ES2901707T3

ES2901707T3 - Intercambiador de calor que tiene placas soldadas y placa que forma un componente de dicho intercambiador de calor

Info

Publication number: ES2901707T3
Application number: ES11802458T
Authority: ES
Inventors: Jean-Noël Fernandez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: EP2635867A1; PT2635867T; FR2967247B1; WO2012059683A1; EP2635867B1; FR2967247A1

Abstract

Un intercambiador de calor que tiene placas soldadas, comprendiendo placas metálicas (1, 2) previamente estampadas, ensambladas en pares mediante soldadura en dos lados opuestos (10, 11) y formando así elementos modulares (3) apilados definiendo dos circuitos independientes, respectivamente para un primer fluido y para un segundo fluido, placas adyacentes (1, 2) teniendo además puntos de contacto distribuidos a lo largo de la extensión de estas placas, caracterizado porque las placas (1, 2) incluyen, a lo largo de su extensión, por un lado, nervaduras paralelas (4, 5) dándoles un perfil ondulado y, por otro lado, protuberancias (6) cuyos vértices (7) se encuentran en un plano que contiene las bases o los vértices de las nervaduras (4, 5), dos placas adyacentes que tienen nervaduras (4, 5) de diferentes direcciones de manera que estas placas están en contacto tanto por los puntos de intersección de los vértices de sus respectivas nervaduras como por los vértices (7) de sus respectivas protuberancias correspondientes, estando soldados los vértices (7) de las protuberancias (6) de una placa a los vértices de las protuberancias correspondientes de la otra placa.

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor que tiene placas soldadas y placa que forma un componente de dicho intercambiador de calor

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor que tiene placas soldadas, tal como se define en el preámbulo de la reivindicación 1.

Dicho intercambiador se conoce por el documento de patente WO03/069249.

Más particularmente, la invención se refiere a un intercambiador de calor que comprende placas metálicas previamente estampadas, ensambladas en pares mediante soldadura en dos lados opuestos y formando así elementos modulares apilados, con el ensamble de todas las placas unidas de este modo formando un núcleo de intercambio con una forma generalmente paralelepípeda. Los espacios delimitados entre las placas pertenecientes a un mismo par, es decir a un mismo elemento modular, definen un circuito para el primer fluido. Los espacios que subsisten entre los pares de placas consecutivas, es decir, entre dos elementos modulares, definen el circuito para el segundo fluido.

Realizaciones de intercambiadores de calor que tienen placas soldadas de este tipo, de estructura compacta, ya son conocidas en particular a través de la Patente Europea EP 0639258 B1 del mismo inventor, así como de la Patente Francesa FR 2901016 B1 (o su equivalente la Solicitud Internacional WO 2007/132083 A1) también del mismo inventor y que constituye una mejora de la patente anterior.

Para este tipo de intercambiadores de calor, actualmente se pueden distinguir varias categorías, según la configuración de las placas de un mismo par. Cada técnica aporta ventajas ya sea en términos de mantenimiento, sustancialmente para la accesibilidad en términos de limpieza mecánica de los canales de circulación de fluidos dispuestos entre las placas adyacentes, o en términos de rendimiento térmico, según la creación de turbulencias y la intensificación de los intercambios de calor en los canales de circulación de fluidos. Las principales categorías existentes de intercambiadores de calor, del tipo considerado en la presente memoria, son intercambiadores con placas nervadas, también llamadas placas "corrugadas", intercambiadores con placas unidas por espaciadores, también llamadas placas "incrustadas", e intercambiadores con placas revestidas; estos últimos pueden considerarse una alternativa de intercambiadores con placas unidas por espaciadores. En los intercambiadores con placas nervadas, cada placa de un elemento modular tiene nervaduras paralelas, dando a esta placa un perfil ondulado. Las nervaduras de una placa del elemento modular tienen una dirección diferente a la de las nervaduras de la otra placa del mismo elemento modular. Cuando las dos placas se acercan, se crean múltiples puntos de contacto de una placa con la otra a lo largo de la extensión de estas placas, lo que permite obtener una separación constante entre las dos placas. Además, las nervaduras forman ondulaciones que se oponen al flujo de fluido entre las dos placas y que generan fuertes turbulencias en este flujo. Los intercambiadores constituidos de este modo tienen, por lo tanto, un alto grado de eficacia. Sin embargo, tienen la desventaja de tener secciones con un paso relativamente estrecho para el fluido y, a la luz de los múltiples puntos de contacto entre las dos placas, presentan grandes riesgos de obstrucción o ensuciamiento, en determinadas aplicaciones y dependiendo de los fluidos involucrados.

