dirección de los perímetros de las placas 2 y 3 tanto en los conductos de flujo 16, 17 interiores como exteriores de la pila 12 de placas. La superficie interior de la envoltura 41 linda con los perímetros externos de las placas 2 y 3, perímetros que están soldados entre sí, y la superficie exterior del tubo 44, ubicado en el canal central 13, linda con los perímetros 7 soldados de los orificios 6. En las ubicaciones mencionadas anteriormente en los conductos de flujo externos 17 de la pila 12 de placas, se componen conductos de flujo más anchos, debido a que las ranuras 21 están ausentes en los mismos. La distancia desde la abertura 43 a lo largo de la superficie interior de la envoltura 41 a la abertura 45 del tubo 44 ubicado en el canal central 13 es, sin embargo, considerablemente mayor que la distancia a través del centro de las placas 2, 3. Los flujos sobre la superficie interior de la envoltura 41 y sobre la superficie exterior del tubo 44 son menores de tal manera que no es necesario considerarlas, y por tanto no son necesarios controladores de flujo separados o juntos. El flujo libre basado en la gravedad puede volverse opcional en un intercambiador de calor de placas 1 cerrado cuando la construcción se utiliza por ejemplo como una caldera, en la que el canal central 13 funciona como una cámara de combustión y la pila 12 de placas forma una parte de convección. El agua calentada sube desde el canal 15 a través de los conductos 16 de flujo hacia el canal 14. De la misma manera, el intercambiador de calor de placas 1 cerrado según la invención puede utilizarse asimismo como una caldera de recuperación para diversos fines de utilización. La circulación del líquido puede por tanto disponerse en circulación libre o forzada. Debido a su resistencia a la presión y a su tamaño compacto, el intercambiador de calor de placas cerrado según la invención puede utilizarse especialmente bien, por ejemplo, como un evaporador o un condensador en aparatos que aplican la técnica de refrigeración.However, in the heat exchanger of 1 closed plates the best capacity is normally achieved when Both flows are forced. When it works so much according to the principle of progressive flow as per the counterflow principle, the flows of heat transfer media are passed in the direction of the perimeters of plates 2 and 3 both in the flow ducts 16, 17 inside and outside of stack 12 of plates. The inner surface of the envelope 41 borders the outer perimeters of plates 2 and 3, perimeters that are welded together, and the outer surface of tube 44, located in the central channel 13, borders the perimeters 7 soldiers of the holes 6. In the locations mentioned above in the external flow ducts 17 of the stack 12 of plates, are composed wider flow ducts, because slots 21 are absent in them. The distance from the opening 43 along from the inner surface of the envelope 41 to the opening 45 of the tube 44 located in the central channel 13 is, however, considerably greater than the distance through the center of the plates 2, 3. The flows on the inner surface of the wrap 41 and on the outer surface of the tube 44 are smaller in such a way that it is not necessary to consider them, and therefore they are not necessary flow controllers separated or together. Free flow based on gravity can become optional in an exchanger of plate heat 1 closed when the construction is used by example as a boiler, in which the central channel 13 works as a combustion chamber and the stack of plates 12 forms a convection part The heated water rises from channel 15 to through the flow conduits 16 towards the channel 14. Of the same way, the plate heat exchanger 1 closed according to the invention can also be used as a recovery boiler for various purposes of use. Liquid circulation it can therefore be arranged in free or forced circulation. Because its resistance to pressure and its compact size, the closed plate heat exchanger according to the invention can be used especially well, for example, as an evaporator or a condenser in devices that apply the technique of refrigeration.
