ES2283880T3 - Intercambiador de calor y metodo y medios para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Un método para fabricar un intercambiador de calor elemental de una sola pieza, el cual es muy eficiente, de tamaño limitado, pequeño peso, con bajos costos de producción, intrínsecamente estable, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: fabricación en un molde (50) mediante moldeo por termosoplado o hidroformación de una preforma (32) hecha de un material adecuado, constituido por un apilamiento de fuelles (34) globalmente biconvexos, relativamente profundos en relación con la dimensión transversal de la preforma y comparables a los de un acordeón, comprendiendo los mencionados fuelles unas partes centrales alargadas, equipadas con conectores (40 - 42) terminales, flancos (33 - 35), puntas (36) y fondos (38) que tiene unas formas apropiadas respectivamente, de forma que estos flancos (33 - 35) tengan una rigidez mucho mayor que los correspondientes a los fondos (38) y puntas (36), en el que el apilamiento en sí está equipado con dos tuberías de conexión (28 - 30), centradas sobre los ejes del apilamiento (25 - 27) de los mencionados conectores terminales (40 - 42), los elementos que constituyen esta preforma (32) tienen unas temperaturas, flexibilidades y elasticidades adecuadas, aplicando una depresión interna y/o fuerzas de compresión externas a los mismos, en forma paralela al eje de apilamiento de los fuelles, facilitando y/o deteniendo la depresión y/o las fuerzas de compresión, cuando la parte comprimida (10) así fabricada llega a ser un apilamiento de pares de placas huecas (12 - 22, comunicándose (16) y siendo simétricas globalmente con un grosor interno (14) y separación (18) más o menos constante; en caso necesario, después del enfriamiento de la pieza (10) así fabricada, rodear la misma con un miembro (81) que asegure su fijación, con el fin de que se mantenga en sus valores iniciales los espacios entre las paredes de los pares de placas (22).

Description

Intercambiador de calor y método y medios para su fabricación.

La invención está relacionada con un intercambiador de calor, de un tipo totalmente nuevo, así como también con un método y medios de fabricación.

Los intercambiadores de calor entre dos fluidos se utilizan cuando es necesaria por doquier la recuperación o disipación del calor, pero sin mezclar el fluido que transporta el mismo con el fluido que se evacua del mismo. En los intercambiadores de calor, al menos uno de los dos fluidos está confinado, es decir, forzado en su totalidad a circular en un espacio limitado, mientras que el otro puede estar confinado parcialmente o no estarlo en lo absoluto. Este es el caso, por ejemplo, con los radiadores de calefacción centrales de agua caliente, dependiendo de si están cubiertos parcialmente o no. Es también el caso del intercambiador de calor de una bomba de calor con un gas frío circulando a través de la misma y sumergida en un trayecto de agua. Cuando los dos fluidos mencionados tienen que estar confinados, en particular para que sean capaces de ser recuperados y reciclados, el intercambiador de calor a utilizar tendrá que incluir entonces una o más partes activas interras, rodeadas de una parte externa o carcasa, todo ello equipado con ramificaciones de conexionado, estando la parte externa generalmente aislada contra el calor.

Existen varios modos de operación de los intercambiadores de calor: a contracorriente, a favor de la corriente, y de corrientes cruzadas. La ventaja de un intercambiador que opere en modo de contracorriente es que permite la transferencia desde el fluido caliente al fluido frío, de prácticamente toda la diferencia de temperaturas que existen entre los mismos. El intercambiador de modo de operación a favor de la corriente permite que se alcance sólo una temperatura intermedia entre las correspondientes a los dos fluidos. En cuanto al intercambiador de corriente cruzada, su estructura es diferente con respecto a los anteriores, y menos efectivo que la versión de contracorriente, sin embargo se adapta bien para usos en particular (radiadores de coches personalizados, por ejemplo).

Todos los intercambiadores con el fin de tener una eficiencia máxima tienen que tener las siguientes características: tener (1) superficies activas, es decir, participando directamente en el intercambio de calor, el cual tiene que ser lo mayor posible, (2) unos grosores de paso para los dos fluidos, los cuales tienen que al mismo tiempo pequeños y más o menos constante a lo largo de toda la longitud de las superficies activas, de forma que prácticamente la masa completa del fluido o fluidos confinados participe en el intercambio, y (3) una sección de paso substancialmente total para el fluido o fluidos confinados, que sea proporcional a la energía térmica a intercambiar, con el fin de minimizar las pérdidas de presión.

En numerosas aplicaciones industriales, las paredes activas de los intercambiadores de calor de contracorriente utilizados están hechos de un metal que sea excelente conductor del calor, adecuado para los fluidos afectados. El acero inoxidable de un tipo particular, y por tanto costoso, es necesario por ejemplo cuando uno de los dos fluidos sea relativamente corrosivo (agua de mar por ejemplo). Existen varios modelos de metal de intercambiadores de calor para dos fluidos confinados circulando en contracorriente en el mercado. Están constituidos en la mayor parte mediante un apilamiento de placas rectangulares con grandes dimensiones, separadas entre sí mediante juntas estancas, y mediante cámaras de conexión permitiendo que cada una de las caras de estas placas se pongan en contacto con un fluido distinto. Con el fin de satisfacer estar características de todos los intercambiadores de calor mencionados anteriormente, este tipo de aparato es necesariamente pesado y abultado en las tres dimensiones. Con el fin de reducir las pérdidas, su forma óptima es cercana a la de un cubo. Estos dos inconvenientes son adicionales al inconveniente de su alto costo de fabricación, el cual es el resultado de las distintas operaciones a realizar, proporcional al número de placas a ensamblar. En el caso de un intercambiador de calor para un fluido corrosivo, el precio relativamente alto del metal utilizado tiene que ser tenido también en cuenta.

