ES2333632B1 - Intercambiador de calor de placas apiladas. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor de placas apiladas.
Comprende una pluralidad de placas apiladas (2)
entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido
refrigerante entre dos circuitos independientes (2a, 2b) definidos
por dichas placas (2), en capas alternadas, incluyendo dichas placas
(2) una área destinada al intercambio térmico, una entrada (6) y una
salida (7) del fluido a refrigerar, y unos pozos de entrada (4a, 4b)
y salida (5a, 5b) del fluido refrigerante estampados en dichas
placas (2). Se caracteriza por el hecho de que los pozos (4a, 5a,
4b, 5b) están integrados dentro del área de intercambio térmico de
las placas (2). Se consigue una mejor integración en el entorno
motor, garantizando a su vez un buen rendimiento térmico.
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 se aplica a intercambiadores de recirculación de
gases de escape de un motor (Exhaust Gas Recirculation Coolers o
EGRC), intercambiadores de aceite, refrigeradores del aire de
sobrealimentación o intercoolers (Charge Air Coolers o CAC), y a
evaporadores.
Un intercambiador de calor de placas apiladas
consta de una serie de placas 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,
constituyendo dos circuitos diferentes.
Para mejorar el intercambio de calor de placas
apiladas, así como la resistencia mecánica del intercambiador, las
placas puede tener corrugaciones y/o medios perturbadores del gas,
tales como aletas, dispuestas entre las placas que conducen el gas
a refrigerar.
El espacio libre entre dos placas consecutivas
constituye un paso de uno de los circuitos. Inmediatamente encima o
debajo se encuentra un paso del otro circuito, de modo que los
circuitos están alternados para que pueda tener lugar el
intercambio de calor. Al menos uno de los circuitos puede tener
todos sus pasos comunicados y esto se consigue mediante pozos, los
cuales son conformados estampando determinadas formas con una
determinada altura en las placas y perforando las placas para
permitir el paso de fluido.
Una vez que las placas han sido apiladas, las
zonas estampadas de los pozos crean una comunicación entre los
pasos alternativos de un mismo circuito, cruzando los pasos del
otro circuito. La forma estampada de los pozos es generalmente
redonda u ovalada.
Las zonas estampadas donde se encuentran los
pozos no presentan ni corrugaciones ni aletas, por lo que no existe
intercambio de calor en dichas zonas. Por esta razón, los
intercambiadores conocidos en la técnica tienen sus pozos situados
fuera de la zona de intercambio térmico, es decir las placas
incluyen en un lateral unas áreas adicionales de material
destinadas a situar los pozos. De este modo, se maximiza la
superficie de intercambio de calor ya que los pozos no llegan a
obstaculizar la circulación de los gases a enfriar. No obstante,
esta solución presenta el inconveniente de que el tamaño de
intercambiador aumenta considerablemente, ocasionando problemas
para integrar el intercambiador en el entorno motor.
El objetivo del intercambiador de calor de
placas apiladas de la presente invención es solventar los
inconvenientes que presentan los intercambiadores de placas
apiladas conocidos en la técnica, proporcionando un intercambiador
que permite una mejor integración en el entorno motor, garantizando
a su vez un buen rendimiento térmico.
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 entre dos circuitos
independientes definidos por dichas placas, en capas alternadas,
incluyendo dichas placas un área destinada al intercambio térmico,
una entrada y una salida del fluido a refrigerar, y unos pozos de
entrada y salida del fluido refrigerante estampados en dichas
placas, y se caracteriza por el hecho de que los pozos están
integrados dentro del área de intercambio térmico de las
placas.
De este modo, al estar integrados los pozos
dentro del área de intercambio térmico de las placas, es posible
reducir el volumen total del intercambiador, mejorando así su
integración en el entorno motor. Por tanto, ya no es necesario
incluir zonas adicionales de material en las placas para alojar los
pozos como ocurría en el estado de la técnica. Asimismo, la
geometría y la disposición de los pozos dentro del área de
intercambio térmico de las placas es tal que no interfiere durante
el intercambio térmico.
Preferentemente, las placas incluyen
corrugaciones y/o aletas dispuestas en el área de intercambio
térmico. De esta manera, se mejora el intercambio de calor de
placas apiladas, así como la resistencia mecánica del
intercambiador.