Las figuras 1 a 10 no muestran la estructura del intercambiador de calor de placas 1 según la invención en el que la pila de placas está colocada dentro de una envoltura 41 espaciosa y no existe el tubo 44 que controla el flujo dentro del canal central 13. Una estructura de este tipo está cerrada y es muy apropiada, por ejemplo, para condiciones corrosivas en intercambiadores de calor de agua de mar. Las partes de la envoltura 41 y las placas extremas 31 y 32 que reciben las cargas provocadas por la presión pueden estar realizadas en acero de construcción, y las superficies interiores que son propensas a la corrosión están recubiertas con materiales resistentes a la corrosión. La pila 12 de placas que contiene las superficies de transferencia de calor soldadas puede realizarse en titanio que es altamente resistente a la corrosión. Una estructura de este tipo puede también utilizarse en la industria de transformación y en la industria química, en diferentes tipos de reactores o similares.Figures 1 to 10 do not show the structure of the plate heat exchanger 1 according to the invention in which the plate stack is placed inside a spacious envelope 41 and there is no tube 44 that controls the flow inside the central channel 13. Such a structure is closed and is very appropriate, for example, for corrosive conditions in heat exchangers of sea water. The parts of the envelope 41 and the end plates 31 and 32 that receive the loads caused by the pressure can be made of construction steel, and surfaces Interiors that are prone to corrosion are coated with corrosion resistant materials. The stack 12 of plates that contains welded heat transfer surfaces can be made of titanium that is highly resistant to corrosion. Such a structure can also be used in the transformation industry and in the chemical industry, in different types of reactors or the like.
En los intercambiadores 1 de calor de placas, en los que el diámetro interior de la envoltura 41 es mayor que el diámetro exterior de la pila 12 de placas, se forma un canal con forma de anillo entre la envoltura 41 y la pila 12 de placas, canal al que se dirige un flujo desde el canal central 13 a lo largo los conductos de flujo 17, o desde el que se dirige un flujo al canal central 13.In plate heat exchangers 1, in which the inner diameter of the envelope 41 is greater than the outer diameter of the stack of plates 12, a channel is formed with ring shape between envelope 41 and stack 12 of plates, channel to which a flow is directed from the central channel 13 along the flow ducts 17, or from which a flow is directed to the channel central 13.
Resulta obvio para cualquier experto en la materia, que anteriormente sólo se dan a conocer algunas construcciones y utilizaciones del intercambiador de calor de placas 1 según la invención. Combinando las formas de realización presentadas anteriormente, es posible obtener nuevas soluciones totalmente dentro del alcance de la idea inventiva. Por la forma y distribución de las ranuras 21, es posible influir en las pérdidas de presión y construir el intercambiador de calor de placas 1 de manera que también funcione, por ejemplo, con medios viscosos consistentes. Naturalmente, las placas 2 y 3 del intercambiador de calor de placas 1 también pueden ser diferentes, o algunas de las placas de la pila 12 de placas pueden ser diferentes. Es posible dividir los canales 13, 14, 15 del intercambiador de calor de placas 1 con el fin de graduar la transferencia de calor. Las placas 2 y 3 de la pila 12 de placas pueden, por supuesto, estar unidas entre sí con otros procedimientos y en un orden diferente opuesto al que se ha presentado anteriormente dentro del alcance de la idea inventiva. Además de soldadura, la unión puede llevarse a cabo por medio de adhesivos, mediante soldadura blanda o con técnicas correspondientes.It is obvious to any expert in the matter, which previously only some are disclosed constructions and uses of the heat exchanger of plates 1 according to the invention. Combining the embodiments presented above, it is possible to obtain new solutions totally within the scope of the inventive idea. By the way and distribution of slots 21, it is possible to influence losses pressure and build plate heat exchanger 1 of so that it also works, for example, with viscous media consistent. Naturally, plates 2 and 3 of the heat exchanger plate heat 1 may also be different, or some of the plates of the stack 12 of plates may be different. it's possible split channels 13, 14, 15 of the heat exchanger of plates 1 in order to graduate heat transfer. Plates 2 and 3 of the stack 12 of plates may, of course, be attached each other with other procedures and in a different order opposite which has been presented previously within the scope of the idea inventiveness. In addition to welding, the bonding can be carried out by adhesive medium, by soft welding or with techniques corresponding.
Claims (10)
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