WO2016074048A1 - Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor - Google Patents

Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor Download PDF

Info

Publication number
WO2016074048A1
WO2016074048A1 PCT/BR2014/000408 BR2014000408W WO2016074048A1 WO 2016074048 A1 WO2016074048 A1 WO 2016074048A1 BR 2014000408 W BR2014000408 W BR 2014000408W WO 2016074048 A1 WO2016074048 A1 WO 2016074048A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spacers
heat exchanger
welding process
stacking
flat plates
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/BR2014/000408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mauricio CARVALHO DOS SANTOS
Marcia BARBOSA HENRIQUES MANTELLI
Kleber VIEIRA DE PAIVA
Marcus Vinícius VOLPONI MOTEAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Universidade Federal de Santa Catarina
Original Assignee
Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Universidade Federal de Santa Catarina
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Petroleo Brasileiro SA Petrobras, Universidade Federal de Santa Catarina filed Critical Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Priority to PCT/BR2014/000408 priority Critical patent/WO2016074048A1/pt
Publication of WO2016074048A1 publication Critical patent/WO2016074048A1/pt
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing a heat exchanger core.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a core of a compact heat exchanger, where hollow and / or solid profiles are used for forming the microchannels of the exchanger.
  • Heat exchangers are equipment used to perform heat transfer between fluids. More precisely, heat exchangers perform thermal exchanges between fluids of different temperatures which may or may not be separated by a wall.
  • heat exchangers are used to cool or heat a particular fluid. For this reason, these equipments are widely used in various industrial sectors, from the food industry to oil rigs and aircraft.
  • a heat exchanger is basically made up of heat exchange elements (contact surface) and fluid distribution elements (such as tanks, pipes and seals), which in most cases are fixed elements.
  • the surface that is in direct contact with both the high and low temperature fluids, exchanging heat between them, is called the direct or primary surface.
  • fins can be added to the main surface to increase the thermal contact area - the so-called extended, secondary or indirect surface.
  • the thermal resistance decreases and the total heat transfer increases for the same temperature difference.
  • Heat exchangers can be classified in several ways, one of them being by the degree of compactness, being divided into two main groups: compact and non-compact. The degree of compaction is expressed by the ratio of heat exchanger area to volume.
  • Compact heat exchangers are characterized by having a large heat transfer area and a small volume, so they are used in focal areas where there is weight and / or size limitation, such as naval, automotive and aerospace areas. .
  • dh 4V S / A s
  • V s represents the volume surrounding the heat exchange surface (volume occupied by a parallelepiped surrounding the surface.
  • Porosity indicates the amount of volume of surface that can be placed within the volume of parallelepiped V s (volume surrounding the exchange surface). This means that the higher V the smaller the porosity. That is, the larger the porosity, the less volume V can be placed on the parallelepiped and consequently the smaller the surface compaction.
  • the Printed Circuit (PCHE) heat exchanger consists of plate piles whose channels are obtained from the photochemical corrosion process, which is a process adapted from printed circuit board manufacturing technology. The plates are joined by the diffusion welding process. The fluid flows through semicircular cross-sectional channels with a width ranging from 1 to 2 mm and a depth of 0.5 to 1 mm, resulting in a hydraulic diameter of 1.5 to 3 mm.
  • the "Marbond" heat exchanger is manufactured by Chart Heat Exchangers Company and consists of flat plates with etched openings.
  • the device is manufactured with several slotted plates which are stacked and joined by diffusion welding. In this way low hydraulic diameters are obtained.
  • This process is very versatile in surface shaping, providing precise shapes for flow passage, and also allowing the use of a variety of materials during the construction of the heat exchanger.
  • thin plate heat exchangers soldered by the diffusion process were developed by Rolls Lavai Heat Exchangers. This process is capable of welding materials such as titanium and stainless steel, giving them better mechanical properties and high corrosion resistance.
  • the core is formed from the diffusion welding of two plates separated by an intermediate surface (inner plate) for the purpose of forming fluid passageways.
  • a binding inhibitor is applied to the inner surfaces of the plates so that an intermediate and typically undulating surface may be formed therein.
  • the element is placed in a mold and a high pressure gas is injected into the edge to separate the plates as they are heated. In this way the central plate is plastically deformed forming the intermediate surface.
  • several of these elements are bonded by diffusion welding forming the base of the heat exchanger.
  • the core of compact heat exchangers must have small channels in order to increase the contact area and thereby increase heat transfer.
  • the main disadvantage is the pressure drop caused by these microchannels.
  • the cost to manufacture microchannels by chemical attack is high and the dimensional control of the channel is limited.
  • machinery of this type is constantly undergoing preventive maintenance and, occasionally, corrective maintenance, causing the machine to stop and consequently to stop production.
  • JP2005083674 describes a heat exchanger core with a side-bent plate in which microtubes are positioned side by side on their surface and subsequently welded.
  • the present invention achieves these and other objects by a process for manufacturing a heat exchanger core comprising the steps of arranging a plurality of spacers between flat plates; neatly stacking a set of flat plates with spacers between the flat plates to form a changer block; and subjecting the formed block to a welding process.
  • the spacers have a height that substantially equals the height of microchannels that will be created in the exchanger core.
