BR112022008060B1 - Placa de transferência de calor - Google Patents

Abstract

PLACA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR É provida uma placa de transferência de calor (8) para um trocador de calor de placa (2). Esta compreende uma área de transferência de calor (22) provida com um padrão de transferência de calor. O padrão de transferência de calor compreende cristas de transferência de calor alongadas dispostas alternadamente e vales de transferência de calor (36, 38), uma respectiva porção superior (40) das cristas de transferência de calor (36) que se estendem em um plano superior (T) e uma respectiva porção inferior (42) dos vales de transferência de calor (38) que se estendem no plano inferior (B). As cristas de transferência de calor (36) compreendem áreas de contato de crista (52, 62) dentro das quais as cristas de transferência de calor (36) são dispostas para encostar em uma primeira placa de transferência de calor adjacente (48) no trocador de calor de placa (2), e os vales de transferência de calor (38) compreendem áreas de contato de vale (54, 64) dentro das quais os vales de transferência de calor (38) são dispostos para encostar em uma segunda placa de transferência de calor adjacente (50) no trocador de calor de placa (2). Dentro de pelo menos metade da área de transferência de calor (22), as porções superiores (40) das cristas de transferência de calor (36) têm uma primeira largura w1 e (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A invenção se refere a uma placa de transferência de calor e seu projeto.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002] Os trocadores de calor de placa podem consistir tipicamente em duas placas de extremidade entre as quais várias placas de transferência de calor são dispostas de maneira alinhada, isto é, em uma pilha ou pacote. As placas de transferência de calor de um PHE podem ser do mesmo tipo ou de tipos diferentes e podem ser empilhadas de maneiras diferentes. Em alguns PHEs, as placas de transferência de calor são empilhadas com o lado frontal e o lado traseiro de uma placa de transferência de calor voltada para lado traseiro e o lado frontal, respectivamente, de outras placas de transferência de calor, e todas as outras placas de transferência de calor viradas de cabeça para baixo em relação ao resto das placas de transferência de calor. Normalmente, isso é denominado como as placas de transferência de calor que são “rotadas” uma em relação à outra. Em outros PHEs, as placas de transferência de calor são empilhadas com o lado frontal e o lado traseiro de uma placa de transferência de calor voltada para lado frontal e o lado traseiro, respectivamente, de outras placas de transferência de calor, e todas as outras placas de transferência de calor viradas de cabeça para baixo em relação para o resto das placas de transferência de calor. Normalmente, isso é denominado como as placas de transferência de calor que são “invertidas” uma em relação à outra.

[003] Em um tipo de PHEs bem conhecido, os chamados PHEs com gaxeta, as gaxetas são dispostas entre as placas de transferência de calor. As placas de extremidade e, portanto, as placas de transferência de calor, são pressionadas uma contra a outra por meio de algum tipo de meio de aperto, por meio do qual as juntas vedam entre as placas de transferência de calor. Canais de fluxo paralelo são formados entre as placas de transferência de calor, um canal entre cada par de placas de transferência de calor adjacentes. Dois fluidos de temperaturas inicialmente diferentes, que são alimentados de/para o PHE através de entradas/saídas, podem fluir alternadamente através de cada segundo canal para transferir calor de um fluido para o outro, cujos fluidos entram/saem dos canais através de orifícios de entrada/saída nas placas de transferência de calor que se comunicam com as entradas/saídas do PHE.

[004] Tipicamente, uma placa de transferência de calor compreende duas porções de extremidade e uma porção de transferência de calor intermediária. As porções de extremidade compreendem os orifícios de entrada e saída e áreas de distribuição prensadas com um padrão de distribuição de cristas e vales. Da mesma forma, a porção de transferência de calor compreende uma área de transferência de calor prensada com um padrão de transferência de calor de cristas e vales. As cristas e vales dos padrões de distribuição e transferência de calor da placa de transferência de calor são dispostos para contatar, em áreas de contato, as cristas e vales de distribuição e padrões de transferência de calor de placas de transferência de calor adjacentes em um trocador de calor de placa. A principal tarefa das áreas de distribuição das placas de transferência de calor é espalhar um fluido que entra no canal através da largura das placas de transferência de calor antes que o fluido atinja as áreas de transferência de calor e coletar o fluido e guiá-lo para fora do canal após ter passado pelas áreas de transferência de calor. Pelo contrário, a principal tarefa da área de transferência de calor é a transferência de calor.

[005] Como as áreas de distribuição e a área de transferência de calor têm tarefas principais diferentes, o padrão de distribuição normalmente difere do padrão de transferência de calor. O padrão de distribuição pode ser tal que ofereça uma resistência de fluxo relativamente fraca e baixa queda de pressão, o que normalmente está associado a um projeto de padrão mais “aberto”, como o denominado padrão de chocolate, oferecendo relativamente poucas, mas grandes áreas de contato entre placas de transferência de calor adjacentes. O padrão de transferência de calor pode ser tal que ofereça uma resistência de fluxo relativamente forte e alta queda de pressão, o que normalmente está associado a um projeto de padrão mais “denso”, como o denominado padrão de espinha de peixe, oferecendo mais áreas de contato, porém menores, entre placas de transferência de calor adjacentes.

[006] Em muitas aplicações, os fluxos dos dois fluidos a serem alimentados através do PHE são diferentes e/ou as características físicas dos dois fluidos são diferentes, o que para uma transferência de calor ideal pode exigir que os canais para receber um dos fluidos tenham diferentes características do que os canais para receber o outro dos fluidos. Em outros pedidos, é preferível ter características semelhantes para todos os canais. Conhecidas no mercado são placas de transferência de calor providas com os denominados padrões de transferência de calor assimétrico que, dependendo de como são empilhadas umas em relação às outras, podem prover diferentes tipos de canais. As Figuras 1a e 1b ilustram, cada uma, quatro placas de transferência de calor 1 que compreendem um padrão de transferência de calor que é assimétrico em que as cristas 3 são mais largas do que os vales 5. Na Figura 1a, as placas de transferência de calor 1 são “invertidas” uma em relação à outra, de modo que as cristas 3 das placas de transferência de calor 1 se encostam em áreas de contato, enquanto os vales 5 das placas de transferência de calor 1 encostam uma na outra em áreas de contato. Como fica claro na Figura 1a, tal “inversão” de placa cria canais de características diferentes, mais particularmente volumes diferentes. Na Figura 1b, as placas de transferência de calor 1 são “rotadas” uma em relação à outra, de modo que as cristas 3 e os vales 5 de uma placa de transferência de calor encostam, em áreas de contato, os vales 5 e as cristas 3, respectivamente, do calor adjacente placas de transferência 1. Como fica claro na Figura 1b, essa “rotação” da placa cria canais de características semelhantes, mais particularmente volumes semelhantes.

[007] Mesmo que as placas de transferência de calor 1 ilustradas nas Figuras 1a e 1b possam ser usadas para, de forma direta, criar diferentes tipos de canais dependendo de como as placas são orientadas uma em relação à outra, podendo ocorrer deformação da placa nas áreas de contato, especialmente no caso de rotação ilustrado na Figura 1b onde os vales mais estreitos 5 encostam nas cristas mais largas 3. Durante a compressão de um pacote de placas que compreende as placas de transferência de calor 1 da Figura 1b, os vales 5 podem “cortar” e deformar as cristas 3. Isso limita desnecessariamente o desempenho de pressão das placas de transferência de calor.

[008] A EP2886997 descreve uma placa de transferência de calor compreendendo uma porção de borda que é corrugada de modo a compreender cristas e vales dispostos alternadamente que são afunilados em direção a uma borda da placa de transferência de calor.

[009] A EP2741041 descreve uma placa de transferência de calor que inclui, em uma porção da mesma que forma uma passagem de troca de calor, uma porção central corrugada incluindo uma pluralidade de partes superiores e uma pluralidade de partes inferiores providas alternadamente. A placa de transferência de calor também inclui uma porção de extremidade corrugada conectada à porção central corrugada. As partes superiores da porção central corrugada têm uma largura maior do que as portas superiores da porção de extremidade corrugada.

[0010] A EP0014066 descreve uma placa de transferência de calor provida de uma corrugação que define cristas e ranhuras cuja largura e/ou profundidade varia em uma direção transversal à direção do fluxo.

