ES2207471T3 - Intercambiador de calor de placas apiladas, en especial para el enfriamiento del aceite de un vehiculo automovil. - Google Patents
Intercambiador de calor de placas apiladas, en especial para el enfriamiento del aceite de un vehiculo automovil.Info
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Abstract
Intercambiador de calor que comprende una multiplicidad de placas apiladas (10) provistas cada una de un borde periférico levantado (14) y en el cual los indicados bordes periféricos están ensamblados de forma estanca para delimitar entre las placas primeros canales de circulación (24) para un primer fluido (F1) que alternan con segundos canales de circulación (26) para un segundo fluido (F2), caracterizado por el hecho de que el borde periférico levantado (14) de cada una de las placas (10) es sensiblemente plano y forma con la dirección de ensamblado o apilado (D) un ángulo agudo () con un valor elegido superior o igual a 10o.
Description
Intercambiador de calor de placas apiladas, en
especial para el enfriamiento del aceite de un vehículo
automóvil.
La invención se refiere a los intercambiadores de
calor, particularmente para vehículos automóviles.
La invención se refiere más particularmente a un
intercambiador de calor que comprende una multiplicidad de placas
apiladas provistas cada una de un borde periférico levantado, y en
el cual los indicados bordes periféricos se ensamblan de forma
estanca para delimitar entre las placas primeros canales de
circulación para un primer fluido que alternan con segundos canales
de circulación para un segundo fluido.
Un intercambiador de calor de este tipo, llamado
también "intercambiador de placas", o "intercambiador de
láminas", se conoce en particular por la publicación
DE-A-195 11 991. Un intercambiador
de calor de este tipo se utiliza por ejemplo como refrigerador de
aceite para vehículo automóvil, para asegurar la refrigeración del
aceite del motor o también la refrigeración del aceite de la caja
de cambio de velocidades automática, por intercambio térmico con un
fluido de refrigeración, habitualmente el que sirve para la
refrigeración del motor del vehículo.
En un intercambiador de calor de este tipo, las
placas se realizan habitualmente por embutición de una chapa
metálica, y se apilan, de forma que sus bordes periféricos
respectivos encajen los unos en los otros y sean seguidamente
soldados entre sí para asegurar la estanqueidad, lo cual permite
definir canales de circulación de fluido. El intercambiador de
calor resulta así de un apilado de placas y no necesita caja.
Se prevé entonces un conducto de entrada y un
conducto de salida para un primer fluido que se comunican con una
primera serie de canales, así como un conducto de entrada y un
conducto de salida para un segundo fluido que se comunican con una
segunda serie de canales, de forma que los canales de la primera
serie alternen con los canales de la segunda serie.
Las placas presentan unas aberturas situadas a la
derecha de los conductos anteriormente citados y alternativamente
hechos estancos, bien sea por embuticiones, o por anillos
suplementados, para asegurar o impedir el paso de uno u otro
fluido.
En los intercambiadores de calor conocidos de
este tipo, las placas presentan un fondo generalmente plano y está
previsto, en cada canal de circulación, un elemento perturbador
para favorecer una circulación turbulenta del fluido y por
consiguiente el intercambio térmico.
Además, generalmente es necesario prever
elementos perturbadores diferentes para el primero y el segundo
fluidos, lo cual complica la fabricación del intercambiador de
calor.
La invención tiene particularmente por objeto
superar los inconvenientes anteriormente citados.
La invención trata en particular de proporcionar
un intercambiador de calor de placas del tipo definido
anteriormente, que esté desprovisto o prácticamente desprovisto de
elementos perturbadores suplementados.
La invención trata igualmente de proporcionar un
intercambiador de calor de este tipo de placas adecuado para
permitir un buen intercambio térmico entre los dos fluidos, sin
aumento de la pérdida de carga del circuito del primer fluido y del
circuito del segundo fluido.
La invención trata además de favorecer un buen
apilado y un buen ensamblado de las placas que favorezca la
estanqueidad de los canales respecto al medio exterior.
La invención propone a este respecto un
intercambiador de calor del tipo definido en la introducción, en el
cual el borde periférico levantado de cada una de las placas es
sensiblemente plano y forma con la dirección de ensamblado o
apilado un ángulo agudo \alpha con un valor elegido superior o
igual a 10º.
