ES2315057B1 - Intercambiador de calor de placas apiladas. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor de placas apiladas.
Comprende una pluralidad de placas (2) apiladas
entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido
refrigerante en dos circuitos independientes (2a, 2b) definidos por
dichas placas (2), y medios perturbadores (3, 3a, 3b) del fluido a
refrigerar dispuestos entre cada dos placas (2). Se caracteriza por
el hecho de que los medios perturbadores incluyen una pluralidad de
aletas (3, 3a, 3b) que definen unas trayectorias intercomunicadas
(4, 4a, 4b) para el paso del flujo de fluido a refrigerar a su
través, de manera que la distribución de la presión de dicho flujo
sea uniforme para minimizar el efecto del ensuciamiento.
Description
Intercambiador de calor de placas apiladas.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor de placas apiladas.
La invención se aplica especialmente a todo tipo
de intercambiadores de calor dentro del ámbito del motor,
especialmente aquellos expuestos a condiciones de ensuciamiento
debido a la naturaleza de los flujos que los atraviesan. En
particular, se aplica a intercambiadores de recirculación de gases
de escape de un motor (Exhaust Gas Recirculation Coolers o EGRC),
ya que su rendimiento depende considerablemente de la perturbación
causada por el hollín contenido en los gases de escape. Asimismo,
se aplica a intercambiadores de gases de escape para la regulación
térmica de la línea de escape de los motores gasolina de inyección
directa (Exhaust Thermal Regulation o ETR); y también a
refrigeradores del aire de sobrealimentación o intercoolers (Charge
Air Coolers o CAC) si el aire que atraviesa este refrigerador
contiene algunas cantidades de hollín debido a la
pre-mezcla de la entrada de aire y flujo EGR.
Un intercambiador de calor puede tener distintas
configuraciones: por ejemplo, puede consistir en una carcasa
tubular en cuyo interior se disponen una serie de tubos paralelos
para el paso de los gases, circulando el refrigerante por la
carcasa, exteriormente a los tubos; en otra realización, el
intercambiador consta de una serie de placas paralelas que
constituyen las superficies de intercambio de calor, de manera que
los gases de escape y el refrigerante circulan entre dos placas, en
capas alternadas. También puede incluir medios perturbadores del
gas, tal como aletas, dispuestas entre las placas que conducen el
gas a refrigerar.
El fenómeno del ensuciamiento es conocido al
depender considerablemente de la distribución de flujo de gas. La
distribución del flujo de gas dentro del intercambiador de calor
depende de la distribución de la caída de presión del gas a su
través. Las trayectorias del flujo de gas con más elevada caída de
presión presentan un menor valor de flujo para estas trayectorias.
El caso extremo de este efecto puede causar estancamiento y áreas
de circulación cercanas a cero. Las áreas con menores valores de
velocidad de flujo de gas presentan un significante incremento en
la deposición de la capa de suciedad.
La influencia de este efecto conduce a
configuraciones de intercambiadores en que la distribución del flujo
de gas entre canales debe ser mejorada. Actualmente son conocidos
medios externos a la carcasa del refrigerador que consisten en
diseños apropiados de los depósitos de entrada y salida de gas y en
el uso de difusores dentro del depósito de gas.
El uso de estos medios externos es más necesario
para tecnologías con baja característica de caída de presión de gas
(es decir, caída de presión de gas debida exclusivamente al
intercambiador), ya que la mala distribución del flujo es más
severa. Este es el caso, para la mayoría de aplicaciones de
intercambiadores de calor de motor, donde el efecto del
ensuciamiento es considerablemente importante dentro de la función
general del motor.
En estos casos, las modificaciones también
pueden efectuarse dentro de la carcasa del intercambiador, de modo
que se incremente la caída de presión de gas asociado a una parte o
a todos los canales, por ejemplo, disminuyendo el diámetro
hidráulico, para incrementar el vórtex inductor de turbulencia: o
bien, en el caso de intercambiadores de haz de tubos, disminuir el
número de tubos en la zona central de la carcasa donde el caudal de
gases que la atraviesa es mayor, como se describe en la solicitud
de patente española nº 200301203, todavía no publicada, del mismo
titular que la presente invención. En ambos casos, esto implica
incrementar la caída de presión de gas para la totalidad del
intercambiador, disminuyendo por tanto la calidad del producto.
Son conocidas patentes referentes al fenómeno
del ensuciamiento:
La patente FR2810725-A1 describe
un intercambiador de calor que comprende tubos con diferente caída
de presión de gas para conseguir una distribución de flujo
uniforme. Se obtiene una caída de presión de gas mayor en los tubos
dispuestos centradamente.
La patente JP 9310991 describe un intercambiador
de calor que comprende tubos corrugados con unos parámetros
específicos para incrementar el vórtex de flujo turbulento.
Por tanto, es conveniente conseguir una
ecualización de la distribución de la presión a través de la
totalidad del intercambiador sin incrementar la caída de presión de
fluido a refrigerar total. Además, el rendimiento térmico también
debe ser optimizado de acuerdo con los requerimientos del fabricante
de automóviles, y el fenómeno del ensuciamiento debe ser minimizado
para garantizar la función de durabilidad del producto.