SUMÁRIO

[0011] Um objetivo da presente invenção é prover uma placa de transferência de calor que resolva pelo menos parcialmente o problema da técnica anterior discutido acima. O conceito básico da invenção é alterar localmente o padrão de transferência de calor da placa de transferência de calor, o que pode reduzir a diferença entre a largura das porções inferiores dos vales e a largura das porções superiores das cristas. A placa de transferência de calor, que também é citada no presente documento apenas como “placa”, para atingir o objetivo acima é definida nas reivindicações anexas e discutida abaixo.

[0012] Uma placa de transferência de calor de acordo com a invenção está disposta para ser compreendida em um trocador de calor de placa. Esta compreende uma primeira área de distribuição, uma área de transferência de calor e uma segunda área de distribuição dispostas sucessivamente ao longo de um eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor. O eixo geométrico central longitudinal se estende perpendicularmente a um eixo geométrico central transversal da placa de transferência de calor. A área de transferência de calor é provida com um padrão de transferência de calor que difere de um padrão dentro da primeira e segunda áreas de distribuição. A primeira área de distribuição é contígua à área de transferência de calor ao longo de uma linha limítrofe superior. Da mesma forma, a segunda área de distribuição é adjacente à área de transferência de calor ao longo de uma linha limítrofe inferior. O padrão de transferência de calor compreende cristas de transferência de calor alongadas e dispostas alternadamente e vales de transferência de calor. As cristas de transferência de calor e os vales de transferência de calor se estendem obliquamente em relação ao eixo central transversal da placa de transferência de calor. Uma respectiva porção superior das cristas de transferência de calor se estende em um plano superior e uma respectiva porção inferior dos vales de transferência de calor se estende em um plano inferior. Os planos superior e inferior são paralelos entre si. Um plano central que se estende a meio caminho entre e paralelo aos planos superior e inferior define um limite entre as cristas de transferência de calor e os vales de transferência de calor. As cristas de transferência de calor compreendem áreas de contato de crista dentro das quais as cristas de transferência de calor estão dispostas para encostar em uma primeira placa de transferência de calor adjacente no trocador de calor de placa. Da mesma forma, os vales de transferência de calor compreendem áreas de contato de vale dentro das quais os vales de transferência de calor são dispostos para encostar em uma segunda placa de transferência de calor adjacente no trocador de calor de placa. Dentro de pelo menos metade da área de transferência de calor, as porções superiores das cristas de transferência de calor têm uma primeira largura w1 e as porções inferiores dos vales de transferência de calor têm uma segunda largura w2. A largura das porções superior e inferior é medida perpendicularmente a uma extensão longitudinal das cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor, e w1#w2. A placa de transferência de calor é distinguida por a porção superior de várias primeiras cristas de transferência de calor das cristas de transferência de calor, dentro de uma respectiva primeira área de contato da crista das áreas de contato da crista, ter uma terceira largura w3. Se w1>w2, então w3<w1, e se w1<w2, então w3>w1.

[0013] As cristas de transferência de calor se projetam para cima a partir do plano central, e os vales de transferência de calor descem a partir do plano central, quando a placa se encontra, com uma orientação de referência específica, em uma superfície plana. Obviamente, quando a placa está em uso em um trocador de calor de placa, as cristas de transferência de calor não precisam se projetar para cima, mas podem, por exemplo, apontar para baixo ou para o lado. Da mesma forma, quando a placa está em uso em um trocador de calor de placa, os vales de transferência de calor não precisam descer, mas podem, por exemplo, apontar para cima ou para o lado. Naturalmente, as cristas e vales de transferência de calor quando a placa é vista de um lado, são vales e cristas de transferência de calor, respectivamente, quando a placa é vista do lado oposto. Um raciocínio correspondente é válido para as linhas limítrofes superior e inferior. A linha limítrofe inferior pode ser disposta acima da linha limítrofe superior dependendo da orientação da placa de transferência de calor.

[0014] Os planos superior, inferior e central são imaginários.

[0015] A porção superior de uma crista de transferência de calor é a porção da crista de transferência de calor que se estende no plano superior. Da mesma forma, a porção inferior de um vale de transferência de calor é a porção do vale de transferência de calor que se estende no plano inferior.

[0016] O número de primeiras cristas de transferência de calor e o número de áreas de contato da primeira crista por primeira crista de transferência de calor podem ser um ou mais.

[0017] A placa de transferência de calor pode, ou não, ser do mesmo tipo que uma ou ambas as primeiras e segundas placas de transferência de calor.

[0018] No presente documento, quando se fala de larguras das porções superior e inferior, as larguras das porções superior e inferior completas são citadas, se nada mais for dito. Por exemplo, nas extremidades das cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor, as porções superior e inferior podem ser chanfradas e não completas se as cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor se estenderem oblíquas em relação ao eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor, que é tipicamente o caso.

[0019] Em que as porções superiores das cristas de transferência de calor têm uma largura que é diferente da largura das porções inferiores dos vales de transferência de calor dentro de pelo menos metade da área de transferência de calor, a placa de transferência de calor é assimétrica em relação ao plano central dentro de pelo menos metade da área de transferência de calor. Dentro das primeiras áreas de contato das cristas das primeiras cristas de transferência de calor, a largura da porção superior é aumentada ou diminuída de modo a se aproximar, ou mesmo igualar, à largura da porção inferior dos vales de transferência de calor dentro da dita pelo menos metade da área de transferência de calor. Assim, quando a placa de transferência de calor é colocada em contato com outra placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção, as áreas de contato das duas placas de transferência de calor podem ser localmente mais do mesmo tamanho do que teria sido o caso sem a mudança local da largura da porção superior dentro das primeiras áreas de contato da crista. Consequentemente, o risco de uma das placas de transferência de calor “cortar” a outra das placas de transferência de calor pode ser reduzido.

[0020] As cristas de transferência de calor e os vales de transferência de calor podem ser retos. Além disso, as cristas de transferência de calor e os vales de transferência de calor podem formar ondulações em forma de V. Os vértices destas ondulações em forma de V podem ser dispostos ao longo do eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor.

[0021] A primeira e segunda larguras w1 e w2 podem ser constantes.

[0022] A placa de transferência de calor pode ainda compreender uma porção de linha limítrofe externa envolvendo a primeira e a segunda áreas de distribuição e a área de transferência de calor. A porção de linha limítrofe externa pode compreender ondulações que se estendem entre e nos planos superior e inferior. A porção de linha limítrofe externa completa, ou apenas uma ou mais porções da mesma, pode compreender ondulações. As ondulações podem ser distribuídas de maneira uniforme ou desigual ao longo da porção da linha limítrofe e podem ou não parecer todas iguais. As ondulações podem definir cristas e vales que podem dar à porção de linha limítrofe um desenho em forma de onda.

[0023] A placa de transferência de calor pode ainda compreender uma ranhura de gaxeta disposta para receber uma gaxeta. Ao longo de dois lados longos opostos da área de transferência de calor, a ranhura da gaxeta pode delimitar ou limitar a área de transferência de calor e se estender entre a área de transferência de calor e a porção de linha limítrofe externa.

[0024] A placa de transferência de calor pode ser tal que w3>w2 se w1>w2, o que significa que a largura da porção superior dentro das primeiras áreas de contato da crista é diminuída, mas mantida não menor que a largura da porção inferior dentro da dita pelo menos metade da área de transferência de calor. Pelo contrário, a placa de transferência de calor pode ser tal que w3<w2 se w1<w2, o que significa que a largura da porção superior dentro das primeiras áreas de contato da crista é aumentada, mas mantida não maior do que a largura da porção inferior dentro da dita pelo menos metade da a área de transferência de calor. Se w3=w2, a largura da porção superior dentro das primeiras áreas de contato da crista é aumentada ou diminuída de modo a ficar igual à largura da porção inferior dos vales de transferência de calor dentro da dita pelo menos metade da área de transferência de calor. Isso pode, quando a placa de transferência de calor é colocada em contato com outra placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção, minimizar o risco de uma das placas de transferência de calor “cortar” a outra das placas de transferência de calor.

[0025] A placa de transferência de calor pode ser tal que, com referência a um corte transversal através e perpendicular à extensão longitudinal das cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor, as primeiras cristas de transferência de calor, dentro das primeiras áreas de contato da crista e a os vales de transferência dentro da dita pelo menos metade da área de transferência de calor são simétricos em relação ao dito plano central. Esta modalidade pode tornar a placa de transferência de calor geralmente assimétrica localmente simétrica. Por sua vez, isto pode, quando a placa de transferência de calor é colocada em contato com outra placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção, minimizar o risco das placas de transferência de calor se deformarem umas às outras.

