ES2732462T3 - Intercambiador de calor de placas con resistencia mejorada en área de puerto - Google Patents

Intercambiador de calor de placas con resistencia mejorada en área de puerto Download PDF

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Abstract

Un intercambiador de calor de placas que comprende una pluralidad de placas, cada una de las cuales se extiende en paralelo con un plano de extensión principal (p) y que comprende una pluralidad de placas intercambiadoras de calor (2) y al menos una placa adaptadora (3), en donde las placas intercambiadoras de calor (2) se proporcionan uno al lado de otra y forman un paquete de placas con primeros espacios entre placas (6) para un primer medio y segundos espacios entre placas (7) para un segundo medio, en donde cada una de las placas intercambiadoras de calor tiene cuatro orificios de puertos (8) que forman puertos que se extienden a través del paquete de placas, en donde las placas intercambiadoras de calor (2) comprenden una placa intercambiadora de calor más exterior (2') en un lado del paquete de placas y una placa intercambiadora de calor más exterior (2") en un lado opuesto del paquete de placas, en donde dos de dichos espacios entre placas (6, 7) en el paquete de placas forman un espacio entre placas más exterior respectivo en un lado respectivo del paquete de placas, que están delimitados hacia fuera por una respectiva de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2"), y en donde la placa adaptadora (3) se proporciona fuera de una de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2") caracterizado por que una placa de distancia (13) está dispuesta entre una placa de marco (4) y la placa adaptadora (3), y una placa de presión (5) y la placa adaptadora (3), respectivamente, estando proporcionadas dicha placa de marco (4) y dicha placa de presión (5), directamente fuera de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2"), respectivamente, comprendiendo dicha placa de distancia (13) al menos dos orificios de puerto (14), que son concéntricos con cada uno de los orificios de puerto respectivos (8) de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2"), la placa del marco (4), la placa de presión (5) y la placa adaptadora (3), y por que los orificios de puerto (14) de la placa de distancia (13) son más grandes que los orificios de puerto (8) de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2"), la placa del marco (4) y la placa de presión (5) y los orificios de puerto (8) de la placa adaptadora (3), respectivamente.

Description

DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor de placas con resistencia mejorada en área de puerto
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor de placas que comprende un paquete de placas de placas de transferencia de calor unidas permanentemente, entre las que se forman pasos para al menos dos fluidos de intercambio de calor. Cada placa de transferencia de calor está provista de orificios de puerto, que junto con los orificios de puerto correspondientes en las otras placas de transferencia de calor forman canales de puerto a través del paquete de placas.
Las placas de transferencia de calor en un intercambiador de calor de placas de este tipo se unen normalmente de forma permanente entre sí a través de soldadura, soldadura fuerte o unión. En un intercambiador de calor de placas en el que las placas de transferencia de calor se han unido permanentemente entre sí mediante soldadura fuerte, el intercambiador de calor a menudo está provisto de dos placas de extremo, que son más gruesas que las placas de transferencia de calor y están permanentemente unidas junto con las dos placas de transferencia de calor exteriores respectivas en el paquete de placas. Normalmente, una de las placas de extremo está provista de orificios opuestos a los canales del puerto a través del paquete de placas, pero también la otra placa de extremo puede estar provista de uno o más orificios opuestos a los canales del puerto. En al menos una de las placas de extremo, miembros de conexión generalmente en forma de receptáculos de tubería, se sujetan, por ejemplo, mediante soldadura fuerte alrededor de los respectivos orificios de estas placas. No todas las placas de extremo tienen que realizarse en una única pieza sino que pueden hacerse de dos o más piezas.
