ES2199171T3 - Procedimiento para la fabricacion de un intercambiador de calor. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor (23, 33, 59) con una cámara de paso (29) para un medio de transporte del calor, en el que dos paredes laterales (13, 15), en particular hechas de chapa de cobre, se disponen una enfrente de otra y se unen una con otra para formar un cuerpo hueco (23, 33, 59) a través del cual se pueda pasar, en el que las paredes laterales se fijan una a otra en un gran número de posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59), caracterizado porque las dos paredes (13, 15) se engranan una dentro de la otra en las posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59) a través de la deformación del material.

Description

Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor.

Campo técnico de la invención

La invención trata de un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor con una cámara de paso para un medio de transporte del calor en el que dos paredes laterales están dispuestas enfrentadas entre sí y se unen para formar un cuerpo hueco a través del cual se puede pasar. Adicionalmente, la invención trata de un intercambiador de calor con dos paredes laterales enfrentadas una con otra y unidas entre sí, y en medio una cámara de paso para un medio de transporte de calor y el uso de un procedimiento para la unión puntual de dos chapas que se encuentran de modo plano una junto a la otra.

Estado de la técnica

Para el transporte del medio, en los intercambiadores de calor se trabaja normalmente con una sobrepresión de aproximadamente 1,5\cdot10^{5} Pa. Los intercambiadores de calor con un caudal relativamente alto deben resistir una sobrepresión de este tipo o mayor. Por ello, en los intercambiadores de calor eficientes se usan habitualmente tubos para la conducción del medio, y se fijan a estos tubos láminas o superficies de chapa. A lo largo de la superficie de los tubos, principalmente, sin embargo, a lo largo de las superficies de chapa o láminas fijadas a ésta, se produce el intercambio de calor entre el medio en el interior del intercambiador de calor y el medio que rodea al intercambiador de calor.

Puesto que los recorridos de transporte del calor y las transiciones de calor entre las superficies de chapa y el tubo del medio influyen de modo negativo en la eficiencia del intercambiador de calor, existe un gran número de experimentos en los que se intenta poner en contacto superficies de intercambiadores de calor de la mayor superficie posible directamente por ambos lados con los medios. Este es en particular el caso en todo los intercambiadores de calor planos. Los intercambiadores de calor plano presentan una cámara de paso dilatada de modo plano para un medio de transporte del calor. El problema en los intercambiadores de calor planos, que presentan una pared lateral de la mayor superficie posible que está en contacto con los medios en la pared interior y en la pared exterior con el menor volumen interior posible, es la diferencia de presión entre la presión interior y la presión exterior. Ésta ha de ser absorbida por una pared lateral más o menos plana. Las dos paredes laterales que discurren más o menos de modo paralelo son presionadas, de modo que se separan entre sí, por una presión interior aumentada. Por ello es necesario que un gran número de lugares dentro de la superficie entre los bordes del intercambiador de calor plano estén unidas entre sí (ver, por ejemplo, el documento DE-A-197 40 818). La carga de tracción en los puntos de unión es considerable.

Para una unión de chapas que absorba esta carga de tracción sólo se ha planteado hasta ahora la soldadura.

Están disponibles comercialmente intercambiadores de calor planos hechos de acero, que están fabricados a partir de dos paredes laterales preformadas, unidas por soldadura de modo puntual. Este procedimiento de fabricación condiciona el material acero o acero fino (Metales FE). Sin embargo, los metales FE no son conductores óptimos del calor. Para poder fabricar intercambiadores de calor planos de cobre, el material ideal por lo que a conductividad del calor se refiere, se ha de recurrir al remachado y al soldado. Sin embargo, el remachado presenta la desventaja de que en los puntos de remachado están perforadas las dos chapas, y la hermeticidad de estos puntos sólo se puede conseguir, si es que es posible, asociada a un gran coste. También se producen fisuras posteriormente, por ejemplo debido a la dilatación o la contracción de las chapas determinada por el calor. Las posiciones de soldado soldadas de modo blando apenas se pueden fabricar en el interior de la superficie del intercambiador de calor, y aguantan únicamente cargas de tracción muy reducidas. La soldadura dura, por el contrario, pone al rojo vivo al material y lo hace todavía más blando.

Se conoce una unión por moldeado por presión (por ejemplo una unión "Tox") con la cual se pueden unir entre sí chapas de todos los tipos. Fundamentalmente, esta unión por moldeado por presión sustituye a la soldadura puntual en la industria del automóvil, aunque también el remachado en la construcción de aviones. A través de un proceso de aplastamiento-presión se unen las chapas de un modo absolutamente hermético y sin daños o perforaciones en la superficie. En primer lugar, con un sencillo sello redondo se presionan las chapas que se han de unir en una matriz. En la continuación de la construcción por fuerza, el material del lado del sello es obligado a fluir dentro del material del lado de la matriz hacia el exterior de ésta. Esto se hace posible a través del hecho de que al material desplazado del lado de la matriz se le da un espacio libre en la matriz al que se puede desviar. Posteriormente, un punto de unión de este tipo se puede incluso presionar de modo plano. Otras uniones positivas por moldeado por presión se consiguen también con técnica modificada.