  • the welding process preferably comprises a diffusion welding process or a brazing welding process.
  • the joints resulting from the welding process have similar microstructure and essentially the same properties as the base material.
  • spacers are hollow tubes and spacer guides are used in stacking.
  • the stacking further comprises the step of subjecting the assembly formed by the plates, spacers and guides and a pressing process, and the step of removing the guides after the process of pressing.
  • spacers comprise grid-shaped or comb-shaped solid profiles formed from a flat plate cutting process.
  • the process further comprises the step of removing the side edges of the spacers.
  • stacking comprises forming interleaved layers, where one layer includes spacers arranged in a first direction and the other layer includes spacers arranged 90 degrees apart from the first direction.
  • the process dispenses with the use of flat plates.
  • the manufacturing process comprises the steps of arranging a first plurality of hollow spacers arranged side by side to form a first layer of spacers arranged side by side defining a separating surface; arranging a second plurality of hollow spacers arranged side by side in a 90 degree difference with respect to the direction of the first layer to form a second layer of side by side spacers defining a separating surface; stacking, in an orderly and interleaved fashion, a set of first and second layers to form a changer block; and subjecting the formed block to a welding process.
  • the process further comprises the step of including at least one solid profile tube between at least two of the hollow spacers of the first and second layers.
  • Figure 1 is a cross-sectional representation of the heat exchanger core according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view of the heat exchanger core according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view of a heat exchanger spacer made by the process according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of the heat exchanger core fabricated by the process according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view of a heat exchanger spacer manufactured by the process according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view of the heat exchanger core fabricated by the process according to the third embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a cross-sectional view of the heat exchanger core according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a perspective view of an example heat exchanger incorporating a heat exchanger core in accordance with the present invention.
  • Figures 9a and 9b are examples of sections which may be used in the process according to the present invention.
  • Figures 10a and 10b are examples of flow paths that can be achieved by the process according to the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the present invention comprises a process for the manufacture of a heat exchanger core. essentially comprising the steps of arranging a plurality of spacers between flat plates, neatly stacking a set of flat plates with spacers therebetween to form a changer block, and subjecting the formed changer block to a process of welding.
  • the welding of the formed block is preferably performed by diffusion and / or brazing, so that the joints resulting from the welding process have similar microstructure and essentially the same properties as the base material and so that distortions are minimized without the need for further machining or forming.
  • the flat plates are preferably machined metal plates, and the spacers may comprise hollow profiles (e.g., wires or tubes) and / or solid profiles depending on the desired microchannel and flow characteristics.
  • the microchannels that will be formed will be approximately the height of the spacers used in the manufacturing process.
  • the spacers (2) used comprise tubes (2) arranged in alternate configuration.
  • the figure shows pipes (2), it should be understood that other hollow profiles may also be used, and such profiles may have varying geometry, such as square, rectangular or elliptical.
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of the block assembly formed by stacking a set of flat plates (3) with a plurality of spacers (2) disposed between the plates (3).
  • Figure 1 shows a block formed with interleaved layers, where in one layer the spacers (2) are arranged separated in a first direction (see the second layer of the figure, where it can be seen the cross section of the spacers 2) and another layer where the spacers (2) are arranged spaced 90 degrees apart from the first direction (see the first layer of the figure, where the side view 2 ' ) of the spacers (2)).
  • the height of the pipes 2 substantially defines the height of the microchannels that will be formed.
  • the manufacturing process of the present invention may further comprise the use of spacer guides (4).
  • the spacer guide (4) has a portion of threads which make the guide (4) have a comb shape.
  • the shape of the fillets corresponds to the shape of the spacers (2).
  • the plate assembly (3), spacers (2) and guides (4) are stacked neatly, until a exchanger core (1) of the desired size is achieved. That is, with the desired number of plate layers and spacers.
  • the layers of spacers (2) and guides (4) are arranged interchangeably by 90 degrees to form the cross flow as described above.
  • FIG. 3 and 4 and 5 and 6 show embodiments of the invention with a manufacturing process similar to that described with respect to figures 1 and 2, but where the spacers used are solid profiles.
  • the spacers 20 comprise grid-shaped profiles formed from a flat plate cutting process.
  • the cutting process used is a process that allows cutting of variable opening channels (21), such as, for example, laser cutting, plasma water jetting or flame process.
  • the solid spacers 20 are stacked between the flat plates 30 (see figure 4), with no need to use guides.
  • inlet and outlet nozzles are fixed to the block that forms the exchanger core.
  • spacers 200 comprise comb-shaped profiles formed from a flat plate cutting process.
  • the cutting process used is a process that allows cutting of variable aperture channels (210), such as laser cutting, plasma water jetting or flame processing processes.
  • This embodiment differs from that shown in Figures 3 and 4 in that, after the welding process of the block formed by stacking the set of spacer plates (210) and flat plates (300), the process further comprises removing the side edges (220) to fully open the changer microchannels.
  • Figure 7 shows an embodiment of the manufacturing process of the present invention that does not use flat plates between spacers.
  • the use of side-by-side hollow profile spacers creates a separation surface (2a) that is sufficient to separate the fluids into the formed microchannels.
  • spacers (2) in the form of tubes with square cross section, it should be emphasized that tubes with triangular, rectangular, circular or elliptical cross section could also be used.