Los intercambiadores de calor de contracorriente fabricados en plástico se utilizan también debido a las características estables de este material, que les permite soportar la mayor parte de los fluidos corrosivos sin sufrir daños. Añadida a esta primera ventaja se encuentra su menor peso y menor costo de las materias primas. Sobre todo estas ventajas compensan en gran parte las deficiencias de la conductividad térmica de los plásticos y el hecho de que la temperatura máxima de los fluidos afectados tiene que ser generalmente inferior a 100 ó 120ºC. Hasta el momento, ha sido costumbre utilizar el plástico para fabricar intercambiadores de calor entre dos fluidos confinados que circulen a contracorriente, utilizando un haz de tuberías relativamente largas de pequeño diámetro instaladas en zig-zag en una tubería de diámetro grande. Los fluidos dentro y fuera de las tuberías pequeñas circulan en sentido inverso. La ventaja de las tuberías con pequeño diámetro, por supuesto, es que incrementan mejor las superficies de intercambio activas para una sección dada de la tubería grande y reducen el grosor máximo del fluido que rodea estas tuberías pequeñas, lo cual mejora los intercambios entre el interior y el exterior de estas tuberías. Pero este tipo de intercambiador de calor presenta un inconveniente principal que resulta de la necesidad de realizar una ramificación de conexión estanca en los dos extremos de cada tubería y además el tener que asegurar que el haz constituido, en toda la longitud, esté dispuesto regularmente en el interior de la tubería grande. Esto se hace así para que todas las paredes de las tuberías internas estén rodeadas por el mismo grosor reducido del fluido, de forma que el intercambio de calor se realice en las mejores condiciones. Esta operación de ensamblado es también relativamente costosa, debido al gran número de operaciones minuciosas de ensamblado y soldadura que abarca dicho proceso.

En el caso de ciertos dispositivos para el intercambio de calor entre un fluido confinado y el aire exterior, que se incorporan en los refrigeradores y/o congeladores, tales como los descritos en la solicitud de patente europea publicada bajo el número EP 1.225.505 A1, el 8 de Agosto de 2001, los intercambiadores de calor elementales que constituyen los mismos son de metal y están formados por dos placas rectangulares que están corrugadas y/o están provistas con salientes. Estas placas contienen dos anillos de conexión instalados en dos esquinas opuestas, y están montadas simétricamente una sobre la otra, con el fin de que sean capaces de constituir elementos huecos y planos, equipados con una entrada y una salida opuestas diametralmente. Los bordes periféricos de cada par de placas y anillos están soldados entre sí de una forma continua, y las zonas de contacto de los salientes o las líneas de contacto de los picos de las corrugaciones, están soldadas por puntos que están separados relativamente entre sí. Con el fin de reducir el costo del ensamblado de varios intercambiadores de calor elementales de este tipo que son huecos y planos, se han desarrollado procesos automáticos, en particular como los descritos en la patente de los EE.UU. número 4.860.421 del 29 de Agosto de
1989.

El primer sujeto de la invención es un método para la fabricación de un intercambiador de calor elemental, de un tipo totalmente nuevo, cuyas especificaciones son como sigue a continuación: que sean de una única pieza, es decir, sin ensamblado o soldadura, que sean muy eficientes y de tamaño limitado, pequeño peso, bajo costo de fabricación y en general estables intrínsecamente contra los fluidos corrosivos.

El segundo sujeto de la invención es un intercambiador de calor elemental de este tipo, que comprende una única pieza activa y compacta.

El tercer sujeto de la invención está relacionado con dicho intercambiador de calor elemental, fabricado fácilmente utilizando máquinas herramienta y un equipamiento para la fabricación automática que sean convencionales en la industria.

El cuarto sujeto de la invención es una preforma de este intercambiador de calor elemental, que con una sencilla operación pueda transformarse en una pieza activa de este intercambiador.

De acuerdo con la invención, un método para fabricar un intercambiador de calor elemental de una sola pieza, el cual es muy eficiente, de tamaño limitado, pequeño peso, con bajos costos de producción, intrínsecamente estable, está caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

fabricación en un molde mediante moldeo por termosoplado o hidroformación, de una preforma hecha de un material adecuado, constituido por un apilamiento de fuelles globalmente biconvexos, relativamente profundos en relación con la dimensión transversal de la preforma y comparables a los de un acordeón, comprendiendo los mencionados fuelles unas partes centrales alargadas, equipadas con conectores terminales, flancos, puntas y fondos que tienen unas formas apropiadas respectivamente, de forma que estos flancos tengan una rigidez mucho mayor que los correspondientes a los fondos y puntas, en el que el apilamiento en sí está equipado con dos tuberías de conexión, centradas sobre los ejes del apilamiento de los mencionados conectores terminales,

los elementos que constituyen esta preforma tienen unas temperaturas, flexibilidades y elasticidades adecuadas, aplicando una depresión interna y/o fuerzas de compresión externas a los mismos, en forma paralela al eje de apilamiento de los fuelles, facilitando y/o deteniendo la depresión y/o las fuerzas de compresión, cuando la parte comprimida así fabricada llega a ser un apilamiento de pares de placas huecas, comunicándose y siendo simétricas globalmente con un grosor interno y separación más o menos constante;

en caso necesario, después del enfriamiento de la pieza así fabricada, rodear la misma con un miembro que asegure su fijación, con el fin de mantener en sus valores iniciales los espacios entre las paredes de los pares de placas.

De acuerdo con una característica en particular de este método, el molde a utilizar para su implementación contiene ranuras abocinadas con puntas y fondos rectilíneos, estrechos y paralelos, en donde los flancos de estas ranuras están estampados, con los salientes de un flanco enfrentados a los huecos de la otra.

De acuerdo con dos características suplementarias de lo anterior, los planos medios de los flancos estampados del molde forman ángulos de 20 a 30º con su plano de simetría, y sus conectores terminales tienen perfiles con superficies invertibles.

De acuerdo con la invención, un intercambiador de calor elemental de una única pieza que es muy eficiente, de tamaño limitado, bajo peso, bajo costo de fabricación y en general intrínsecamente estable, que se caracteriza porque:

está constituido por una única pieza activa, sin ensamblado ni soldadura, formada por un apilamiento de pares de placas huecas alargadas, comunicándose y siendo simétricas globalmente;

las caras internas de las paredes de cada placa hueca, así como también las caras externas de las paredes de dos placas huecas contiguas, están separadas entre sí en todos los puntos mediante espacios estrechos substancialmente constantes;

estos pares de placas huecas constituyen los conductos elementales de la parte activa que comprenden las partes centrales, en donde los dos extremos de las mismas se encuentran conectados entre sí mediante dos conectores huecos;

cada conducto elemental de la parte activa tiene dos líneas de alimentación principal, cuyos ejes se mezclan con los ejes del apilamiento de los conectores terminales;

uno de los extremos de cada colector termina en una tubería de conexión de la parte activa.

De acuerdo con una característica en particular de este intercambiador de calor, las paredes de los pares de placas huecas están estampadas y globalmente simétricas, sin embargo sus planos medianos longitudinales son perpendiculares a su plano de simetría.

De acuerdo con otra característica en particular de este intercambiador de calor elemental, las paredes de los pares de placas huecas están estampadas y siendo globalmente simétricas, sin embargo sus planos longitudinales medios conjuntamente forman diedros de 120 a 160º y sus conectores terminales huecos están hechos a partir de superficies invertibles.

