MXPA06008292A

MXPA06008292A - Cambiador de calor, especialmente enfriador de aceite/refrigerante.

Info

Publication number: MXPA06008292A
Application number: MXPA06008292A
Authority: MX
Inventors: Jens Richter; Rudiger Koblin
Original assignee: Behr Gmbh & Co Kg
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2007-01-26
Also published as: WO2005071342A1; BRPI0418440A; JP2007518958A; DE102004003790A1; EP1711768A1; US20080257536A1

Abstract

La invencion se refiere a un cambiador de calor, especialmente a un enfriador (1) de aceite con placas apiladas, que tiene un diseno del tipo de placa. Se caracteriza el cambiador de calor porque dos placas (2) cambiadoras de calor adyacentes definen un espacio entre ellas, a traves del cual fluye el medio de cambio de calor o un segundo medio que va a ser enfriado o calentado. En un extremo del cambiador de calor, la placa de base (3) se extiende sustancialmente plana contra la placa (2) cambiadora de calor situada mas hacia fuera, del cambiador de calor. Dicha placa de base (3) esta provista de un rebajo (5) cuyo contorno sigue el de la placa (2) de cambio de calor.

Description

CAMBIADOR DE CALOR. ESPECIALMENTE ENFRIADOR DE ACEITE/REFRIGERANTE La invención se refiere a un cambiador de calor, especialmente a un enfriador de aceite de placas apiladas, que tiene un diseño del tipo de placas de acuerdo con la porción pre-caracterizante de la reivindicación 1 . EP 0 623 798 A2 describe un cambiador de calor de placas con placas cambiadoras de calor en forma de artesa, que están apiladas una sobre otra, y los bordes circundantes de las cuales cargan uno contra otro, y están soldados fuertemente entre sí; teniendo todas las placas cambiadoras de calor la misma forma. En este caso, la placa cambiadora de calor de hasta abajo está cerrada por medio de una placa de cierre; cargando la placa de cierre planamente contra la bases de la placa cambiadora de calor, y estando provistas aberturas para conexiones en la placa de cierre. La placa de cierre es de diseño completamente plano.