  • the stacking herein comprises interleaved layers of tubes 2 arranged in a first direction and layers of tubes 2 arranged 90 ° apart from the first direction.
  • the interspersed layers may further include solid profile tubes (6) inserted between the hollow spacers (2) to increase the mechanical strength of the formed block.
  • the block formed by stacking the hollow spacers (2) is subjected to a welding process.
  • the welding of the formed block is preferably performed by diffusion and / or brazing, so that the joints resulting from the welding process have similar microstructure and essentially the same ones. same properties as the base material and so that distortions are minimized without the need for further machining or forming.
  • This process has the advantage of not using intermediate plates, thus increasing the heat exchange efficiency as the wall thickness between the first and second rows decreases. In addition, material is still saved, making the manufacturing cost lower.
  • Figure 8 shows an example of heat exchanger (10) construction with heat exchanger core (1) manufactured by the process of the present invention.
  • nozzles (7) are fixed to the sides of the core (1) by welding.
  • figures 9a and 9b show different shear sinuities that can be obtained by the process of the present invention
  • figures 10a 10b show different flow paths that can be achieved by the process of the present invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de um núcleo (1 ) de um trocador de calor (10) que compreende as etapas de dispor uma pluralidade de espaçadores (2, 20, 200) entre placas planas (3, 30, 300); empilhar, de modo ordenado, um conjunto de placas planas (3, 30, 300) com espaçadores (2, 20, 200) entre as placas planas, de modo a formar um bloco de trocador; e submeter o bloco formado a um processo de soldagem. Em uma concretização alternativa da presente invenção, o processo dispensa o uso das placas planas (3, 30, 300), utilizando a superfície dos espaçadores ocos (2) como superfície de separação.

Description

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM NÚCLEO DE UM TROCADOR
DE CALOR
CAMPO DA INVENÇÃO
[001]. A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de um núcleo de um trocador de calor.
[002]. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um processo de fabricação de um núcleo de um trocador de calor compacto, onde perfis ocos e/ ou sólidos são utilizados para a formação dos microcanais do trocador.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[003]. Trocadores de calor são equipamentos utilizados para realizar a transferência de calor entre fluidos. Mais precisamente, trocadores de calor realizam trocas térmicas entre fluidos com temperaturas diferentes que podem ou não estar separados por uma parede.
[004]. Normalmente, os trocadores de calor são utilizados para resfriar ou aquecer um determinado fluido. Por esse motivo, esses equipamentos são amplamente utilizados em diversos setores industriais, desde a indústria alimentar até plataformas de petróleo e aeronaves.
[005]. Um trocador é basicamente formado por elementos de troca de calor (superfície de contato) e elementos de distribuição de fluidos (como tanques, tubulações e vedações), os quais na maioria dos casos são elementos fixos.
[006]. A superfície que está em contato direto com ambos os fluidos, de alta e de baixa temperatura, trocando o calor entre eles, é chamada de superfície direta ou primária. Além disso, é possível acrescentar aletas à superfície principal para aumentar a área de contato térmico - a chamada superfície estendida, secundária ou superfície indireta. Como consequência da adição de aletas primárias sobre a superfície, a resistência térmica diminui e aumenta a transferência de calor total para a mesma diferença de temperatura. [007]. Os trocadores de calor podem ser classificados de diversas maneiras, uma delas é pelo grau de compactação, sendo divididos em dois grupos principais: compactos e não-compactos. O grau de compactação é expresso pela razão entre a área e o volume do trocador de calor.
[008]. Trocadores de calor compactos são caracterizados por possuírem uma grande área de transferência de calor e um pequeno volume, por esse motivo, são empregados em focais onde há limitação de peso e/ou tamanho, como, por exemplo, nas áreas naval, automotiva e aeroespacial.
[009]. O principal parâmetro que define um permutador de calor compacto é o estado físico do fluxo no qual o permutador de calor trabalha. Se operar com correntes de gás, ele deve ter uma densidade de área de superfície maior que 700 m2/m3 ou diâmetro hidráulico inferior a 6 mm, mas operando com mudança de fase líquida ele deve trabalhar com um valor maior do que ou igual a 400 m2 / m3. O diâmetro hidráulico ( dh) é um parâmetro importante para a análise de trocadores de calor, que é definido como: dh= 4AcL / As, onde As é a área da superfície interna onde a troca térmica ocorre, L é o comprimento do canal e Ac é a área da seção transversal do canal e dh corresponde ao diâmetro do tubo.
[0010]. Em alguns tipos de equipamento, pode haver uma variação na geometria da seção transversal ao longo do comprimento do fluxo. Nestes casos, uma definição alternativa para dh pode ser escrita como: dh= 4VS / As onde: Vs representa o volume que envolve a superfície de troca térmica (volume ocupado por um paralelepípedo que envolve a superfície.
[0011]. A densidade de área superficial (β), que representa o grau de compactação do permutador de calor, e a porosidade (σ) são expressos respectivamente por: Αβ = As / V e σ = Vs / V, onde V corresponde ao volume da superfície total (volume delineado pela superfície de transferência de calor). A porosidade indica a quantidade de volume de superfície que pode ser colocado no interior do volume de paralelepípedo Vs (volume que envolve a superfície de troca). Isto significa que quanto maior V menor é a porosidade. Ou seja, quanto maior for à porosidade, menos volume V pode ser colocado no paralelepípedo e consequentemente menor é a compactação da superfície.