Este tipo de uniones por moldeado por presión se usan para unir entre sí chapas puestas de modo plano las unas sobre las otras de tal manera que la unión pueda absorber una fuerza de tracción suficiente. Más tarde, las chapas no se han de poder separar entre sí a través de tracción en el plano de las chapas. Apenas se conocen fuerzas de extracción de las uniones por moldeado por presión perpendiculares al plano de las chapas. Se desconocen totalmente fuerzas de extracción en chapas de cobre. Los expertos estiman que la unión de chapas de cobre por medio de uniones estándares por moldeado por presión no son estables.

La unión por moldeado por presión es, de modo estándar, circular, y se ofrece con los diámetros de 3, 4, 5, 6, 8, 10 y 12 mm. Se recomienda elegir el mayor diámetro posible que permitan las relaciones de espacio.

Objetivo de la invención

El objetivo de la invención es sugerir un procedimiento para la fabricación de intercambiadores de calor, con el cual se alcance una unión de las dos paredes laterales que pueda soportar una sobrepresión de la presión interior que existe en una cámara entre las paredes laterales de un valor de, por ejemplo, hasta 4, 6 ó 10\cdot10^{5} Pa. Además, el procedimiento ha de ofrecer la posibilidad de poder usar en particular también cobre y otros metales no FE para las paredes laterales que se han de unir. La fabricación de intercambiadores de calor ha de ser lo más barata posible, y los intercambiadores de calor deberán ser diseñados para los campos de aplicación más diferentes a través de la elección de la forma y del material.

Descripción de la invención

Este objetivo se alcanza a través de las características de las reivindicaciones 1, 7, 15 ó 21.

Esto se consigue según la invención haciendo que para la fijación de las paredes laterales entre sí en la superficie entre los bordes del intercambiador de calor, se engranen las paredes laterales una en la otra a través de la deformación del material. El engranaje por unión positiva se lleva a cabo sin producir daños en la pared lateral o modificaciones dañinas de la estructura del material, únicamente a través de un proceso de aplastamiento-presión. Las dos paredes laterales están a continuación libres de roturas o grietas, de modo que incluso una separación de los puntos de unión no ha de tener como consecuencia derrames. Este tipo de engranajes se pueden realizar de modo lineal para un grosor suficiente del material de la pared lateral a modo de perfiles.

La deformación del material se realiza preferentemente de modo puntual. Bajo el concepto de deformación puntual del material se entiende que el material se deforma en un punto aproximadamente circular con diámetro que depende del grosor del material de las paredes laterales que se han de unir y de la carga que se espera entre 2 y 15 mm, preferentemente entre 3 y 8 mm. Para un grosor de pared de aproximadamente 0,5 mm y una diferencia de presión entre la presión interior y la presión exterior de menos de 4\cdot10^{5} Pa, se prefiere un diámetro de punto de moldeado por presión de 5 ó 6 mm. En lugar de una forma circular, la deformación de la pared lateral también puede presentar una forma poligonal u oval. El material de una de las paredes laterales rodea y toma por detrás después de la deformación en su conjunto material en forma anular de la otra pared lateral. Una unión por moldeado por presión circular o puntual de este tipo aguanta una carga de tracción sorprendente de modo perpendicular al plano de la chapa. No se conoce la razón de este hecho. Sin embargo, se supone que en el caso de carga de tracción sobre la unión por moldeado por presión en los puntos deformados se genera una tensión de tracción anular en una de las paredes laterales y una tensión de compresión anular en la otra pared lateral. Supuestamente, gracias a la estructura anular de la unión por moldeado por presión se puede generar en las partes deformadas una tensión muy alta, sin que el material de la pared lateral, bajo la influencia de la muy elevada presión interior, se fuera a deformar tanto que la unión se desprendiera. En una chapa de cobre de un grosor de 0,55 a 0,65 mm se produce una carga de tracción máxima de aproximadamente 40 kg por unión puntual por moldeado de presión con un diámetro exterior de 6 mm. El grosor del material conjunto de ambas chapas se presiona hasta un grosor de 0,35 a 0,45 mm.

De un modo ventajoso se emplea un metal que sea buen conductor, en particular cobre, para la pared interior. En ciertos casos, por ejemplo en colectores de sol, que han de recibir siempre calor sólo por un lado, las paredes laterales se construyen bajo determinadas circunstancias de un modo ventajoso a partir de un material diferente. Esto hace posible usar un material con una alta conductividad de calor en un lado y un material con una menor conductividad del calor en el otro lado, y unir ambos entre ellos. Tampoco se ha de descartar el uso de plástico.

La fabricación de intercambiadores de calor a partir de dos chapas independientes o de una chapa plegada presenta la ventaja de que se puede construir una cinta sin fin. La cinta de chapa se puede conformar antes de la unión. Uno o los dos bordes que discurren a lo largo de la banda se pueden unir y cerrar de un modo convencional, por ejemplo mediante plegado y soldado.

La chapa o las chapas que conforman las paredes laterales que se han de unir son preformadas preferentemente antes de la unión. Se ha acreditado como una preformación ventajosa de la chapa una entalladura circular en los puntos de las uniones por moldeado por presión. La entalladura tiene un diámetro algo mayor que la unión por moldeado por presión y define la distancia de las dos paredes laterales, y debido a ello también la sección transversal de paso del intercambiador de calor plano. Sin embargo, con la entalladura también se consigue un refuerzo de la pared lateral en la región de las uniones por moldeado por presión. Los puntos de unión son cargados por la presión interior gracias a este refuerzo únicamente bajo tracción perpendicular al plano de la chapa. A través de las entalladuras que ejercen un refuerzo se evita que las chapas se doblen en el borde de las uniones por moldeado por presión. Un doblado de este tipo de la pared lateral de chapa inmediatamente a continuación de la unión por moldeado por presión llevaría a que el dentado de las dos paredes laterales se pudiera soltar como consecuencia de un proceso de exfoliación. La carga de las uniones por moldeado por presión es simétrica gracias a la entalladura que ejerce un refuerzo.