Los pasos para los fluidos de intercambio de calor entre las placas de transferencia de calor se conectan normalmente a los canales de puerto de tal manera que en cada segundo paso fluirá uno de los fluidos de intercambio de calor y, en consecuencia, se incluye en un primer conjunto de pasos. Los pasos restantes forman un segundo conjunto de pasos, a través de los que fluirá el otro fluido de intercambio de calor. Cuando el intercambiador de calor de placas está en funcionamiento, el primer fluido de intercambio de calor se hace fluir a través de un primer receptáculo de tubería en un primer canal del puerto, más allá del primer conjunto de pasos hasta un segundo canal del puerto y sale a través de un segundo receptáculo de tubería. El segundo fluido de intercambio de calor se hace fluir a través de un tercer receptáculo de tubería en un tercer canal del puerto, más allá del segundo conjunto de pasos hasta un cuarto canal del puerto y sale a través de un cuarto receptáculo de tubería.
En muchas aplicaciones para intercambiadores de calor de placas permanentemente unidas, por ejemplo, mediante soldadura fuerte, se requiere una alta resistencia para lidiar con las altas presiones de trabajo de uno o más de los medios transportados a través del intercambiador de calor de placas o cuando la presión de trabajo para cualquiera de los medios varía a lo largo del tiempo. Para garantizar que la resistencia y la rigidez del intercambiador de calor de placas cumplan con los requisitos de mayor resistencia, los intercambiadores de calor de placas se prueban antes de su entrega. En conexión con la prueba de presión, es deseable que la deformación plástica sea tan baja como sea posible.
Como se ha mencionado anteriormente, para cumplir con los requisitos de mayor resistencia, una tecnología bien establecida es usar placas de refuerzo o de extremo más gruesas, es decir, las dos placas ubicadas en la posición más exterior en el paquete de placas. Tales placas de refuerzo pueden designarse también como placas adaptadoras o placas de marco y presión. Láminas, arandelas o placas planas y gruesas se pueden proporcionar también fuera de las placas de marco y/o presión. Una desventaja de tales placas, arandelas o similares, adicionales, es que la fabricación se vuelve más complicada puesto que se tienen que fijar más componentes cuando se produce el intercambiador de calor de placas, por ejemplo, cuando se somete a soldadura fuerte.
Otra desventaja de las placas de refuerzo más gruesas con más material es que el “retardo” térmico aumenta para estas placas de refuerzo. Debido a este mayor retardo térmico de las placas de refuerzo, se obtiene un rendimiento reducido de la fatiga térmica del intercambiador de calor de placas, en particular en las placas del intercambio de calor que se proporcionan más adyacentes dentro de las placas de refuerzo. Puesto que las placas intercambiadoras de calor están fabricadas de un material más fino, se adaptarán más rápidamente a la temperatura del medio, lo que da como resultado una diferencia de temperatura no deseada entre las placas intercambiadoras de calor y las placas de refuerzo, y por lo tanto, tensiones térmicamente dependientes.
Además, las placas de refuerzo más gruesas dan como resultado la desventaja de que el consumo de material aumenta y, por lo tanto, aumentan los costes en el intercambiador de calor de placas.
El documento US-A-4.987.955 desvela un intercambiador de calor de placas que comprende una pluralidad de placas que se extienden en paralelo con un plano de extensión principal. Las placas comprenden una pluralidad de placas intercambiadoras de calor y al menos una placa de refuerzo. Las placas intercambiadoras de calor se disponen una al lado de la otra y forman un paquete de placas con primeros espacios entre placas para un primer medio y un segundo espacio entre placas para un segundo medio. Cada una de las placas intercambiadoras de calor tiene cuatro orificios de puerto que forman puertos que se extienden a través del paquete de placas. Las placas intercambiadoras de calor comprenden una placa intercambiadora de calor más exterior en un lado del paquete de placas y una placa intercambiadora de calor más exterior en un lado opuesto del paquete de placas. Dos de los espacios entre placas en el paquete de placas forman un espacio entre placas exterior respectivo en un lado respectivo del paquete de placas, que están externamente delimitados por una respectiva de las placas intercambiadoras de calor más exteriores. La placa de refuerzo se proporciona al lado y fuera de una de las placas intercambiadoras de calor más exteriores.
