MXPA05014018A

MXPA05014018A - Dispositivo para cambio de calor de etapas multiples, y metodo para producir dicho dispositivo.

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Publication number: MXPA05014018A
Application number: MXPA05014018A
Authority: MX
Inventors: Ulrich Maucher
Original assignee: Behr Gmbh & Co Kg
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2006-03-17
Also published as: US20070125527A1; WO2004113815A1; BRPI0411930A; DE10328746A1; CN1813164A; EP1642076A1; JP2007506928A

Abstract

La invencion se refiere a un dispositivo para cambio de calor en etapas multiples, y a un metodo para producir dicho dispositivo; mediante el cual se usan por lo menos tres medios que fluyen libremente (fluidos) en los tres dispositivos de flujo subdivididos en al menos dos modulos de cambio de calor o de flujo. Los modulos consisten respectivamente, de al menos dos elementos de flujo que estan dispuestos de tal manera que diferentes fluidos fluyen alternadamente a traves de ellos. Para fluidos esencialmente liquidos, se distribuyen los fluidos a los elementos de flujo por medio de dispositivos colectores de fluido o dispositivos distribuidores de fluido, conectados de una manera hermetica al gas y hermetica al liquido. Las direcciones principales de flujo de todos los fluidos en los elementos de flujo estan en planos esencialmente paralelos. Por lo menos dos modulos de flujo estan montados directamente en serie y/o por medio de dispositivos distribuidores de fluido, de una manera con conexion de flujo, por lo menos en relacion con un dispositivo de flujo.

Description

- i - ¦ DISPOSITIVO PARA CAMBIO DE CALOR, DE ETAPAS MÚLTIPLES. Y MÉTODO PARA PRODUCIR DICHO DISPOSITIVO La presente invención se refiere a un dispositivo para cambio de calor de etapas múltiples, y a un método para producir dicho dispositivo. Las demandas sobre los sistemas de enfriamiento y climatización en los vehículos automotores son cada vez mayores. Esto se debe, por una parte, a que las necesidades de enfriamiento en general se incrementan y, por la otra, a que se están buscando constantemente mejoras adicionales en el grado de potencia de los sistemas de enfriamiento. El uso mejorado de las fuentes de calor y de los disipadores de calor, pueden dar por resultado especialmente en un concepto general, un grado mayor de uso y, además una disminución en el consumo. En este concepto general, juega un papel central la creación de cambiadores de calor. Los conceptos de frío y de calor del estado actual de la técnica proveen por regla general el intercambio de calor en una sola etapa en cambiadores de calor. De esa manera, se enfrían o se calientan fluidos como, por ejemplo, medios de enfriamiento, medios de calentamiento, aceite, gas de escape o aire de sobrealimentación. Normalmente el grado de potencia obtenido con la regulación de temperatura de una sola etapa es limitado. A fin de mejorar la capacidad de rendimiento de los circuitos de enfriamiento, es apropiado en algunos casos conducir un fluido a enfriamiento o calentamiento en dos etapas. Esto es posible cuando, además del fl u ido cuya temperatura se va a controlar, se disponga de otros dos fl u idos q ue se encuentren a dos diferentes niveles de temperatura. Por lo general, es una desventaja del control de temperatura de los fl u idos en dos etapas que el uso de dos cambiadores de calor convencionales, d ispuestos uno a continuación del otro , im plica costos sustancialmente elevados, así como la necesidad de espacios más amplios . La invención tiene com o finalidad procurar un dispositivo mediante el cual se pueda efectuar el enfriamiento o el calentamiento de un fluido en al menos dos etapas, y que sea compacto y de bajo costo. Esta finalidad de la i nvención se obtiene por medio de u n d ispositivo de acuerdo con la reivi ndicación 1 . El procedimiento de acuerdo con la invención para la producción de dicho dispositivo es de acuerdo con la reivindicación 20. De preferencia las modalidades y las variaciones ad icionales son de acuerdo con las reivi ndicaciones dependientes. El dispositivo de acuerdo con la invención para cambiar calor consiste de por lo menos tres d ispositivos de flujo, por los cuales circula al menos un medio de fl ujo libre (fluido). Después de flu ir a través del dispositivo de flujo ind ividual, por lo menos dos de los al menos tres fluidos se mezclan también en el transmisor de ca lor y se pueden sacar conj u ntamente.