[0026] A placa de transferência de calor pode ser projetada de modo que w1>w2, isto é, de modo que as porções superiores das cristas de transferência de calor sejam mais largas do que as porções inferiores dos vales de transferência de calor dentro de pelo menos metade da área de transferência de calor. Adicionalmente, a porção inferior de vários primeiros vales de transferência de calor dos vales de transferência de calor pode, dentro de uma respectiva primeira área de contato de vale das áreas de contato de vale, ter uma quarta largura w4, em que w2 <w4. Assim, a largura da porção superior é diminuída dentro das primeiras áreas de contato de crista das primeiras cristas de transferência de calor, enquanto a largura da porção inferior é aumentada dentro das primeiras áreas de contato de vale dos primeiros vales de transferência de calor. Isso pode permitir variações menores na largura das porções superiores das cristas de transferência de calor, em comparação com o caso de se apenas a largura da porção superior for alterada localmente, o que pode melhorar a resistência da placa de transferência de calor e facilitar a fabricação da placa de transferência de calor.

[0027] O número de primeiros vales de transferência de calor e o número de áreas de contato do primeiro vale por primeiro vale de transferência de calor podem ser um ou mais.

[0028] Quando w1>w2 a placa de transferência de calor pode ser tal que w4<w3, o que significa que a largura da porção superior é mantida não menor que a largura da porção inferior dentro da área de transferência de calor completa. Se w4=w3, a largura da porção superior dentro das primeiras áreas de contato da crista das primeiras cristas de transferência de calor é igual à largura da porção inferior dentro das áreas de contato do primeiro vale dos primeiros vales de transferência de calor. Isso pode, quando a placa de transferência de calor é colocada em contato com outra placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção, minimizar o risco de uma das placas de transferência de calor “cortar” a outra das placas de transferência de calor.

[0029] Com referência a um corte transversal através e perpendicular à extensão longitudinal das cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor, as primeiras cristas de transferência de calor, dentro das primeiras áreas de contato de crista e os primeiros vales de transferência de calor, dentro do primeiro contato de vale áreas, podem ser simétricas em relação ao dito plano central. Esta modalidade pode tornar a placa de transferência de calor geralmente assimétrica localmente simétrica. Por sua vez, isto pode, quando a placa de transferência de calor é colocada em contato com outra placa de transferência de calor de acordo com a presente invenção, minimizar o risco das placas de transferência de calor se deformarem umas às outras.

[0030] De acordo com as discussões anteriores, a primeira e a segunda áreas de distribuição são normalmente providas com um padrão que oferece poucas, mas grandes áreas de contato entre placas de transferência de calor adjacentes, enquanto a área de transferência de calor normalmente é provida com um padrão que oferece mais, mas menor, contato áreas entre placas de transferência de calor adjacentes. Assim, a distância entre áreas de contato adjacentes dentro da primeira e segunda áreas de distribuição pode ser tipicamente maior do que a distância entre áreas de contato adjacentes dentro da área de transferência de calor. Um pacote de placas de transferência de calor alinhadas é tipicamente mais fraco onde a distância entre as áreas de contato adjacentes é relativamente grande. Adicionalmente, na transição entre as áreas de distribuição e transferência de calor, isto é, onde o padrão da placa muda, as áreas de contato são tipicamente relativamente espalhadas, o que pode impactar negativamente a resistência do pacote de placas de transferência de calor na transição. Onde o conjunto de placas é menos forte, é mais propenso a deformações que podem resultar em mau funcionamento do trocador de calor de placa.

[0031] Consequentemente, uma vez que a placa de transferência de calor pode ser a mais propensa à deformação perto da primeira e segunda áreas de distribuição, cada um dos primeiros vales de transferência de calor pode se estender a partir de uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior.

[0032] Analogamente, para cada um dos primeiros vales de transferência de calor, a primeira área de contato do vale pode ser a área de contato do vale disposta mais próxima da dita uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior, uma vez que a deformação da placa é mais provável de ocorrer no presente documento. Naturalmente, no caso de um primeiro vale de transferência de calor compreender apenas uma área de contato do vale, este é o citado neste contexto.

[0033] De acordo com o acima exposto, as primeiras áreas de contato de vale podem ser compreendidas em uma respectiva porção de extremidade dos primeiros vales de transferência de calor, cuja porção de extremidade se estende a partir de uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior e tem uma largura constante dentro da porção de fundo. Tal modalidade pode facilitar o projeto e fabricação da placa de transferência de calor.

[0034] A placa de transferência de calor pode ser construída de modo que uma posição absoluta, em relação aos eixos geométricos centrais longitudinal e transversal da placa de transferência de calor, de uma respectiva das primeiras áreas de contato de crista dispostas dentro de um quadrante superior direito, quadrante superior esquerdo, inferior o quadrante direito e o quadrante inferior esquerdo, respectivamente, da placa de transferência de calor, está pelo menos parcialmente sobreposto a uma posição absoluta, em relação aos eixos geométricos centrais longitudinal e transversal da placa de transferência de calor, de um respectivo das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro de um quadrante inferior esquerdo, quadrante inferior direito, quadrante superior esquerdo e quadrante superior direito, respectivamente, da placa de transferência de calor. Os eixos geométricos centrais longitudinal e transversal dividem a placa de transferência de calor em quatro quadrantes. “Superior direito”, “inferior esquerdo”, etc. são atributos usados apenas para definir os quadrantes da placa de transferência de calor quando dispostas em uma direção de referência específica e não impõem limitações quanto à orientação da placa de transferência de calor quando disposta em um trocador de calor de placa. Por posição absoluta, entende-se uma posição a uma certa distância dos eixos geométricos longitudinal e transversal em qualquer direção dos eixos geométricos, isto é, em ambos os lados dos eixos geométricos. Quando a placa de transferência de calor de acordo com esta modalidade é colocada em contato com outra placa de transferência de calor suspensa “rotada” de acordo com esta modalidade, a dita respectiva uma das primeiras áreas de contato de crista dispostas dentro do quadrante superior direito, quadrante superior esquerdo, quadrante inferior direito, e quadrante inferior esquerdo, respectivamente, da placa de transferência de calor podem encostar em uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro do quadrante inferior esquerdo, quadrante inferior direito, quadrante superior esquerdo e quadrante superior direito, respectivamente, placa de transferência de calor aérea. Da mesma forma, quando a placa de transferência de calor de acordo com esta modalidade é colocada em contato com outra placa de transferência de calor subjacente “rotada” de acordo com esta modalidade, a dita uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro do quadrante superior direito, quadrante superior esquerdo, inferior quadrante direito e quadrante inferior esquerdo, respectivamente, da placa de transferência de calor pode encostar em uma das primeiras áreas de contato de crista dispostas dentro do quadrante inferior esquerdo, quadrante inferior direito, quadrante superior esquerdo e quadrante superior direito, respectivamente, da base placa de transferência de calor.

[0035] A placa de transferência de calor pode ser construída de modo que um espelhamento, através do eixo geométrico central transversal da placa de transferência de calor, de uma posição de uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro de uma metade superior da placa de transferência de calor, seja pelo menos parcialmente sobreposto com uma posição de uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro de uma metade inferior da placa de transferência de calor. Quando a placa de transferência de calor de acordo com esta modalidade é colocada em contato com outra placa de transferência de calor subjacente “invertida” de acordo com esta modalidade, a dita uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro da metade superior da placa de transferência de calor pode encostar em uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro da metade inferior da placa de transferência de calor subjacente. Adicionalmente, a dita uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro da metade inferior da placa de transferência de calor pode encostar em uma das primeiras áreas de contato de vale dispostas dentro da metade superior da placa de transferência de calor subjacente.

[0036] Analogamente, a placa de transferência de calor pode ser construída de modo que um espelhamento, através do eixo geométrico central transversal da placa de transferência de calor, de uma posição de uma das primeiras áreas de contato de crista dispostas dentro de uma metade superior da placa de transferência de calor, esteja pelo menos sobrepondo-se parcialmente com uma posição de uma das primeiras áreas de contato de cumeeira dispostas dentro de uma metade inferior da placa de transferência de calor. Quando a placa de transferência de calor de acordo com esta modalidade é colocada em contato com outra placa de transferência de calor suspensa “invertida” de acordo com esta modalidade, a dita uma das primeiras áreas de contato de crista disposta dentro da metade superior da placa de transferência de calor pode encostar em uma das primeiras áreas de contato da crista dispostas dentro da metade inferior da placa de transferência de calor suspensa. Adicionalmente, a dita uma das primeiras áreas de contato de crista disposta dentro da metade inferior da placa de transferência de calor pode encostar em uma das primeiras áreas de contato de crista dispostas dentro da metade superior da placa de transferência de calor suspensa.