En el uso de chapa de cobre, las superficies que se encuentran en las entalladuras pueden ser tratadas de tal manera que el material gane en rigidez. Este tratamiento se lleva a cabo a través del rozamiento de las superficies antes de la unión de las paredes laterales. Adicionalmente, o de modo alternativo, el material también se refuerza a través del movimiento de las superficies reforzadas, sometiendo para ello a la presión interior en el intercambiador de calor a oscilaciones. También con tratamiento de calor/frío se puede reforzar el cobre de un modo adecuado.

Estas entalladuras se aplican ventajosamente en las dos paredes laterales y se depositan lo más exacto posible espalda contra espalda la una sobre la otra. Las entalladuras presentan en un punto de moldeado por presión de un diámetro de 5 ó 6 mm un diámetro de 8 a 10 mm. Tienen una profundidad de 1 a 1,5 mm. A partir de esto se produce una cámara de paso de un grosor de 2 a 3 mm. Para mayores dimensiones de la cámara de paso se han de ajustar de modo correspondiente las profundidades de las entalladuras. Las entalladuras se aplican de modo que coincidan, haciendo para ello que la banda de chapa esté provista de una disposición de entalladuras que presenta simetría lineal y que a continuación se dobla a lo largo del eje de simetría. De modo alternativo se depositan la una sobre la otra dos chapas simétricas provistas de entalladuras con los puntos reforzados.

De modo ventajoso, el intercambiador de calor es soldado de modo anular antes de la unión por moldeado por presión. Gracias a ello se puede evitar que la modificación longitudinal de la chapa (la dilatación del cobre es de 1,3-1,5 mm por 100ºC de diferencia de temperatura y metro de recorrido) como consecuencia del calentamiento del material hasta 270ºC al soldar lleve a que se desprendan las uniones por moldeado por presión en el lado del borde.

Dos aristas laterales situadas una enfrente de otra del intercambiador de calor plano son dobladas adecuadamente para el refuerzo longitudinal y por lo menos una de ellas se cierra a través de soldadura. Las otras dos aristas frontales situadas una enfrente de otra sirven como partes de conexión para el medio de transporte del calor. Éstas son equipadas de modo ventajoso con un tubo frontal hecho del mismo material del que está hecha la pared lateral. Para ello se estiran en forma o se presionan las chapas de la pared lateral de modo acanalado y se depositan alrededor de un tubo frontal provisto de ranuras u orificios. Las ranuras u orificios se orientan en este caso a la cámara de paso, de modo que el espacio interior del tubo frontal está unido con la cámara de paso del intercambiador de calor. A continuación se suelda el tubo frontal y la pared lateral de chapa el uno con la otra. Para ello está indicado un procedimiento de soldadura por inmersión. El tubo frontal es rodeado adecuadamente por lo menos hasta la mitad de su contorno por las paredes laterales de chapa, y gracias a ello el tubo se sujeta entre las dos extremos frontales cuartos y preformados de las paredes laterales.

Para que las esquinas del cuerpo hueco se conecten al tubo frontal de modo hermético y se hermeticen de un modo seguro a través de la soldadura por inmersión, una apertura que se ha de disponer en la esquina del cuerpo hueco está provista ventajosamente de un collarín que penetra en la cámara de paso. Éste se puede realizar a partir del material de la pared lateral del tubo. Alternativamente, una parte del tubo frontal que sobresale lateralmente del cuerpo hueco también se puede formar desde el exterior alrededor del borde del cuerpo hueco. Esto permite la disposición de las aperturas a una cierta distancia del borde del cuerpo hueco, lo que a su vez hace posible el añadir conexiones de enchufe en el tubo frontal, las cuales no sobresalen por encima de la anchura del cuerpo hueco.

Los extremos de los tubos frontales cubiertos con soldadura después de la soldadura por inmersión son escariados a continuación, y se lleva su diámetro interior de modo exacto a una medida determinada. Esta medida está ajustada a la medida exterior de una pieza de unión que se introduce con una o varias juntas tóricas herméticas, preferentemente dos, en el extremo del tubo frontal. La pieza de unión sirve para la conexión del intercambiador de calor con un sistema. Los extremos de los tubos frontales que se han de cerrar se pueden cerrar con un perno enchufable. También se puede pensar en una disposición en la que la pieza de unión rodea al extremo del tubo frontal. El tubo frontal también se puede proveer en algún lugar a lo largo de su longitud de piezas en forma de "T". Éstas se pueden acoplar del mismo modo por medio de conexiones de enchufe a tubos o a otros componentes de una instalación.

La unión de componentes de sistema por medio de conexiones de enchufe facilita el montaje y hace posible un montaje rápido, el uso de piezas normalizadas como piezas acodadas y otras piezas de empalme con brida y un ajuste sencillo de una instalación existente. Una caja de construcción con, por ejemplo, cinco elementos intercambiadores de calor planos y una superficie de colector de un metro cuadrado está equipada ventajosamente con conexiones de enchufe. Gracias a ello se facilita el automontaje y se permite instalar también una instalación de colector de modo provisional, por ejemplo en un remolque o en una caravana. Para el transporte, por ejemplo al seguir el viaje con la autocaravana, la instalación se puede desmontar rápidamente, y sus piezas individuales se pueden guardar. Este tipo de cajas de construcción se pueden completar ventajosamente con un bastidor para la instalación del colector, con una bomba, un depósito de agua caliente y si es preciso con un recipiente de expansión.