De preferencia se transfiere en el primer grupo de circulación del enfriador o calentador la porción mayor de la potencia calorífica, de preferencia más del 60 por ciento, en especial hasta el 70 por ciento. Se debe entender por medios de flujo libre, o fluidos, dentro del concepto de la invención, medios líquidos y/o gaseosos que tienen baja viscosidad, tales como, pero sin limitación a ellos: aceites, líquidos, especialmente de elevado calor de vaporización latente, agua, aire o gases, así como medios de enfriamiento que se pueden vaporizar o condensar. Los medios de flujo libre pueden también contener aditivos, por ejemplo, para prevenir la corrosión. Adicionalmente, el dispositivo de acuerdo con la invención comprende por lo menos un dispositivo de flujo a través del cual fluyen fluidos sustancialmente líquidos, por lo menos un dispositivo de entrada de fluido, por lo menos un recolector de fluido y/o un dispositivo distribuidor de fluido, y por lo menos un dispositivo de salida de fluido. De acuerdo con la invención están provistos por lo menos dos grupos de flujo, cada uno de los cuales comprende por lo menos dos elementos de flujo, los cuales están dispuestos de tal manera que son alimentados por fluidos diferentes. Adicionalmente, los elementos de flujo que pertenecen a un dispositivo de flujo alimentado por fluidos sustancialmente líquidos, están conectados en conexión de forma y/o de material y/o de fuerza, de manera sustancialmente hermética ai gas y al líquido, con al menos un dispositivo recolector de fluido y/o un d ispositivo distribuidor de fluido. De acuerdo con la invención , las direcciones de fl ujo princi pales de todos los fl uidos en los elementos de flujo se encuentran en planos sustancialmente paralelos, unos con otros. Además, dos gru pos de circulación del dispositivo de acuerdo con la invención está n conectados en conexión de fl ujo en conexión en serie de forma directa y/o de materia l y/o de fuerza y/o mediante un dispositivo distribuidor de fluido, por lo menos con respecto a un dispositivo de flujo. Por un dispositivo de flujo se debe entender, entonces un dispositivo a través del cual puede fluir o circular un medio líquido o gaseoso y que, en caso de los d ispositivos de flujo por los que circulan fluidos sustancialmente líquidos, están lim itados por un espacio hermético al gas y al l íquido . Los dispositivos de flujo están constru idos de esta manera mediante elementos de circulación dispuestos en serie y/o en paralelo, y conectados en conexión de fl ujo. En una construcción adicional preferida del dispositivo de acuerdo con la invención , estos elementos de flujo están construidos por lo menos en parte, preferentemente , pero no exclusivamente, de d iscos h uecos, tubos planos, placas y/o capas. Por d iscos huecos, placas o capas se debe entender cuerpos huecos sustancialmente herméticos al gas y al l íq uido , con aberturas de entrada y de sa lida, cuyas d imensiones de largo y ancho son claramente mayores q ue su altura. Por tubos planos se quiere dar a entender aquí tubos cuya sección transversal presenta un lado mayor y un lado sustancialmente menor comparado con ese lado mayor. Los elementos de flujo pueden comprender uno o más canales de circulación para el medio que circula o que fluye a través de ellos. Pueden pasar de manera lineal, sin embargo, también pueden comprender varios segmentos serpenteantes. Adicionalmente, los elementos de flujo también pueden comprender segmentos tortuosos; es decir, segmentos en los cuales el elemento de flujo cambia de rumbo o se tuerce. Por dispositivo distribuidor de fluido y/o dispositivo recolector de fluido, en el ámbito de la presente invención, se debe entender, en el caso de los dispositivos de flujo por los que circulan fluidos sustancialmente líquidos, cuerpos huecos sustancialmente herméticos al gas y al líquido, en los que los fluidos pueden circular o fluir y en los que se recolectan. Similarmente, estos dispositivos distribuidores de fluido y/o recolectores de fluido pueden también servir para distribuir los fluidos individualmente a la pluralidad de elementos de flujo, o bien para recolectar de nuevo los procedentes de los diferentes elementos de flujo. Por unidos en conexión de flujo se debe entender, en el ámbito de la presente invención, que se puede hacer fluir o circular un fluido entre los elementos de flujo, los dispositivos distribuidores de fluido y/o los dispositivos recolectores de fluido. Por sustancialmente hermético al gas y al líquido se quiere dar a entender una subdivisión a través de un d ispositivo separador, de manera q ue a lo largo de toda la dirección de los dispositivos de flujo , los elementos de flujo, los dispositivos de distribución de fluido y/o de recolección de fluido, no pueda fl u ir o circular n ingún fluido si n pasar por el respectivo d ispositivo separador. Por dirección de fl ujo o dirección de flujo principal de un fluido se debe entender la dirección que adopta el fluido dentro de un dispositivo de fl ujo, un elemento de flujo y/o u n d ispositivo distribuidor de fluido y/o recolector de fluido; de manera que se deje n sin cuidado los cam bios de dirección del fl uido, q ue están restringidos localmente. En una modalidad preferida los dispositivos distribuidores de fluido y/o recolectores de fl uido, en otros sentidos , implican tubos para recolectar, y/o distribuir. En u na modalidad preferida adicional está formado por lo menos un dispositivo recolector de fluido y/o distribuidor de fluido, parcialmente, de aberturas dispuestas longitudi na lmente en los elementos de fl ujo; estando formada una primera cantidad de abertu ras simples de entrada y salida de fluidos a y de los elementos de flujo vecinos y, de esa manera , en una segu nda cantidad de aberturas están d ispuestos d ispositivos estancos a fin de formara estanqueidad en los correspondientes elementos de flujo, a través de los cuales están conectados en conexión de flujo los elementos de flujo vecinos. Se debe entender por primera cantidad de aberturas dispuestas long itud inal mente en los elementos de flujo, de preferencia en los discos h uecos, las placas o las capas , dentro del ám bito de la invención, en especia l , pero sin excl usividad, punzonados redondos o taladros redondos, que están provistos en los lados sustancialmente más largos y más anchos de los elementos de fl ujo. Se debe entender por d ispositivos estancos en la segunda cantidad de aberturas dispuestas en sentido long itudinal en los elementos de flujo, de preferencia en los discos huecos, las placas o las capas, en el contexto de la invención , especialmente, pero no exclusivamente, los troquelados limitados por la transmisión de material y/o de forma y/o de fuerza en el elemento de flujo vecino, en el correspondiente elemento de flujo o los correspond ientes araos de estanq ueidad . De preferencia en las aberturas individuales están provistas paredes de separación , sustancialmente estancas al gas y el líquido, de manera que sea posible u na d irección preferida de distribución de fluido, especialm ente a través de, pero no exclusivamente, los elementos de flujo similares en forma de placas, apiladas una sobre la otra. En otra modalidad preferida del dispositivo de acuerdo con la invención , de preferencia están provistos dentro del d ispositivo de fl ujo, elementos provocadores de turbulencia y/o incrementadores de turbulencia, que contribuyen especialmente a la elevación del coeficiente de