El documento DE 102006048305 desvela un intercambiador de calor de placas, especialmente un enfriador de aceite para un vehículo que comprende una pluralidad de placas intercambiadoras de calor que forman un paquete de placas con los primeros espacios entre placas para un primer medio y los segundos espacios entre placas para un segundo medio. Cada placa intercambiadora de calor tiene cuatro orificios de puerto que forman canales que se extienden a través del paquete de placas. En la parte superior e inferior del paquete de placas se proporcionan las placas superior e inferior, en la que se pueden disponer conectores en la placa superior o inferior, o distribuirse en las placas superior e inferior. En la realización mostrada en la Figura 4, la placa de terminación superior se designa con el número de referencia 21 y está provista de muescas 22 que sirven para estabilizar la presión. Además, los conectores 30 se disponen en la placa de terminación 21. En el párrafo [0028] se indica que el intercambiador de calor 1 se fija al vehículo por medio de una placa de conexión 20a y que una placa de refuerzo 20b se sitúa entre el intercambiador de calor 1 y la placa de conexión 20a. Como se muestra en la Figura 4, los orificios de puerto de la placa de refuerzo 20b son concéntricos y tienen el mismo tamaño que cada uno de los orificios de puerto respectivos de la placa de terminación 21 y la placa de conexión 20a.
Sumario de la invención
El objetivo de la presente invención es disminuir o al menos aliviar las desventajas mencionadas anteriormente y proporcionar un intercambiador de calor de placas con una alta resistencia. Además, se refiere a un intercambiador de calor de placas que puede fabricarse a un bajo coste. En particular, el objetivo de la invención es conseguir un intercambiador de calor de placas permanentemente unidas con una resistencia mejorada.
Este objetivo se consigue mediante el intercambiador de calor de placas definido inicialmente, que está caracterizado por que una placa de distancia se dispone entre una placa adaptadora y una respectiva de las placas intercambiadoras de calor más exteriores, comprendiendo al menos dicha placa de distancia dos orificios de puerto, que son concéntricos entre sí, de los orificios de puerto respectivos de las placas intercambiadoras de calor más exteriores y la placa adaptadora, y por que los orificios de puerto de la placa de distancia son más grandes que los orificios de puerto de las placas intercambiadoras de calor más exteriores y el orificio de la placa adaptadora, respectivamente. Debido a la placa de distancia, el intercambiador de calor de placas podrá soportar presiones más altas de lo que sería posible.
En una realización preferida de la invención, las placas están unidas permanentemente entre sí.
En otra realización de la invención, el tamaño y la forma de la placa de distancia son iguales que el tamaño y la forma de la placa adaptadora.
En otra realización de la invención, la placa de distancia está unida permanentemente a las placas intercambiadoras de calor más exteriores y a la placa adaptadora.
En otra realización adicional, la placa de distancia se dispone entre una placa de marco y la placa adaptadora y una placa de presión y la placa adaptadora, respectivamente.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá a continuación más detalladamente por medio de una descripción de diversas realizaciones y con referencia a los dibujos adjuntos.
La Figura 1 desvela una vista lateral de un intercambiador de calor de placas conocido.
La Figura 2 desvela una vista frontal del intercambiador de calor de placas en la Figura 1.
La Figura 3 desvela una vista frontal de una placa intercambiadora de calor del intercambiador de calor de placas en la Figura 1.
La Figura 4 desvela una vista en despiece de una realización del intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención.
La Figura 5 desvela una sección transversal de una realización del intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención
En las Figuras 1-3 se muestra un intercambiador de calor de placas conocido anteriormente. El intercambiador de calor de placas 1 comprende una pluralidad de placas 2, cada una de las que se extiende sustancialmente en paralelo con un plano de extensión principal p y forma un paquete de placas. Además, el intercambiador de calor de placas 1 comprende una placa de marco 4 y una placa de presión 5, que se proporcionan en un lado respectivo del paquete de placas. Además, el intercambiador de calor de placas 1 comprende al menos una placa adaptadora 3. En la realización mostrada, el intercambiador de calor de placas comprende cuatro placas adaptadoras 3. Las placas intercambiadoras de calor 2 forman un paquete de placas con los primeros espacios entre placas 6 para un primer medio y los segundos espacios entre placas 7 para un segundo medio. Los espacios entre placas 6 y 7 se proporcionan en un orden alterno de tal manera que cada segundo espacio entre placas es un primer espacio entre placas 6 y los espacios entre placas restantes son segundos espacios entre placas 7.