Un enfriador de aceite conocido, de placas apiladas, con una placa de cierre correspondientemente diseñada, está ilustrada en las figuras 9 y 10. Un cambiador de calor de este tipo deja todavía algo que desear, en particular por lo que respecta a su estabilidad. Es el objetivo de la invención proveer un cambiador de calor mejorado. Este objetivo se obtiene mediante un cambiador de calor que posea los aspectos de la reivindicación 1 . Los refinamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención se provee un cambiador de calor, en particular un enfriador de aceite, de placas apiladas, que tiene un diseño del tipo de placas, en el que la placa de base tiene una superficie hundida, que se corresponde con la placa cambiadora de calor adyacente. En este caso, en particular los flancos de la placa cambiadora de calor situada más hacia fuera cargan, por lo menos en su región inferior, contra los flancos del contorno de la placa de base; contornos que corren de una manera hundida. La carga que se ajusta a la forma da por resultado una superficie de contacto grande y, por lo tanto, una superficie conectora grande entre la placa cambiadora de calor situada más hacia fuera y la placa de base; de modo que, con una conexión correspondiente, por medio de soldadura o similares, haya una conexión buena y, por consiguiente, una transmisión óptima de la fuerza, de modo que la placa de base conduzca a una estabilidad incrementada significativamente, para el cambiador de calor. De preferencia un borde de la placa cambiadora de calor situada más hacía fuera sobresale sobre la placa de base, por lo menos en su región de borde, donde está conectada a la placa cambiadora de calor adyacente. La depresión en la placa de base es mayor que el espesor de material de la placa cambiadora de calor situada más hacia fuera, del cambiador de calor; y de preferencia es por lo menos tan profunda como el espesor de material de la placa cambiadora de calor del cambiador de calor, más la mitad de la altura libre entre la placa cambiadora de calor situada más hacia fuera, que carga contra la placa de base, y la placa cambiadora de calor situada en segundo lugar más hacia fuera. La profundidad de la depresión que es por lo menos tan profunda como el espesor del material de la placa cambiadora de calor del cambiador de calor más la altura libre entre la placa cambiadora de calor situada más hacia fuera, que carga contra la placa de base, y la placa cambiadora de calor situada en segundo lugar más hacia fuera, es óptima. El contorno de la placa de base se produce de preferencia por medio de repujado o maquinado. Son posibles otros métodos, por ejemplo, se puede fundir la placa de base. Se puede usar cambiadores de calor de acuerdo con la invención, por una parte, como enfriadores de aceite; pero también como evaporadores o condensadores o bien, por ejemplo, como enfriador de refrigerante con carga de aire. En este caso, el ciclo de refrigeración de un dispositivo de este tipo puede servir no solamente para acondicionamiento de aire del interior de un vehículo, sino también para enfriar las fuentes térmicas, tales como los consumidores de electricidad, los almacenadores de energía y las fuentes de voltaje, o el aire de carga de un turbocargador. El cambiador de calor es un condensador cuando se lleva a cabo el cambio de calor, por ejemplo, como resultado de la condensación del refrigerante de un sistema de acondicionamiento de aire, en un cambiador de calor compacto, con carga de refrigerante, y el refrigerante descarga el calor en un cambiador de calor al aire, como medio adicional. La evaporación o la condensación de otro medio en un cambiador de calor diseñado de acuerdo con la invención puede efectuarse también, por ejemplo, en aplicaciones de sistemas de celdas de combustible. Un método de acuerdo con la invención, para la producción de un cambiador de calor, en particular un cambiador de calor de acuerdo con la invención, hace la provisión de la placa de base que se va a producir, repujándola, después de lo cual se apila en una orientación correspondiente de las placas cambiadoras de calor y de la placa de base; y posteriormente se efectúa la conexión mediante soldadura. En este caso, en particular, la conexión de las placas mediante soldadura tiene lugar de manera que las placas se conecten selladoramente entre sí en su borde superior y, en particular, al mismo tiempo, se efectúe una conexión de las placas adyacentes en los puntos de contacto de los perfiles. En una refinación particularmente ventajosa, se produce de esa manera un elemento estable y resistente a la distorsión. Se explica detalladamente la invención más adelante, usando cuatro modalidades ejemplares junto con variantes, con referencia a los dibujos, en los que: La figura 1 a muestra una sección a través de un enfriador de aceite con placas apiladas, tomada siguiendo la línea A-A de la figura 3, de acuerdo con la primera modalidad de ejemplo. La figura 1 b muestra una sección a través de un enfriador de aceite de placas