transferencia de calor entre los fluidos de los d iferentes d ispositivos de flujo. De preferencia, estos elementos provocadores de turbulencia o incrementadores de turbulencia constituyen un gru po el cua l especia lmente, pero no excl usivamente, está constituido por costillas, bridas , botones, surcos, estampados o fresaduras. En otra modalidad preferida , los elementos de forma formadores de turbulencia y/o incrementadores de turbulencia están d ispuestos en por lo menos uno y/o entre por lo menos dos elementos de flujo. Ad icionalmente, el perfil exh ibe propiedades de por lo menos un elemento de flujo, de preferencia de producción de turbulencia y/o de incremento de turbulencia. En otra modalidad preferida están provistos elementos de turbulencia, de preferencia para que estén d ispuestos en al menos u n elemento de flujo, especialmente , pero no excl usivamente, en los d iscos h uecos, las placas y/o las láminas. Por elementos de turbulencia, en el ámbito de la invención, se debe entender especialmente, pero no exclusivamente, placas q ue comprenden elementos de forma prod uctores de turbu lencia y/o incrementadores de turbulencia , tales como, por ejemplo, costillas, bridas, botones , surcos, estampados o fresaduras, y q ue se emplean de manera simplificada en los elementos de flujo, de preferencia con las med idas externas en correspondencia con las medidas i nternas de los elementos d e flujo, así como en los dispositivos de distribución , con dispositivos de estanqueidad , especialmente con los punzonados e n correspondencia con los acuñam ientos en los elementos de fl ujo para los pasos , a través de los cuales están conectados en conexión de fl ujo los elementos de flujo veci nos. En otra modalidad preferida del d ispositivo de acuerdo con la invención están conectados entre sí paralelamente, en arrastre de forma y/o de materia y/o de fuerza, por lo menos dos de los elementos de flujo por los q ue fluyen diferentes fluidos. En otra modalidad preferida están conectados en paralelo por lo menos dos elementos por los q ue circula el mismo fluido, especialmente, pero no excl usivamente, con los elementos de forma dispuestos intermedios o elementos formadores de turbulencia y/o incrementadores de turbulencia, de perfil propio, que forma por lo menos un elemento de flujo con espacio hueco q ue queda entre estos elementos de flujo, para otro fluido. En otra modalidad , las conexiones del elemento de flujo están seleccionadas del g rupo que consiste de conexiones soldadas, conexiones de soldadura eléctrica o conexiones con ad hesivo. En otra m odalidad preferida está provisto por lo menos un elemento estanco entre dos de los elementos de flujo por los q ue fluyen diferentes fluidos, q ue especialmente, pero no exclusivamente , está formado de elementos huecos conductores de fluido y/o elementos separadores q ue conducen fluido. De preferencia está dispuesto por lo menos un elemento estanco entre los grupos de flujo dispuestos en serie. En otra modalidad preferida , por lo menos uno de los elementos estancos, especialmente, pero no exclusiva mente, un elemento hueco conductor de fluido, comprende una abertura controladora de estanq ueidad . Esta se aprovecha especialmente de manera ventajosa durante la producción del d ispositivo de acuerdo con la invención . A continuación se llenan los respectivos dispositivos de fl ujo, ind ividualmente, con su fluido correspond iente, y se hace pasar el correspondiente dispositivo de flujo , por ejemplo, a través de u na etapa en el proceso de producción como no estanco; y entonces hay la posibilidad de q ue se recoja el fluido de salida en el siguiente elemento hueco de fl ujo o también en el elemento de conexión , y posteriormente se prueba la no estanqueidad a través de su salida en la abertura de control de estanqueidad . El procedimiento, después de llenar cada d ispositivo de flujo individual con su correspondiente fluido, permite también comprobar la estanqueidad al gas y al l íquido de los d iferentes dispositivos de fl ujo, de acuerdo con la invención, haciendo pasar los fluidos de llenado respectivos en un segundo dispositivo de flujo. En otra modalidad preferida el dispositivo de acuerdo con la invención exhi be por lo menos un sensor de estanq ueidad de por lo menos un elemento estanco, el cual, en caso de una fuga de fluido desde un dispositivo de flujo hace que se produzca una señal física de alerta . En otra modalidad preferida, dos g ru pos formadores de flujo está n conectados entre sí de manera térmicamente aislante, por ejemplo, mediante sólo una disposición espacialmente distanciada y/o , sin embargo, tam bién mediante elementos intermed ios d ispuestos especialmente en conexión de fluido. En otra modalidad preferida están provistos por lo men os un elemento de forma del elemento de flujo, el cual cambia por lo menos sectorialmente la dirección de flujo principal de los fluidos q ue atraviesan el elemento de flujo. En otra modalidad adicional se mezcla por lo menos un fluido de un d ispositivo de flujo, en por lo menos otro d is positivo de flujo, especialmente, pero no exclusivamente, un fluido mencionado, el cual corresponde ai flu ido en ese dispositivo de flujo. En otra modalidad preferida , la conexión en serie de acuerdo con la invención, de por lo menos dos grupos formadores de flujo con respecto a por lo menos un d ispositivo de flujo es de tal manera q ue el g radiente de temperatura - del fluido de este d ispositivo de flujo es sustancialmente cada vez más pequeño a lo largo de la trayectoria de flujo de estos fluidos desde el d ispositivo de entrada de fluido hasta el d ispositivo de salida de fluido de este d ispositivo de flujo, cada uno con relación al otro, de los g rupos formadores de flujo del acoplamiento en serie de grupos formadores de flujo. En otra modalidad preferida, se efectúa un mezclado de fluidos en el cambiador de calor, de manera q ue se pueda conducir diferentes cantidades de los fl u idos totales a través de d iferentes elementos de flujo. Otra m oda lidad preferida perm ite la separación de un fluido en el camb iador de calor, de manera que se pueda conducir diferentes cantidades de los fl uidos separados a través de diferentes elementos de fl ujo. En otra moda lidad preferida, se efectúa el cam bio de calor en grupos individuales de flujo, por condensación o vaporización de un fluido. En otras modalidades preferidas, los grupos formadores de flujo están d ispuestos como u nidad es de cambio de calor de flujo cruzado, de flujo opuesto o de flujo en la m isma d irección. En otra modalidad preferida, el dispositivo cambiador de calor es parte de un circu ito de enfriamiento y el suministro de los grupos formadores de flujo ind ividuales con flu ido se efectúa por med io de otro circuito de enfriamiento de baja y/o alta temperatura. En otra modal idad preferida, se utiliza el cambiador de calor como cambiador de calor de al menos dos etapas para instalarlo en vehículos terrestres, aéreos o acuáticos, especialmente para enfriamiento de gas de escape para un motor de combustión. Otras ventajas , características y posibil idades de aplicación de la presente invención aparecerán a partir de la descripción sigu iente de ejem plos de aplicación práctica, conj untamente con los dibujos. En los dibujos: La figura 1 es u na sección esquemática a través de u n dispositivo cambiador de ca lor con apilamientos de d iscos dispuestos un os sobre otros, como g ru pos de formación de flujo.