[0012]. A seguinte expressão relaciona estes dois parâmetros com o diâmetro hidráulico: β = 4 σ / dh.
[0013]. Examinando-se a última equação é possível perceber que a compactação é diretamente proporcional à porosidade e inversamente proporcional ao diâmetro hidráulico. Portanto, para melhorar a compacidade do equipamento o diâmetro hidráulico deve ser diminuído e/ou aumentado o valor da porosidade. A desvantagem é que na redução do diâmetro hidráulico o diferencial (queda) de pressão aumenta tornando necessário uma bomba mais potente para empurrar o fluxo.
[0014]. É conhecida da técnica anterior uma grande variedade de trocadores de calor que são designados para operar nestas condições específicas. Os três principais dispositivos de trocadores de calor compactos são: o trocador de calor de circuito impresso, o trocador de calor Marbond e o trocador de calor Rolls Lavai super plasticamente formado / soldado por difusão.
[0015]. O trocador de calor do tipo Circuito Impresso ( PCHE ) consiste em pilhas de pratos cujos canais são obtidos a partir de processo de corrosão fotoquímica, que é um processo adaptado da tecnologia de fabricação de placas de circuito impresso. As placas são unidas pelo processo de soldagem de difusão. O fluido flui através de canais de seção transversal semicircular, com uma largura que varia entre 1 e 2 mm e a profundidade de entre 0,5 e 1 mm, o que resulta num diâmetro hidráulico de 1 ,5 a 3 mm.
[0016]. Existem três vantagens em utilizar o processo de soldagem por difusão: proporcionar uma maior resistência mecânica ao material de base; sustentar altas pressões; e evitar a corrosão por formação de células galvânicas.
[0017]. O trocador de calor do tipo "Marbond" é fabricado pela empresa Chart Heat Exchangers Company e consiste em placas planas com aberturas gravadas por ataque químico. O dispositivo é fabricado com várias placas ranhuradas que são empilhadas e unidas por soldagem por difusão. Deste modo são obtidos diâmetros hidráulicos baixos. Este processo é muito versátil quanto à formatação da superfície, propiciando formas precisas para a passagem do fluxo, permitindo também o uso de uma variedade de materiais durante a construção do permutador de calor.
[0018]. Segundo a literatura, trocadores de calor de placas finas e soldadas pelo processo de difusão foram desenvolvidos pela Rolls Lavai Heat Exchangers. Este processo é capaz de soldar materiais como o titânio e aço inoxidável, conferindo-lhes melhores propriedades mecânicas e uma grande resistência à corrosão. O núcleo é formado a partir da soldagem por difusão de duas placas separadas por uma superfície intermédia (placa interna) com a finalidade de formar canais de passagem do fluido. Um inibidor de ligação é aplicado sobre as superfícies interiores das placas, de modo que possa ser formada no seu interior uma superfície intermédia e tipicamente ondulada. Em seguida, o elemento é colocado num molde e um gás de alta pressão é injetado dentro da borda para separar as placas, enquanto elas são aquecidas. Deste modo a placa central é deformada plasticamente dando forma a superfície intermédia. Para finalizar, vários destes elementos são ligados por solda de difusão formando a base do permutador de calor.
[0019]. Em suma, o núcleo de permutadores de calor compacto deve ter pequenos canais, a fim de aumentar a área de contato e deste modo aumentar a transferência de calor. A principal desvantagem é a queda de pressão provocada por esses microcanais. O custo para fabricar os microcanais por ataque químico é alto e o controle dimensional do canal é limitado.
[0020]. Nesse sentido, uma solução encontrada no estado da técnica é descrita pelo pedido de patente US 20120261104, que descreve uma máquina para a fabricação de microcanais de um trocador de calor. A máquina possui uma pluralidade de fios que são colados, por meio de adesivos, na superfície de uma folha de metal, os fios são espaçados de maneira a formar os canais de passagem dos fluidos.
[0021]. No entanto, essa solução possui o inconveniente de que a máquina é capaz de fabricar apenas um tipo de núcleo. Mais precisamente, a máquina somente é capaz de fabricar um núcleo com canais espaçados.
[0022]. Além disso, maquinários desse tipo estão constantemente passando por manutenção preventiva e, ocasionalmente, manutenção corretiva, fazendo com que a máquina fique parada, e, consequentemente, pare a produção.
[0023]. Outra solução encontrada no estado da técnica é descrita peio pedido de patente JP2005083674, que descreve um núcleo de trocador de calor dotado de uma chapa com dobras nas laterais no qual microtubos são posicionados lado a fado em sua superfície e posteriormente são soldados.
[0024]. Entretanto, esta solução apresenta o inconveniente de utilizar chapas entre as fileiras de microtubos, elevando, assim, o custo de produção e diminuindo a eficiência de troca térmica.