apiladas, tomada siguiendo la línea A-A de la figura 3, de acuerdo con una variante de la primera modalidad de ejemplo. La figura 2 muestra una ilustración en perspectiva del enfriador de aceite con placas apiladas de la figura 1 a. La figura 3 muestra una vista en planta del enfriador de aceite con placas apiladas de la figura 1 a. La figura 4b muestra una sección tomada a través del enfriador de aceite con placas apiladas de acuerdo con una variante de la segunda modalidad de ejemplo. La figura 5 muestra una sección tomada a través del enfriador de aceite con placas apiladas, de acuerdo con la tercera modalidad de ejemplo. La figura 6 muestra una sección tomada a través de un enfriador de aceite con placas apiladas, de acuerdo con la cuarta modalidad de ejemplo. La figura 7 muestra una vista de un detalle de la figura 6. La figura 8 muestra una placa cambiadora de calor de acuerdo con la tercera y la cuarta modalidades de ejemplo. La figura 9 muestra una sección tomada a través de un enfriador de aceite con placas apiladas, de acuerdo con la técnica anterior; y La figura 10 muestra una vista del detalle B de la figura 9. Un enfriador 1 de aceite con placas apiladas, que sirve como cambiador de calor, como el descrito, por ejemplo, en EP 0 623 798 A2, el contenido de cuya descripción queda incorporado expresamente en la presente, tiene una pluralidad de placas cambiadoras de calor 2, perforadas y estiradas a profundidad, que están apiladas una sobre otra y entre las cuales fluye refrigerante y aceite en una secuencia alternante. La dirección de flujo en las conexiones de refrigerante está indicada en la figura 2 por medio de flechas. Se suministra el aceite y se retira por el fondo. Para fijar las conexiones de aceite y para montar el enfriador 1 de aceite con placas apiladas, se fija una placa de base 3 al lado inferior de la placa 2 cambiadora de calor de más abajo. Como se ilustra en la figura 1 a, esta placa de base 3 tiene una depresión 5, en el presente caso de acuerdo con la primera modalidad de ejemplo, un hundimiento en su lado superior 6; hundimiento que está provisto de un contorno que se corresponde, por lo menos en sus regiones planas inferiores y en la región de los flancos, con el lado inferior de la placa cambiadora de calor 2 de más abajo. La depresión 5 ha sido fresada de la placa de base rectangular 3 por medio de fresado, permaneciendo sin cambios en su forma el lado inferior de la placa de base 3. La depresión 5 tiene una profundidad que corresponde aproximadamente al espesor del material de la placa cambiadora de calor 2 de más abajo, más la altura libre entre las dos placas cambiadoras de calor 2 inferiores. De acuerdo con una variante de la primera modalidad de ejemplo, la depresión 5 es formada un tanto menor que la depresión 5 de la primera modalidad de ejemplo; en el presente caso, aproximadamente el doble del espesor de material de las placas cambiadoras de calor 2, más la altura libre entre las dos placas cambiadoras de calor 2 de más abajo. De acuerdo con la segunda modalidad de ejemplo, que está ¡lustrada en la figura 4a, y que corresponde esencialmente a la primera modalidad de ejemplo, a fin de evitar los desplazamientos excesivos de material durante el maquinado, la placa de base 3 tiene, en su lado inferior, una región sobresaliente 8, aproximadamente en una región como continuación de las placas cambiadoras de calor 2. En este caso, la región sobresaliente 8 tiene una base plana. Por medio de la región sobresaliente 8, se posibilita una profundidad mayor de la depresión 6, con la menor deformación posible y el menor desplazamiento posible de material de la placa de base 3. De acuerdo con una variante ilustrada en la figura 4b, la profundidad de la depresión 5 corresponde aproximadamente a la profundidad de la depresión 5 de acuerdo con la variante de la primera modalidad de ejemplo. La figura 5 ilustra, como una tercera modalidad de ejemplo, una sección a través de un enfriador de aceite 1 con placas apiladas, que está formado de dos placas cambiadoras de calor 2, interconectadas, y una placa de base 3. Están formadas cavidades cerradas hacia fuera, formadas entre las placas cambiadoras de calor 2. Las cavidades son alimentadas alternativamente con un primer medio y un segundo medio; en cada caso, por medio de al menos una línea de flujo de entrada y una línea de flujo de salida; y el medio correspondiente fluye también a través de ellas. En este caso, las placas están perfiladas de tal manera que ocurran puntos de contacto entre los respectivos perfiles de las placas 2 cambiadoras de calor. Las placas 2 cambiadoras de calor están conectadas entre sí con una junta de material coherente, como regla están soldadas, en la región de estos puntos de contacto. Al mismo tiempo las placas 2 cambiadoras de calor están configuradas de tal manera que el flujo que se forma entre las placas cambiadoras de calor 2 del primer medio o del segundo medio desde la línea de flujo de entrada correspondiente a la línea de flujo de salida correspondiente, no