D E S C R I P C I Ó N
"Termocambiador compacto de placas"
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a termocambiadores compactos de placas, y más concretamente a la estructura de dichos termocambiadores compactos de placas y a su procedimiento de montaje.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
Son conocidos los termocambiadores de placas que permiten transferir calor entre dos o más fluidos que entran en los mismos. Habitualmente esta transferencia de calor se lleva a cabo entre dos corrientes de fluido sin que dichas corrientes se mezclen entre si.
WO 97/15798 describe un termocambiador compacto de placas que tiene una pluralidad de placas apiladas de tal manera que se forman canales entre placas contiguas. Asi, por una parte los canales impares están comunicados entre si formando un primer circuito termocambiador y por otra parte los canales pares están comunicados entre si formando un segundo circuito termocambiador. Por uno de dichos circuitos circula el fluido calefactor y por el otro circuito circula el fluido que ha de calentarse con dicho fluido., calefactor.
Los distintos canales de las placas apiladas se comunican entre si a través de orificios dispuestos en dichas
placas. Cada placa del termocambiador de WO 97/15798 tiene cuatro orificios: dos orificios correspondientes respectivamente a la entrada y la salida del primero de dichos circuitos termocambiadores y otros dos orificios correspondientes respectivamente a la entrada y la salida del segundo de dichos circuitos termocambiadores.
Es importante que las placas apiladas contiguas estén unidas entre si en todo su perímetro exterior para que el nivel de fugas en los circuitos que forman sea lo suficientemente bajo. Para ello, se sueldan las placas alrededor de todo su borde periférico mediante el aporte de un material de unión disímil de menor temperatura de fusión (aleaciones de cobre, plata, etcétera) , es decir, se unen mediante soldadura "brazing". Para soldar dichas placas se utiliza el método de horno de temperatura y atmósfera controladas. Las placas se posicionan apiladas con material de unión intercalado entre las mismas. El horno se calienta en una atmósfera controlada y a una temperatura controlada sensiblemente superior a la temperatura de fusión del material de unión, fluyendo dicho material a lo largo de las zonas que necesitan ser selladas, una vez reducida la temperatura el material de unión ejerce de cierre entre placas.
Sin embargo, existen aplicaciones en las que no es posible utilizar materiales de unión de baja temperatura de fusión debido a su acción corrosiva. En estos casos hay que utilizar como material de unión otros materiales como por ejemplo aleaciones de niquel y cromo. La temperatura de fusión de dichos materiales es muy próxima a la' temperatura de fusión de las propias placas y además muy elevada, con lo cual es muy difícil realizar soldaduras en el horno de manera que no se deformen las
placas y que además se consiga el nivel de estanqueidad deseado entre las placas.
EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es el de proporcionar un termocambiador compacto de placas en el que no sea necesario utilizar soldadura "brazing" para el cierre entre placas y se pueda prescindir por tanto del horno en el procedimiento de montaje del mismo. Con el termocambiador de la invención se consigue un nivel de estanqueidad para el cual la fuga admisible intercanales es inferior al 0,1% sobre el caudal en condiciones de diferencia de presión de 2 bares.
Es otro objeto de la invención el de proporcionar un procedimiento de montaje para el termocambiador de la invención.
Es también otro objeto de la invención el de proporcionar un termocambiador compacto de placas en el que el área de intercambio entre placas sea mayor que el área de intercambio entre placas de los termocambiadores del estado de la técnica, aumentando asi la eficiencia del termocambiador.
El termocambiador compacto de placas de la invención incluye una pluralidad de placas apiladas, teniendo dichas placas orificios en su superficie y pliegues laterales. Dichas placas apiladas están colocadas dentro de una chapa en forma de U cuyas caras laterales cubren los pliegues de dichas placas apiladas, de tal manera que mediante la presión de dichas caras laterales sobre los
pliegues de las placas se consigue el cierre de los lados de las placas en los que están dichos pliegues. Asi, no es necesario unir dichos lados de las placas por soldadura "brazing", con lo cual se evitan los inconvenientes derivados del empleo de dicha soldadura. Además, al no emplearse material de unión se puede apilar un mayor número de placas en la misma altura, con la consiguiente mejora de la eficiencia para un mismo volumen y haciendo que el termocambiador sea más compacto.
El lado opuesto a la base de la chapa en forma de U se cierra mediante una chapa cuyos lados longitudinales se sueldan a las caras laterales de la chapa en forma de U.