La fig ura 2 es una vista en perspectiva, parcialmente despiezada , del cambiador de calor de dos etapas de acuerdo con la figura 1 . La fig u ra 3 es una vista superior en sección longitudinal de dos tipos de discos para otra modalidad del d ispositivo cambiador d e calor de acuerdo con la invención. La figura 4 es una vista superior en sección longitudinal . de un segundo tipo de d iscos para otra modalidad de ejemplo del dispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención. La fig u ra 5 es u na vista superior en sección longitud inal d el segundo tipo de discos para otra modalidad de ejemplo del dispositivo cam biador de calor de acuerdo con la invención. La figura 6 es una vista seccional en perspectiva de otra modalidad de ejemplo del d ispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención , con los grupos formadores de flujo dispuestos unos encima de otros. La figura 7 es una vista seccional en perspectiva de una modalidad de ejemplo del d ispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención , con los grupos formadores de flujo dispuestos unos al lado de los otros La figura 8 es una vista seccional en perspectiva de otra modalidad de ejemplo del dispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención , con los g rupos formadores de fl ujo dispuestos unos encima de los otros, para un fluido 2 gaseoso. La figura 9 es una vista seccional en perspectiva de otra modalidad de ejemplo del d ispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención , con los grupos formadores de flujo dispuestos unos encima de los otros , y u na disposición alternativa del dispositivo de flujo de sal ida. La figura 1 0 es una vista seccional en perspectiva de otra modal idad de ejemplo del d ispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención , con los grupos formadores de flujo dispuestos unos a l lado de los otros, y con un d ispositivo de sal ida de fluido comú n. La fig ura 1 1 comprende dos vistas de otras modalidades de ejemplo del dispositivo cambiador de calor de acuerdo con la invención. La figura 1 2 es un circu ito de enfriamiento en el cual está integrado el cambiador de calor de acuerdo con la figura 1 0. Una primera modalidad de ejemplo de la invención será descrita por principio de acuerdo con las figuras 1 y 2. Estas figuras muestran una sección esquemática tomada a través de un cambiador de calor de dos etapas, cuyos elementos de flujo son discos, y cuyos grupos de cambio de calor o de formación de flujo están formados por apilamientos de discos dispuestos unos encima de los otros , con un disco hueco dispuesto intermedio; o bien una vista en perspectiva parcialmente despiezada del mismo cambiador de calor. En la fig u ra 1 , el flu ido 1 fluye de la parte izq uierda y arriba, por el dispositivo de entrada de fluido 1 0, a través de la cubierta 5 en el g rupo formador de flujo 1 20, y a continuación pasa a través de una segunda abertura 100, con salida a través del disco superior 22 en el disco superior 12, como elemento de circulación para el fluido 1. Desde allí, el fluido 1 toma dos posibles direcciones de flujo, a saber, una primera sustancialmente diagonal sobre el disco superior 12 a la primera abertura 102 ilustrada en la figura 2, con lo que, a lo largo de esta trayectoria, se efectúa un cambio de calor con el fluido 2 que circula a través de los discos 22 que se encuentran encima o debajo. A continuación el fluido 1 pasa a través de la primera abertura 102, a través de una salida correspondiente, en los discos 22 que queda debajo, atravesados de nuevo por el fluido 2, en el siguiente disco 12. Por otra parte, la primera abertura 101, ilustrada en la figura 2, permite el paso a través del disco 22 que queda debajo, hasta el siguiente disco 12. Sin embargo, está bloqueada una trayectoria de flujo directa para el fluido 1, directamente a través de las aberturas primera y segunda de los discos de ambos grupos formadores de flujo, desde el dispositivo de entrada de flujo 10 hasta el dispositivo de salida de flujo 11, sin que el fluido 1 deba fluir por los discos 12 del grupo formador de flujo inferior 130, en la pared de separación 71. Del primer disco 12 del grupo formador de flujo superior 120, el fluido fluye a continuación a través de una salida correspondiente en el disco ciego 7 en el fluido 1 con respecto al grupo 120 formador de flujo, en el grupo formador de flujo conectado en serie, el cual constituye un segundo dispositivo cambiador de calor, a través de cuyos discos 12 se forman trayectorias de flujo análogas entre los discos 32 por los que circula el fluido 3, lo que permite un intercambio de calor entre los fluidos 1 y 3. Las paredes de separación 72 y 73, así como 74 y 75, separan los discos 22 como una porción sustancial del dispositivo de fluido del fluido 2 de los discos 32, como porción sustancial del dispositivo de flujo del fluido 3. Finalmente, el fluido 1 sale a través de la parte inferior 6 y del dispositivo de salida 11, del cambiador de calor de dos etapas. De manera análoga, el fluido 2 fluye a través de los discos 22 del grupo 120 de formación de flujo, o el fluido 3 fluye a través de los discos 32 del grupo 130 formador de flujo inferior, de manera que el dispositivo de flujo de salida 21 o 31 para el fluido 2 o el fluida 3, que corresponden a los dispositivos de flujo de entrada 20 y 30, están dispuestos cada uno en igual lado; es decir, para el fluido 2 arriba, y para el fluido 3, abajo. El disco ciego de flujo de fluido 7 permite un aislamiento térmico de los grupos formadores de circulación 120 y 130, que se encuentran de preferencia a diferentes niveles de temperatura que, por lo demás sirven