En un intercambiador de calor con dos paredes laterales unidas una con otra, y con una cámara de paso entre sí para un medio de transporte del calor, las paredes laterales, conforme a la invención, están engranadas en la superficie entre los bordes del intercambiador de calor en un elevado número de posiciones con deformaciones de las paredes laterales, y gracias a ello están fijadas la una a la otra.

Las deformaciones de las paredes laterales son ventajosamente puntuales. Este tipo de uniones por moldeado por presión están dispuestas adecuadamente en filas. Están dispuestas de modo ventajosa a una distancia entre sí de 10 a 50 mm, preferentemente entre 20 y 30 mm. Cuando menor es la distancia, menor es también la superficie de la pared lateral sujeta a través de la unión por moldeado por presión y la carga de tracción que ha de ser soportada por la unión. Cuanto mayor sea la presión interior respecto a la presión exterior, las uniones por moldeado por presión tendrán que estar dispuestas según esto a una menor distancia entre sí. Además, el grosor de la chapa también ejerce una influencia sobre la distancia ventajosa entre las posiciones de unión. Cuanto más fina es la chapa, menor ha de ser la distancia a la que están dispuestas las posiciones de unión entre sí, para así contrarrestar una deformación de la chapa bajo la carga en funcionamiento.

De modo ventajoso, por lo menos una pared lateral del intercambiador de calor está hecha de chapa de cobre, en particular de un grosor de 0,3 a 0,8 mm, preferentemente de 0,5 a 0,65 mm. La chapa de cobre es el conductor ideal de calor y no se puede unir en la superficie de un modo duradero y barato hasta ahora de ninguna otra manera que no sea de la manera conforme a la invención.

De un modo adecuado, las deformaciones puntuales están dispuestas en una retícula. La retícula puede ser una retícula triangular, una retícula cuadrada o una retícula rectangular. En una retícula triangular, en particular en el caso de triángulos equiláteros, las distancias entre los puntos de fijación contiguos son más uniformes que en retículas rectangulares. Las fuerzas en la chapa se distribuyen también de una forma más uniforme, incluso en comparación con la distribución de fuerzas en una chapa con puntos de fijación en una retícula cuadrada.

El intercambiador de calor presenta en las paredes laterales, de un modo ventajoso, entalladuras circulares con un diámetro entre 6 y 15 mm, ventajosamente entre 8 y 10 mm. Estas entalladuras tienen una profundidad de 0,5 a 3 mm, ventajosamente de 1 a 1,5 mm, y están desmoldadas en las dos paredes laterales de un modo uniforme y de modo que están una enfrente de otra. Las entalladuras están enfrentadas entre sí, de modo que las paredes laterales se sujeten alrededor de estas entalladuras a una cierta distancia la una de la otra que se corresponda con la suma de las dos profundidades de las entalladuras. Las entalladuras pueden estar conformadas en las paredes laterales situadas una enfrente de otra con diferentes profundidades, si bien de un modo adecuado se conforman con la misma profundidad. Estas entalladuras representan una gran ventaja, independientemente del modo de la unión de las dos paredes laterales de chapa. Gracias a estas entalladuras de refuerzo, el resto de la superficie del intercambiador de calor apenas se aboveda cuando está sometida a presión.

Gracias a estas entalladuras, el resto de superficies de la pared lateral permanecen de un modo prácticamente plano, incluso cuando el intercambiador de calor está sometido a presión o a oscilaciones de temperatura. Esto permite la disposición de una lámina fotovoltaica en una pared lateral del intercambiador de calor plano. Esta lámina fotovoltaica trabaja gracias a su refrigeración a través del medio de transporte del calor en el interior del intercambiador de calor plano también con una mayor irradiación de calor con una eficiencia constante.

El intercambiador de calor presenta dos aristas laterales cerradas enfrentadas entre sí que discurren de modo paralelo a la dirección de la corriente de paso. En las otras dos aristas se prevén conexión para la avance y para el retroceso. La conexión al lado frontal del intercambiador de calor se conforma ventajosamente a través de un tubo frontal que presenta una sección transversal estándar. El tubo frontal está abierto en sus extremos y está provisto de orificios hacia la cámara de paso del intercambiador de calor. Estos están conformados a través de inserciones o taladros, y presentan de modo ventajoso collares, que se conectan especialmente en las esquinas del cuerpo hueco de modo hermético a las paredes laterales.