El termocambiador de la invención tiene dos tipos de placas dispuestas alternativamente en el interior de la chapa en forma de ü, teniendo ambos tipos de placas pliegues con distinto ángulo de pliegue. De esta manera, al apoyar las placas con un ángulo de pliegue mayor sobre las placas contiguas con un ángulo de pliegue menor, los pliegues con un ángulo de pliegue menor presionan sobre los pliegues con un ángulo de pliegue mayor, contribuyendo asi al cierre de los lados de las placas en los que están dichos pliegues.
Cada placa con un ángulo de pliegue mayor se une con la placa con un ángulo de pliegue menor contigua siguiente antes de introducirse en la chapa en forma de U, formando asi parejas de placas. En una realización de la invención, las placas se fabrican de dos en dos en una misma pieza y se doblan una sobre la otra. En una segunda realización, todas las placas se fabrican en una misma pieza y se van doblando sucesivamente.
El área de intercambio entre placas del termocambiador de la invención es mayor que el área de intercambio entre placas de los termocambiadores del estado de la técnica, ya que las placas del termocambiador de la invención tienen sólo dos orificios. Ello es posible porque los tubos de entrada y de salida de uno de los circuitos termocambiadores, en lugar de estar sobre las placas apiladas, están cada uno de ellos en un extremo lateral de dichas placas.
El procedimiento de montaje del termocambiador de placas de la invención incluye la etapa de introducir las placas apiladas en la chapa en forma de U haciendo que las caras laterales de dichas chapas cubran los pliegues de dichas placas, cerrar el lado opuesto de la base de dicha chapa en U con una segunda chapa, presionar sobre las caras laterales de la chapa en U, sobre la base de la chapa en U y sobre la segunda chapa, y fijar dicha segunda chapa a la chapa en forma de ü.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una vista lateral en corte de una realización del termocambiador de la invención.
La FIG. 2 es una vista en alzado en corte del termocambiador de la FIG. 1.
La FIG. 3 es una vista en planta en corte del termocambiador de la FIG 1.
La FIG. 4 muestra la mitad de la sección transversal de una realización de los dos tipos de placas que tiene el termocambiador de la invención.
La FIG. 5 es un detalle de la vista lateral de la FIG. 1.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Con referencia a las figuras 1, 2 y 3, el termocambiador 1 de la invención incluye una pluralidad de placas 2 apiladas que forman canales entre placas 2 contiguas, teniendo dichas placas 2 pliegues 3 laterales. En esta realización, dichos pliegues 3 están en los extremos longitudinales de las placas 2. Dichas placas 2 apiladas están colocadas dentro de una chapa 4 en forma de U cuyas caras laterales 5 y 7 cubren dichos extremos longitudinales de dichas placas 2 apiladas, de tal manera que mediante la presión de dichas caras laterales 5 y 7 sobre los pliegues 3 laterales de las placas 2 se consigue el cierre de los extremos longitudinales de dichas placas 2 apiladas sin necesidad de soldar dichos extremos longitudinales.
El lado opuesto a la base 6 de la chapa 4 en forma de U se cierra mediante una chapa 8 cuyos lados longitudinales se fijan a las caras laterales 5 y 7 de la chapa 4 en forma de U mediante soldadura TIG.
Las placas 2 comprenden dos tipos de placas 2a y 2b dispuestas alternativamente en el interior de la chapa 4 en forma de ü. Según se muestra en la figura 4, dichas placas 2a tienen pliegues 3a con un ángulo de pliegue A y dichas placas 2b tienen pliegues 3b con un ángulo de
pliegue B mayor que dicho ángulo de pliegue A, presionando asi los pliegues 3b contra los pliegues 3a entre placas 2a y 2b contiguas debido a la diferencia entre los ángulos de pliegue correspondientes A y B, contribuyendo asi al cierre de los extremos longitudinales de las placas 2. En la figura 5 se muestra la manera en la que los pliegues 3b de las placas 2b van presionados en los pliegues 3a de las placas 2a.
Según se muestra en la figura 5, cada placa 2b está unida por soldadura por resistencia con la placa 2a contigua siguiente (la segunda placa 2b con la tercera placa 2a, la cuarta placa 2b con la quinta placa 2a, y asi sucesivamente) . Cada placa 2 tiene dos orificios 11 y 12, realizándose la soldadura por resistencia entre placas 2b y 2a de forma anular sobre el contorno de los orificios 11 y 12 de dichas placas 2b y 2a.
Las placas 2b y 2a se sueldan por parejas por los orificios 11 y 12 antes de introducirlas en la chapa 4 en U. Primero se introduce una placa 2a y a continuación se introducen las parejas de placas 2b y 2a.