[0037] Conforme discutido acima, uma vez que a placa de transferência de calor pode ser a mais propensa à deformação perto da primeira e da segunda áreas de distribuição, cada uma das primeiras cristas de transferência de calor pode se estender a partir de uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior.

[0038] Analogamente, para cada uma das primeiras cristas de transferência de calor, a primeira área de contato da crista pode ser a área de contato da crista disposta mais próxima da dita uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior, uma vez que a deformação da placa é mais provável de ocorrer no presente documento. Naturalmente, no caso de uma primeira crista de transferência de calor compreender apenas uma área de contato da crista, esta é a citada neste contexto.

[0039] De acordo com o acima exposto, as primeiras áreas de contato de crista podem ser compreendidas em uma respectiva porção de extremidade das primeiras cristas de transferência de calor, cuja porção de extremidade se estende a partir de uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior e tem uma largura constante dentro da porção superior. Tal modalidade pode facilitar o projeto e fabricação da placa de transferência de calor.

[0040] As linhas limítrofes superior e inferior podem ser não retas, isto é, não se estendem perpendicularmente ao eixo geométrico central longitudinal. Assim, a resistência à flexão da placa de transferência de calor pode ser aumentada em comparação com o caso de se as linhas limítrofes superior e inferior fossem retas, caso em que as linhas limítrofes superior e inferior poderiam servir como linhas de flexão da placa de transferência de calor.

[0041] As linhas limítrofes superior e inferior podem ser curvas ou arqueadas ou convexas de modo a se projetarem em direção à área de transferência de calor. Essas linhas limítrofes superiores e inferiores curvas são mais longas do que seriam as linhas limítrofes superior e inferior retas correspondentes, o que resulta em uma maior “saída” e uma maior “entrada” das áreas de distribuição. Por sua vez, isso contribui para a distribuição de fluido ao longo da largura da placa de transferência de calor e a coleta de fluido que passou pela área de transferência de calor. Assim, as áreas de distribuição podem ser reduzidas com eficiência de distribuição e coleta mantida.

[0042] Deve-se enfatizar que as vantagens da maioria, se não de todas, as características discutidas acima da placa de transferência de calor inventiva aparecem quando a placa de transferência de calor é combinada com outras placas de transferência de calor adequadamente construídas em um pacote de placas.

[0043] Ainda outros objetivos, características, aspectos e vantagens da invenção aparecerão na descrição detalhada a seguir, bem como nos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0044] A invenção será agora descrita em mais detalhes com referência aos desenhos esquemáticos anexos, nos quais A Figura 1a ilustra esquematicamente os canais formados entre as placas de transferência de calor da técnica anterior quando empilhadas de uma primeira maneira, A Figura 1b ilustra esquematicamente os canais formados entre as placas de transferência de calor da Figura 1a quando empilhadas de uma segunda maneira, A Figura 2 é uma vista lateral esquemática de um trocador de calor de placa A Figura 3 é uma vista plana esquemática de uma placa de transferência de calor de acordo com a invenção, A Figura 4 ilustra esquematicamente uma seção transversal geral de um padrão de transferência de calor da placa de transferência de calor da Figura 3, A Figura 5 ilustra esquematicamente uma seção transversal local de um padrão de transferência de calor da placa de transferência de calor da Figura 3, A Figura 6a ilustra esquematicamente canais formados entre placas de transferência de calor de acordo com a invenção, dentro de uma porção de área de transferência de calor maior, quando empilhados de uma primeira maneira, A Figura 6b ilustra esquematicamente canais formados entre placas de transferência de calor de acordo com a invenção, dentro de uma porção de área de transferência de calor menor, quando empilhadas da primeira maneira, A Figura 7a ilustra esquematicamente canais formados entre placas de transferência de calor de acordo com a invenção, dentro de uma porção de área de transferência de calor maior, quando empilhados de uma segunda maneira, A Figura 7b ilustra esquematicamente canais formados entre placas de transferência de calor de acordo com a invenção, dentro de uma porção de área de transferência de calor menor, quando empilhadas da segunda maneira, A Figura 8 ilustra esquematicamente localizações de áreas de contato de crista e vale quando a placa de transferência de calor da Figura 3 está disposta entre duas outras placas de transferência de calor de acordo com a Figura 3 em um pacote de placas e A Figura 9 ilustra esquematicamente as localizações das primeiras áreas de contato de crista e vale da placa de transferência de calor da Figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0045] Com referência à Figura 2, é mostrado um trocador de calor de placa vedado 2. Esta compreende uma primeira placa de extremidade 4, uma segunda placa de extremidade 6 e várias placas de transferência de calor, uma delas denominada 8, dispostas em um conjunto de placas 10 entre a primeira e a segunda placa de extremidade 4 e 6, respectivamente. As placas de transferência de calor são todas do mesmo tipo e “rotadas” uma em relação à outra.

[0046] As placas de transferência de calor são separadas umas das outras por gaxetas (não mostradas). As placas de transferência de calor juntamente com as gaxetas formam canais paralelos dispostos para receber alternadamente dois fluidos ou meios para transferir calor de um fluido ou meio para o outro. Para este fim, um primeiro fluido é disposto para fluir em cada segundo canal e um segundo fluido é disposto para fluir nos canais restantes. O primeiro fluido entra e sai do trocador de calor de placa 2 através de uma entrada 12 e uma saída 14, respectivamente. Da mesma forma, o segundo fluido entra e sai do trocador de calor de placa 2 através de uma entrada e uma saída (não visíveis nas figuras), respectivamente. Para que os canais sejam à prova de vazamentos, as placas de transferência de calor devem ser pressionadas umas contra as outras, de modo que as gaxetas vedem entre as placas de transferência de calor. Para este fim, o trocador de calor de placa 2 compreende vários meios de aperto 16 dispostos para pressionar a primeira e a segunda placas de extremidade 4 e 6, respectivamente, uma contra a outra.

[0047] O projeto e a função dos trocadores de calor de placa com gaxeta são bem conhecidos e não serão descritos em detalhes no presente documento.

[0048] A placa de transferência de calor 8 será agora descrita com referência às Figuras 3, 4 e 5 que ilustram a placa de transferência de calor completa e as seções transversais da placa de transferência de calor. A placa de transferência de calor 8 é uma folha essencialmente retangular de aço inoxidável prensada, de maneira convencional, em uma ferramenta de prensagem, para obter a estrutura desejada. Este define um plano superior T, um plano inferior B e um plano central C (veja também a Figura 2) que são paralelos entre si e ao plano da figura da Figura 3. O plano central C se estende a meio caminho entre os planos superior e inferior, T e B, respectivamente. Adicionalmente, a placa de transferência de calor tem um eixo geométrico central longitudinal l e um eixo geométrico central transversal t dividindo a placa de transferência de calor 8 em quadrantes superiores direito e esquerdo a e b, e quadrantes inferiores direito e esquerdo c e d.

[0049] A placa de transferência de calor 8 compreende uma primeira área de extremidade 18, uma segunda área de extremidade 20 e uma área de transferência de calor 22 disposta entre elas. Por sua vez, a primeira área de extremidade 18 compreende um orifício de porta de entrada 24 para o primeiro fluido e um orifício de porta de saída 26 para o segundo fluido disposto para comunicação com a entrada 12 para o primeiro fluido e a saída para o segundo fluido, respectivamente, de o trocador de calor de placa 2. Adicionalmente, a primeira área de extremidade 18 compreende uma primeira área de distribuição 28 provida com um padrão de distribuição na forma do chamado padrão de chocolate. Da mesma forma, por sua vez, a segunda área de extremidade 20 compreende um orifício de porta de saída 30 para o primeiro fluido e um orifício de porta de entrada 32 para o segundo fluido disposto para comunicação com a saída 14 do primeiro fluido e a entrada do segundo fluido, respectivamente, do trocador de calor de placa 2. Adicionalmente, a segunda área de extremidade 20 compreende uma segunda área de distribuição 34 provida com um padrão de distribuição na forma do chamado padrão de chocolate. As estruturas da primeira e segunda áreas de extremidade são as mesmas, mas espelhadas invertidas em relação ao eixo geométrico central transversal t.