Gracias a estas configuraciones, pueden fabricarse varios tipos de intercambiadores de calor elementales, utilizando técnicas conocidas, que satisfacen las especificaciones anteriores. Las técnicas de moldeo por termosoplado o hidroformación serán las utilizadas para su fabricación. El moldeo por termosoplado es la formación en caliente de polímeros o vidrio bajo una alta presión neumática. Esta técnica se utiliza para la fabricación de contenedores, frascos y botellas de todos los tipos, con formas relativamente complejas. La hidroformación es el estirado en frío de tubos o placas de metal bajo una presión hidráulica muy alta. Esta técnica se utiliza en numerosas industrias para fabricar piezas o componentes huecos con formas complejas.

Los especialistas en moldeo por termosoplado conocen por experiencia que los contenedores fabricados con esta técnica no pueden tener paredes de un grosor constante, puesto que estos contenedores tienen partes huecas relativamente estrechas y profundas. En el caso de la presente invención, durante una operación de moldeo por termosoplado, los elementos de la sección de la preforma (el vidrio pastoso hueco o masa de polímero a formar, en el lenguaje del trabajador del vidrio), entre los bordes externos de dos puntas contiguas paralelas de las ranuras abocinadas del molde utilizado para la fabricación de una preforma con fuelles, tienen caras distintas de acuerdo con su posición relativa con estas puntas. A lo largo de las puntas del molde, los fondos de los fuelles del perfil de la preforma y el grosor de estos fondos son substancialmente como el de la preforma. A lo largo de los flancos del molde, la sección plana inicialmente de la preforma entre los bordes internos de las puntas del molde se incrementa, y conforme disminuye progresivamente en el grosor se fija a los flancos de las ranuras del molde. Al final, si se han tomado todos las etapas para asegurar que todo vaya bien, llegará a ser delgada o muy delgada y alcanza el fondo de la ranura para formar la punta de la preforma, de lo contrario esta punta quedará perforada y la preforma fabricada será inutilizable. Bajo condiciones excelentes de fabricación, el grosor de los fondos de los fuelles de dicha preforma es mayor que el grosor medio de sus flancos y mucho mayor que el grosor de sus puntas. La relación entre los grosores de los fondos y las puntas de los fuelles depende de la relación entre el ancho de la sección de la preforma entre dos puntas de las ranuras del molde y el doble de su profundidad o también el seno del semiángulo del diedro formado por los planos medios de los flancos de las ranuras. Por debajo de un valor mínimo de este semiángulo, las puntas de los fuelles no pueden formarse completamente. El valor óptimo de este semiángulo está entre 20 y 30º, estando dictado el mínimo por el ángulo mínimo de la formación correcta de las puntas de la parte termosoplada, y el máximo por el ángulo máximo de inversión de las caras de los conectores extremos de los fuelles. Las consideraciones anteriores son aplicables sin mucho cambio a las operaciones de hidroformado para las preformas de metal.

En una primera realización del método de acuerdo con la invención, utilizando un polímero o un metal relativamente flexible y elástico en frío, (polietileno o latón, por ejemplo) es fácil gracias a las técnicas conocidas de termosoplado e hidroformación, fabricar una preforma, de acuerdo con la invención, que contenga fuelles con flancos estampados, en la que los planos longitudinales medios formen diedros, los cuales presenten en forma grande un semiángulo de 45º, el cual prevenga cualquier inversión de sus conectores terminales. A continuación, puesto que las puntas y los fondos de los fuelles son mucho menos rígidos que los flancos, es fácil (1) comprimir en frío esta preforma con el fin de darle la forma de un apilamiento de pares de placas huecas, globalmente simétricas y en comunicación, teniendo unos grosores internos substancialmente constantes, y unos planos longitudinales de separación medios perpendiculares a su plano de simetría, y (2) preservar su forma inicial utilizando un miembro adecuado mientras que se asegura su mantenimiento mediante una fijación por mordaza.

En una segunda realización del método de acuerdo con la invención, mediante la fundición de una preforma que tenga una forma idéntica a la anterior hecha de vidrio o de un polímero que sea flexible cuando esté caliente y relativamente rígida en frío (polipropileno, por ejemplo), llevando a cabo después una compresión en caliente apropiada de esta preforma para darle la forma deseada y después dejando que se enfríe la parte así fabricada, en un patrón adecuado, siendo la forma dada a esta parte estable y final. Cualquier dispositivo capaz de asegurar el mantenimiento mediante el amordazado llegará a ser totalmente innecesario.

En estos primer y segundo casos, gracias a la naturaleza en particular del método definido anteriormente, los flancos de los fuelles de la preforma fabricada son estampados. Debido a este estampado (una sucesión alternativa de huecos y salientes, en la forma de techos con cuatro pendientes, por ejemplo), el momento de inercia de las paredes con respecto a su plano medio se incrementa enormemente y en consecuencia la rigidez de los flancos de los fuelles llega a ser grande (>100) con respecto a la de sus fondos, aunque el grosor de estos es en el caso del moldeado por termosoplado, mucho mayor que el grosor medio de los flancos de los fuelles. En consecuencia, en estos dos casos, las puntas y los fondos de los fuelles operan como bisagras que son relativamente flexibles en el primer caso, y muy flexibles en el segundo caso. De hecho, la relación de la rigidez de los flancos estampados con respecto a la correspondiente a los fondos relativamente gruesos de los fuelles de la preforma se incrementa rápidamente en forma breve después de dejar el molde, debido a que los flancos relativamente delgados se enfrían mucho más rápidamente que los fondos relativamente gruesos. En los dos casos, la rigidez substancial de las paredes estampadas de las placas huecas previene cualquier deformación subsiguiente de su apilamiento.

En una tercera realización del método de acuerdo con la invención, los planos medios de los flancos estampados relativamente profundos de los fuelles forman diedros de aproximadamente 50º y sus conectores extremos son superficies que pueden ser invertidas. En estas condiciones, reteniendo el material de la preforma del segundo caso mencionado anteriormente, bajo la acción de una depresión interna y/o fuerzas de compresión externas aplicadas a esta preforma, la superficies convexas de sus semifuelles sujetos a esta fuerza dan la vuelta y llegan a ser cóncavas, permaneciendo así gracias a la inversión estable de los lados de los conectores extremos de estos semifuelles. Independientemente de la fuerza que resulte de esta desviación de su posición original creada por la inversión de estos conectores extremos, queda impedido el doblado subsiguiente de los planos longitudinales medios de estas placas estampadas particularmente rígidas.