para probar la estanqueidad e impedir que durante el funcionamiento se mezclen los fluidos 3 y 2 , debido a una falta de estanqueidad en ambos dispositivos de flujo o en los circuitos de fluido. El disco ciego 7 está cerrado por todos lados y exhibe en un lado su reborde una abertura pequeña 8 que conduce hacia fuera. En caso de una falta de estanqueidad, cada uno de los fluidos puede correr hacia fuera a través de esta abertura y no invadirá otro dispositivo de flujo. Entre los discos 12, 22 y 32 pueden estar dispuestas costillas u otros elementos formadores de turbulencia y/o los propios discos pueden comprender costillas, bridas y/o botones (no ilustrados). Mediante soldadura con estaño de relieves en la forma de suplementos o estampados de disco a disco, se obtiene la aportación de una resistencia a la presión. En la figura 3 está ilustrada una vista en sección longitudinal, superior, de los dos tipos de discos para un cambiador de calor de dos etapas, formado a partir de discos, en el cual la separación de los dos fluidos dentro del primer tipo de disco 15, se obtiene por medio de una segunda etapa paralela 77, de manera que cada una de las dos primeras aberturas pequeñas 121, 122, así como 131, 132, estén provistas para permitir la entrada o la salida del fluido 2 y 3. Además, el primer tipo de disco 15 exhibe dos aberturas grandes 113 y 114, con resalto circular como abertura para la salida del fluido 1. El segundo tipo de discos 25 comprende dos segundas aberturas pequeñas 123 y 124, así como 133 y 134, cada una de ellas enfrentadas entre sí, con salientes circulares para el paso de fluido 2, de preferencia 3, a través del segundo tipo de discos 25 , así como dos primeras aberturas grandes 111 y 112, para entrada o salida del fluido 1 al o del segundo tipo de discos 25. En la figura 4 está ilustrada otra variante de dos tipos de discos para un cambiador de calor de dos etapas formadas de discos, por el que se hace pasar los fluidos 2 y 3 sobre dispositivos de flujo de fluido separados. La entrada y el paso del fluido 2 o 3 a o a través del primer tipo de discos 17 se efectúa por dos pequeñas terceras aberturas 126 y 136, con rebordes circulares interpuestos. Dos segundas aberturas 125 y 135, pequeñas, permiten el paso del fluido 2 o del fluido 3 a través del segundo tipo 27 de discos, con rebordes circulares. Dentro del primer tipo de discos 17, se mezclan los fluidos 2 y 3 y son conducidos por una primera abertura 1231 adicional, grande. Una segunda abertura 1232 adicional, grande, con reborde circular, situada en ellos, permite el paso de la mezcla de fluidos 2 y 3 a través del segundo tipo de discos. De preferencia los fluidos 2 y 3 pueden ser un fluido que, sin embargo, exhiben niveles de temperatura diferentes en los dispositivos de entrada de fluido. Además del mezclado de los fluidos, en esta modalidad se efectúa la separación de los dispositivos de flujo en la etapa 77 de acuerdo con la figura 3. Es característica de esta modalidad que el fluido 2 transfiera calor con el fluido 1 en corriente del mismo sentido, y que el fluido 3 transfiera calor con el fluido 1 en corriente de sentido opuesto. La figura 5 muestra una vista en sección longitudinal superior del segundo tipo de discos para un cambiador de calor de dos etapas, formado de discos, de acuerdo con la figura 3; donde'en el segundo tipo de discos 26 está provista una primera abertura adicional grande 141, para la entrada de un fluido de preferencia 1, y el correspondiente fluido 4 en el segundo tipo de disco. De preferencia el fluido 4 se encuentra a un nivel de temperatura diferente al del fluido 1 y/o, sin embargo, eventualmente puede contener, por ejemplo, aditivos anticorrosión. La figura 6 muestra una vista transversal en perspectiva de un cambiador de calor de dos etapas, cuyos elementos de flujo están formados de tubos planos 40, así como de espacios huecos 50 dispuestos intermedios; de manera que los grupos formadores de flujo de acuerdo con la invención, para el fluido 1 y para el fluido 2, o para el fluido 1 y el fluido 3, estén dispuestos uno encima del otro, y se efectúe la entrada y la salida del fluido enfriador 1 del mismo lado. Entre los tubos planos están dispuestas costillas de enfriamiento 99 con superficies agrandadas, que contribuyen a la elevación del coeficiente de transferencia de calor entre el fluido 1 y el fluido 2. Mediante la soldadura de las costillas de enfriamiento 99 de tubo plano a tubo plano, se incrementa la resistencia a la presión. En la figura 7 se muestra una vista transversal en perspectiva de un cambiador de calor de dos etapas, cuyos elementos están formados de tubos planos 41, así como de espacios huecos 51 que se extienden entre ellos, con lo que los grupos formadores de flujo para los fluidos 1 y 2, o para los fluidos 1 y 3, de acuerdo con la invención están dispuestos uno al lado del otro, y la entrada y las salidas de los fluidos que se van a enfriar, están dispuestas en lados opuestos. La figura 8 muestra una vista transversal en perspectiva de un cambiador de calor de dos etapas, cuyos elementos de flujo están formados de tubos planos, así como de espacios huecos que se extienden intermedios; con lo que los grupos formadores de flujo para los fluidos 1 y 2 o para los fluidos 1 y 3, de acuerdo con ia invención, están dispuestos uno encima del otro, como corresponde a la figura 5, con lo que, con base en un fluido gaseoso 2, de preferencia aire ambiental, se puede renunciar a la introducción y la extracción, así como el alojamiento del fluido 1 y 2 de los grupos de flujo. La dirección de flujo del fluido 2 se efectúa entonces de acuerdo con la flecha señalada en los