De acuerdo con una realización de la invención,
los pozos presentan una forma sensiblemente alargada, con su lado
de mayor longitud dirigido según la dirección de circulación del
fluido a refrigerar. De este modo, los pozos presentan una
dimensión considerablemente reducida en la dirección transversal al
paso del fluido a refrigerar, por lo que la superficie de dichos
pozos alargados interacciona mínimamente durante el intercambio
térmico.
Preferiblemente, los pozos alargados están
situados en una zona centrada o descentrada de las placas.
Esta realización es adecuada para ser aplicada
en intercambiadores de calor de tipo en forma de "U", en los
cuales la entrada y salida del fluido a refrigerar están dispuestas
adyacentes en un mismo extremo del conjunto de placas apiladas,
estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y
un paso de retorno. En este caso, las paredes de mayor longitud de
los pozos alargados son susceptibles de separar los pasos de ida y
vuelta del fluido a refrigerar. Este diseño de los pozos alargados
facilita la configuración en "U" en varias direcciones, entre
placas y de placa a placa.
De acuerdo con otra realización de la invención,
los pozos asociados al fluido refrigerante están situados en un
lateral de las placas cerca de la zona de salida del fluido a
refrigerar.
En este caso, se consigue disminuir el volumen
total del intercambiador, garantizando un buen intercambio térmico,
ya que solo una parte del flujo del fluido a refrigerar entra en
contacto con las paredes de los pozos al llegar a su zona de
salida, por lo que el contacto con dichos pozos es mínimo.
Preferentemente, los pozos presentan una forma
sensiblemente circular u ovalada.
Esta realización es adecuada para ser aplicada
en intercambiadores de calor de tipo lineal, en los cuales la
entrada y salida del fluido a refrigerar están dispuestas en sendos
extremos opuestos del conjunto de placas apiladas.
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 dos casos prácticos de realizaciones del intercambiador
de placas apiladas de la invención, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor de placas apiladas convencional;
la figura 2 es una sección transversal del
intercambiador de la figura 1;
la figura 3 es una vista en perspectiva de una
placa según una primera realización de la invención;
la figura 4 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor de acuerdo con la primera realización de la
invención; y
la figura 5 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor de acuerdo con una segunda realización de
la invención.
Las figuras 1 y 2 muestran un intercambiador de
calor 1 de tipo EGR conocido en el estado de la técnica, 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.
Las placas 2 pueden incluir corrugaciones
estampadas 3 (ver figura 3), y/o medios perturbadores 3a del gas a
refrigerar, tales como aletas, dispuestas entre las placas del
circuito 2a del gas a refrigerar, con el fin de mejorar el
intercambio de calor, así como la resistencia mecánica del
intercambiador.
El intercambiador 1 también incluye pozos de
entrada 4 y salida 5 del líquido refrigerante estampados en las
placas 2, una entrada 6 y una salida 7 del gas a refrigerar
dispuestas en la dirección de la línea de recirculación de los
gases de escape, placas de soporte superior 8 e inferior 9, y
medios de conexión 10, 11 de la entrada y salida del gas con la
línea de recirculación.
En la figura 1 puede apreciarse que los pozos 4,
5 están situados en unas áreas adicionales de las placas 2 fuera de
la zona de intercambio térmico. En este caso, se maximiza la
superficie de intercambio térmico ya que los pozos no llegan a
obstaculizar la circulación de los gases a enfriar, sin embargo el
tamaño de intercambiador 1 aumenta considerablemente ocasionando
problemas para integrar el intercambiador en el entorno motor.
Una primera realización del intercambiador la se
muestra en las figuras 3 y 4, donde se puede apreciar que los
pozos 4a, 5a están integrados dentro del área de intercambio
térmico de las placas 2. Concretamente, los pozos 4a, 5a presentan
una forma sensiblemente alargada, con su lado de mayor longitud
dirigido según la dirección de circulación de los gases a enfriar
(ver figura 3).
De este modo, los pozos 4a, 5a presentan una
dimensión considerablemente reducida en la dirección transversal al
paso de los gases a enfriar, por lo que la superficie de dichos
pozos alargados 4a, 5a interacciona mínimamente durante el
intercambio térmico.