Un ejemplo de un intercambiador de calor con placas nervadas se proporciona en la Solicitud de Patente Francesa FR 2562997 A1.

En los intercambiadores con placas unidas por espaciadores, las placas tienen espaciadores dispuestos a lo largo de su extensión, según un marco de base cuadrada o triangular. Así, durante el apilado de dichas placas se obtienen circuitos para fluidos cuyo espesor corresponde a la separación entre placas consecutivas, que a su vez viene determinada por la altura de dichos espaciadores.

Estos intercambiadores son más fáciles de limpiar y prácticamente no tienen riesgo de obstruirse. Sin embargo, siguen siendo relativamente costosos ya que deben implementar placas con un espesor sustancial, así como múltiples espaciadores para proporcionar la resistencia mecánica de los elementos modulares. Además, su rendimiento térmico es mucho menor que el de los intercambiadores con placas nervadas.

Los intercambiadores con placas revestidas comprenden, a lo largo de la extensión de sus placas, protuberancias dispuestos según un marco regular. Cuando se ensamblan dos placas dispuestas en sentidos opuestos, las protuberancias de una placa entran en contacto con las protuberancias de la otra placa, con el fin de formar espaciadores que conecten estas dos placas y que fijen su separación, estando las protuberancias correspondientes de las dos placas soldadas entre sí.

La Patente Europea EP 0639258 B1 divulga una realización de este tipo de un intercambiador de calor con placas revestidas, con protuberancias en forma de cubas ahusadas, con fondo plano, obtenidas por estampación.

Gracias a la conexión por soldadura de sus protuberancias, las placas revestidas tienen la ventaja de crear, para uno de los fluidos, un circuito que resiste la presión. Además, las protuberancias estampadas generan en el flujo de fluido entre las dos placas una turbulencia totalmente correcta y, como tal, procuran un rendimiento cercano al de las placas nervadas.

En el caso de estos intercambiadores de placas revestidas, el circuito para el segundo fluido, delimitado entre los elementos modulares formados por dos placas unidas por sus protuberancias, ofrece un paso perfectamente libre y por lo tanto puede ser utilizado muy ventajosamente para fluidos muy cargados de sólidos. Por otro lado, este circuito tiene el inconveniente de tener un rendimiento térmico cercano al de un tubo plano, por lo tanto, relativamente promedio. Los intercambiadores con placas revestidas tienen como tal un rendimiento superior a los intercambiadores tubulares convencionales, pero notablemente inferior a los intercambiadores con placas nervadas.

La presente invención tiene como objetivo proporcionar un intercambiador de calor con placas soldadas que combine las ventajas de las diversas categorías de intercambiadores mencionadas anteriormente, al tiempo que evita todas sus desventajas y, como tal, el propósito de la invención es crear un intercambiador que tenga una alta efectividad térmica, mientras conserva aún la posibilidad de limpiar fácilmente sus canales internos, debiendo además este intercambiador de calor ser resistente a la presión y poder ser fabricado y ensamblado conveniente y económicamente. La invención también tiene por objeto proporcionar una placa para la constitución de dicho intercambiador.

A tal efecto, la invención se refiere a un intercambiador de calor que tiene placas soldadas, tal como se define en la reivindicación 1.

En una realización preferente de la invención, las protuberancias de cada placa del intercambiador tienen partes superiores planas, ubicadas en el plano que contiene las bases o las partes superiores de las nervaduras de esta placa.