Se observará en la tercera realización del método de acuerdo con la invención, que la inversión de los fuelles de la preforma afecta realmente solo a los conectores terminales de estos fuelles, debido a que sus partes centrales soportan solo un doblez sencillo, pero la inversión de estos conectores extremos asegura el mantenimiento y la estabilidad de estos dobleces. Dicha inversión es estable porque los conectores extremos de las partes centrales de los fuelles son superficies invertibles, por ejemplo semitroncos de conos. Estas superficies tiene dicha propiedad porque la profundidad de los fuelles y de sus conectores extremos es gran suficientemente con respecto a la dimensión transversal de la preforma. Dicha configuración es necesaria, siendo la segunda característica obligada de una superficie invertible, siendo la primera como en el caso de un tronco de cono, un semiángulo en el pico inferior aproximadamente a 60º. Es conocido que la inversión de una superficie invertible incluye una fase de deformación por pandeo entre los dos estados estables de esta superficie. Dicha deformación transitoria puede existir solo cuando los flancos de los fuelles estén simultáneamente no demasiado separados entre sí y a una profundidad relativa a través de la dimensión transversal de la preforma, teniendo en cuenta el grosor de su pared y el módulo de Young del material utilizado. A modo de ejemplo, la profundidad de los fuelles, por ejemplo, puede tener en cuenta estos dos parámetros, variando del 95 al 50% del radio de los conectores terminales truncados. Finalmente se observará que en el caso de un acordeón, esta dimensión relativa de los fuelles es generalmente de 10 al 15% solamente, lo cual como resultado permite el doblado y el estiramiento de sus conectores extremos, sin esfuerzo, en la ausencia de cualquier fenómeno biestable.

De acuerdo con la invención, un intercambiador de calor entre dos fluidos confinados, el cual comprende en una carcasa uno o más de estos intercambiadores elementales, caracterizado porque:

la carcasa está formada por dos semiarmazones que rodean completamente este o estos intercambiador o intercambiadores de calor de una forma estanca y hermética, siguiendo su forma o formas exteriores globales, mientras que se crean espacios estrechos con respecto a los mismos y manteniendo su contacto con las líneas centrales externas de sus dos placas extremas huecas;

cada semicarcasa se encaja en una mitad longitudinal de un intercambiador elemental del conjunto formado por varios intercambiadores y conteniendo, en cada uno de sus extremos, una o más semi-ramificaciones de conexión, y en su fondo una o más aberturas de fijación;

los bordes de estos semiarmazones y de estas semi-ramificaciones están fijadas entre sí de una forma estanca, y el borde o bordes de esta o estas aberturas, fijadas también a una de las dos ramas de conexión de este intercambiador o de cada uno de estos intercambiadores.

De acuerdo con la invención, el molde para la fabricación de una preforma de la parte activa del intercambiador de calor elemental, definido anteriormente, comprende dos mordazas de metal, en la forma de bloques paralelipédicos, que son simétricos con respecto a su línea divisoria;

en cada uno de estos bloques, se encuentran ranuras abocinadas relativamente largas huecas, relativamente largas, con puntas y fondos rectilíneos paralelos, cuyos dos flancos están estampados, y en donde los huecos y los salientes de uno de ellos están enfrentados a los salientes y huecos del otro;

las puntas de los salientes que separan las ranuras son paralelas a la línea divisoria y, en relación con este plano, presentan un espacio libre mayor que su propia anchura;

los ángulos formados con su plano de simetría mediante los planos longitudinales medios de los flancos estampados de cada una de las ranuras del molde son mayores que un ángulo mínimo dictado por las condiciones de moldeo correcto de la preforma, y preferiblemente, inferior al ángulo máximo de los conectores extremos de la preforma a fabricar, estando dictado este ángulo por el punto de rotura del material utilizado;

los extremos de los flancos y de los fondos de las ranuras se unen para formar dos superficies simétricas, si fuera apropiado, con un perfil invertible, tal como un semitronco de cono, las cuales terminan en la línea divisoria del molde, en el que los dos ejes de apilamiento de estas dos superficies están situados en esta línea de división;

estos dos ejes de apilamiento son los correspondientes a los futuros colectores de alimentación de los conductos elementales de la mencionada parte activa, en el que las partes cilíndricas coaxiales están cortadas en cada uno de los salientes de separación de dos ranuras contiguas, con el fin de delimitar estos colectores;

en uno de los extremos de cada uno de estos ejes se crea una cavidad semicilíndrica, que tiene por objeto moldear la mitad de una de las ramificaciones de conexión de un intercambiador de calor elemental;

una de estas cavidades semicilíndricas se abre al exterior.

Un método para fabricar mediante el moldeo de una preforma de vidrio o de un polímero de la parte activa del intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención, definido anteriormente, comprende las etapas siguientes:

fabricar por los medios de un extrusor con el material seleccionado; una preforma o parison hueca relativamente plana;

insertar esta preforma o parison entre las dos mordazas del molde definido anteriormente;

cerrar las mordazas del molde y, en este punto, sellar los extremos superior e inferior de la preforma o parison en posición mediante una soldadura;

insertar una boquilla en la cavidad abierta de las mordazas del molde y provocando la perforación de la preforma o parison;

aplicar durante un momento breve, dentro de la preforma o parison, una alta presión neumática, con el fin de generar la vulcanización en caliente mediante el moldeo por termosoplado de una preforma de la parte activa, la cual reproduzca las ranuras del molde y conformando los fuelles biconvexos de un acordeón;

extraer la boquilla, abriendo las mordazas del molde y extraer la preforma.

Un método para la fabricación mediante el proceso de hidroformado de una preforma de metal de la parte activa del intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención, definido anteriormente, que comprende las etapas siguientes:

introducir un tubo de metal plano de una longitud adecuada entre las dos mordazas de un molde que tenga una resistencia mecánica alta, del tipo definido anteriormente, cerrando a continuación estas mordazas y en ese instante sellar los extremos del tubo en posición;

insertar una boquilla en la cavidad abierta del molde, de forma que encaje herméticamente en este tubo;

aplicar durante un momento muy breve dentro del tubo una alta presión hidráulica, adecuada para aplastar el metal sobre las paredes del molde, con el fin de producir en frío una preforma de paredes finas de la parte activa, que reproduzca las ranuras del molde y que reproduzca los fuelles biconvexos de un acordeón;

extraer la boquilla, abrir las mordazas del molde y extraer la preforma.

Gracias a todas estas medidas, se pueden realizar con total éxito los objetivos de la invención, es decir, de los intercambiadores de calor, adecuados para operar en contracorriente, de conformación con las tres características y con las especificaciones mencionadas anteriormente. Se observará más en particular que los intercambiadores de calor de una sola pieza de acuerdo con la invención tienen unos costos de producción limitados, debido principalmente a la ausencia completa de ensamblado y de operaciones de soldadura, con respecto a la parte activa. Esta ausencia de soldaduras es además una característica que es particularmente valiosa en todas las áreas de la industria que experimenten vibraciones.