Preferentemente, los pozos alargados 4a, 5a
están situados en una zona sensiblemente central de las placas 2,
aunque también pueden estar situados descentradamente.
Esta realización es adecuada para ser aplicada
en intercambiadores de calor de tipo en forma de "U", en los
cuales la entrada y salida de los gases a enfriar están dispuestas
adyacentes en un mismo extremo del conjunto de placas apiladas,
estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y
un paso de retorno.
En este caso, las paredes de mayor longitud de
los pozos alargados 4a, 5a son susceptibles de separar los pasos de
ida y retorno de los gases a enfriar. Cuando se desea tener una
sección de paso de retorno menor, con el fin de conseguir una
presión uniforme durante todo su recorrido por las placas, los
pozos alargados 4a, 5a se disponen descentradamente. Para el
retorno de los gases se utiliza un depósito de gas cerrado 11.
Una segunda realización del intercambiador 1b se
muestra en la figura 5, donde se puede apreciar que los pozos 4b,
5b también están integrados dentro del área de intercambio térmico
de las placas 2. Concretamente, los pozos 4b, 5b están situados en
un lateral de las placas 2 cerca de la zona de salida 7 de los
gases a enfriar.
En este caso, se consigue disminuir el volumen
total del intercambiador 1b, garantizando un buen intercambio
térmico, ya que solo una parte de los gases a enfriar entra en
contacto con las paredes de los pozos 4b, 5b al llegar a su zona de
salida 7, por lo que el contacto con dichos pozos es mínimo. En
este caso, los pozos suelen presentan una forma sensiblemente
circular u ovalada.
Esta realización es adecuada para ser aplicada
en intercambiadores de calor de tipo lineal, en los cuales la
entrada y salida de los gases a enfriar están dispuestas en sendos
extremos opuestos del conjunto de placas apiladas.
No obstante, esta realización no es idónea para
ser aplicada en intercambiadores de calor de tipo en forma de
"U", ya que cuando el flujo de los gases a enfriar haya
entrado dentro del paso de retorno, dicho flujo se encontraría con
las paredes de los pozos 4b, 5b, dificultándose así el reparto de
gas en toda la sección y por lo tanto el intercambio térmico.
En ambas realizaciones, se consigue disminuir el
tamaño del intercambiador para mejorar su integración en el
entorno motor, garantizando a su vez un buen rendimiento
térmico.
Claims (6)
1. Intercambiador de calor (1) de placas
apiladas, que comprende una pluralidad de placas apiladas (2) entre
las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante
entre dos circuitos independientes (2a, 2b) definidos por dichas
placas (2), en capas alternadas, incluyendo dichas placas (2) una
área destinada al intercambio térmico, una entrada (6) y una
salida (7) del fluido a refrigerar, y unos pozos de entrada (4a,
4b) y salida (5a, 5b) del fluido refrigerante estampados en dichas
placas (2), caracterizado por el hecho de que los pozos
(4a, 5a, 4b, 5b) están integrados dentro del área de intercambio
térmico de las placas (2).
2. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que los pozos (4b, 5b)
presentan una forma sensiblemente alargada, con su lado de mayor
longitud dirigido según la dirección de circulación del fluido a
refrigerar.
3. Intercambiador (1), según la reivindicación
2, caracterizado por el hecho de que los pozos alargados
(4b, 5b) están situados en una zona centrada o descentrada de las
placas (2).
4. Intercambiador (1), según la reivindicación 2
o 3, del tipo en forma de "U" en el cual la entrada (6) y
salida (7) del fluido a refrigerar están dispuestas adyacentes en
un mismo extremo del conjunto de placas apiladas (2), estando el
extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y un paso de
retorno, caracterizado por el hecho de que las paredes de
mayor longitud de los pozos alargados (4b, 5b) son susceptibles de
separar los pasos de ida y vuelta del fluido a refrigerar.
5. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que los pozos (4a, 5a)
asociados al fluido refrigerante están situados en un lateral de
las placas (2) cerca de la zona de salida (7) del fluido a
refrigerar.
6. Intercambiador (1), según la reivindicación
5, caracterizado por el hecho de que los pozos (4a, 5a)
presentan una forma sensiblemente circular u ovalada.
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Date of ref document: 20100224 Kind code of ref document: A1 |
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