[0025]. Sendo assim, não existe no estado da técnica um processo de fabricação de núcleos de trocadores de calor que possua um baixo custo de fabricação, uma melhor precisão dimensional e que possibilite a fabricação de diferentes tipos de núcleo.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO
[0026]. Assim, é um objetivo da presente invenção proporcionar um processo de fabricação de núcleos de trocador de calor que seja economicamente viável e tecnicamente eficiente.
[0027]. É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um processo de fabricação de núcleos de trocador de calor que permita fabricar microcanais com abertura variável e com uma melhor precisão dimensional.
[0028]. É ainda um dos objetivos da presente invenção proporcionar um processo de fabricação de núcleos de trocador de calor que apresente um melhor desempenho energético.
[0029]. É mais um dos objetivos da presente invenção proporcionar um processo de fabricação de núcleos de trocador de calor que permita a fabricação de diferentes tipos de núcleo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0030]. A presente invenção atinge esses e outros objetivos por meio de um processo para a fabricação de um núcleo de um trocador de calor, que compreende as etapas de dispor uma pluralidade de espaçadores entre placas planas; empilhar, de modo ordenado, um conjunto de placas planas com espaçadores entre as placas planas, de modo a formar um bloco de trocador; e submeter o bloco formado a um processo de soldagem.
[0031]. Os espaçadores têm uma altura que equivale substancialmente à altura de microcanais que serão criados no núcleo do trocador.
[0032]. O processo de soldagem compreende, preferencialmente, um processo de soldagem por difusão ou um processo de soldagem por brasagem. Assim, as uniões resultantes do processo de soldagem apresentam microestrutura similar e essencialmente as mesmas propriedades do material de base.
[0033]. Em uma concretização da invenção, os espaçadores são tubos ocos e guias espaçadoras são utilizadas no empilhamento. Assim, nessa concretização o empilhamento compreende ainda a etapa de submeter o conjunto formado pelas placas, espaçadores e guias e um processo de prensagem, e etapa de remoção das guias após o processo de prensagem.
[0034]. Em outras concretizações da presente invenção, os espaçadores compreendem perfis sólidos em formato de grelha ou formato de pente formados a partir de um processo de corte de uma placa plana.
[0035]. Quando espaçadores em formato de pente são utilizados, o processo compreende ainda a etapa de remover as bordas laterais dos espaçadores.
[0036]. Em concretizações preferidas da presente invenção, o empilhamento compreende a formação de camadas intercaladas, onde uma camada inclui espaçadores dispostos em um primeiro sentido e a outra camada inclui espaçadores dispostos com uma diferença de 90 graus em relação ao primeiro sentido.
[0037]. Em uma concretização da presente invenção, o processo dispensa o uso das placas planas. Nessa concretização, o processo de fabricação compreende as etapas de dispor uma primeira pluralidade de espaçadores ocos arranjados lado a lado de modo a formar uma primeira camada de espaçadores dispostos lado a lado que define uma superfície de separação; dispor uma segunda pluralidade de espaçadores ocos arranjados lado a lado em um sentido com uma diferença de 90 graus em relação ao sentido da primeira camada, de modo a formar uma segunda camada de espaçadores dispostos lado a lado que define uma superfície de separação; empilhar, de modo ordenado e intercalado, um conjunto de primeiras camadas e segunda camadas, de modo a formar um bloco de trocador; e submeter o bloco formado a um processo de soldagem.
[0038]. Nessa concretização, o processo compreende ainda a etapa de incluir pelo menos um tubo de perfil sólido entre pelo menos dois dos espaçadores ocos das primeira e segunda camadas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0039]. A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais: [0040]. A Figura 1 é uma representação da seção transversal do núcleo do trocador de calor de acordo com uma primeira concretização da presente invenção;
[0041]. A Figura 2 é uma vista em perspectiva do núcleo do trocador de calor de acordo com a primeira concretização da presente invenção;
[0042]. A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um espaçador do trocador de calor fabricado pelo processo de acordo com uma segunda concretização da presente invenção;
[0043]. A Figura 4 é uma vista em perspectiva do núcleo do trocador de calor fabricado pelo processo de acordo com a segunda concretização da presente invenção;
[0044]. A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um espaçador do trocador de calor fabricado pelo processo de acordo com uma terceira concretização da presente invenção;
[0045]. A Figura 6 é uma vista em perspectiva do núcleo do trocador de calor fabricado pelo processo de acordo com a terceira concretização da presente invenção;
[0046]. A Figura 7 é uma vista da seção transversal do núcleo do trocador de calor de acordo com uma quarta concretização da presente invenção;
[0047]. A Figura 8 é uma vista em perspectiva de um exemplo de trocador de calor que incorpora um núcleo de trocador de calor de acordo com a presente invenção;
[0048]. As Figuras 9a e 9b são exemplos de cortes que podem ser utilizados no processo de acordo com a presente invenção; e
[0049]. As Figuras 10a e 10b são exemplos de caminhos de fluxo que podem ser alcançados pelo processo de acordo com a presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0050]. Em uma primeira concretização, a presente invenção compreende um processo para a fabricação de um núcleo de trocador de calor que compreende essencialmente as etapas de dispor de uma pluralidade de espaçadores entre placas planas, empilhar, de modo ordenado, um conjunto de placas planas com espaçadores entre elas até formar um bloco de trocador, e submeter o bloco de trocador formado a um processo de soldagem.