Debido a ello, según la invención, para la fabricación de intercambiadores de calor a través de los cuales se pueda pasar se usa un procedimiento para la unión de dos chapas paralelas mediante presión por moldeado puntual conjunta de las chapas. El uso de este procedimiento presenta en este caso la ventaja de que el material de salida de las chapas no es afectado de modo negativo en su estructura ni se destruye. La chapa permanece sin dañar, de modo que la hermeticidad de las posiciones de unión se mantiene garantizada. La unión también resiste en chapas blandas, como las hechas de cobre, respecto a las uniones convencionales, como soldaduras, sorprendentemente unas fuerzas de tracción perpendiculares a las superficies de la chapa mucho mayores, de modo que se puede someter a presión a un espacio hueco entre las chapas. Debido a esto, se pueden fabricar las más diferentes formaciones planas con un espacio hueco a través del cual se pueda pasar en su interior de chapa de cobre. Es posible la fabricación de ladrillos o de techos completos, intercambiadores de calor para cristalizadores o destiladores, etc., hechos de platino u otros metales catalizadores, o de superficies de refrigeración o superficies que entreguen calor residual para instalaciones de aire acondicionado, por mencionar sólo algunas pocas aplicaciones.

En un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor con una cámara de paso para un medio de transporte del calor, en el cual estén dispuestas dos paredes laterales una enfrente de otra y se unan una con otra hasta formar un cuerpo hueco a través del cual se pueda pasar, en donde las paredes laterales se fijan la una a la otra en un gran número de posiciones de unión dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo, se ha acreditado como algo muy ventajoso, independientemente del tipo de unión, el hecho de que en por lo menos una de las paredes laterales, preferentemente en las dos paredes laterales, estén desmoldadas entalladuras circulares de refuerzo a través de la deformación del material en las posiciones de unión en el interior de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco. Las paredes laterales de chapa se unen a continuación una con otra en el interior de estas entalladuras a través de una unión de material o una unión por forma. Un intercambiador de calor fabricado según este procedimiento presenta paredes laterales estables de forma. Las entalladuras están dispuestas de modo ventajoso en una retícula, y la distancia de retícula de las posiciones de unión está ajustada al grosor de la chapa y a las características del material.

Breve descripción de las figuras

A continuación se explica la invención con más detalle a partir de los ejemplos representados en las figuras. Se muestra:

Figura 1 una sección esquemática a través de un punto de fijación conseguido mediante presión por moldeado entre dos chapas según el estado de la técnica,

Figura 2 un dibujo esquemático de un intercambiador de calor plano conforme a la invención,

Figura 3 una sección esquemática a través de los puntos de fijación de un intercambiador de calor,

Figura 4 un intercambiador de calor hecho a partir de un tubo,

Figura 5 una representación esquemática de la fabricación de un intercambiador de calor conforme a la invención con chapas preformadas,

Figura 6 una representación esquemática de una chapa con entalladuras desmoldadas en las posiciones previstas para los puntos de fijación, las cuales están dispuestas de modo simétrico a una línea de plegado de la chapa,

Figura 7 la chapa doblada según la Figura 6 y hilvanada parcialmente con uniones por moldeado por presión

Figura 8 un intercambiador de calor plano con tubos frontales,

Figura 9 una sección transversal a través de un punto de moldeado por presión en el intercambiador de calor según la Figura 8,

Figura 10 un conector de enchufe para la conexión del intercambiador de calor plano según la figura 8,

Figura 11 una sencilla instalación de preparación de agua caliente,

Figura 12 una instalación de preparación de agua caliente con bomba, depósito de agua caliente y recipiente de expansión.

Descripción de los ejemplos de realización

La unión por moldeado por presión 11, que está representada en la Fig. 1 en un corte esquemático, se corresponde con el estado de la técnica, y se ha desarrollado como alternativa al soldado de puntos, en particular para la industria del automóvil. Con este tipo de uniones por moldeado por presión 11 se pueden unir chapas 13, 15 situadas de modo plano las unas sobre las otras en cuestión de segundos en un gran número de posiciones. La unión 11 transmite fuerzas de tracción y fuerzas transversales. Se construye a través de la presión por ambos lados de moldes para el prensado sobre las chapas 13, 15. En la chapa 13 se realiza una protuberancia hacia abajo en un contramolde a través de un molde para el prensado que en la Fig. 1 actúa desde arriba. La chapa inferior 15 es abombada al mismo tiempo con la chapa superior 13 hacia abajo. El contramolde del molde para el prensado que actúa desde abajo presenta en la base del molde una entalladura en forma anular y una elevación central. El material presionado en el contramolde es presionado debido a esto en esta entalladura en forma anular y conforma un abombamiento 17 en forma anular. Se conocen varias variantes de procedimientos para la unión por moldeo por presión con las que se consigue un resultado comparable.

A pesar de que los dos moldes para el prensado presentan para la dirección de presión del sello paredes del molde aproximadamente paralelas, se produce un engranaje entre las dos chapas. La chapa inferior 15 comprende la pieza de chapa presionada hacia abajo 19 de la chapa superior 13 con un borde de entalladura 18 en un menor radio que el radio exterior de la pieza 19 presionada hacia abajo. La pieza de chapa presionada hacia abajo 19 se desvía de la presión durante la presión a través del hecho de que se dilata de modo transversal a la dirección de la presión y de este modo conforma una corona 21 bajo la chapa inferior 15. Esta corona 21 presenta un radio mayor que el menor radio de la chapa inferior 15 en la región deformada. Debido a esto, las chapas 13, 15 se introducen en la corona 21 y en el borde de la entalladura 18 de tal manera que normalmente no se pueden separar sin dañar la chapa.

Esta deformación se puede realizar de modo lineal. Para que las fuerzas que aparecen en la corona 21 y en el borde de la entalladura 18 debido al uso del intercambiador de calor plano no hagan que las dos chapas 13, 15 se separen entre sí, la unión por moldeado por presión 11 está conformada de un modo ventajoso de modo puntual o en forma anular.