Las protuberancias se distribuyen, a lo largo de la extensión de cada placa del intercambiador, según un patrón predefinido y con una distribución más o menos densa. Estas protuberancias pueden, en particular, estar alineadas con determinadas nervaduras de cada placa del intercambiador, y presentarse en este caso como interrupciones locales, regularmente espaciadas, de estas nervaduras. Por ejemplo, las protuberancias se forman como tales en una nervadura de dos de cada placa del intercambiador. Vistas en la dirección de las nervaduras, las protuberancias pueden tener una disposición escalonada, estando desplazadas las protuberancias formadas en una nervadura, según esta dirección, con relación a las protuberancias formadas en la siguiente nervadura encontrada provista de protuberancias.

Las dos placas de un elemento modular también deben ensamblarse mediante soldadura, en dos lados opuestos. Las placas comprenden, a este efecto, bordes respectivos soldados entre sí, bordes que están situados en el plano de las partes superiores de las protuberancias o bien plegados en ángulo recto con respecto a este plano.

Tal como está diseñado, un intercambiador de calor realizado como tal combina las particularidades y ventajas de los intercambiadores con placas nervadas y de los intercambiadores con placas revestidas. En particular, el intercambiador de acuerdo con la invención crea fuertes turbulencias como un intercambiador con placas nervadas convencionales, sin dejar de tener una excelente resistencia a la presión gracias a la unión por soldadura realizada entre las placas, a lo largo de la extensión de estas últimas. Como tal, al menos un circuito de fluido del intercambiador se hace altamente resistente a la presión y, en consecuencia, se evitan los efectos de expansión de los canales y los riesgos de rotura por fatiga; por lo tanto, los límites a los que están sometidos los intercambiadores con placas nervadas convencionales quedan así superados.

Si las placas son ensambladas en pares por sus protuberancias, se obtienen elementos modulares entre los que se dispone un canal de flujo totalmente libre, con un espesor que puede alcanzar por ejemplo 25 mm, permitiendo la circulación de fluidos muy cargados de sólidos, sin el riesgo de obstrucción, conservando la ventaja de las placas nervadas con respecto a la creación de una turbulencia.

Para la operación del intercambiador a presiones promedio, las placas nervadas y provistas de protuberancias constituyen un excelente compromiso entre placas simplemente nervadas, por un lado, y placas revestidas, por otro lado, al combinar la resistencia a la presión de uno de los circuitos de fluido, el libre acceso para la limpieza del resto del circuito de fluido y una muy alta efectividad térmica.

Además, la ubicación de las protuberancias en determinadas nervaduras de las placas limita el impacto de estas protuberancias en el flujo del fluido y facilita la fabricación de las placas mediante estampación. En una configuración particularmente ventajosa a este respecto, cada protuberancia ubicada sobre una nervadura comprende una porción plana de forma cuadrada o rectangular, ubicada en la base de la nervadura, y dos superficies opuestas, de forma general triangular, ubicadas en planos inclinados y que unen la parte superior de la nervadura.

En todo caso, la invención se entenderá de mejor manera utilizando la siguiente descripción, con referencia al dibujo esquemático adjunto que muestra, a modo de ejemplo, realizaciones de este intercambiador de calor de placas soldadas y de la placa que constituye dicho intercambiador:

La Figura 1 es una vista en perspectiva que muestra dos placas de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención colocadas en correspondencia, antes del ensamblaje;

La Figura 2 es una vista en perspectiva del elemento modular, resultante del ensamblaje de las dos placas de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista en perspectiva que muestra dos elementos modulares consecutivos, en una primera configuración del intercambiador de calor;

La Figura 4 es una vista en perspectiva que muestra elementos modulares consecutivos, en otra configuración del intercambiador de calor;

La Figura 5 es una vista en perspectiva que muestra, en su conjunto, un intercambiador de calor de acuerdo con la presente invención.

La Figura 1 muestra dos placas metálicas 1 y 2, de forma generalmente cuadrada, previstas para ensamblarse entre sí para formar un elemento modular 3, a su vez representado en la Figura 2, que está destinado a ser apilado con elementos similares con la finalidad de constituir un núcleo de intercambio paralelepípedo.

La placa 1, aquí descrita principalmente, comprende a lo largo de su extensión nervaduras 4 y 5 paralelas entre sí y en una dirección diagonal a esta placa 1, de tal manera que esta última tiene un perfil generalmente ondulado.