[0051]. A soldagem do bloco formado é preferencialmente realizada por difusão e/ou brasagem, de modo que as uniões resultantes do processo de soldagem apresentem microestrutura similar e essencialmente as mesmas propriedades do material de base e de modo que as distorções são minimizadas sem a necessidade de posterior usinagem ou conformação.
[0052]. As placas planas são preferencialmente placas de metal usinadas, e os espaçadores podem compreender perfis ocos (por exemplo, fios ou tubos) e/ou perfis sólidos dependendo das características de microcanais e fluxo que se deseja alcançar.
[0053]. Assim, os microcanais que serão formados terão aproximadamente a altura dos espaçadores utilizados no processo de fabricação.
[0054]. Na concretização da invenção mostrada na figuras 1 , os espaçadores (2) utilizados compreendem tubos (2) dispostos em configuração alternada. Embora a figura mostre tubos (2), deve ser entendido que outros perfis ocos podem ser igualmente utilizados, e tais perfis podem ter geometria variada, como por exemplo, quadrada, retangular ou elíptica.
[0055]. A Figura 1 mostra uma vista da seção transversal da montagem do bloco formado pelo empilhamento de um conjunto de placas planas (3) com uma pluralidade de espaçadores (2) dispostos entre as placas (3).
[0056]. A figura 1 mostra um bloco formado com camadas intercaladas, onde em uma camada, os espaçadores (2) são dispostos separados em um primeiro sentido (vide a segunda camada da figura, onde pode ser visto o corte transversal dos espaçadores 2) e uma outra camada onde os espaçadores (2) são dispostos espaçados em com uma diferença de 90 graus em relação ao primeiro sentido (vide a primeira camada da figura, onde pode ser vista a lateral (2') dos espaçadores (2)).
[0057]. Essa construção onde os tubos foram posicionados como uma diferença de 90 graus entre si permite o escoamento cruzado dos fluidos que passarão pelos microcanais assim formados.
[0058]. Como pode ser percebido na figura, a altura dos tubos (2) define substancialmente a altura dos microcanais que serão formados.
[0059]. De modo a facilitar o posicionamento dos tubos (2), o processo de fabricação da presente invenção pode compreender ainda a utilização de guias espaçadoras (4).
[0060]. Como pode ser visto na figura 2, o guia espaçador (4) possui uma porção de filetes, que fazem com que o guia (4) tenha um formato de pente. O formato dos filetes corresponde ao formato dos espaçadores (2).
[0061]. O conjunto de placas (3), espaçadores (2) e guias (4) são dispostos em pilha ordenadamente, até que se alcance um núcleo de trocador (1 ) com a dimensão desejada. Ou seja, com a quantidade de camadas de placas e espaçadores desejados.
[0062]. Na concretização das figuras 1 e 2, as camadas de espaçadores (2) e guias (4) são intercaladamente dispostas com uma diferença de 90 graus, de modo a formar o escoamento cruzado como descrito anteriormente.
[0063]. O bloco formado pelo empilhamento ordenado das placas (3), espaçadores (2) e guias (4) é então submetido à prensagem em um sistema hidráulico de pressão, e então as guias (4) são removidas.
[0064]. Após a remoção das guias (4), o bloco formado pelo conjunto de espaçadores (2) e guias (4) é submetido ao um processo de soldagem por difusão ou a um processo de soldagem de brasagem. [0065]. As figuras 3 e 4 e 5 e 6 mostram concretizações da invenção com um processo de fabricação similar ao descrito em relação às figuras 1 e 2, mas onde os espaçadores utilizados são perfis sólidos.
[0066]. Assim, na concretização mostrada nas figuras 3 e 4, os espaçadores (20) compreendem perfis em formato de grelha formados a partir de um processo de corte de uma placa plana. Preferencialmente, o processo de corte utilizado é um processo que permite o corte de canais (21 ) de abertura variável, como, por exemplo, processos de corte a laser, jato de águam plasma ou processo de chama.
[0067]. Assim, para a formação do núcleo de trocador 1 , os espaçadores sólidos (20) são empilhados entre as placas planas (30) (vide figura 4), sendo que não há necessidade de utilização de guias.
[0068]. O bloco formado pelo empilhamento das placas planas (30) e placas espaçadoras (20) é então submetido a um processo de soldagem por difusão ou brasagem.
[0069]. Após o bloco soldado, as extremidades dos canais (21 ) que se estendem quando da intercalação das placas dá origem a pequenos orifícios para a entrada de fluido no trocador.
[0070]. Conforme será discutido a diante, para a formação do trocador, bocais de entrada e saída são fixados ao bloco que forma o núcleo de trocador.
[0071]. Na concretização mostrada nas figuras 5 e 6, os espaçadores (200) compreendem perfis em formato de pente formados a partir de um processo de corte de uma placa plana. Preferencialmente, o processo de corte utilizado é um processo que permite o corte de canais (210) de abertura variável, como, por exemplo, processos de corte a laser, jato de águam plasma ou processo de chama.
[0072]. Essa concretização difere daquela mostrada nas figuras 3 e 4 na medida em que, após o processo de soldagem do bloco formado pelo empilhamento do conjunto de placas espaçadoras (210) e placas planas (300), o processo compreende ainda a remoção das bordas laterais (220) para abertura plena dos microcanais do trocador.