La Figura 2 muestra un panel colector de radiación solar 23. Dos paredes laterales de chapa de cobre 13, 15, de las cuales únicamente se ve una, están unidas con un gran número de uniones por moldeado por presión 11 puntuales. Éstas están dispuestas en una retícula cuadrada. Los bordes 25 están unidos y hermetizados tradicionalmente con pliegues soldados. En las esquinas situadas enfrentadas diagonalmente están tubos 27 soldados. Las chapas 13, 15 se unieron entre sí de modo plano estando la una sobre la otra, y también después del acabado del colector siguen estando de modo plano la una sobre la otra. La cámara de paso para un medio de transporte del calor es ensanchada después del acabado del colector 23, poniéndola para ello bajo presión. Por ejemplo, con 4 atmósferas (4*10^{5} Pa) de presión, se hincha el cuerpo hueco hecho con chapa de 0,2 mm de grosor. Las paredes laterales de la chapa 13, 15 se deforman en este proceso, las medidas exteriores del cuerpo hueco 23 se hacen algo menores, y la cámara de paso se abre.

En la Figura 3 se representa de modo esquemático una sección a través de un cuerpo hueco 23 hinchado. En los puntos de fijación 11 permanecen las paredes laterales de la chapa 13, 15 unidas y en un contacto muy ajustado. Entre sí, la presión de hinchado o la presión de prueba para la comprobación de la hermeticidad del elemento del colector 23 es capaz de presionar a las paredes laterales 13, 15 separándolas entre sí. A través de ello se produce una cámara de paso 29 entre las paredes laterales 13, 15. La cámara de paso 29 es muy pequeña en relación con la superficie del colector, y existe prácticamente en toda la superficie. La superficie del colector se refrigera en prácticamente cada punto directamente en el lado posterior. Las únicas excepciones a esto son los puntos de unión por moldeado por presión 11. Sin embargo, estos presentan un diámetro muy pequeño de aproximadamente 6 mm, de manera que los recorridos de transporte de calor permanecen durante un espacio de tiempo muy corto.

La Figura 4 muestra un elemento colector o intercambiador de calor 33 que está fabricado a partir de un tubo. Los bordes 35 están conformados correspondientemente a través de una arista de plegado. Las superficies delantera y trasera de la pared transversal entre los bordes 35 están fijadas la una a la otra con un gran número de uniones por moldeado por presión 11. Cada uno de los bordes 37 en los extremos de los tubos está cerrado con una pieza terminal 39. A la pieza terminal 39, por ejemplo de una pieza de chapa embutida, están conectadas tuberías de alimentación y de evacuación 27. Las uniones por moldeado por presión 11 conforman una retícula triangular. Alrededor de cada punto de unión 11 están dispuestos otros seis puntos de unión 11 en un hexágono prácticamente regular. En caso de que la retícula se disponga, por ejemplo, girada 30 grados, entonces el paso a través del cuerpo hueco 33 ya no sucede en canales que van en línea recta desde un extremo al otro, sino que el medio de transporte del calor ha de serpentear alrededor de los puntos de fijación 11. Esto produce una mejor mezcla de los medios frío y caliente.

Otra posibilidad para la conformación de la cámara de paso reside en el hecho de conformar las paredes laterales en un proceso. En la Figura 5 está representado de modo esquemático un dispositivo con el que las chapas en primer lugar se preforman y a continuación se unen entre sí. A través de la presión por rodillos 51 se conforman dos cintas de chapa 13 y 15 de modo individual. A continuación se unen las cintas 13, 15. Las dos cintas 13, 15 se unen para ello con un sello 53 en las posiciones de contacto.

Se ha mostrado como algo ventajoso una deformación de las paredes laterales alrededor de los puntos de fijación. Con entalladuras o elevaciones circulares 59 en las dos paredes laterales 13 y 15, las cuales desmoldan entalladuras de modo que están enfrentadas y opuestas entre sí, se consigue que las paredes laterales 13 y 15 se mantengan separadas a una distancia que se puede determinar a través de la profundidad de la entalladura 59.

La Figura 6 muestra una chapa preformada que es apropiada para ser plegada a lo largo del eje de simetría 61 de la disposición de las entalladuras preformadas 59 de este tipo (ver flecha). Mediante el plegado a lo largo del eje de simetría 61, las entalladuras 59 pasan a estar en contacto entre sí. El cuerpo hueco 63 obtenido a través de esto está representado en la figura 7. En la fabricación de intercambiadores de calor planos se despliegan a continuación los bordes laterales 65 y 67 de este cuerpo hueco a lo largo de la línea punteada, por ejemplo de modo perpendicular, y se suelda la parte no unida 67. El borde lateral 65 permanece cerrado y hermético al plegar la chapa según la Figura 6, y no tiene que ser soldado. En los lados frontales 69 se ensanchan las paredes laterales 13 y 15, de modo que puedan alojar tubos frontales 71 (Fig. 8). Después del soldado de tubos frontales, se conforman las uniones por moldeado por presión 11 de modo céntrico en las entalladuras 59.