[0050] A placa de transferência de calor 8 compreende ainda uma porção de linha limítrofe externa 35 que se estende em torno da primeira e segunda áreas de extremidade 18 e 20, respectivamente, e a área de transferência de calor 22. A porção de linha limítrofe externa 35 compreende ondulações que se estendem entre e nos planos superior e inferior T e B para definir cumes de linha limítrofe 37 e vales de linha limítrofe 39. A placa de transferência de calor 8 compreende ainda uma ranhura de gaxeta 41 disposta para receber uma gaxeta. Ao longo de dois lados longos opostos 43 e 45 da área de transferência de calor 22, a ranhura da gaxeta 41 delimita ou limita a área de transferência de calor 22 e se estende entre a área de transferência de calor 22 e a porção de linha limítrofe externa 35. O projeto de ranhuras de gaxetas de trocadores de calor de placa gaxetada é bem conhecido e não será descrito em detalhes no presente documento.

[0051] A área de transferência de calor 22 é provida com um padrão de transferência de calor na forma do denominado padrão de espinha de peixe. Este compreende cristas de transferência de calor alongadas retas 36 e vales de transferência de calor 38 dispostos alternadamente, doravante no presente documento também citados apenas cristas e vales, em relação ao plano central C que define a transição entre as cristas e os vales. As cristas e vales 36 e 38 se estendem obliquamente em relação ao eixo geométrico central transversal t e formam ondulações em forma de V, cujos ápices estão dispostos ao longo do eixo geométrico central longitudinal l da placa de transferência de calor 8. Com referência às Figuras 4 e 5, uma respectiva porção superior 40 das cristas 36 se estende no plano superior T, enquanto uma respectiva porção inferior 42 dos vales 38 se estende no plano inferior B. A área de transferência de calor 22 se une à primeira e segunda áreas de distribuição 28 e 34, respectivamente, ao longo das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46, respectivamente (Figura 3).

[0052] Como será discutido mais adiante, no trocador de calor de placa 2, a placa de transferência de calor 8 está disposta para ser posicionada entre uma primeira placa de transferência de calor 48 e uma segunda placa de transferência de calor 50, conforme ilustrado nas Figuras 6a e 6b. Disposta assim, a porção de linha limítrofe externa corrugada 35 da placa de transferência de calor 8 irá encostar nas porções de linha limítrofe externa corrugada das placas de transferência de calor 48 e 50. Adicionalmente, o padrão de transferência de calor da placa de transferência de calor 8 cruzará os padrões de transferência de calor das placas de transferência de calor 48 e 50, conforme ilustrado esquematicamente, para uma porção superior esquerda da área de transferência de calor 22 da placa de transferência de calor 8, na Figura 8. Mais particularmente, uma vez que as placas são “rotadas” uma em relação à outra, as cristas 36 (ilustradas por linhas sólidas mais espessas) da placa de transferência de calor 8 irão, nas áreas de contato da crista 52 (algumas das quais são ilustradas por círculos afogados com linhas), cruzam e encostam nos vales (ilustrados por linhas tracejadas mais finas) da primeira placa de transferência de calor 48. Adicionalmente, os vales 38 (ilustrados por linhas sólidas mais finas) da placa de transferência de calor 8 irão, em áreas de contato de vale 54 (algumas das quais são ilustradas por círculos afogados com linhas mais finas), cruzar e encostar nas cristas (ilustradas por linhas tracejadas mais grossas) da segunda placa de transferência de calor 50.

[0053] Todas as cristas e vales 36 e 38, exceto as cristas e vales que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46, têm cortes transversais essencialmente constantes ao longo de seus comprimentos, cujos cortes transversais são ilustrados na Figura 4. Nestes cortes transversais, as porções superiores 40 das cristas 36 têm uma primeira largura w1, enquanto as porções inferiores 42 dos vales 38 têm uma segunda largura w2, sendo a largura das porções superior e inferior 40 e 42 medida perpendicularmente a uma extensão longitudinal das cristas e vales 36 e 38. w1 é maior que w2, o que significa que as porções superiores 40 são mais largas que as porções inferiores 42.

[0054] As cristas de transferência de calor 36 e os vales de transferência de calor 38 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 têm cortes transversais que variam ao longo de seus comprimentos. As cristas e vales 36 e 38 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 têm cortes transversais como ilustrado na Figura 5 dentro das tiras superior e inferior 56 e 58, respectivamente, da área de transferência de calor 22 (Figura 3), isto é, dentro de uma respectiva porção de extremidade 36' e 38' estendendo-se das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 (ilustradas na Figura 8 para a linha limítrofe superior 44). A tira superior 56 se estende ao longo e imediatamente adjacente à linha limítrofe superior 44 com uma largura uniforme, enquanto a tira inferior 58 se estende ao longo e imediatamente adjacente à linha limítrofe inferior 46 com a mesma largura uniforme, como é ilustrado, para a tira superior 56, pela linha tracejada que se estende paralelamente à linha limítrofe superior 44, na Figura 8. Dentro das tiras superior e inferior 56 e 58, as porções superiores 40 das cristas 36 têm uma terceira largura w3 e as porções inferiores 42 dos vales 38 têm uma quarta largura w4, w3<w1 e w2<w4. No presente documento w3=w4 o que significa que as porções superior e inferior são de largura igual dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. Adicionalmente, dentro das tiras superior e inferior 56 e 58, as cristas 36 e os vales 38 são simétricos em relação ao eixo geométrico central C. Assim, dentro das tiras superior e inferior 56 e 58, as cristas e vales 36 e 38 têm uma largura da porção superior localmente diminuída e largura da porção inferior localmente aumentada, respectivamente. Fora das tiras superior e inferior 56 e 58, as cristas e vales 36 e 38 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 têm cortes transversais conforme ilustrado na Figura 4, isto é, uma largura da porção superior que excede a largura da porção inferior.

[0055] Consequentemente, as tiras superior e inferior 56 e 58 da área de transferência de calor 22 são providas com um padrão de transferência de calor simétrico, enquanto o restante da área de transferência de calor é provido com um padrão de transferência de calor assimétrico geral.

[0056] Com referência às Figuras 3 e 8, pelo menos algumas (no presente documento, todas, mas possivelmente as mais externas) das cristas de transferência de calor 36 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 compreendem uma área de contato da crista 52 disposta dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. No presente documento, essas cristas de transferência de calor e áreas de contato de crista são denominadas como primeiras cristas de transferência de calor ou apenas primeiras cristas 36a e primeiras áreas de contato de crista 52a. Da mesma forma, pelo menos alguns (no presente documento, todos, exceto possivelmente os mais externos) dos vales de transferência de calor 38 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 compreendem uma área de contato de vale 54 disposta dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. No presente documento, esses vales de transferência de calor e áreas de contato de vale são denominados como primeiros vales de transferência de calor ou apenas primeiros vales 38a e áreas de primeiro contato de vale 54a.

[0057] Como é claro a partir das figuras, as linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 que definem a extensão da primeira e segunda áreas de distribuição 28 e 34 e a área de transferência de calor 22 são curvadas e salientes para fora em direção ao eixo geométrico central transversal t da placa de transferência de calor 8 para melhorar a resistência e a capacidade de distribuição de fluxo da placa de transferência de calor 8. Por causa desta curvatura limítrofe, a distância entre as áreas de contato de crista e vale adjacentes 52 e 54 perto das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 pode ser maior do que se as linhas limítrofes superior e inferior fossem retas. Uma distância maior entre as áreas de contato adjacentes pode resultar em um risco aumentado de deformação da placa quando a placa de transferência de calor 8 está disposta entre a primeira e a segunda placas de transferência de calor 48 e 50 no pacote de placas 10 no trocador de calor de placa 2, especialmente durante a operação do trocador de calor. Adicionalmente, outro fator que pode aumentar o risco de deformação da placa é um padrão de transferência de calor assimétrico que compreende cristas e vales que têm porções superior e inferior, respectivamente, de diferentes larguras. Com um padrão de transferência de calor tão assimétrico, o risco de deformação é maior quando as placas de transferência de calor são “rotadas” uma em relação à outra no pacote de placas, caso em que as porções superiores da crista e as porções inferiores do vale de uma placa de transferência de calor encostam nas porções de fundo de vale e porções de topo das placas de transferência de calor adjacentes. De acordo com a presente invenção a diferença entre a largura da porção superior da crista e a largura da porção inferior do vale é reduzida, ou mesmo apagada, localmente, próximo às linhas limítrofes superior e inferior onde o risco de deformação da placa é maior, o que reduz o risco de placa deformação. Assim, a resistência da placa de transferência de calor é melhorada, enquanto a placa de transferência de calor mantém suas propriedades assimétricas na maior parte da área de transferência de calor e suas características assimétricas gerais. As tiras superior e inferior dentro das quais o padrão de transferência de calor é alterado localmente são suficientemente largas para compreender pelo menos uma área de contato de crista para pelo menos a maioria das cristas que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior e pelo menos uma área de contato de vale para pelo menos a maioria dos vales que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior. Ao mesmo tempo, as tiras superior e inferior dentro das quais o padrão de transferência de calor é alterado localmente são estreitas o suficiente para ter um efeito insignificante nas características assimétricas do padrão de transferência de calor.