La importancia de garantizar esta durabilidad
conduce a la necesidad de implementar nuevos conceptos en el
desarrollo tecnológico en cuanto a la mejora de la distribución del
flujo además de los medios externos.
El objetivo del intercambiador de calor de
placas apiladas de la presente invención es solventar los
inconvenientes que presentan los intercambiadores conocidos en la
técnica, proporcionando un intercambiador donde las trayectorias
del flujo de fluido a refrigerar estén comunicadas entre sí para
minimizar el impacto del ensuciamiento.
El intercambiador de calor de placas apiladas,
objeto de la presente invención, es del tipo que comprende una
pluralidad de placas apiladas entre las cuales circulan el fluido a
refrigerar y el fluido refrigerante en dos circuitos independientes
definidos por dichas placas, y medios perturbadores del fluido a
refrigerar dispuestos entre cada dos placas, y se caracteriza por
el hecho de que los medios perturbadores incluyen una pluralidad de
aletas que definen unas trayectorias intercomunicadas para el paso
del flujo de fluido a refrigerar a su través, de manera que la
distribución de la presión de dicho flujo sea uniforme para
minimizar el efecto del ensuciamiento.
De este modo, se consigue una ecualización de la
distribución de la presión a través de la totalidad del
intercambiador sin incrementar la caída de presión de fluido a
refrigerar total, por lo que no existe estancamiento o zonas de
mala distribución.
Asimismo, al tener una distribución de flujo
apropiada dentro del intercambiador, no es necesario un diseño
especial para los depósitos de entrada y salida de fluido a
refrigerar, ni tampoco la utilización de componentes adicionales,
tales como difusores, como se realizaba en la técnica anterior. Esto
significa que el volumen total se reduce ya que los depósitos
especiales requieren ángulos suaves para la adaptación del flujo, y
por otra parte no se produce un incremento del coste al no requerir
componentes adicionales.
La presente invención no es adecuada para
intercambiadores de haz de tubos, pero es muy adecuada para diseños
de placas y medios perturbadores. De hecho, el problema de la
distribución irregular de flujo es muy severo para intercambiadores
de calor de placas y medios perturbadores, ya que presentan
múltiples trayectorias de flujo de gas. Existe también un efecto de
tener diferentes placas, pero no es tan significativo ya que el
número de placas es normalmente bastante reducido, y un diseño
estándar de un depósito puede hacer frente a este efecto.
Según una realización de la presente invención,
las aletas presentan una configuración de perfil sensiblemente
rectangular repetitivo en la dirección transversal, y con
trayectorias en zig-zag intercomunicadas según la
dirección longitudinal.
Según otra realización de la presente invención,
las aletas presentan una configuración de perfil sensiblemente
triangular repetitivo en la dirección transversal, y con
trayectorias en zig-zag intercomunicadas según la
dirección longitudinal.
En ambos casos, el diseño de las aletas asegura
una adecuada comunicación entre las diferentes trayectorias de
flujo de fluido a refrigerar, por lo que no existen trayectorias de
flujo preferidas en la misma placa, y en consecuencia, se garantiza
la ecualización de la caída de presión de gas.
Opcionalmente, las placas además incluyen una
pluralidad de aberturas de intercomunicación para el paso del flujo
de fluido a refrigerar a través de dichas placas.
De este modo, es posible comunicar las placas y
no solo las aletas. En este caso, una cantidad adecuada de
aberturas distribuidas puede ser utilizada a lo largo de las placas.
Esto puede garantizar la ecualización de la caída de presión de gas
en todos los sentidos.
Según una realización de la presente invención,
las aberturas de intercomunicación son orificios circulares.
Según otra realización de la presente invención,
las aberturas de intercomunicación son aberturas longitudinales.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representan unos casos prácticos de realizaciones del
intercambiador de calor de placas apiladas de la invención, en los
cuales:
la figura 1 es una vista parcial en perspectiva
de un intercambiador de calor de placas apiladas de la
invención;
la figura 2 es una sección transversal del
intercambiador de la figura 1;
la figura 3 es una vista en planta de una aleta
según una primera realización de la invención;
la figura 4 es una sección transversal de la
aleta según la línea IV-IV de la figura 3;
la figura 5 es un detalle ampliado en
perspectiva de la aleta de las figuras 3 y 4, mostrando las
trayectorias por donde puede pasar el flujo de gas;
la figura 6 es una vista en planta de una aleta
según una segunda realización de la invención;
la figura 7 es una sección transversal de la
aleta según la línea VII-VII de la figura 6;
la figura 8 es un detalle ampliado en
perspectiva de la aleta de las figuras 6 y 7, mostrando las
trayectorias por donde puede pasar el flujo de gas;
la figura 9 una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor seccionado, mostrando una pluralidad de
aberturas de intercomunicación entre placas según otra realización
de la invención;
la figura 10 es una vista en sección transversal
del intercambiador de la figura 9;
la figura 11 es una vista en perspectiva de una
placa con las citadas aberturas de intercomunicación en forma de
orificios circulares; y
la figura 12 es una vista en perspectiva de una
placa con las citadas aberturas de intercomunicación en forma de
abertura lineal.