En efecto se ha observado que este valor
seleccionado del ángulo \alpha favorece un buen ensamblado de los
bordes levantados de las placas y por consiguiente un buen apilado
de las placas. Esto permite asegurar la estanqueidad del
intercambiador de calor respecto al exterior, después de la unión
de los bordes levantados, por ejemplo mediante una operación de
soldadura.
Preferentemente, el valor del ángulo \alpha es
inferior o igual a 45º.
Según otra característica de la invención, el
valor del ángulo agudo \alpha está relacionado con el espesor e
de la placa y con la altura h de un canal por la
\hbox{relación :} sen \alpha = e / (h+e).
De este modo, conociendo el espesor e de la placa
y fijando la altura media h de un canal, por ejemplo en función de
las características del fluido que debe circular por él, se puede
deducir el valor del ángulo agudo \alpha.
Preferentemente, los primeros canales y los
segundos canales están desprovistos de elementos perturbadores.
Sin embargo, para algunas aplicaciones, se puede
considerar que solo los primeros canales o los segundos canales
estén provistos de elementos perturbadores. Estos elementos están
ventajosamente formados por relieves procedentes de las placas.
Según otra característica de la invención, las
placas están formadas por embutición de una chapa metálica,
preferentemente a base de aluminio.
Los bordes levantados de las placas están
ventajosamente ensamblados entre sí por soldadura.
En una aplicación preferencial de la invención,
el intercambiador de calor se realiza en forma de un refrigerador
de aceite para vehículo automóvil, en el cual uno de los fluidos es
el aceite del motor o el aceite de la caja de cambios automática de
vehículo, mientras que el otro fluido es un fluido de
refrigeración.
En la descripción que sigue, realizada solamente
a título de ejemplo, se hace referencia a los dibujos adjuntos, en
los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor de placas según la invención;
- la figura 2 es una vista parcial en sección del
intercambiador de calor de la figura 1; y
- la figura 3 es una vista parcial en sección
análoga a la figura 2, en una variante de realización.
El intercambiador de calor representado en la
figura 1 comprende una multiplicidad de placas 10, también llamadas
"medias-láminas", apiladas según una dirección
de ensamblado o apilado D, según una técnica de ensamblado
denominada "en escamas".
Las placas 10 son aquí similares entre sí y
presentan cada una un fondo 12 rodeado por un borde periférico 14
que es generalmente plano y levantado hacia arriba. El fondo 12
tiene aquí la forma general de un rectángulo con los ángulos
redondeados, pero podría tener otra forma por ejemplo la de un
cuadrado con los ángulos redondeados. De igual modo, el fondo 12
está aquí representado en forma plana, pero podría en variante
presentar relieves en hueco o en saliente, por ejemplo nervaduras u
ondulaciones.
Las placas 10 están formadas por embutición de
una chapa metálica, preferentemente a base de aluminio, que es
ventajosamente revestida con un chapado de soldadura sobre al menos
una de sus superficies.
Las placas 10 se apilan según la dirección D y se
ponen así en contacto mutuo con su periferia por sus bordes
levantados respectivos 14, que se sueldan juntos para asegurar una
unión mecánica estanca (figuras 1 y 2).
El intercambiador de calor comprende además
(figura 1) un conducto de entrada 16 y un conducto de salida 18
para un primer fluido F1, así como un conducto de entrada 20 y un
conducto de salida 22 para un segundo fluido F2.
Por otro lado, las placas 10 delimitan así entre
sí unos canales 24 para el primer fluido F1 que alternan con
canales 26 para el segundo fluido F2 (figura 2).
El borde periférico levantado 14 de cada una de
las placas 10 forma con la dirección de ensamblado o apilado D un
ángulo agudo \alpha con un valor elegido superior o igual a 10º
(figura 2). Además este valor elegido es preferentemente inferior o
igual a 45º.
En efecto, se ha observado que la elección de un
valor angular de este tipo permite un buen apilado de las placas y
un buen ensamblado de sus bordes levantados respectivos. Se produce
con ello una buena unión por soldadura de los bordes levantados que
garantiza la estanqueidad de los canales respecto al medio
exterior.
Si se designa por e el espesor de una placa 10 y
h la altura de un canal 24 ó 26 (figura 2), el valor del ángulo
agudo (\alpha) está relacionado con este espesor e y con esta
altura h por la relación : sen \alpha = e / (h+e).
Así, conociendo el espesor e y fijando la altura
h (en función de las características del fluido que debe
atravesarlo), se deduce con ello el valor óptimo del ángulo
\alpha con la condición además de que este valor sea superior o
igual a 10º.