Una nervadura 4 de dos es una nervadura continua de un extremo al otro. Las nervaduras continuas 4 se alternan con las nervaduras 5 que están interrumpidas localmente, a intervalos regulares, por protuberancias 6 cuyas partes superiores 7 están situadas en un plano que contiene las bases de las nervaduras 4 y 5. Todas las protuberancias 6 tienen una disposición escalonada, es decir, las protuberancias 6 de una nervadura 5 están desplazadas (en la dirección longitudinal de las nervaduras) con respecto a las protuberancias 7 de las nervaduras 5 más cercanas, con el desplazamiento igual a un "medio paso".

En detalle, cada protuberancia 6 comprende una parte superior plana 7, de forma cuadrada o rectangular, y dos superficies opuestas 8 y 9, de forma triangular y situadas en planos inclinados, estando la inclinación de una de las superficies 8 invertida a la inclinación de la otra superficie 9. La base de cada superficie triangular 8 o 9 está ubicada en el plano de la parte superior 7 de la protuberancia 6, mientras que la punta de esta superficie está ubicada en la parte superior de la nervadura correspondiente 5.

La otra placa 2 tiene una configuración similar a la de la placa 1.

En el ejemplo aquí considerado, las dos placas 1 y 2 tienen cada una dos primeros bordes planos y paralelos 10 y 11, ubicados en el plano de las partes superiores 7 de sus respectivas protuberancias 6. Cada una de las dos placas 1 y 2 también tiene otros dos bordes 12 y 13, paralelos entre sí, pero perpendiculares a los bordes 10 y 11 precedentes, teniendo estos bordes 12 y 13 una zona de desplazamiento, es decir, situados en la base de las protuberancias 6.

Para su ensamblaje, las dos placas 1 y 2 están dispuestas de tal forma que:

- las nervaduras 4 y 5 de la placa 1 están orientadas perpendicularmente a las nervaduras 4 y 5 de la otra placa 2;

- los bordes 10 y 11 de las dos placas 1 y 2 están colocados en correspondencia;

- los otros bordes 12 y 13 de estas dos placas 1 y 2 también están colocados en correspondencia, con sus respectivas zonas de desplazamiento separadas entre sí.

En esta disposición relativa de las dos placas 1 y 2, las partes superiores 7 de las protuberancias 6 de una placa 1 están también en correspondencia con las partes superiores 7 de las protuberancias de la otra placa 2.

A medida que las dos placas 1 y 2 se acercan entre sí, se sueldan entre sí a lo largo de sus bordes 10 y 11, así como en las partes superiores 7 de sus respectivas protuberancias 6 que están colocadas en contacto. Se obtiene entonces el elemento modular 3 en el que las dos placas 1 y 2 también entran en contacto con los puntos de cruce de sus nervaduras 4 y 5; véase la Figura 2.

En los dos lados opuestos formados por los bordes 12 y 13, las zonas de desplazamiento de estos bordes conducen a la formación de hendiduras alargadas 14, permitiendo por un lado la entrada de un fluido y por el otro lado la salida de este fluido.

Las Figuras 3 a 5 muestran modos para el apilamiento de elementos modulares 3 constituidos como tales, para la constitución de un núcleo de intercambio.

En el caso de la Figura 3, los elementos modulares 3 están separados entre sí. Estos elementos modulares 3, atravesados por un primer fluido, están como tales separados entre sí por espacios 15 totalmente libres, por los que circula un segundo fluido. El espaciamiento y el mantenimiento de los elementos modulares 3 es proporcionado por el acoplamiento de sus ángulos, en la unión de los bordes 10 a 13, en "peines" 16 provistos de ranuras paralelas 17 que están juiciosamente espaciadas.

En los bordes 12 y 13, los elementos modulares 3 comprenden aquí ventajosamente paneles laterales 18 plegados en ángulo recto, que cierran lateralmente (en dos lados opuestos) los espacios libres 15.