[0073]. Os processos que utilizam os espaçadores em perfil sólido (20), (200) formados por placas planas apresentam como vantagem a economia de material, visto que são utilizadas apenas chapas quadradas e placas retangulares.
[0074]. Outra vantagem desses processos é a possibilidade de se fabricar microcanais com abertura variável.
[0075]. A figura 7 mostra uma concretização do processo de fabricação da presente invenção que não utiliza placas planas entre os espaçadores. Nessa concretização, o uso de espaçadores de perfil oco dispostos lado a lado cria uma superfície de separação (2a) que é suficiente para separar os fluidos nos microcanais formados.
[0076]. Embora a figura mostre espaçadores (2) em forma de tubos com seção transversal quadrada, deve ser ressaltado que tubos com seção transversal triangular, retangular, circular ou elíptica poderiam ser igualmente utilizadas.
[0077]. Da mesma maneira que a concretização mostrada nas figuras 1 , o empilhamento aqui compreende camadas intercaladas de tubos 2 dispostos em um primeiro sentido e camadas de tubos 2 dispostos em uma diferença de 90° em relação ao primeiro sentido.
[0078]. Adicionalmente, as camadas intercaladas podem incluir ainda tubos de perfil sólido (6) inseridos entre os espaçadores ocos (2) para aumentar a resistência mecânica do bloco formado.
[0079]. Também conforme as demais concretizações, o bloco formado pelo empilhamento dos espaçadores ocos (2) é submetido a um processo de soldagem.
[0080]. A soldagem do bloco formado é preferencialmente realizada por difusão e/ou brasagem, de modo que as uniões resultantes do processo de soldagem apresentam microestrutura similar e essencialmente as mesmas propriedades do material de base e de modo que as distorções são minimizadas sem a necessidade de posterior usinagem ou conformação.
[0081]. Esse processo possui a vantagem de não se utilizar placas intermediárias, aumentando assim, a eficiência de troca térmica, uma vez que espessura das paredes entre a primeira e segunda fileiras diminui. Além disso, ainda economiza-se material, fazendo com que o custo de fabricação seja menor.
[0082]. A figura 8 mostra um exemplo de construção de trocador de calor (10) com o núcleo do trocador (1 ) fabricado pelo processo da presente invenção.
[0083]. Como pode ser visto na figura 8, para a construção do trocador, bocais (7) são fixados às laterais do núcleo (1) por meio de solda.
[0084]. Alcança-se assim um processo de fabricação de núcleos de trocadores de calor de baixo custo de fabricação, com um melhor desempenho energético, microcanais de abertura variável e com uma melhor precisão dimensional.
[0085]. Deve ser entendido que a presente invenção possibilita uma grande flexibilidade na formação dos microcanais, já que os perfis sólidos utilizados para formação dos microcanais podem ter vários desenhos diferentes de corte. Nesse sentido, as figuras 9a e 9b mostram diferentes sinuosidades de corte que podem ser obtidos pelo processo da presente invenção, e as figuras 10a 10b mostram diferentes caminhos de fluxo que podem ser alcançados pelo processo da presente invenção.
[0086]. Tendo sido descrito exemplos de concretizações da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Processo para a fabricação de um núcleo (1 ) de um trocador de calor (10), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
a) dispor uma pluralidade de espaçadores (2, 20, 200) entre placas planas (3, 30, 300) na direção desejada, os espaçadores tendo uma altura que equivale substancialmente à altura de microcanais que serão criados no núcleo do trocador;
b) empilhar, de modo ordenado, um conjunto de placas planas (3, 30, 300) com espaçadores (2, 20, 200) entre as placas planas, de modo a formar um bloco de trocador; e
c) submeter o bloco formado a um processo de soldagem.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o processo de soldagem compreende um processo de soldagem por difusão ou um processo de soldagem por brasagem.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os espaçadores compreendem perfis ocos (2) em forma de tubo, e onde a etapa b) compreende:
b1 ) dispor os espaçadores (2) em guias espaçadoras (4);
b2) empilhar, de modo ordenado, um conjunto de placas planas (3) com os espaçadores (2) nas guias espaçadoras (4) entre as placas planas; b3) submeter o conjunto formado a um processo de prensagem; e b4) remover as guias espaçadoras (4).
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os espaçadores (20) compreendem perfis sólidos em formato de grelha (20) formados a partir de um processo de corte de uma placa plana.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os espaçadores (200) compreendem perfis sólidos em formato de pente (200) formados a partir de um processo de corte de uma placa plana.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de e) remoção de bordas laterais (220) dos espaçadores (200).
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o empilhamento da etapa (b) compreende a formação de camadas intercaladas, onde uma camada inclui espaçadores (2, 20, 200) dispostos em um primeiro sentido e a outra camada inclui espaçadores (2, 20, 200) dispostos com uma diferença de 90 graus em relação ao primeiro sentido.