El rendimiento de los intercambiadores de calor de acuerdo con la invención depende de la conductividad térmica y por tanto del grosor de las paredes de su parte activa. El grosor es una función, por una parte, del grosor de la preforma o parison o del tubo de metal mencionado anteriormente, y por otra parte, de la relación de su circunferencia y el perímetro de la sección transversal de la preforma. Un único molde permite la producción de preformas cuyo grosor de la pared puede, generalmente, variar de un valor único al doble del mismo.

La gran superficie de intercambio requerida para cualquier intercambiador de calor se obtiene fácilmente dentro de la exposición de la invención porque las placas huecas de la parte activa pueden ser numerosas (hasta 30, por ejemplo), y relativamente largas (de 50 a 150 cm, por ejemplo). Esto compensa el ancho individual relativamente limitado de estas placas cuando el grosor medio de sus paredes sea pequeño. De hecho, cualquier presión diferencial digna de tener en cuenta que afecte a las placas huecas con estas paredes finas incluirá su deformación más grande o más pequeña, de acuerdo con su ancho, y por tanto una compresión de sus espacios de separación y un incremento en su grosor interno, o viceversa. Una u otra de estas deformaciones significarían una disminución en el intercambio de calor realizado. Estas deformaciones, no obstante, son muy pequeñas en las placas huecas con paredes estampadas. La gran rigidez de las paredes finas estampadas permite anchos de las placas de hasta 125 mm.

Cuando se utiliza el vidrio para fabricar la parte activa del intercambiador, los efectos negativos de dicha presión diferencial puede ser no obstante compensado muy fácilmente, si a las placas huecas se les da un ancho que sea relativamente mayor que el indicado anteriormente, incrementando mientras tanto el grosor de las paredes estampadas de estas placas. Debido a que el vidrio tiene una conductividad térmica del doble que el agua, este incremento doble llega a ser posible fácilmente para numerosas aplicaciones. Se observará que la resistencia a la presión relativa de la parte activa de un intercambiador de calor equipado con una carcasa es substancial (de dos a tres bares, para las paredes de la parte activa de 0,5 mm). Por el contrario, cualquier presión dentro de la carcasa que sea mucho mayor (más de 100 milibares por ejemplo) que el interior de la parte activa significaría un aplastamiento de esta parte. Este caso en particular de utilización de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención deberá estar prohibido.

Los pequeños grosores de paso respectivos de los fluidos en el intercambiador están determinados por el grosor interno de las placas huecas y por sus espacios de separación, siendo estos dos grosores substancialmente iguales cuando los dos fluidos afectados son de la misma naturaleza. Por el contrario, cuando uno es un gas y el otro es un líquido, sus velocidades de flujo masivo y sus capacidades térmicas respectivas se tomarán en consideración para determinar mejor los grosores de los conductos a fabricar.

La sección de los pasajes en total del fluido confinado en el intercambiador es el producto de la sección de cada conducto elemental, formado por cada par de placas huecas de la parte activa, multiplicado por el número de estas placas. La superficie de la sección de un conducto elemental está limitada por las razones expuestas anteriormente, pero el número de placas huecas puede ser relativamente grande. Adicionalmente, cuando la energía térmica a intercambiar es substancial, es fácil ensamblar numerosos intercambiadores de calor en paralelo, equipados o no equipados con carcasas o también para instalar numerosos intercambiadores de calor en paralelo en una única carcasa.

En cuanto al pequeño tamaño de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención, esto resulta del hecho de que a pesar de una posible gran longitud, las dos medidas de la sección transversal de su carcasa son relativamente pequeñas y cercanas entre sí puesto que contiene solamente una única parte activa.

En cuanto a su bajo peso, esto resulta del hecho de que el polímero utilizado (polipropileno, por ejemplo), tiene una densidad relativamente baja y las paredes de la parte activa de su carcasa, que constituye conjuntamente el aparato, tienen unos grosores limitados por adelantado. En el caso de partes activas hechas de metal (acero inoxidable o titanio por ejemplo), el grosor de las paredes puede mantenerse pequeño debido a la gran resistencia mecánica del metal, que compensa la mayor densidad y que permite a la unidad mantener un bajo peso. Dicha propiedad estará menos marcada en el caso del vidrio.

Se observará aquí que la excelente resistencia a los fluidos corrosivos es una propiedad intrínseca de los polímeros probablemente a utilizar para la fabricación de las partes que comprenden el intercambiador de calor de acuerdo con la invención. Por supuesto es la misma para el vidrio y para los metales especiales, suministrados con este fin.

En cuanto al bajo costo de producción del aparato, esto resulta del hecho de que (1) en el caso de un intercambiador de calor para dos fluidos confinados, que comprende solo una parte activa de una única pieza, comprende como máximo tres partes que son fáciles de fabricar y de ensamblar, (2) el pequeño número de operaciones automáticas a realizar a tal fin y (3) la amortización a través de un gran número de unidades, del precio generalmente alto de los moldes. En cuanto al equipo automático para la implementación de los procesos de producción, se observará que son comunes en plantas de fabricación de contenedores de todas las formas, hechos de plástico, vidrio o metal, y que las modificaciones y adiciones a los mismos de acuerdo con la invención están dentro de las capacidades de cualquier profesional en la rama respectiva.

Se observará que el uso de un polímero adecuado, y en particular el polipropileno, ABS o policarbonato, para la producción de los intercambiadores de calor elementales de acuerdo con la invención será el caso más general. Será el mismo para los radiadores de calefacción, y más generalmente con el aire acondicionado en los automóviles, lo cuales comprenderán un intercambiador de calor elemental y su carcasa. En estos radiadores, el agua de enfriamiento del motor o el líquido refrigerante que circula en la parte activa, y en la contracorriente en todo alrededor de esta parte, es un flujo de aire forzado. Otro ejemplo, comparable con lo anterior, es el de los intercambiadores de calor de condensación, utilizados en las máquinas de lavado y secadoras. Otro ejemplo en particular es el de los radiadores de calefacción central con agua caliente, los cuales utilizan generalmente varios intercambiadores de calor elementales, los cuales están sin protección (sin la carcasa) instalados en paralelo. Será el mismo que para los intercambiadores de calor de las bombas de calor, instaladas en la conducción del agua. Los intercambiadores elementales hechos de vidrio permitirán que se cumplan los requisitos de numerosos laboratorios químicos. En cuanto a los fabricados con un metal adecuado, cumplirán con los deseos de ciertas industrias de alta tecnología que someten a procesos a fluidos corrosivos a alta temperatura. Se observará que los intercambiadores de calor con pequeñas dimensiones cumplirán con los deseos de los fabricantes de equipos electrónicos que deseen tener medios más eficientes de enfriamiento de ciertos componentes de sus aparatos y en particular en los microprocesadores y transistores de potencia.