Una vez cerrados los extremos longitudinales de las placas 2, también hay que cerrar los extremos transversales de dichas placas 2. Una posibilidad es la de utilizar soldadura por microplasma. En otra realización, cada pareja de placas 2a y 2b que se unen entre sí se fabrican en una misma pieza y se doblan la una sobre la otra. De esta manera, se reducen a la mitad los extremos laterales que hay que cerrar por soldadura por microplasma o por cualquier otro método, ya que la propia pieza plegada cierra uno de los extremos.
En otra realización adicional, todas las placas 2a y 2b se fabrican en una misma pieza y se van doblando sucesivamente. De esta manera, se puede prescindir completamente de la soldadura en los extremos laterales de las placas 2. En esta realización, se pueden fijar los orificios 11 y 12 de las placas 2 sucesivas bien mediante uniones mecánicas (sin soldadura) o bien mediante soldadura por resistencia (accediendo a los puntos a soldar aprovechando la elasticidad de las propias placas 2) . Si se emplean uniones mecánicas, será necesario ir fijando las placas a medida que se van apilando. Si se emplea soldadura por resistencia, habrá que soldar primero los orificios de uno de los lados de las placas 2, abrir las placas 2 en abanico e ir fijando los orificios del otro extremo abombando dichas placas 2.
Aunque en la realización que muestran las figuras 1, 2 y 3 los pliegues 3 están dispuestos en los extremos longitudinales de las placas 2, también es posible disponer dichos pliegues 3 en los extremos transversales de las placas 2.
Según se muestra en la figura 3, las placas 2 incluyen sólo dos orificios 11 y 12. Según se muestra en la figura 2, el termocambiador 1 incluye en la base 6 de la chapa 4 en forma de ü un tubo 9 de entrada y un tubo 10 de salida, correspondiendo dichos tubos 9 y 10 de entrada y salida respectivamente a dichos orificios 11 y 12. El termocambiador 1 incluye también un tubo 13 de entrada adyacente a un extremo lateral 15 de las placas 2 apiladas y un tubo 14 de salida adyacente al otro extremo lateral 16 de dichas placas 2 apiladas. Así, no es necesario que las placas 2 tengan orificios
correspondientes a dichos tubos 13 y 14 de entrada y salida.
En la configuración de las figuras 1, 2 y 3, los tubos 9 y 10 de entrada y salida corresponden a un primer circuito termocambiador y los tubos 13 y 14 de entrada y salida corresponden a un segundo circuito termocambiador. En caso de fabricar todas las placas 2a y 2b en una única pieza, la entrada y salida de un primer circuito termocambiador serían el tubo 9 y el tubo 13 respectivamente, y la entrada y salida de un segundo circuito termocambiador serían el tubo 10 y el tubo 14 respectivamente.
Según se muestra en la figura 2, los extremos laterales 15 y 16 están cubiertos por sus respectivas tapas 17 y 18, que van fijadas a la chapa 4 en forma de U y a la chapa 8 mediante soldadura TIG. Por otra parte, el tubo 13 de entrada y el tubo 14 de salida están fijados a las tapas 17 y 18 respectivamente mediante soldadura TIG.
La base 6 de la chapa 4 tiene dos orificios 15 y 16 correspondientes respectivamente a los tubos 9 y 10 de entrada y salida. Los contornos de los orificios 11 y 12 de la placa 2 contigua a dicha base 6 están rebatidos sobre dichos orificios correspondientes 15 y 16, introduciéndose a continuación el tubo correspondiente (el tubo 9 en un caso y el tubo 10 en el otro) . Los tubos 9 y 10 están fijados a la chapa 4 mediante soldadura TIG. La figura 5 muestra el rebatido 19 correspondiente al orificio 15 de la chapa 4.
El procedimiento de montaje del termocambiador de placas incluye las siguientes etapas:
introducir una pluralidad de placas 2 que tienen orificios 11 y 12 en su superficie y tienen también pliegues 3 laterales, apiladas dentro de una chapa 4 en forma de U, haciendo que las caras laterales 5 y 7 de dicha chapa 4 cubran los pliegues 3 de dichas placas 2; cerrar el lado opuesto de la base 6 de dicha chapa 4 con una chapa 8 ; presionar sobre las caras laterales 5 y 7 de la chapa 4, sobre la base 6 de la chapa 4 y sobre la chapa 8 para cerrar los extremos de las placas 2 en los que están los pliegues 3; y fijar la chapa 4 a la chapa 6.