corre en forma rectilínea. Un ejemplo de una placa cambiadora de calor 2 de este tipo está ilustrado en la figura 8. En este caso, las placas cambiadoras de calor 2 pueden tener un perfil ondulado recurrente, que corre entonces por lo menos en una dirección transversal con respecto a la dirección de flujo general, que es la conexión recta desde los puntos de entrada del medio a los puntos de salida. El perfil ondulado corre alrededor de esta dirección, de una manera que tiene forma de zigzag. Dicho perfil ondulado, en una manera simple, forma regiones de guía de flujo que son adecuadas para guiar el flujo del medio que fluye a través de la cavidad correspondiente. De esa manera el flujo se multiplica ventajosamente, desviado en su curso, o fluye a través de regiones en las que la distancia de las placas cambiadoras de calor 2 difieren entre sí, en el tamaño. Por lo tanto, la velocidad de flujo varía en esas regiones. El efecto se obtiene ventajosamente al mismo tiempo, en general, que el medio es distribuido por toda la superficie de las placas cambiadoras de calor 2 y, por lo tanto, se utiliza toda la superficie de cambio de calor de una manera optimizada en la máxima medida posible. Incluso surgen flujos turbulentos como una función del comportamiento de flujo (viscosidad) del medio que fluye por allí. Los cambios de dirección del fluido que ocurren repetidamente en el ducto, y los vórtices que, bajo ciertas circunstancias, se forman en la región del ducto de onda que se abre, rompen repetidamente la capa limítrofe formada. Esto conduce a una transmisión de calor mejorada. Alternativamente, el perfil ondulado puede tener piernas que corren rectilíneas entre las regiones de flujo; caracterizándose el curso del perfil ondulado por la longitud de pierna de las piernas, por el ángulo de pierna definido entre las piernas y por la profundidad de perfil del perfil ondulado. El perfil de un perfil ondulado es fijado en su sección transversal por el curso en la región de las piernas, y en la región de curvatura, siendo posible para refinaciones preferidas, proveer una desviación en la forma de sección transversal de esas regiones. El perfil ondulado, que corre de manera que forma un zigzag, de las placas 2 cambiadoras de calor, está caracterizado en este caso particularmente por la longitud de las pernas, el ángulo de las piernas entre piernas adyacentes, y la profundidad del perfil. Las refinaciones preferidas de la invención establecen que la longitud de las pernas esté en la escala de 8 a 15 mm, de preferencia en la escala de 9 a 12 mm. Los valores típicos de la profundidad del perfil (que se calculan, por ejemplo, a partir de la distancia entre una cresta de onda y el plano central de la placa) están en la escala de 0.3 a 1 .5 mm. Para muchas aplicaciones, puede ser ventajosa una profundidad de perfil de entre 0.5 y 1 mm; mientras que pueden ser preferidos valores de aproximadamente 0.75 mm. El ángulo de las piernas entre dos piernas del perfil ondulado, de preferencia está entre 45 grados y 135 grados. En particular, los valores de alrededor de 90 grados constituyen un buen acuerdo con respecto a la distribución del fluido, la velocidad de flujo y la capacidad de flujo del cambiador de calor. La longitud de las piernas y el ángulo de las piernas definan, por una parte, la función de guía de flujo del perfil ondulado pero, por la otra, también definen puntos de contacto de las placas cambiadoras de calor adyacentes 2, una contra otra, lo que es necesario para la estabilidad del cambiador de calor. La rigidez inherente de las placas cambiadoras de calor 2 con respecto a la acción compresora por los medios, no puede asegurarse sin el soporte mutuo, si el espesor seleccionado del material de la placa cambiadora de calor 2 es bajo, y es conveniente, en muchas aplicaciones, por razones de peso, ahorro y cambio de calor. En este caso, en una refinación preferida, tiene lugar una conexión de las placas cambiadoras de calor 2 en la región de los puntos de contacto, mediante soldadura; con el propósito de que las placas cambiadoras de calor 2 estén revestidas, por lo menos un lado, con un auxiliar de soldadura, tal como una aleación para soldar. La selección de la longitud de las piernas y el ángulo de las piernas tiene lugar, de preferencia, como una función del medio que fluye por las placas, y de su viscosidad. La longitud de las piernas y el ángulo de las piernas tienen gran influencia sobre las velocidades de flujo que ocurren y sobre el cambio de calor asociado con ellas; de modo que se adaptan al respectivo uso a que se destinan. Los valores mencionados más arriba, en este caso, se refiere en particular al uso de cambiadores de calor, como enfriadores de aceite en vehículos, donde tiene lugar el cambio de calor entre el aceite de motor y el agua de enfriamiento. Adicionalmente, también depende, por supuesto, de las dimensiones de las placas cambiadoras de calor 2 y del espacio intermedio que ocurre debido a la distancia entre las placas 2 cambiadoras de calor.