En el caso de la Figura 4, los elementos modulares 3 están apretados, con los espacios libres mencionados anteriormente suprimidos. Los dos circuitos de fluido están en este caso delimitados por placas adyacentes 1 y 2, que entran en contacto a través de sus nervaduras 4, 5 y sus protuberancias 7. Los paneles laterales plegados están aquí suprimidos y los "peines" 16 tienen ranuras 17 que están más cercanas con el fin de mantener los elementos modulares 3.

El núcleo de intercambio, constituido como tal, se coloca a sí mismo dentro de un armazón o un marco, que comprende dos placas cuadradas paralelas 19 y 20 conectadas por cuatro postes de esquina 21, como se muestra en la Figura 5, estando las superficies laterales de este marco cerradas por paneles o puertas no mostrados.

En una alternativa no mostrada, los bordes de las placas 1 y 2 pueden comprender, en dos lados opuestos, respectivos bordes plegados en ángulo recto y soldados entre sí, con el fin de constituir cada elemento modular 3.

Por supuesto, es obvio, y se desprende de la descripción anterior, que la invención no se limita únicamente a estas realizaciones de este intercambiador de calor, y de las placas que lo constituyen, que se han descrito anteriormente a modo de ejemplos; sino que abarca, por el contrario, todas las realizaciones y aplicaciones alternativas que cumplen con el mismo principio. Es como tal, en particular, que el alcance de la invención no se abandona:

- Modificando la distribución de las protuberancias, así como los detalles de su forma;

- Colocando y acercando las placas en pares según los bordes por cualquier medio, con el fin de constituir los elementos modulares;

- Uniendo estos elementos modulares por cualquier medio para constituir el intercambiador completo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor que tiene placas soldadas, comprendiendo placas metálicas (1, 2) previamente estampadas, ensambladas en pares mediante soldadura en dos lados opuestos (10, 11) y formando así elementos modulares (3) apilados definiendo dos circuitos independientes, respectivamente para un primer fluido y para un segundo fluido, placas adyacentes (1, 2) teniendo además puntos de contacto distribuidos a lo largo de la extensión de estas placas, caracterizado porque las placas (1, 2) incluyen, a lo largo de su extensión, por un lado, nervaduras paralelas (4, 5) dándoles un perfil ondulado y, por otro lado, protuberancias (6) cuyos vértices (7) se encuentran en un plano que contiene las bases o los vértices de las nervaduras (4, 5), dos placas adyacentes que tienen nervaduras (4, 5) de diferentes direcciones de manera que estas placas están en contacto tanto por los puntos de intersección de los vértices de sus respectivas nervaduras como por los vértices (7) de sus respectivas protuberancias correspondientes, estando soldados los vértices (7) de las protuberancias (6) de una placa a los vértices de las protuberancias correspondientes de la otra placa.

2. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las protuberancias (6) de cada placa (1, 2) tienen vértices (7) de forma plana, ubicados en el plano que contiene las bases o los vértices de las nervaduras (4, 5) de esta placa (1, 2).

3. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las protuberancias (6) están alineadas con determinadas nervaduras (5) de cada placa (1, 2), y aparecen como interrupciones locales, regularmente espaciadas, de estas nervaduras (5).

4. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque las protuberancias (6) están formadas en cada segunda nervadura (5) de cada placa (1, 2).

5. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque las protuberancias (6) tienen una disposición escalonada, vista en la dirección de las nervaduras (4, 5), estando desplazadas las protuberancias (6) formadas en una nervadura (5), en esta dirección, con respecto a las protuberancias (6) formadas en la siguiente nervadura (5) encontrada provista de protuberancias.

6. El intercambiador de calor de acuerdo con ambas reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque cada protuberancia (6), situada sobre una nervadura (5), comprende una porción plana (7) de forma cuadrada o rectangular, situada en la base de la nervadura (5), y dos facetas opuestas (8, 9) de apariencia generalmente triangular, ubicadas en planos inclinados y uniendo el vértice de la nervadura (5).

7. El intercambiador de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, para el ensamblaje de dos placas (1, 2) mediante soldadura en dos lados opuestos, estas placas (1, 2) incluyen bordes (10, 11) soldados entre sí, que o bien están ubicados en el plano de los vértices (7) de las protuberancias (6), o bien plegados en ángulos rectos con respecto a este plano.