La Figura 8 muestra un intercambiador de calor plano prácticamente acabado. Para que las ranuras 73 en los tubos frontales 71 puedan ser mostradas en la representación, se representa un tubo frontal 71 separado del cuerpo hueco 63. En los lados frontales del cuerpo hueco 63, las paredes laterales de la chapa de cobre 13 y 15 están ensanchadas un cuarto en sentido opuesto, para que así conformen conjuntamente una acanaladura con una sección transversal aproximadamente semicircular. En esta acanaladura está soldado el tubo frontal 71. En el tubo frontal 71 de cobre están conformados varios orificios 73. Estos se encuentran en una línea paralela al eje del tubo. Están orientados contra la cámara de paso 29 entre las dos paredes laterales 13 y 15. Los orificios 73 presentan coronas embutidas en frío 75. La corona 75 penetra en el intercambiador de calor acabado en la cámara de paso 29 y está soldada por lo menos en las regiones de las esquinas del cuerpo hueco 63 con las paredes laterales 13, 15.

Las paredes laterales 13, 15 están acodadas en los bordes laterales 77 conjuntamente aproximadamente en ángulo recto respecto a la superficie del cuerpo hueco 63, y conforman un reforzamiento del cuerpo hueco 63. En las paredes laterales 13, 15 que conformar la superficie del cuerpo hueco 63 se prevén entalladuras 59. Éstas están dispuestas en una retícula rectangular de 25 mm de dimensión de trama y presentan un diámetro de 8 mm. Los puntos de unión por moldeado por presión 11 están dispuesto en el centro de las entalladuras y presentan un diámetro de 6 mm. La profundidad de las profundidades 59 es de 1 mm y la anchura de la cámara de paso 29 es de 2 mm correspondientemente. Esto produce en un intercambiador de calor con las dimensiones exteriores 20 * 100 cm un contenido de 200 ml o de un litro de medio de transporte del calor sobre un metro cuadrado de superficie del colector.

Este tipo de intercambiadores del calor se pueden fabricar casi con cualquier dimensión. Las series con medidas normalizadas permiten una alineación de los intercambiadores de calor para formar una mayor superficie o un paquete. A través de un montaje de tubos correspondiente, los intercambiadores de calor se pueden disponer en serie o en paralelo sin modificaciones de las conexiones o de la forma.

El cuerpo hueco 63 también puede presentar cualquier forma predeterminada. En caso de que el cuerpo hueco, por ejemplo, presente la forma de un canalón, entonces se conforman dos chapas 13, 15 de modo paralelo y se construye un canalón de doble pared. A continuación, las paredes laterales de chapa 13, 15 se unen en las posiciones de unión 11 y en los bordes. De esta manera, el intercambiador de calor puede presentar casi cualquier forma.

La figura 9 muestra una sección transversal a través de una posición de unión 11 con una entalladura 59 y una unión por moldeado por presión. En las posiciones de unión, las chapas 13, 15 que conforman la pared lateral del intercambiador de calor están deformadas de modo circular. La deformación 59 conforma una entalladura por un lado y una elevación por el otro lado de la chapa 13, 15 con una superficie de unión 79 paralela al resto de la superficie de la chapa. La superficie elevada de la elevación conforma una superficie de apoyo para el apoyo de la segunda chapa (13, 15). Ésta está elevada respecto al resto de la pared lateral 1 mm, como máximo 1,5 a 2 mm. Este tipo de deformaciones se pueden mecanizar en serie por medio de presión por rodillos, o también mediante el presionado individual en la chapa. De modo ventajoso, esta superficie deformada se mete a presión y con un momento de giro aplicado sobre la superficie se refuerza el material de la superficie de unión 79. El material reforzado de dos chapas puestas la una encima de la otra espalda contra espalda con las superficies de unión deformadas 79 puede ser ahora unido de modo central dentro de esta superficie de unión reforzada 79 por medio de un punto de moldeado por presión tal y como se representa o bien por medio de otro tipo de unión. Las entalladuras 59 garantizan una cámara de paso 29 definida y, conjuntamente con una disposición en forma de retícula de las deformaciones y una distancia máxima de las posiciones de unión 11, una superficie estable en forma del intercambiador de calor.

La unión por moldeado por presión 11 en la figura 9 está equipada adicionalmente con las piezas 80, 82 que aseguran la unión. Estas piezas 80, 82 están hechas de latón, ya que es más duro que el cobre y presenta un menor coeficiente de dilatación dependiente de la temperatura. Un disco 80 se mete a presión en la entalladura grabada en la unión por moldeado por presión 11, y un anillo 82 rodea la protuberancia de la unión por moldeado por presión 11 presionada en la matriz. El disco y el anillo aseguran de modo conjunto el agarre entre el borde de la entalladura 18 y la corona 21. Esta estabilización de la unión por moldeado por presión permite una mayor carga relativa a las oscilaciones de temperatura y garantiza una mayor fuerza de unión. Se puede usar de modo adecuado en intercambiadores de calor de alta presión o en intercambiadores de calor con grandes diferencias de temperatura.

La unión entre el intercambiador de calor y el avance y retroceso o bien los intercambiadores de calor contiguos se realiza de modo ventajoso a través de un conectador enchufable. Un conectador enchufable de este tipo está representado en la figura 10. El conectador enchufable 81 está compuesto por un tubo. Este tubo está provisto cerca de los dos extremos de dos ranuras que lo rodean, en cada una de las cuales está la junta tórica 83. Las dimensiones del diámetro exterior y de la junta tórica del conectador enchufable están ajustadas al diámetro interior del tubo que se ha de unir, es decir, del tubo frontal. Para que el conectador enchufable 81 se pueda meter de modo uniforme en los dos extremos del tubo que se han de unir, se prevé en el centro un tope 85. Este está conformado a través de una ampliación del diámetro.