La configuración del perfil ondulado se fija esencialmente por medio de la forma de la sección transversal, perpendicular al borde exterior del perfil en esta región, y mediante la secuencia del perfil, fijada por la división, en el curso transversal con respecto a la dirección de extensión de un perfil ondulado, sobre la placa cambiadora de calor 2. Los refinamientos preferidos proveen una división constante, es decir, una distancia fija entre cualesquiera dos perfiles ondulados, adyacentes entre sí. La configuración del perfil ondulado es ventajosa, particularmente cuanto tiene una región plana en el exterior de la parte posterior de la onda. La región plana, en este caso, tiene, en particular, una anchura de 0.1 a 0.4 mm. La región plana posibilita que las placas cambiadoras de calor 2, adyacentes entre sí, carguen efectivamente una contra la otra en un área grande y, consecuentemente, permite la producción fácil y estable del soporte o la conexión, tal como mediante soldadura, de las placas cambiadoras de calor adyacentes 2, una con otra. Las placas cambiadoras de calor 2 pueden estar configuradas de manera idéntica o correspondientemente o similarmente entre sí, o de manera diferente una de la otra. Las placas 2 cambiadoras de calor que son idénticas entre sí tienen propiedades idénticas en términos de las propiedades características del perfil ondulado y la configuración del perfil ondulado. Las placas cambiadoras de calor 2 que se corresponden mutuamente, son idénticas entre sí en su construcción; pero es posible, por ejemplo, que las placas cambiadoras de calor 2 tengan diferentes ángulos de piernas entre sí. Las placas cambiadoras de calor 2, que se corresponden mutuamente, de preferencia tienen configuraciones del perfil ondulado que son diferentes entre sí y/o valores que son diferentes uno del otro, en los parámetros caracterizantes, pero se corresponden mutuamente en términos del diseño del borde y del diseño del frente y el lado posterior de las placas 2 cambiadoras de calor. El uso alternante, por ejemplo, de dos placas cambiadoras de calor 2 que se corresponden mutuamente y que difieren únicamente en los diferentes ángulos de las piernas en los parámetros característicos, tiene la ventaja de que la posición y la situación relativa de los puntos de contacto de las placas cambiadoras de calor 2 una contra la otra, en la región perfilada, se puede optimizar de una manera simple, en términos de la rigidez requerida y del caudal de flujo requerido. El material de las placas cambiadoras de calor 2 y de la placa de base 3, en el presente caso, es aluminio. La ventaja de este material es que tiene baja densidad y, al mismo tiempo, posibilita la producción del perfil ondulado, por ejemplo, por repujado, de una manera simple. Para producir la conexión entre dos placas adyacentes, por lo menos un lado se puede revestir en toda su superficie con un auxiliar de soldadura, tal como una aleación para soldar con bronce, en la región de los puntos de contacto y en la región de los bordes. Dependiendo de la selección del auxiliar de soldadura y del espesor de la capa de la aplicación del auxiliar de soldadura, también se puede proveer un revestimiento en ambos lados con el auxiliar de soldadura. El revestimiento con el auxiliar de soldadura es para que sirva, en particular en la región de los bordes y de las líneas de flujo de entrada y flujo de salida en el bloque, para la producción confiable de una conexión hermética al fluido de las dos placas entre sí, en una operación de unión, por medio de una herramienta de unión (horno de soldadura), sin el uso de más ayudas ni auxiliares. La conexión entre las placas cambiadoras de calor 2 y entre la placa cambiadora de calor 2 de más abajo y la placa de base 3 se producen, en particular, mediante soldadura. A fin de obtener una buena acción selladora y, al mismo tiempo, una construcción estable del cambiador de calor en la región del borde de las placas cambiadoras de calor 2, se puede proveer que las placas cambiadoras de calor 2 tengan un borde doblado, cuya altura se selecciona de tal manera que por lo menos dos placas cambiadoras de calor 2 adyacentes entre sí, carguen una contra la otra y traslapen mutuamente esta región de borde. El número de placas cambiadoras de calor 2 que se traslapan en la región de borde, en este caso, puede ser hasta de cinco. A mayor número de placas cambiadoras de calor 2 que se traslapan, más rígida será la pared formada de esa manera y el cierre hacia fuera del cambiador de calor. Esto conduce, al mismo tiempo, a la producción de un cierre exterior hermético al fluido, permanentemente estable y resistente, de las placas cambiadoras de calor 2. En este caso, los refinamientos de desarrollo preferidos proveen que el perfil ondulado se extienda hasta el borde y, en particular, por toda su anchura. Al mismo tiempo, es necesario asegurar, en la configuración del perfil ondulado, que, no obstante, las placas cambiadoras de calor 2 permanezcan apilables; obteniéndose esto en vista de que se coordina la carrera del perfil ondulado en la región de borde con la posición de montaje de dos placas cambiadoras de calor adyacentes, una con respecto a la otra.