Cada placa intercambiadora de calor 2 comprende cuatro orificios de puerto 8 que forman canales del puerto que se extienden a través del paquete de placas y forman entradas y salidas para los dos medios en los primeros espacios entre placas 6 y segundos espacios entre placas 7, respectivamente. Las entradas y salidas se conectan a las tuberías de entrada y salida 9 descritas esquemáticamente que pueden disponerse en las placas adaptadoras 3. Cuando no hay tuberías de entrada y/o salida 9, la placa adaptadora 3 está cerca. Cada placa intercambiadora de calor 2 comprende una zona de intercambio de calor interior 10 y una zona de borde exterior 11 que se extiende alrededor de la zona de intercambio de calor 10. La zona de borde exterior 11 comprende o forma un reborde circundante que se extiende hacia fuera desde el plano de extensión p. Además, la placa de marco 4 y la placa de presión 5 tienen una zona de borde exterior 11 de este tipo que comprende o forma un reborde que se extiende hacia fuera desde el plano de extensión p. En la realización preferida, cada placa adaptadora 3 tiene un tamaño tal que queda contenida dentro de la zona de borde exterior 11. Las placas adaptadoras 3 pueden también estar provistas de un patrón de refuerzo proporcionado en la proximidad de dos de los puertos 8.
Además, cada placa intercambiadora de calor 2 tiene de manera conocida per se un patrón de presión 12, véase Figura 3 en forma de al menos una ondulación de crestas y valles en la zona de intercambiador de calor 10. El patrón de prensión 12 que se desvela en la Figura 3 es simplemente esquemático y es un ejemplo de tal patrón. Debe observarse que las placas intercambiadoras de calor 2 pueden tener patrones de prensión de varios diseños.
Las placas intercambiadoras de calor 2 comprenden una placa intercambiadora de calor más exterior 2” en un lado opuesto del paquete de placas. Además, las placas intercambiadoras de calor 2, 2', 2” forman dos intersecciones de placa más exteriores en un lado respectivo del paquete de placas. Los dos espacios entre placas más exteriores están delimitados hacia fuera por la placa intercambiadora de calor más exterior 2' y la placa intercambiadora de calor más exterior 2', respectivamente. Las placas adaptadoras 3 se proporcionan fuera de una de las placas intercambiadoras de calor más exteriores 2' y 2”, respectivamente.
En una realización preferida de la invención, la placa de marco 4 se proporciona inmediatamente fuera de la placa intercambiadora de calor más exterior 2' y la placa de presión 5 se proporciona inmediatamente fuera de la placa intercambiadora de calor más exterior 2”. La placa de marco 4 y la placa de presión 5 no tienen, en esta realización, ninguna función térmica, es decir, ningún medio se transporta entre la placa intercambiadora de calor más exterior 2' y la placa de marco 4, o entre la placa intercambiadora de calor más exterior 2” y la placa de presión 5. La placa de marco 4 y la placa de presión 5 pueden ser sustancialmente planas, es decir, carecen del patrón de presión 12 que se proporciona en las placas intercambiadoras de calor 2.