Las características y ventajas de la invención llegarán a estar más claras en las siguientes descripciones de las realizaciones, expuestas como ejemplos no limitantes, las cuales se muestran mediante los dibujos siguientes, en los cuales:

La figura 1 representa en la parte derecha en A1, una sección longitudinal a lo largo del plano 17 de las figuras 2 y 3 inferiores (sección simplificada) de un intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención, en el centro, una sección longitudinal simplificada B1 de la preforma de este intercambiador, y a la izquierda una vista frontal actual C1 de esta preforma o de su intercambiador, (teniendo suprimida la estampación las ilustraciones simplificadas A1 y
B1);

La figura 2 representa las secciones transversales reales A2, B2 y C2 de dos intercambiadores de calor elementales de acuerdo con la invención, fabricados a lo largo del eje de la sección CC' que discurre a lo largo de la línea media entre un hueco y un saliente de la estampación de las paredes del intercambiador representado en C1;

La figura 3 representa las semisecciones A3, B3 y C3 transversales escalonadas reales de dos intercambiadores de calor elementales de acuerdo con la invención, fabricados a lo largo de los ejes de la sección escalonada AA' y BB', los cuales respectivamente cruzan un hueco y un saliente de la estampación de las paredes del intercambiador representado en C1;

La figura 4 representa una vista en perspectiva simplificada del bloque que constituye el semimolde para la fabricación de la preforma de la parte activa del intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención;

La figura 5 representa en perspectiva simplificada la mitad de cada una de las dos semicaparazones de la carcasa de un intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención;

La figura 6 representa la vista frontal de la pared estampada de una placa hueca de un intercambiador de una sola pieza o de uno de los flancos estampados del molde correspondiente;

La figura 7 representa la vista en sección de dos placas huecas contiguas con las paredes estampadas de dicho intercambiador.

Las figuras 1, 2 y 3 representan dos realizaciones de un intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención. Para uno de los mismos, los planos longitudinales medio de los pares de placas huecas alargadas de estos intercambiadores forman diedros de 150º (secciones A2 y A3) y para el otro son perpendiculares a su plano de simetría (secciones B2 y B3). En el primer caso, el intercambiador se fabricó por compresión e inversión de los fuelles y los conectores extremos de una preforma en la forma de un acordeón, y en el segundo mediante la compresión simétrica de estos fuelles y estos conectores.

La vista C1 muestra la estampación de las paredes extremas de un intercambiador de calor elemental o de una preforma de este intercambiador. Este estampado está formado por una sucesión alternada de huecos 120 y salientes 122, en la forma de unos techos con cuatro pendientes (descritos con detalle en la figura 6). Los tres planos de sección transversal escalonada están creados para que sean capaces de describir los resultados geométricos de este estampado: los semiplanos AA' y BB' respectivamente a través del saliente 122 y de un hueco 120 de la pared de una placa y el plano CC', a lo largo de la línea de separación de los huecos y los salientes de un par de
placas.

De acuerdo con la figura 2, la sección transversal A2 muestra la sección transversal 10, a lo largo del plano CC', de la parte activa de un intercambiador que tiene unas pequeñas dimensiones, y las de 11a-b de los dos semicaparazones de su carcasa. La sección 10 de la parte activa está conformada de forma similar a una columna vertebral de un pez, provista con siete pares de aletas huecas 12a-b, las cuales son oblicuas y paralelas entre sí. La cavidad interna 14 de cada aleta 12 a-b, es estrecha (2 mm por ejemplo) y las dos aletas globalmente simétricas de una en comunicación entre sí a través de un canal común 16, que tiene substancialmente la misma anchura que el grosor interno de la cavidad 14. Las paredes de estas aletas 12 a-b están hechas de un polímero, dotado con una excelente estabilidad mecánica hasta al menos 100ºC (polipropileno por ejemplo) y teniendo un grosor medio de 0,5 mm y una anchura de 25 mm. El espacio libre 18 entre dos aletas contiguas es casi igual al grosor interno de la cavidad 14. La distancia entre las paredes externas 13-15 de las dos aletas extremas de la sección transversal 10 es de 35 mm.

La sección longitudinal simplificada A1 (eliminada la estampación) de una parte activa 20 de acuerdo con el plano de la sección escalonada 17 de la sección A2 muestra siete conductos elementales, constituidos por siete pares de aletas huecas 22 alargadas globalmente simétricas, dispuestas al igual que las correspondientes 12a-b de la sección transversal A2. Estas aletas 22 alargadas globalmente simétricas comparten el canal central común 16, que ocupa todo el plano de simetría del intercambiador. Las aletas alargadas 22 contienen partes centrales rectilíneas 23, cuyos extremos están enlazados entre sí mediante los semitroncos de cono 24 y 26 con paredes huecas. Los centros de estas dos series de semitroncos de cono están alineados sobre dos ejes 25 y 27, paralelos entre sí, perpendiculares a los bordes exteriores de las placas huecas 22, y situados en su plano longitudinal de simetría. Estos ejes 25-27 son los correspondientes a dos tuberías de alimentación principales de cada uno de los conductos elementales, constituidas por cada par de placas huecas 22. Estas tuberías principales se abren en dos ramificaciones de conexión 28-30 de la parte activa 20, las cuales están representadas dispuestas en sentidos opuestos y equipadas con los resaltes de fijación 29-31 (véanse las secciones A1 y C1). La distancia central de los ejes de las ramificaciones 28-30 puede ser substancial (hasta 150 cm) pero en la práctica dependerá de las capacidades de las máquinas disponibles para fabricar las preformas de las partes activas de los intercambiadores elementales.

La sección transversal B2 está fabricada siguiendo el plano de la sección CC' de una parte activa de un intercambiador de calor cuyos planos longitudinales medios de las aletas huecas estampadas son perpendiculares a su plano global de simetría. Se utilizan las mismas referencias para las figuras A2 y B2. La única diferencia entre las aletas huecas 12a-b de las dos figuras está relacionada con las orientaciones de sus planos medios con respecto a su plano de simetría global.