Las figuras 6 y 7 muestran una modificación, que corresponde a la tercera modalidad de ejemplo, con una placa de base 3 que tiene, en su lado inferior, una región sobresaliente 8, aproximadamente como continuación de las placas cambiadoras de calor 2. También de acuerdo con esta modalidad de ejemplo, la región sobresaliente 8 tiene una base plana.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERENCIA 1 Enfriador de aceite con placas apiladas 2 Placa cambiadora de calor 3 Placa de base 5 Depresión 6 Lado superior 8 Región sobresaliente.

Claims

REIVINDICACIONES

1 .- Un cambiador de calor, especialmente un enriador (1 ) de aceite con placas apiladas, que tiene un diseño del tipo de placa, con dos placas cambiadoras de calor adyacentes (2) que definen un espacio intermedio a través del cual fluye un medio cambiador de calor o un segundo medio que se va a enfriar o que se va a calentar; y está provista en un extremo una placa de base (3) que está en contacto por lo menos sustancialmente plano con la placa (2) cambiadora de calor situada más hacia fuera, adyacente, del cambiador de calor; caracterizado porque la placa de base (3) tiene una depresión (5) con un contorno que corre de acuerdo con la placa cambiadora de calor (2).

2.- El cambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los flancos de la placa cambiadora de calor situada más hacia fuera cargan, por lo menos en su región inferior, contra los flancos del contorno de la placa de base (3); contorno que corre de una manera hundida.

3.- El cambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque el borde de la placa cambiadora de calor (2) situada más hacia fuera, sobresale sobre la placa de base (3).

4.- El cambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la depresión (5) en la placa de base (3) es mayor que el espesor de material de la placa cambiadora de calor (2) del cambiador de calor.

5.- El cambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la depresión (5) en la placa de base (3) es por lo menos tan profunda como el espesor de material de la placa cambiadora de calor (2) del cambiador de calor, más la mitad de la altura libre entre la placa (2) cambiadora de calor situada más hacia fuera, que carga contra la placa de base (3), y la placa cambiadora de calor (2) que es la segunda más hacia fuera.

6.- El cambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la depresión (5) en la placa de base (3) es por lo menos tan profunda como el espesor de material de la placa (2) cambiadora de calor del cambiador de calor, más la altura libre entre la placa (2) cambiadora de calor situada más hacia fuera, que carga contra la placa de base (3), y la placa cambiadora de calor (2) que es la segunda más hacia fuera.

7.- El cambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el contorno en la placa de base es producido por medio de repujado, fundido o maquinado.

8.- El cambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la placa de base (3) tiene por lo menos una abertura de suministro para uno de los medios.

9.- El uso de un cambiador de calor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, como un enfriador de refrigerante con carga de aire, un enfriador de gas de escape, un evaporador o un enfriador de aceite (1 ).