Los conductos 16, 18, 20 y 22 se prolongan en el
interior de la pila y están previstos medios que permiten poner en
comunicación los conductos 16 y 18 con los primeros canales 24, por
una parte, y los conductos 20 y 22 con los segundos canales 26, por
otra parte. Estos medios de comunicación, en sí mismo conocidos, no
se describen. Detalles a este respecto pueden encontrarse
particularmente en la publicación
\hbox{DE-A-195 11 991}
anteriormente citada.
Teniendo en cuenta las características
anteriormente citadas, los canales 24 y 26 están generalmente
desprovistos de elementos perturbadores adecuados para modificar el
régimen de circulación de los fluidos en el intercambiador de calor,
como se puede apreciar en la figura 2.
Sin embargo, puede considerarse en algunos casos
prever elementos perturbadores bien sea solamente en los primeros
canales, o solamente en los segundos canales. En la forma de
realización de la figura 3, elementos perturbadores 28 están
previstos solamente en los canales 26 recorridos por el fluido F2,
mientras que los canales 24 recorridos por el fluido F1 están
desprovistos de ellos. Los elementos perturbadores 28 pueden estar
formados por ejemplo por relieves procedentes de las placas 10.
El intercambiador de calor constituye
ventajosamente un refrigerador de aceite. Puede ser utilizado para
refrigerar el aceite del motor o el aceite de la caja de cambios
automática de un vehículo automóvil. En este caso, uno de los
fluidos está constituido por este aceite, mientras que el otro
fluido está constituido por un fluido de refrigeración. Este último
es ventajosamente el líquido que sirve habitualmente para la
refrigeración del motor del vehículo automóvil.
Cuando el intercambiador de calor se utiliza para
refrigerar el aceite del motor, se fija entonces bien sea
directamente sobre el bloque-motor, o sobre una
caja de filtración conectada directamente con el motor. El
intercambiador puede entonces conectarse con el circuito del fluido
de refrigeración por unos conductos.
En el caso de la refrigeración del aceite de la
caja de cambios automática, el intercambiador de calor puede estar
conectado directamente con el cárter de aceite de la caja de
cambios.
Se ha observado que un intercambiador de calor de
este tipo permite un buen intercambio térmico entre los dos
fluidos, sin aumento de la pérdida de carga del circuito de aceite
y del circuito del líquido de refrigeración. Ensayos realizados han
mostrado que, con relación a un intercambiador de calor de placas
clásico provisto de perturbadores, el intercambiador de calor según
la invención libera una potencia térmica que puede ser superior al
15% y una pérdida de carga que puede reducirse de un 30 a un
40%.
Bien entendido, la invención no se limita a la
forma de realización descrita anteriormente a título de ejemplo
sino que se extiende igualmente a otras variantes.
Claims (9)
1. Intercambiador de calor que comprende una
multiplicidad de placas apiladas (10) provistas cada una de un
borde periférico levantado (14) y en el cual los indicados bordes
periféricos están ensamblados de forma estanca para delimitar entre
las placas primeros canales de circulación (24) para un primer
fluido (F1) que alternan con segundos canales de circulación (26)
para un segundo fluido (F2),
caracterizado por el hecho de que el borde
periférico levantado (14) de cada una de las placas (10) es
sensiblemente plano y forma con la dirección de ensamblado o
apilado (D) un ángulo agudo (\alpha) con un valor elegido superior
o igual a 10º.
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el valor
del ángulo agudo (\alpha) es inferior o igual a 45º.
3. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que el
valor del ángulo agudo (\alpha) está relacionado con el espesor
(e) de la placa (10) y con la altura (h) de un canal (24, 26) por
la relación : sen \alpha = e / (h+e).
4. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que
los primeros canales (24) y los segundos canales (26) están
desprovistos de elementos perturbadores.
5. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que
solo los primeros canales (24) o los segundos canales (26) están
provistos de elementos perturbadores (28).
6. Intercambiador de calor según la
reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que los
elementos perturbadores (28) están formados por relieves
procedentes de las placas (10).
7. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que
las placas (10) están formadas por embutición de una chapa
metálica, preferentemente a base de aluminio.
8. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que
los bordes levantados (14) de las placas (10) se ensamblan entre sí
mediante soldadura.
9. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que
uno de los fluidos es el aceite de un motor o el aceite de una caja
de velocidades automática de un vehículo automóvil, mientras que
el otro fluido es un fluido de refrigeración.
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