La sección longitudinal B1 de la preforma simplificada 32 (con la estampación eliminada) de la parte activa 20 y su sección transversal C2 a lo largo del plano de corte CC' muestra que esta preforma 32 está conformada igual que una pila de fuelles 34 globalmente biconvexos, cuyos flancos 33a-b y 35a-b son comparables a los correspondientes a un acordeón. En las secciones B1 y C2, por conveniencia, los fuelles representados son cuatro. A lo largo de la sección C2, las puntas opuestas 36a y 36b de cada fuelle son recortadas, en forma fina (0,3 mm por ejemplo) y en forma ancha (2 mm por ejemplo), cuya distancia separa estas puntas con un valor aproximado de 50 mm en el caso del ejemplo seleccionado. Los fondos 38a-b de estos fuelles son planos y tienen el mismo ancho (2 mm) pero con un grosor apreciablemente mayor (1,2 mm por ejemplo). En el caso del intercambiador con pequeñas dimensiones seleccionadas a modo de ejemplo, la base de cada fuelle 34 mide aproximadamente 17 mm con una profundidad de 25 mm. Estas dimensiones permitieron una excelente penetración de la sección de la preforma (parison) correspondiente en tanto como el fondo de las ranuras del molde utilizado para la producción de esta preforma. En estas condiciones, el ángulo del pico formado por los planos medios de sus flancos 33a-b y 35a-b es aproximadamente de 50º, ó 25º para el semiángulo formado por estos planos medios y sus plano transversal de simetría y 10º ó 40º para los correspondientes a los lados planos de los huecos y salientes del estampado. Los últimos semiángulos son mayores que el ángulo del espacio libre mínimo de cualquier parte
moldeada.

A lo largo de la vista frontal real C1 de la sección longitudinal simplificada B1, los extremos 40 y 42 de cada fuelle 34 de la preforma 32 están conformados como porciones de semitroncos de conos. Los centros de estas porciones frustocónicas están alineadas sobre los ejes 25-27 de las preformas de las tuberías de alimentación principales futuras 44-46, las cuales tienen por ejemplo un diámetro de 16 mm y terminando en las ramificaciones de conexión 28 y 30, representadas en A1 y C1. La dimensión longitudinal de los fuelles 34 es por supuesto la mostrada para las aletas 22 de la sección A1. Las uniones convexas de los flancos 37a-b y 39a-b de los dos semifuelles externos de la preforma 32 comprenden los salientes 41-43 longitudinales, que tienen por objeto servir como soportes para los centros de las pareces convexas y cóncavas de la carcasa de la parte activa 20 (véase en A2, la sección transversal 11a-b de esta carcasa). La distancia entre los salientes de soporte 41-43 es por ejemplo de 130 mm para la preforma 32 con siete fuelles mencionados anteriormente.

La figura 3 representa las secciones transversales A3 y B3 de los dos intercambiadores de calor elementales anteriores, fabricados a lo largo de los semiplanos AA' y BB' de la sección escalonada de la vista frontal C1, que se cruzan con un hueco y un saliente del estampado de las paredes de las placas de estos intercambiadores. De forma similar, las dos semisecciones transversales, representadas en C3, son las de una preforma con las paredes estampadas, hechas a lo largo de los mismos semiplanos de la sección. Las referencias dadas a las secciones en las figuras 2 y 3 son idénticas. Las paredes de las placas de un intercambiador y las de los fuelles de una preforma representadas en las secciones A3, B3 y C3 (semiplanos de la sección AA' y BB') difieren de las representadas en A2, B2 y C2 en que en lugar de aparecer rectilíneas como la última (plano de corte CC'), las paredes de las aletas 12a y las de 33b y 39a de los fuelles 34 en la figura 3 presentan una dobladura ahuecada y las paredes de las aletas 12b y las de 33b y 39b de estos fuelles es un doblez saliente.

La figura 4 representa una vista en perspectiva simplificada (suprimida la estampación) de una de las mordazas 52, en la forma de un bloque 54 paralelipédico grueso, del molde 50 para fabricar la preforma 32. En el caso de una preforma hecha de un polímero o vidrio, el bloque 54 puede estar hecho de aluminio, y en el caso en que esta preforma tenga que hacerse con metal, este bloque puede hacerse con acero con una alta resistencia mecánica. La cara superior 56 del bloque 54, que constituye la línea de división del molde, contiene un número relativamente grande de ranuras 62 abocinadas contiguas y alargadas. Estas ranuras 62 contienen una parte central 64 globalmente rectilínea, que tiene una sección transversal media en la forma de un trapezoide isósceles. El fondo rectilíneo 66 de cada ranura 62 es estrecho, y corresponde a la base pequeña del trapezoide. Los flancos 68a-b de estas ranuras 62 son idénticos a los flancos 33a-35a de la preforma 32. Las puntas rectilíneas 70 de los salientes que separan estas ranuras 62 tienen anchos idénticos a los de los fondos 38a-b de los fuelles 34 de la figura 2 (vista C2). En cuanto a los fondos 66 de las ranuras 62, su ancho es el del ancho interno de las aletas más el doble del ancho de sus paredes, es decir 3 mm, en el caso del ejemplo presentado. Las partes simétricas de los troncos de cono 67a-b y 69a-b (partes mayores de un cuarto) constituyen las extensiones de los flancos oblicuos 68a-b de las ranuras abocinadas 62, que combinan y terminan en la línea de división 56 del molde. Los extremos de los fondos rectilíneos estrechos 66 de las ranuras 62 se amplían con las cuartas partes de los cilindros 65a-b que terminan en la línea divisoria 56. Las porciones de las superficies cilíndricas 72 y 74, de 16 mm de diámetro, por ejemplo, se cortan en los salientes de separación de las ranuras 62, desde las porciones de los troncos de cono 67a-b y 69a-b, que constituyen las partes del molde que crean los bordes de las preformas de las tuberías de alimentación principales 44 y 46, representadas en la vista B1 de la figura 1. Los centros de estas porciones de superficies cilíndricas 72-74 están alineados sobre los ejes 25-27 de dos semicavidades 76 y 78, (12 mm de diámetro por ejemplo), equipadas con los semi-resaltes 77-79. Estas semicavidades 76 y 78 están ahuecadas desde la cara superior del bloque 54 y crearán las ramificaciones de conexión 28-30 de la preforma 32 y sus resaltes 29-31. Estos ejes 25-27 son paralelos entre sí, perpendiculares a las puntas 70 de los salientes de separación de las ranuras 62 y situadas en la línea de partición 56 del molde. La semicavidad 76 está abierta hacia el exterior.