Las figuras 1 y 2 muestran un intercambiador de
calor 1 de tipo EGR que comprende una pluralidad de placas apiladas
2 entre las cuales circulan el gas a refrigerar y el líquido
refrigerante en dos circuitos independientes 2a,2b definidos por
dichas placas 2, y medios perturbadores dispuestos entre cada dos
placas 2, que incluyen una pluralidad de aletas 3 las cuales
definen unas trayectorias intercomunicadas 4 para el paso del flujo
de gas a refrigerar a su través, de manera que la distribución de la
presión de dicho flujo sea uniforme para minimizar el efecto del
ensuciamiento.
El intercambiador 1 también comprende pozos de
entrada 5 y salida (no representada) del líquido refrigerante, una
entrada 6 y una salida (no representada) del gas a refrigerar
dispuestas en la dirección de la línea de recirculación de los
gases de escape, placas de soporte superior 7 e inferior 8, y medios
de conexión (no representados) de la entrada y salida del gas con
la línea de recirculación.
Una primera realización de las aletas se muestra
en las figuras 3 a 5, donde se puede apreciar una aleta 3a que
presenta una configuración de perfil sensiblemente rectangular
repetitivo en la dirección transversal, y con trayectorias 4a en
zig-zag intercomunicadas según la dirección
longitudinal (ver figura 5).
Una segunda realización de las aletas se muestra
en las figuras 6 a 8, donde se puede apreciar una aleta 3b que
presenta una configuración de perfil sensiblemente triangular
repetitivo en la dirección transversal, y con trayectorias 4b en
zig-zag intercomunicadas según la dirección
longitudinal (ver figura 8).
En ambos casos, gracias a las configuraciones de
las aletas con trayectorias de intercomunicación se consigue una
adecuada distribución de la presión del flujo para minimizar el
efecto del ensuciamiento.
Asimismo, es posible comunicar las placas 2 y no
solo las aletas 3a o 3b, tal como puede apreciarse en las figuras 9
a 12. En este caso, las placas 2 incluyen una pluralidad de
aberturas de intercomunicación 10 para el paso del flujo de gas a
refrigerar a través de dichas placas 2 (ver figuras 9 y 10).
Una primera realización de las aberturas de
intercomunicación se muestra en la figura 11, donde dichas aberturas
son orificios circulares 10a.
Una segunda realización de las aberturas de
intercomunicación se muestra en la figura 12, donde dichas aberturas
son aberturas longitudinales 10b.
Claims (6)
1. Intercambiador de calor (1) de placas
apiladas, que comprende una pluralidad de placas (2) apiladas entre
las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante
en dos circuitos independientes (2a, 2b) definidos por dichas
placas (2), y medios perturbadores (3, 3a, 3b) del fluido a
refrigerar dispuestos entre cada dos placas (2),
caracterizado por el hecho de que los medios perturbadores
incluyen una pluralidad de aletas (3, 3a, 3b) que definen unas
trayectorias intercomunicadas (4, 4a, 4b) para el paso del flujo de
fluido a refrigerar a su través, de manera que la distribución de
la presión de dicho flujo sea uniforme para minimizar el efecto del
ensuciamiento.
2. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que las aletas (3a)
presentan una configuración de perfil sensiblemente rectangular
repetitivo en la dirección transversal, y con trayectorias (4a) en
zig-zag intercomunicadas según la dirección
longitudinal.
3. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que las aletas (3b)
presentan una configuración de perfil sensiblemente triangular
repetitivo en la dirección transversal, y con trayectorias (4b) en
zig-zag intercomunicadas según la dirección
longitudinal.
4. Intercambiador (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que las placas (2) además incluyen una pluralidad de aberturas de
intercomunicación (10, 10a, 10b) para el paso del flujo de fluido a
refrigerar a través de dichas placas (2).
5. Intercambiador (1), según la reivindicación
4, caracterizado por el hecho de que las aberturas de
intercomunicación (10a) son orificios circulares.
6. Intercambiador (1), según la reivindicación
4, caracterizado por el hecho de que las aberturas de
intercomunicación (10b) son aberturas longitudinales.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502154A ES2315057B1 (es) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | Intercambiador de calor de placas apiladas. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502154A ES2315057B1 (es) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | Intercambiador de calor de placas apiladas. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2315057A1 ES2315057A1 (es) | 2009-03-16 |
| ES2315057B1 true ES2315057B1 (es) | 2009-11-11 |
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ID=40410081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200502154A Active ES2315057B1 (es) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | Intercambiador de calor de placas apiladas. |
Country Status (1)
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Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5125453A (en) * | 1991-12-23 | 1992-06-30 | Ford Motor Company | Heat exchanger structure |
| JP3602174B2 (ja) * | 1994-11-24 | 2004-12-15 | 三菱電機株式会社 | 熱交換素子 |
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2005
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| ES2315057A1 (es) | 2009-03-16 |
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