señalamientos correspondientes. En la figura 9 está mostrada una vista transversal en perspectiva de un cambiador de calor de dos etapas de acuerdo con la figura 5, en cada una de las cuales, mediante la dirección de la corriente de flujo rayada del fluido 1, se obtiene una disposición alternativa del dispositivo de salida de flujo para el fluido 1 en el mismo lado o en lado opuesto al flujo de entrada del fluido 1; y se usa el segundo cambiador de calor en la forma del grupo de formación de flujo para los fluidos 1 y 3 o se renuncia a éste. En la figura 10 se muestra una vista en perspectiva de un cambiador de calor de dos etapas, de acuerdo con la figura 7, donde se utilizan más tubos planos que en la figura 7. Es una característica para esta modalidad de ejemplo que los fluidos 2 y 3 se manejan como un fluido, de manera análoga a la figura 4. En esta modalidad de ejemplo los fluidos 2 y 3 circulan con corrientes masivas y temperaturas diferentes en el cambiador de calor. En esencia, en el dispositivo común de recolección de fluido de los fluidos 2 y 3 se mezclan ambos fluidos y salen mezclados por el dispositivo de salida de fluido común. Adicionalmente, la figura 10 muestra una vista de esta modalidad de ejemplo que aclara que el grupo formador de flujo predomina con los fluidos 1 y 3 en forma concurrente, mientras que el grupo formador de flujo predomina con los fluidos 1 y 2 a contracorriente, y no en predominio de corriente cruzada de acuerdo con la figura 7. Esta variante muestra ventajas en el enfriamiento de los gases de salida. En el grupo formador de flujo a alta temperatura (grupo formador de flujo HT [acrónimo por su designación en alemán: Hoch-Temperatur]) fluye con los fluidos 1 y 3 de acuerdo con la ilustración del dibujo, mucho medio de enfriamiento de manera concurrente hacia el gas de salida muy caliente, a través del enfriador. Mediante el flujo concurrente se evita la ebullición del medio de enfriamiento. En el grupo formador de flujo a baja temperatura (grupo formador de flujo NT [acrónimo por su designación en alemán: Nieder-Temperatur]) circula con los fluidos 1 y 2 en una corriente masiva de medio enfriador claramente menor hasta un gas de salida fuertemente enfriado. Aquí se puede liberar una conexión de circulación contraria que no esté ya más expuesta al peligro de ebullición , mediante el enfriamiento del gas de salida obten ido. La co nexión de circulación contraria tenía la ventaja de que el cambio d e ca lor entre el gas de sal ida y el medio de enfriamiento es muy alto y se puede enfriar fuertemente el gas de salida. La figura 1 1 muestra que la posición del dispositivo de flujo de fl u ido de entrada y de flu ido de salida también puede aseg urarse depend iend o de las cond iciones , de manera q ue todo el enfriador sea atravesado a contracorriente (A) o de manera concurrente (B) . Esto es posible entonces cuando no está presente el pel igro de ebu llición para el o los medios de enfriamiento. La figura 1 2 m uestra de manera esquemática la conexión de un enfriador 300 de acuerdo con la figura 1 0 para el caso de enfriamiento del gas de salida para un motor 400 de combustión. Son posibles en ese caso varias conexiones , y es ventajoso si el grupo 31 1 formador de flujo NT del enfriador 300 fluye a través de un flujo masivo, que se está usando en un enfriador 31 0 de baja temperatura separado, mediante aire, a una temperatura muy baja. Este fl ujo masivo pequeño, después del enfriador de aire principal 320 es separado de la corriente principal y enfriado en el enfriador de baja temperatura 31 0. El grupo 321 formador de flujo HT del enfriador de dos etapas 300 fluye a través de una corriente masiva mayor, a un nivel elevado de temperatura, q ue se separa directamente de la circulación masiva del medio de enfriamiento del enfriador de aire principal 320. Existe la posibi lidad de que eventualmente el camb iador de calor de dos etapas posea un circuito propio del medio de enfriamiento; es decir, que no se provea ninguna conexión en el circuito de enfriamiento propio del motor. También puede disponer el circuito NH de una bomba propia.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Dispositivo para cambio de calor, que tiene: • por lo menos tres dispositivos de flujo, de los cuales por lo menos a través de uno de ellos puede fluir un medio (fluido) que puede formar un flujo; • para los dispositivos de flujo a través de los cuales fluyen fluidos sustancialmente líquidos, y respectivamente por lo menos un dispositivo de entrada de fluido, por lo menos un dispositivo recolector de fluido y/o distribuidor de fluido, y por lo menos un dispositivo de salida de fluido; caracterizado porque: • por lo menos dos grupos formadores de flujo están provistos respectivamente con al menos dos elementos de flujo, los cuales están dispuestos de tal manera que a través de estos últimos fluyen alternadamente diferentes fluidos; • por lo menos uno de los elementos de flujo pertenecientes al dispositivo de flujo a través del cual fluyen fluidos sustancialmente líquidos están conectados en conexión de forma y/o de material y/o de fuerza, en forma sustancialmente estanca al gas y al líquido, con al menos un dispositivo recolector de fluido y/o distribuidor de fluido; • la dirección principal de flujo de todos los fluidos en los elementos de flujo se extienden en planos sustancialmente paralelos entre sí; • por lo menos dos grupos formadores de fluj o están conectados en serie d irectamente en conexión de forma y/o de materia y/o de fuerza, y/o por conexiones de flujo mediante d ispositivos d istribuidores de fl uido, por lo menos con respecto a un d ispositivo de fluido.