[0058] No pacote de placas 10 do trocador de calor 2, a primeira e a segunda placas de transferência de calor 48 e 50 são dispostas “rotadas” em relação à placa de transferência de calor 8. Consequentemente, as cristas 36 dentro dos quadrantes superiores direito e esquerdo a e b, e os quadrantes inferiores direito e esquerdo c e d, da placa de transferência de calor 8 encostam, dentro das áreas de contato da crista 52, os vales dentro dos quadrantes inferiores esquerdo e direito e os quadrantes superiores esquerdo e direito, respectivamente, dentro das áreas de contato do vale, da placa de transferência de calor 48. Adicionalmente, os vales 38 dentro dos quadrantes superiores direito e esquerdo a e b, e os quadrantes inferiores direito e esquerdo c e d, da placa de transferência de calor 8 encostam, dentro das áreas de contato do vale 54, as cristas dentro dos cantos inferior esquerdo e direito quadrantes e os quadrantes superiores esquerdo e direito, respectivamente, dentro das áreas de contato da crista, da placa de transferência de calor 50. No pacote de placas 10, a tira superior 56 da placa 8 está disposta entre as tiras inferiores das placas 48 e 50, enquanto a tira inferior 58 da placa 8 está disposta entre as tiras superiores das placas 48 e 50. As porções de placa da seção transversal alterada localmente devem encostar uma na outra, isto é, as primeiras áreas de contato de crista e vale da placa de transferência de calor 8 devem encostar nas primeiras áreas de contato de vale e crista das placas de transferência de calor 48 e 50. Para este fim, uma vez que as placas 8, 48 e 50 parecem iguais, em relação aos eixos geométricos centrais longitudinal e transversal l, t, uma posição absoluta das primeiras áreas de contato da crista 52a dentro do quadrante superior direito a, quadrante superior esquerdo b, quadrante inferior direito c e quadrante inferior esquerdo d, respectivamente, da placa de transferência de calor 8, está pelo menos parcialmente sobreposto a uma posição absoluta das primeiras áreas de contato de vale 54a dispostas dentro do quadrante inferior esquerdo d, quadrante inferior direito c, quadrante superior esquerdo b e quadrante superior direito a, respectivamente, da placa de transferência de calor 8. Isso é ilustrado na Figura 9 para as primeiras áreas de contato da crista 52a1, 52a2, 52a3 e 52a4 que estão dispostas nas mesmas distâncias (pt1, pl1), (pt2, pl2), (pt3, pl3) e (pt4, pl4) dos eixos geométricos centrais longitudinais e transversais l e t como áreas de contato do primeiro vale 54a1, 54a2, 54a3 e 54a4.

[0059] As Figuras 6a e 6b ilustram o que parece dentro do pacote de placas 10 do trocador de calor de placa 2 dentro (Figura 6b) e fora (Figura 6a) das tiras superior e inferior das áreas de transferência de calor das placas de transferência de calor 8, 48 e 50. Deve ser dito que as Figuras 6a e 6b são simplificados por razões de clareza e não representam seções transversais verdadeiras do pacote de placas, uma vez que as cristas e vales de diferentes placas se estendem obliquamente uma em relação à outra e não em paralelo como indicado pelas figuras. Como dito anteriormente, dentro da área de transferência de calor 22, as porções superiores 40 das saliências 36 e as porções inferiores 42 dos vales 38 da placa 8 encostam na porção inferior dos vales e a porção superior das cristas das placas 48 e 50, respectivamente. Com referência à Figura 6a, fora das tiras superior e inferior, a porção superior das cristas das placas é mais larga do que a porção inferior dos vales das placas. Com referência à Figura 6b, dentro das tiras superior e inferior, a porção superior das cristas das placas e a porção inferior dos vales das placas são igualmente largas para reduzir o risco de deformação da placa onde é mais provável ocorrer. As placas 8 e 48 formam um canal de volume V1 e as placas 8 e 50 formam um canal de volume V2, em que V1 é igual a V2.

[0060] Em vez de serem “rotadas” uma em relação à outra, as placas no pacote de placas podem ser “invertidas” uma em relação à outra, conforme ilustrado nas Figuras 7a e 7b. Disposto assim, o padrão de transferência de calor da placa de transferência de calor 8 cruzará os padrões de transferência de calor das placas de transferência de calor 48 e 50, conforme ilustrado esquematicamente, para uma porção superior esquerda da área de transferência de calor 22 da placa de transferência de calor 8, na Figura 8. Mais particularmente, uma vez que as placas são “invertidas” uma em relação à outra, as cristas 36 (ilustradas por linhas sólidas mais espessas) da placa de transferência de calor 8 irão, nas áreas de contato da crista 62 (algumas das quais são ilustradas por quadrados afogados com linhas), cruzam e encostam nas cristas (ilustradas por linhas tracejadas mais grossas) da primeira placa de transferência de calor 48. Adicionalmente, os vales 38 (ilustrados por linhas sólidas mais finas) da placa de transferência de calor 8 irão, nas áreas de contato de vale 64 (algumas das quais são ilustradas por quadrados afogados com linhas mais finas), cruzar e encostar nos vales (ilustrados por linhas tracejadas mais finas) da segunda placa de transferência de calor 50.

[0061] Claramente, a localização das áreas de contato da crista e das áreas de contato do vale da placa de transferência de calor 8 depende se a placa de transferência de calor está disposta para ser “rotada” ou “invertida” em relação às outras placas em um pacote de placas.

[0062] Com referência às Figuras 3 e 8, pelo menos algumas (no presente documento, todas, mas possivelmente as mais externas) das cristas de transferência de calor 36 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 compreendem uma área de contato da crista 62 disposta dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. No presente documento, essas cristas de transferência de calor e áreas de contato de crista são denominadas como primeiras cristas de transferência de calor ou apenas primeiras cristas 36b e primeiras áreas de contato de crista 62b. Da mesma forma, pelo menos alguns (no presente documento, todos, exceto possivelmente os mais externos) dos vales de transferência de calor 38 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 compreendem uma área de contato de vale 64 disposta dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. No presente documento, esses vales de transferência de calor e áreas de contato de vale são citados como primeiros vales de transferência de calor ou apenas primeiros vales 38b e áreas de primeiro contato de vale 64b.

[0063] Como dito anteriormente, se a primeira e a segunda placas de transferência de calor 48 e 50 estiverem dispostas “invertidas” em relação à placa de transferência de calor 8, as cristas 36 da placa de transferência de calor 8 encostam, dentro das áreas de contato da crista 62, as cristas, dentro das áreas de contato da crista, da placa de transferência de calor 48. Adicionalmente, os vales 38 da placa de transferência de calor 8 encostam, dentro das áreas de contato de vale 64, os vales, dentro das áreas de contato de vale, da placa de transferência de calor 50. A tira superior 56 da placa 8 está disposta entre as tiras inferiores das placas 48 e 50, enquanto a tira inferior 58 da placa 8 está disposta entre as tiras superiores das placas 48 e 50. As porções de placa do corte transversal alterada localmente devem encostar uma na outra, isto é, as primeiras áreas de contato de crista e vale da placa de transferência de calor 8 devem encostar nas primeiras áreas de contato de crista e vale das placas de transferência de calor 48 e 50. Para este fim, uma vez que as placas 8, 48 e 50 parecem iguais, um espelhamento, através do eixo geométrico central transversal t da placa de transferência de calor 8, de uma posição das áreas de contato do primeiro vale 64b dispostas dentro de uma metade superior, isto é, os quadrantes superiores esquerdo e direito a e b, da placa de transferência de calor 8, está pelo menos parcialmente sobreposto com uma posição das primeiras áreas de contato de vale 64b dispostas dentro de uma metade inferior, isto é, os quadrantes inferiores esquerdo e direito c e d, do placa de transferência de calor 8. Da mesma forma, um espelhamento, através do eixo geométrico central transversal t da placa de transferência de calor 8, de uma posição das primeiras áreas de contato de crista 62b dispostas dentro de uma metade superior, ou seja, os quadrantes superiores esquerdo e direito a e b, da placa de transferência de calor 8, está pelo menos parcialmente sobreposto com uma posição das primeiras áreas de contato de crista 62b dispostas dentro de uma metade inferior, isto é, os quadrantes inferiores esquerdo e direito c e d, da placa de transferência de calor 8.