La figura 11 muestra una sencilla instalación de intercambio del calor con los elementos de colectores solares 91 puestos en común y un depósito de agua caliente 93. El agua de uso se calienta directamente en los colectores 91. El depósito 93 está unido con los colectores 91 en un circuito. Una variante todavía más sencilla se realiza sin depósito de agua caliente 93. En la figura 12 está representada una instalación más compleja de preparación de agua caliente, en la que el circuito de los colectores 95 está separado del circuito del agua de uso 97. El circuito de los colectores 95 está accionado a través de una bomba 99. Éste posee un recipiente de expansión 101. En el depósito de agua caliente está dispuesto un registro de intercambio de calor 103, con el cual el agua calentada en los colectores 91 suministra el calor al agua de uso. A partir de las figuras 11 y 12 también se puede ver que son posibles las más diferentes disposiciones de los elementos de colector 91.

Claims (21)

1. Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor (23, 33, 59) con una cámara de paso (29) para un medio de transporte del calor, en el que dos paredes laterales (13, 15), en particular hechas de chapa de cobre, se disponen una enfrente de otra y se unen una con otra para formar un cuerpo hueco (23, 33, 59) a través del cual se pueda pasar, en el que las paredes laterales se fijan una a otra en un gran número de posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59), caracterizado porque las dos paredes (13, 15) se engranan una dentro de la otra en las posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59) a través de la deformación del material.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la deformación del material se realiza de un modo puntual, preferentemente con un diámetro de 3 a 6 mm.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque por lo menos una de las paredes laterales, preferentemente las dos, está provista de entalladuras circulares, y las uniones en la región de las entalladuras se realizan a una cierta distancia por todos los lados respecto a su borde.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las paredes laterales se preforman antes de la unión.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5 en conexión con la reivindicación 2, caracterizado porque el cuerpo hueco (23, 33, 59) se somete a una presión interior excesiva respecto a la presión exterior.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el engranaje de las paredes laterales se estabiliza a través de la presión de un anillo alrededor de la deformación y el empleo de un disco en la deformación.

7. Intercambiador de calor (23, 33, 59) con dos paredes laterales (13, 15) unidas entre sí, y entre sí una cámara de paso (29) para un medio de transporte del calor, en el que las paredes laterales (13, 15) están unidas entre sí en la superficie entre los bordes del intercambiador de calor (23, 33, 59) en un gran número de posiciones de unión (11), caracterizado porque las paredes laterales (13, 15) están engranadas una con otra en las posiciones de unión (11) en la superficie entre los bordes del intercambiador de calor, y están fijadas una a otra a través de estos engranajes (11).

8. Intercambiador de calor según la reivindicación 7, caracterizado porque los engranajes enfrentados (11) de las paredes laterales (13, 15) están conformados en forma anular.

9. Intercambiador de calor según la reivindicación 8, caracterizado porque se prevé un anillo (82) que rodea la posición engranada (11).

10. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque los engranajes (11) están construidos a través de un proceso de aplastamiento-presión y una perforación de la chapa.

11. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque por lo menos una pared lateral está hecha de chapa de cobre, en particular de un grosor de 0,3 a 0,8 mm, preferentemente de 0,5 a 0,65 mm.

12. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque los engranajes (11) están dispuestos con una distancia entre sí de 10 a 50 mm, preferentemente entre 20 y 30 mm.

13. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque los engranajes (11) están dispuestos en filas o en una retícula.

14. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque los engranajes (11) están dispuestos dentro de una entalladura (59) de la pared lateral aproximadamente circular.

15. Uso de un procedimiento de unión de chapa por moldeado por presión para la fijación (11) puntual entre sí de dos paredes laterales paralelas (13, 15) que encierran una cámara de paso (29) de un intercambiador de calor, según la reivindicación 1.

16. Juego de piezas para una instalación de intercambio del calor, con un cierto número de intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 6 a 12 y elementos de unión para la conexión de los intercambiadores de calor.

17. Juego de piezas según la reivindicación 16, caracterizado porque los elementos de unión son conectadores enchufables.

18. Juego de piezas según la reivindicación 16 ó 17 con una bomba.

19. Juego de piezas según una de las reivindicaciones 16 a 18 con un depósito de agua caliente.

20. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos en una, preferentemente en las dos paredes laterales (13, 15), en las posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59), se conforman entalladuras (59) circulares de refuerzo a través de la deformación del material y, a continuación, se engranan las paredes laterales de chapa entre sí dentro de estas entalladuras (59) a través de la deformación del material.

21. Intercambiador de calor fabricado según el procedimiento de la reivindicación 20, con una cámara de paso (29) para un medio de transporte del calor, en el que dos paredes laterales (13, 15) están dispuestas una enfrente de otra y están unidas una con otra formando un cuerpo hueco (23, 33, 59) a través del cual se puede pasar, en donde las paredes laterales están fijadas entre sí en un gran número de posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59), caracterizado porque por lo menos en una, y preferentemente en las dos paredes laterales (13, 15), en las posiciones de unión (11) dentro de la superficie entre los bordes del cuerpo hueco (23, 33, 59), se conforman entalladuras (59) circulares de refuerzo a través de la deformación del material y, a continuación, las paredes laterales de chapa están engranadas entre sí dentro de estas entalladuras (59) a través de la deformación del material.