2.- Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los elementos de flujo están formados especialmente, pero no exclusivamente, por lo menos en forma parcial, de discos huecos, tubos planos, placas, láminas y similares.

3.- D ispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porq ue por lo menos un d ispositivo recolector de fluido y/o d istribuidor de fluido está formado por lo menos de forma parcial, especialmente, pero no exclusivamente, de cuerpos h uecos y/o tubos .

4.- D ispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porq ue por lo menos un d ispositivo recolector de fluido y/o d istribuidor de flu ido están formados por lo menos parcialmente a partir de aberturas dispuestas longitud inalmente en los elementos de fl ujo; con lo que u na primera cantidad de aberturas forman entradas y salidas para los elementos de fluido vecinos, y con lo q ue en una segunda cantidad de aberturas están dispuestos dispositivos estancos a fin de formara conexiones en los elementos de flujo correspondientes, a través de las cuales están conectados en conexión de fl ujo los elementos de flujo vecinos.

5. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi ndicaciones precedentes, caracterizado adem ás porque están provistos elementos de forma productores y/o i ncrementadores de turb ulencia.

6. - Dispositivo especialmente de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque los elementos de forma prod uctos y/o incrementadores de turbulencia pertenecen a un grupo que especialmente, pero no exclusivamente, está constituido por costil las, bridas, botones, surcos, estampados o fresaduras.

7. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi ndicaciones precedentes, caracterizado además porque los elementos de forma prod uctores y/o incrementadores de turbulencia están dis puestos en al menos un elemento de fl ujo y/o entre al menos dos elementos de flujo.

8. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi ndicaciones precedentes, caracterizado además porque el perfil de al menos un elemento de flujo comprende propiedades formadoras de turbulencia y/o incrementadoras de turbulencia.

9. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi nd icaciones precedentes, ca racterizado además porq ue están conectados por lo menos dos elementos de flujo a través de los cuales fluyen fluidos diferentes, long itudina lmente con conexión de forma y/o de materia y/o de fuerza. 1 0. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivind icaciones precedentes, caracterizado además porque al menos dos de los elementos de flujo a través de los cuales fl uye el m ismo flu ido están conectados de tal manera long itudina lmente, especia lmente pero no exclusivamente sobre los elementos de forma formadores de tu rbulencia y/o incrementadores de turbu lencia generadores de perfil, q ue el a l menos un espacio hueco constitu ido entre estos elementos de flujo, forma un elemento de fl ujo para otro fluido. 1 1 . - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque las conexiones entre los elementos de flujo de un grupo están seleccionadas del g rupo que consiste de conexiones de soldadura de estaño, soldadura autógena o pegamento. 12. - Dispositivo especia lmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque entre al menos dos de los elementos de flujo a través de los cuales fluyen fluidos diferentes, está provisto por lo menos un elemento estanco el cual especialmente, pero no exclusivamente , está formado por elementos huecos conductores de flu ido, elementos ciegos y/o elementos separadores . 1 3. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi ndicaciones precedentes, caracterizado adem ás porque al menos uno de los elementos estancos está dispuesto entre al menos dos g ru pos formadores de flujo. 1 4. - Dispositivo especialmente de conformidad con a l menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porq ue por lo menos uno de los elementos estancos comprende es pecialmente pero no. exclusivamente, un elemento hueco conductor de fluido q ue tiene u na a bertura de control de estanq ueidad . 1 5. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi nd icaciones preced entes, caracterizado además porque por lo menos uno de los elementos estancos comprende por lo menos un sensor de estanqueidad , que en caso de una fuga de fluido desde uno de los dispositivos de flujo es activado para dar una señal física de alarma. 16.- Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivind icaciones precedentes, caracterizado además porque al menos dos grupos formadores de flujo están separados entre sí de una m anera sustancialmente térmicamente aislante, especialmente, pero no exclusivamente, por medio de elementos h uecos y/o separadores o también mediante una d isposición separada. 17.- Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, ca racterizado además porque dentro de al menos uno de los e lementos de flujo están provistos elementos de forma, los cuales cambian, por lo menos parcialmente, la di rección de fl ujo principal de los fluidos que fluyen a través de los elementos de flujo. 1 8. - Dispositivo especialmente de conformidad con a l menos una de las reivi nd icaciones precedentes, caracterizado además porq ue por lo menos un fluido de un dispositivo de corriente es mezclado en otro d ispositivo de entrada de flujo, especialmente, pero no excl usivamente, uno de los mencionados; el cual corresponde al fluido en ese d ispositivo de fl ujo. 1 9. - Dispositivo especial mente de conformidad con al menos una de las reivi nd icaciones precedentes, caracterizado además porque la conexión en serie de acuerdo con la invención , de por lo menos dos grupos formadores de flujo con respecto a por lo menos un dispositivo de flujo, se efectúa de tal manera que el grad iente de temperatura del fluido de ese d ispositivo de flujo siempre a lo largo de la trayectoria de flujo de ese fluido del dispositivo de entrada de fluido al d ispositivo de salida del fluido de ese dispositivo de flujo; con referencia a los otros fluidos q ue fluyen a través de los gru pos formadores de fl ujo de la conexión en serie de g rupos formadores de flujo, siempre es sustancialmente menor. 20.- Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivi nd icaciones precedentes, caracterizado además porque se obtiene una mezcla de fluidos en el cambiador de calor, con lo q ue diferentes cantidades de los fluidos totales pueden fluir a través de diferentes e lementos de flujo. 21 .- Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivind icaciones preced entes, caracterizado además porque se obtiene una separación de un fl u ido en el cambiador de calor, de modo q ue diferentes porciones de los flu idos separados pueden fluir a través de diferentes elementos de fl ujo . 22. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porq ue en los grupos individ uales formadores de flujo se cambia el calor por condensación o vaporización de un fluido. 23. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porq ue los gru pos individuales formadores de flujo pueden ser operados como u nidades cambiadoras de calor de flujo cruzado, a contracorriente o concurrente. 24. - Dispositivo especialmente de conformidad con al menos u na de las reivind icaciones preced entes, caracterizado además porque el cambiador de calor es parte de un circuito de enfriamiento, y los grupos formadores de fl ujo ind ivid uales son al imentados con el fluido de otros circuitos de enfriamiento de baja temperatura y/o de alta temperatura . 25.- Proced imiento para producir un d ispositivo para cambio de calor, en el que: • están formados por lo menos tres d ispositivos de flujo, especialmente, pero no excl usivamente, mediante punzonado de placas metálicas formadoras de pared, que forman los elementos de flujo; donde están formadas aberturas long itud inales , una primera cantidad de d ichas aberturas forma ' aberturas de entrada y de sal ida de fluido para elementos de flujo vecinos, y donde en una seg unda cantidad de abertu ras está n dispuestos dispositivos estancos , especialmente, pero no exclusivamente, en el elemento de flujo vecino, están formadas salientes limitad oras de conexión de materia y/o de forma y/o de fuerza en el elemento de forma correspondiente, a fin de form ar pasos de conducción en el elemento de flujo correspondiente, a través de los cuales están conectados en conexión de flujo los elementos de fl ujo vecinos; caracterizad o porque: • especialmente, pero no exclusivamente, med iante apilamiento de los elementos de flujo se forman por lo menos dos grupos formadores de flujo; donde los elementos de fl ujo están d ispuestos de tal manera q ue pueden flu ir a través de ellos, de manera alternada, diferentes fluidos; • la dirección principal de flujo de todos los fluidos en los elementos de fl ujo se encuentran en planos sustancialmente para lelos entre s í; • por lo menos dos g rupos formadores de flujo están conectados d irectamente en serie , con conexión de flujo, mediante conexión de forma y/o de materia y/o de fuerza, a d ispositivos d istribuidores de fluido, por lo menos con respecto a u n d ispositivo de flujo; • están dispuestas conexiones entre los elementos de flujo, los d ispositivos de entrada de fluido, de salida de fluido, de distribución de fl uido y/o de recolección de fluido; las cuales está n seleccionadas del g rupo q ue consiste de un iones soldadas con esta ño, un iones soldadas con autógena o uniones con pegamento. 26.- El uso de u n dispositivo, especialmente de acuerdo con al menos u na de las reivindicaciones precedentes como cambiador de calor de al menos dos etapas, para instalación en vehículos terrestres, aéreos o acuáticos; especialmente para enfriamiento de gas de escape de un motor de com bustión.