[0064] Isso é ilustrado na Figura 9 para as áreas de contato da primeira crista 62bu1 e 62bl1 que estão dispostas nas mesmas distâncias (Pt1, Pl1) dos eixos geométricos centrais longitudinais e transversais l e t, e as áreas de contato do primeiro vale 64bu2 e 64bl2 que estão dispostas em as mesmas distâncias (Pt2, Pl2) dos eixos geométricos centrais longitudinal e transversal l e t.

[0065] As Figuras 7a e 7b ilustram como é dentro de um pacote de placas em que as placas são “invertidas” em vez de “rotadas” uma em relação à outra, dentro (Figura 7b) e fora (Figura 7a) das tiras superior e inferior das áreas de transferência de calor das placas de transferência de calor 8, 48 e 50. Assim como as Figuras 6a e 6b, Figuras 7a e 7b são simplificados por razões de clareza e não representam seções transversais verdadeiras do pacote de placas. Como dito anteriormente, dentro da área de transferência de calor 22, as porções superiores 40 das cristas 36 e as porções inferiores 42 dos vales 38 da placa 8 encostam na porção superior das cristas e na porção inferior dos vales das placas 48 e 50, respectivamente. Com referência à Figura 7a, fora das tiras superior e inferior, a porção superior das cristas das placas é mais larga do que a porção inferior dos vales das placas. Com referência à Figura 7b, dentro das tiras superior e inferior, a porção superior das cristas das placas e a porção inferior dos vales das placas são igualmente largas. As placas 8 e 48 formam um canal de volume V3 e as placas 8 e 50 formam um canal de volume V4, em que V3<V4.

[0066] Assim, a placa de transferência de calor 8 tem um conjunto de áreas de contato de crista e vale 52 e 54 para disposição de “rotação” e um conjunto de áreas de contato de crista e vale 62 e 64 para disposição de “inversão”. As tiras superior e inferior 56 e 58 são, de preferência, largas o suficiente para que pelo menos algumas (no presente documento, todas, exceto possivelmente as mais externas) das cristas de transferência de calor 36 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 compreendam uma área de contato da crista 52 e uma área de contato de crista 62 disposta dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. Estas cristas de transferência de calor são então as primeiras cristas 36a, bem como as primeiras cristas 36b. Da mesma forma, as tiras superior e inferior 56 e 58 são, de preferência, largas o suficiente, de modo que pelo menos alguns (no presente documento, todos, exceto possivelmente os mais externos) dos vales de transferência de calor 38 que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior 44 e 46 compreendem uma área de contato de vale 54 e uma área de contato de vale 64 disposta dentro das tiras superior e inferior 56 e 58. Estes vales de transferência de calor são então os primeiros vales 38a, bem como os primeiros vales 38b. Ao mesmo tempo, as tiras superior e inferior 56 e 58 são feitas tão estreitas quanto possível para manter as características assimétricas da placa de transferência de calor na maior extensão possível.

[0067] A placa de transferência de calor 8 compreende uma área de transferência de calor 22 provida com um padrão de transferência de calor de cristas 36 e vales 38 dispostos alternadamente. Fora das tiras superior e inferior 56 e 58 da área de transferência de calor, o padrão de transferência de calor é assimétrico em que as porções superiores 40 das cristas 36 são mais largas do que as porções inferiores 42 dos vales 38. Dentro das tiras superior e inferior, a largura das porções superiores das cristas é diminuída, enquanto a largura das porções inferiores dos vales é aumentada, para dar às porções superior e inferior uma largura igual e tornar o padrão de transferência de calor localmente simétrico. Em modalidades alternativas, as larguras da porção superior e inferior dentro das tiras superior e inferior não precisam ser iguais, mas podem diferir apenas menos do que fora das tiras superior e inferior. A largura da porção superior pode até ser maior do que a largura da porção inferior fora das tiras superior e inferior e menor do que a largura da porção inferior dentro das tiras superior e inferior. Além disso, em vez de alterar a largura da porção superior e a largura da porção inferior dentro das tiras superior e inferior 56 e 58, apenas uma delas pode ser alterada. Como exemplo, dentro das tiras superior e inferior, a largura das porções de fundo dos vales pode ser aumentada enquanto a largura das porções de topo das cristas pode ser mantida. Alternativamente, dentro das tiras superior e inferior, a largura das porções superiores das cristas pode ser diminuída enquanto a largura das porções inferiores dos vales pode ser mantida. Também no presente documento, a largura da porção superior e a largura da porção inferior podem, mas não precisam, ser iguais dentro das tiras superior e inferior. Adicionalmente, no caso de larguras de porção superior e inferior iguais, com referência a um corte transversal através e perpendicular à extensão longitudinal das cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor, também no presente documento as cristas e vales podem ser simétricas em relação ao plano central dentro das tiras superior e inferior.

[0068] A modalidade da presente invenção descrita acima deve ser vista apenas como exemplos. Um versado na técnica percebe que as modalidades discutidas podem ser variadas e combinadas de várias maneiras sem se desviar da concepção inventiva.

[0069] Como exemplo, as tiras superior e inferior dentro das quais o padrão de transferência de calor é alterado localmente, não precisam ser de largura uniforme ao longo de sua extensão e/ou não precisam ser contínuas, mas podem ser intermitentes. Consequentemente, nem todas as cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor que se estendem das linhas limítrofes superior e inferior devem ter uma seção transversal alterada localmente.

[0070] Além disso, as tiras superior e inferior dentro das quais o padrão de transferência de calor é localmente alterado não precisam fazer limite, mas podem ser separadas das linhas limítrofes superior e inferior ao longo de parte ou de sua extensão completa.

[0071] Adicionalmente, o padrão de transferência de calor não precisa ser alterado localmente próximo às linhas limítrofes superior e inferior, mas pode ser alterado em outro lugar dentro da área de transferência de calor, por exemplo, ao longo do eixo geométrico central longitudinal da placa de transferência de calor, próximo aos ápices das ondulações em forma de V do padrão de transferência de calor ou perto das linhas limítrofes longitudinais da área de transferência de calor.

[0072] O padrão de distribuição especificado acima do tipo de chocolate e o padrão de transferência de calor do tipo espinha de arenque são apenas exemplares. Naturalmente, a invenção é aplicável em relação a outros tipos de padrões. Por exemplo, o padrão de transferência de calor pode compreender ondulações em forma de V em que o vértice de cada ondulação aponta de um lado comprido para outro lado comprido da placa de transferência de calor. Adicionalmente, as cristas de transferência de calor e os vales de transferência de calor não precisam ter as seções transversais ilustradas nas figuras. Como exemplo, as cristas e vales de transferência de calor podem formar “ombros”, conforme ilustrado no documento WO 2017/167598. Deve-se dizer também que o padrão de distribuição dentro das áreas de distribuição pode ser simétrico ou assimétrico.

[0073] O trocador de calor de placa descrito acima é do tipo contrafluxo paralelo, ou seja, a entrada e a saída de cada fluido estão dispostas na mesma metade do trocador de calor de placa e os fluidos fluem em direções opostas através dos canais entre as placas de transferência de calor. Naturalmente, o trocador de calor de placa pode ser do tipo fluxo diagonal e/ou do tipo cofluxo.

[0074] O trocador de calor de placa acima compreende apenas um tipo de placa. Naturalmente, o trocador de calor de placa pode, em vez disso, compreender dois ou mais tipos diferentes de placas de transferência de calor dispostas alternadamente, por exemplo, dois tipos com diferentes padrões de transferência de calor, tais diferentes inclinações das cristas e vales de transferência de calor.

[0075] A placa de transferência de calor não precisa ser retangular, mas pode ter outras formas, como essencialmente retangular com cantos arredondados em vez de cantos direitos, circulares ou ovais. A placa de transferência de calor não precisa ser feita de aço inoxidável, mas pode ser de outros materiais, como titânio ou alumínio.

[0076] A presente invenção pode ser usada em conexão com outros tipos de trocadores de calor de placa que não os com gaxetas, tais como trocadores de calor de placa totalmente soldados, semissoldados, ligados por fusão e brasados.