De acuerdo con la invención, una placa de distancia 13 que tiene sustancialmente las mismas dimensiones exteriores que la placa adaptadora 3, se dispone en una estructura intercalada entre la placa de marco 4 y la placa adaptadora 3 y/o la placa de presión 5 y la placa adaptadora 3. La placa de distancia 13 está provista de orificios de puerto 14 que son sustancialmente concéntricos con los orificios de puerto 8 de la placa de marco 4 y/o la placa de presión 5 y los orificios de puerto 14 de la placa adaptadora 3. Sin embargo, el tamaño de los orificios de puerto 14 de la placa de distancia 13 es más grande que el tamaño de los orificios de puerto 8 de las placas, placas de marco y de presión y placa adaptadora 3, si están provistas de orificios de puerto. La placa adaptadora 3 puede no estar provista de tubos de entrada y salida 9 y, en tal caso, la placa adaptadora fuera de la placa de presión 5 está cerrada. En un caso especial, la placa adaptadora 3 puede estar provista de protuberancias 15, es decir, un área convexa hacia el exterior con un tamaño y un diámetro que corresponden sustancialmente a los orificios de puerto 8 de las placas 2. La finalidad de las protuberancias es soportar mejor la presión ejercida por el fluido en los espacios entre placas. El diámetro de dichas protuberancias corresponde preferentemente al diámetro y la forma de los orificios de los orificios de puerto 8. Debido al mayor tamaño, es decir, el diámetro de los orificios de puerto 14 de la placa de distancia 13, se puede conseguir un intercambiador de calor de placas con mayor resistencia y rigidez por la presión del fluido. Durante el funcionamiento, surge una presión en el interior del intercambiador de calor de placas, cuya presión tiende a presionar hacia fuera el paquete de placas, en particular las placas exteriores 2, 2', 2”del intercambiador de calor. Por medio de la placa de distancia 13 provista inmediatamente fuera de la placa de marco 4 e inmediatamente fuera de la placa de presión 5, se evita dicha flexión hacia fuera.
Todas las placas, es decir, las placas adaptadoras 3, la placa de marco 4, las placas intercambiadoras de calor 2, 2', 2” y la placa de presión 5, se conectan permanentemente entre sí, preferentemente a través de la fusión de un material metálico, por ejemplo, mediante soldadura fuerte, unión, soldadura o una combinación de los mismos. También las tuberías de entrada y salida 9 pueden soldarse mediante soldadura fuerte a las placas, y más precisamente a las placas adaptadoras 3. Las placas pueden también conectarse permanentemente mediante encolado.
La presente invención no se limita a las realizaciones descritas sino que puede variarse y modificarse apropiadamente dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor de placas que comprende una pluralidad de placas, cada una de las cuales se extiende en paralelo con un plano de extensión principal (p) y que comprende una pluralidad de placas intercambiadoras de calor (2) y al menos una placa adaptadora (3), en donde las placas intercambiadoras de calor (2) se proporcionan uno al lado de otra y forman un paquete de placas con primeros espacios entre placas (6) para un primer medio y segundos espacios entre placas (7) para un segundo medio, en donde cada una de las placas intercambiadoras de calor tiene cuatro orificios de puertos (8) que forman puertos que se extienden a través del paquete de placas,
en donde las placas intercambiadoras de calor (2) comprenden una placa intercambiadora de calor más exterior (2') en un lado del paquete de placas y una placa intercambiadora de calor más exterior (2") en un lado opuesto del paquete de placas,
en donde dos de dichos espacios entre placas (6, 7) en el paquete de placas forman un espacio entre placas más exterior respectivo en un lado respectivo del paquete de placas, que están delimitados hacia fuera por una respectiva de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2"), y
en donde la placa adaptadora (3) se proporciona fuera de una de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2”)
caracterizado por que una placa de distancia (13) está dispuesta entre una placa de marco (4) y la placa adaptadora (3), y una placa de presión (5) y la placa adaptadora (3), respectivamente, estando proporcionadas dicha placa de marco (4) y dicha placa de presión (5), directamente fuera de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2”), respectivamente, comprendiendo dicha placa de distancia (13) al menos dos orificios de puerto (14), que son concéntricos con cada uno de los orificios de puerto respectivos (8) de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2”), la placa del marco (4), la placa de presión (5) y la placa adaptadora (3), y por que los orificios de puerto (14) de la placa de distancia (13) son más grandes que los orificios de puerto (8) de las placas intercambiadoras de calor más exteriores (2', 2”), la placa del marco (4) y la placa de presión (5) y los orificios de puerto (8) de la placa adaptadora (3), respectivamente.
2. Un intercambiador de calor de placas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las placas están unidas permanentemente entre sí.
3. Un intercambiador de calor de placas de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el tamaño y la forma de la placa de distancia (13) son iguales al tamaño y la forma de la placa adaptadora (3).
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