8. Processo para a fabricação de um núcleo (1 ) de um trocador de calor (10), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
a) dispor uma primeira pluralidade de espaçadores ocos (2) arranjados lado a lado de modo a formar uma primeira camada de espaçadores dispostos lado a lado, os espaçadores definindo uma superfície de separação (2a);
b) dispor uma segunda pluralidade de espaçadores ocos (2) arranjados lado a lado em um sentido com uma diferença de 90 graus em relação ao sentido da primeira camada, de modo a formar uma segunda camada de espaçadores dispostos lado a lado, os espaçadores definindo uma superfície de separação (2a);
c) empilhar, de modo ordenado e intercalado, um conjunto de primeiras camadas e segunda camadas, de modo a formar um bloco de trocador; e
d) submeter o bloco formado a um processo de soldagem.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de incluir pelo menos um tubo de perfil sólido (6) entre pelo menos dois dos espaçadores ocos (2) das primeira e segunda camadas.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o processo de soldagem compreende um processo de soldagem por difusão ou um processo de soldagem por brasagem.
PCT/BR2014/000408 2014-11-14 2014-11-14 Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor Ceased WO2016074048A1 (pt)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BR2014/000408 WO2016074048A1 (pt) 2014-11-14 2014-11-14 Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BR2014/000408 WO2016074048A1 (pt) 2014-11-14 2014-11-14 Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016074048A1 true WO2016074048A1 (pt) 2016-05-19

Family

ID=55953474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BR2014/000408 Ceased WO2016074048A1 (pt) 2014-11-14 2014-11-14 Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016074048A1 (pt)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL439957A1 (pl) * 2021-12-23 2023-06-26 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Mikrokanałowy wymiennik płytowy o zredukowanej masie czynnika chłodniczego
FR3131773A1 (fr) 2022-01-11 2023-07-14 Wallace Technologies Echangeur de chaleur monocorps

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61175487A (ja) * 1985-01-30 1986-08-07 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器
JPS6229898A (ja) * 1985-07-30 1987-02-07 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器
US20040099712A1 (en) * 2002-11-27 2004-05-27 Tonkovich Anna Lee Microchannel apparatus, methods of making microchannel apparatus, and processes of conducting unit operations
US20040098854A1 (en) * 2002-11-27 2004-05-27 Schmitt Stephen C. Method of fabricating multi-channel devices and multi-channel devices therefrom
WO2011006613A2 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Bayer Technology Services Gmbh Wärmeübertragermodul und wärmeübertrager in kompakter bauweise

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61175487A (ja) * 1985-01-30 1986-08-07 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器
JPS6229898A (ja) * 1985-07-30 1987-02-07 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器
US20040099712A1 (en) * 2002-11-27 2004-05-27 Tonkovich Anna Lee Microchannel apparatus, methods of making microchannel apparatus, and processes of conducting unit operations
US20040098854A1 (en) * 2002-11-27 2004-05-27 Schmitt Stephen C. Method of fabricating multi-channel devices and multi-channel devices therefrom
WO2011006613A2 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Bayer Technology Services Gmbh Wärmeübertragermodul und wärmeübertrager in kompakter bauweise

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL439957A1 (pl) * 2021-12-23 2023-06-26 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Mikrokanałowy wymiennik płytowy o zredukowanej masie czynnika chłodniczego
PL245845B1 (pl) * 2021-12-23 2024-10-21 Nowacki Bartosz Przed Produkcyjno Handlowo Uslugowe Rebano Renata Bartosz Nowacki Mikrokanałowy wymiennik płytowy o zredukowanej masie czynnika chłodniczego
FR3131773A1 (fr) 2022-01-11 2023-07-14 Wallace Technologies Echangeur de chaleur monocorps
WO2023135461A1 (fr) 2022-01-11 2023-07-20 Wallace Technologies Echangeur de chaleur monocorps

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI463104B (zh) 熱交換器穿洞鰭
US11585612B2 (en) Heat exchangers with multi-layer structures
EP3521744B1 (en) Heat exchanger
RU2535187C1 (ru) Пластинчатый теплообменник с шахматным расположением каналов
JP2016512320A5 (pt)
CN104567509B (zh) 一种翅片型换热单元及制作方法及含有该单元的换热器
JPWO2018012558A1 (ja) 積層型ヒートシンクのコア
CN101871744A (zh) 具有在通路中形成多个通道的热交换结构的板式换热器
CN104807362A (zh) 一种高效板翅式换热器翅片
CN105823360A (zh) 含错排热管阵列的板式换热器
GB2552956A (en) Heat exchanger device
US4174987A (en) Method of making heat exchange structure
KR101233346B1 (ko) 접합금속을 이용한 마이크로 열교환기 및 그의 제조방법
CN103776285B (zh) 一种微通道换热器
CN107314699A (zh) 一种用于换热器的高性能换热片及其换热器
ITPD20120365A1 (it) Scambiatore di calore
WO2016074048A1 (pt) Processo para fabricação de um núcleo de um trocador de calor
CN104089498A (zh) 一种新型微通道换热器
DE19917521B4 (de) Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluids
CN108801008B (zh) 一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体
CN203980964U (zh) 集成式微通道换热器
CN204535515U (zh) 一种翅片型换热单元及含有该单元的换热器
EP3067652B1 (en) Heat exchanger and method for exchanging heat
CN102313401B (zh) 微通道换热器
CN204555764U (zh) 一种微通道换热器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14905691

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 20/09/2017)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14905691

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1