[0077] As linhas limítrofes superior e inferior não precisam ser curvas, mas podem ter outras formas. Por exemplo, eles podem ser retos ou em forma de zigue-zague.

[0078] A área de transferência de calor da placa de transferência de calor pode compreender bandas de transição superior e inferior que fazem limite com as linhas limítrofes superior e inferior e que são providas com um padrão diferente do restante da área de transferência de calor, em que as tiras superior e inferior seriam compreendidas nessas bandas de transição superior e inferior. Tais bandas de transição podem, por exemplo, ser concebidas como as áreas de transição da placa de transferência de calor de acordo com o documento EP2728292.

[0079] Ressalta-se que os atributos frontal, traseiro, superior, inferior, primeiro, segundo, terceiro, superior, inferior, etc. são usados no presente documento apenas para distinguir detalhes e não para expressar qualquer tipo de orientação ou ordem mútua entre os detalhes.

[0080] Adicionalmente, deve-se enfatizar que uma descrição de detalhes não relevantes para a presente invenção foi omitida e que as figuras são apenas esquemáticas e não desenhadas de acordo com a escala. Deve-se dizer também que algumas das figuras foram mais simplificadas diferente de outras. Portanto, alguns componentes podem ser ilustrados em uma figura, mas deixados de fora em outra figura.

Claims (15)

1. Placa de transferência de calor (8) para um trocador de calor de placa (2), que compreende uma primeira área de distribuição (28), uma área de transferência de calor (22) e uma segunda área de distribuição (34) dispostas em sucessão ao longo de um eixo geométrico central longitudinal (l) da placa de transferência de calor (8) que se estende perpendicularmente a um eixo geométrico central transversal (t) da placa de transferência de calor (8), a área de transferência de calor (22) que é provida com um padrão de transferência de calor diferente de um padrão dentro da primeira e segunda áreas de distribuição, sendo que a primeira área de distribuição (28) adjacente à área de transferência de calor (22) ao longo de uma linha limítrofe superior (44) e a segunda área de distribuição (34) adjacente à área de transferência de calor (22) ao longo de uma linha limítrofe inferior (46), em que o padrão de transferência de calor compreende cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor (36, 38) alongados e dispostos alternadamente que se estendem obliquamente em relação ao eixo central transversal (t) da placa de transferência de calor (8), uma respectiva porção superior (40) das cristas de transferência de calor (36) que se estende em um plano superior (T) e uma respectiva porção inferior (42) dos vales de transferência de calor (38) que se estendem em um plano inferior (B), cujos planos superior e inferior (T, B) são paralelos um ao outro, um plano central (C) que se estende a meio caminho entre, e paralelo a, os planos superior e inferior (T, B) definindo um limite entre as cristas de transferência de calor e os vales de transferência de calor (36, 38), em que as cristas de transferência de calor (36) compreendem áreas de contato de crista (52, 62) dentro das quais as cristas de transferência de calor (36) são dispostas para encostar uma primeira placa de transferência de calor adjacente (48) no trocador de calor de placa (2), e os vales de transferência de calor (38) compreendem áreas de contato de vale (54, 64) dentro das quais os vales de transferência de calor (38) estão dispostos para encostar em uma segunda placa de transferência de calor (50) no trocador de calor de placa (2), em que, dentro de pelo menos metade da área de transferência de calor (22), as porções superiores (40) das cristas de transferência de calor (36) têm uma primeira largura w1, e as porções inferiores (42) dos vales de transferência de calor (38) têm uma segunda largura w2, uma largura das porções superior e inferior (40, 42) sendo medida perpendicular a uma extensão longitudinal das cristas de transferência de calor e vales de transferência de calor (36, 38), e w1 ^w2, caracterizada pelo fato de que a porção superior (40) de uma série de primeiras cristas de transferência de calor (36a, 36b) das cristas de transferência (36), dentro de uma respectiva primeira área de contato de crista (52a, 62b) das áreas de contato de crista (52, 62), tem uma terceira largura w3, em que, se w1>w2, então w3<w1, e, se w1<w2, então w3>w1.

2. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que se w1>w2, então w3>w2, e, se w1<w2, então w3<w2.

3. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que w1>w2, e em que a porção inferior (42) de vários primeiros vales de transferência de calor (38a, 38b) dos vales de transferência de calor (38), dentro de uma respectiva primeira área de contato de vale (54a, 64b) das áreas de contato de vale (54, 64), tem uma quarta largura w4, w2<w4.

4. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que w4<w3.

5. Placa de transferência de calor (8) de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que, com referência a um corte transversal através e perpendicular à extensão longitudinal das cristas de transferência de calor (36) e vales de transferência de calor (38), as primeiras cristas de transferência de calor (36a, 36b), dentro das primeiras áreas de contato de crista (52a, 62b), e os primeiros vales de transferência de calor (38a, 38b), dentro das primeiras áreas de contato de vale (54a, 64b), são simétricos em relação ao dito plano central (C).

6. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizada pelo fato de que cada um dos primeiros vales de transferência de calor (38a, 38b) se estende a partir de uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior (44, 46).

7. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizada pelo fato de que, para cada um dos primeiros vales de transferência de calor (38a, 38b), a primeira área de contato do vale (54a, 64b) é a área de contato do vale (54, 64) disposto mais próximo da dita uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior (44, 46).

8. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizada pelo fato de que as primeiras áreas de contato de vale (54a, 64b) estão compreendidas em uma respectiva porção de extremidade (38') dos primeiros vales de transferência de calor (38a, 38b), cuja porção de extremidade (38') se estende a partir da dita uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior (44, 46) e tem uma largura constante dentro da porção inferior (42).

9. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizada pelo fato de que uma posição absoluta ((pt1, pl1), (pt2, pl2), (pt3, pl3), (pt4, pl4)), em relação aos eixos geométricos centrais longitudinais e transversais (l, t) da placa de transferência de calor (8), de uma respectiva das primeiras áreas de contato de crista (52a1, 52a2, 52a3, 52a4) dispostas dentro de um quadrante superior direito (a), quadrante superior esquerdo (b), quadrante inferior direito (c) e quadrante inferior esquerdo (d), respectivamente, da placa de transferência de calor (8), é pelo menos parcialmente sobreposta com uma posição absoluta ((pt1, pl1), (pt2, pl2), (pt3, pl3), (pt4, pl4)), em relação aos eixos geométricos centrais longitudinal e transversal (l, t) da placa de transferência de calor (8), de uma respectiva das primeiras áreas de contato de vale (54a1, 54a2, 54a3, 54a4) dispostas dentro de um quadrante inferior esquerdo (d), quadrante inferior direito (c), quadrante superior esquerdo (b) e quadrante superior direito (a), respectivamente, da placa de transferência de calor (8).

10. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 9, caracterizada pelo fato de que um espelhamento, através do eixo geométrico central transversal (t) da placa de transferência de calor (8), de uma posição (Pt2, Pl2) de uma das primeiras áreas de contato de vale (64bu2) dispostas dentro de uma metade superior (a+b) da placa de transferência de calor, está pelo menos parcialmente sobreposto a uma posição (Pt2, Pl2) de uma das primeiras áreas de contato de vale (64bl2) dispostas dentro uma metade inferior (c+d) da placa de transferência de calor (8).

11. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que um espelhamento, através do eixo geométrico central transversal (t) da placa de transferência de calor (8), de uma posição (Pt1, Pl1) de uma das primeiras áreas de contato de crista (62bu1) dispostas dentro de uma metade superior (a+b) da placa de transferência de calor (8), está pelo menos parcialmente sobreposto a uma posição (Pt1, Pl1) de uma das primeiras áreas de contato de crista (62bl1) dispostas dentro de uma metade inferior (c+d) da placa de transferência de calor (8).

12. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que cada uma das primeiras cristas de transferência de calor (36a, 36b) se estende de uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior (44, 46).

13. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, para cada uma das primeiras cristas de transferência de calor (36a, 36b), a primeira área de contato da crista (52a, 62b) é a área de contato da crista (52, 62) disposta mais próximo da dita uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior (44, 46).

14. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as primeiras áreas de contato de crista (52a, 62b) estão compreendidas em uma respectiva porção de extremidade (36') das primeiras cristas de transferência de calor (36a, 36b), cuja porção de extremidade (36') se estende a partir da dita uma das ditas linhas limítrofes superior e inferior (44, 46) e tem uma largura constante dentro da porção superior (40).

15. Placa de transferência de calor (8) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as linhas limítrofes superior e inferior (44, 46) não são retas.

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