La figura 5 representa en perspectiva, en A5 y B5, las vistas parciales simplificadas (con la estampación eliminada) de dos semicaparazones 80 y 82, los cuales están ensamblados y soldados, que constituyen la carcasa 81 del intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención. Estos dos semicaparazones se fabricaron utilizando técnicas que son comunes en la industria (moldeado por termosoplado de una plancha de polímero o el estirado de una hoja metálica). Cada uno de estos semicaparazones 80-82 tienen por objeto encajar una mitad longitudinal de la parte activa 20 del intercambiador elemental y formar las mitades de las dos ramificaciones de conexión 94 y 110 de la carcasa 81.

La vista parcial A5 del semicaparazón 80 muestra una pared externa convexa 84, comprendiendo todo alrededor una superficie plana continua estrecha 85, y en la mitad un saliente longitudinal del mismo ancho 86. Esta superficie plana y su saliente son adecuados respectivamente para crear el espacio libre pequeño para lo anterior (a modo de ejemplo, 1 mm) con respecto a los limites globales de la parte activa 10, con la excepción sin embargo de los salientes 41-43 que soportan esta parte activa. En el extremo del semicaparazón 80, aparece en relieve la forma 88 de la parte frustocónica 40 (véase la vista C1 de la figura 1), que sirve para conectar los dos elementos rectilíneos de los pares de aletas longitudinales convexas externas 13 (véase la vista A2 de la figura 2). En el centro de la forma 88 aparece una abertura circular 90, cuyo perímetro 92 tiene por objeto que sea aplicado y soldado al resalte 29 de la ramificación de conexión 28 de la parte activa 20. En el extremo del semicaparazón 80, se observa la parte extrema de una semiramificación de conexión 94 de la carcasa 81 de la parte activa 10. Cuantos más pares existan de aletas longitudinales 22, más altos serán los flancos 96a-b del semicaparazón 80. Dos rebordes 98a-b rodean los bordes externos del semicaparazón 80 (flancos 96a-b y la semi-ramificación 94). Estos rebordes aparecen también en A2 en la figura 2.

La vista parcial B5 del semi-caparazón 82 muestra una pared externa cóncava 100, que comprende una superficie plana continua estrecha 102, y en la mitad una ranura longitudinal del mismo ancho 104. Esta superficie plana continua y este hueco son adecuados respectivamente para crear un espacio libre pequeño, similar al mencionado anteriormente. En el extremo del semi-caparazón 82, aparece la forma ahuecada 106 de la parte frustrocónica 52 que sirve papa conectar los dos elementos rectilíneos del par de aletas cóncavas longitudinales externas 15 (sección A2). En el centro de la forma 106 aparece un disco 108, situado frente a la abertura 90 del semicaparazón 80. En el extremo del semicaparazón 82, se encuentra dispuesta la semi-ramificación de conexión 110 de la carcasa 81. Los flancos 112a-b del semicaparazón 82 son de la misma altura que los correspondientes a 96a-b del semicaparazón 80. Dos rebordes 114 a-b rodean los bordes exteriores del semicaparazón 82. Estos rebordes 114a-b tienen por objeto que sean soldados a los rebordes 98a-b del semicaparazón 80.

La figura 6 representa la ampliación de dos cosas, (1) una vista frontal de una mitad longitudinal de la pared estampada de una placa alargada hueca 22 de un intercambiador de calor elemental real y (2) una vista frontal similar del flanco estampado de las ranuras 62 de un semimolde real, el cual puede ser utilizado para la fabricación de preformas de este intercambiador. En ambos casos, las paredes estampadas de la preforma o de las ranuras del semimolde utilizado para su producción comprenden una sucesión alternada de huecos 120 y salientes 122, en la forma de techos con cuatro pendientes, dos en la forma de un trapezoide 124-126 y dos en la forma de triángulos isósceles 128-130. La profundidad de un hueco 120 y la altura de un saliente 122 es cada uno de 2,5 mm por ejemplo. Los índices b y c, dados a las referencias de estos cuatro pendientes, identifican respectivamente sus resaltes y huecos, representados en forma sombreada. Los semiplanos de la sección AA' o BB' mencionados anteriormente se cruzan en su punto medio, los trapezoides ahuecados 124c y 126c o los trapezoides salientes 124b y 126b. Las líneas de unión de los trapezoides 124 y 126 están numerados como 121 y 123 dependiendo de si estos trapezoides pertenecen a los huecos o a los salientes. Se observará que cada uno de estos flancos estampados 33-35 de una preforma real o los de 68a-b de una ranura 62 de un semimolde real comprenden una secuencia alternada de huecos y salientes enfrentados a una secuencia alternada de huecos y salientes. Las líneas de puntos 129 están representadas simbólicamente para distinguir las dos pendientes coplanares 128b y 130c ó 130b y 128c, los cuales pertenecen respectivamente a un saliente o un hueco, siendo cada línea de puntos la diagonal mayor de un rombo. El plano de corte CC' mencionado anteriormente sigue estas líneas 129. Los rectángulos estrechos 132 y 134, los cuales aparecen en los dos extremos de la sucesión de huecos y salientes 120-122 son zonas planas que conectan la parte central (1) de las placas huecas 22 y sus conectores extremos 24-26 en el caso de los intercambiadores o (2) las ranuras 62 del semimolde con sus extremos en porciones de los troncos de cono 67a-b y 69a-b. Los bordes 136 y 138 representados en la figura 6 son las líneas de las puntas 36 o las líneas de los fondos 38 de las preformas 32.

La figura 7 representa la vista ampliada en sección longitudinal a lo largo de las líneas medias 121-123 de las partes centrales de dos placas huecas contiguas 140 y 142 con las paredes estampadas, separadas por un espacio 144. A lo largo de esta sección longitudinal centrada, el estampado descrito en la figura 6 se manifiesta por si mismo, después de la compresión controlada de la preforma, en la creación de placas huecas 140-142, con las paredes 146a-b y 148a-b, formadas por una sucesión de salientes, tales como 150a ó 152b, y huecos tales como 152a o 150b, enlazados conjuntamente mediante pendientes de aproximadamente 30º, tales como 154a-b. El espacio libre entre dos líneas extremas 150a y 150b es aproximadamente de 5 mm. El grosor interno de una placa hueca 140-142 con las paredes estampadas es substancialmente constante, 2 mm por ejemplo. El ancho del espacio corrugado 144 de separación es en sí substancialmente constante y del mismo orden de magnitud que el grosor interno de las placas.

En estas condiciones, el efecto de dicho estampado es dar el momento de inercia de la pared con respecto a su plano medio con un valor que varias cientos de veces mayor que el del mismo momento de inercia de una pared plana de medio milímetro de grosor. La rigidez de la parte central de la pared se incrementa en las mismas proporciones, pero el de las puntas y fondos de los fuelles de las preformas permanece muy pequeña, lo cual permite a estas puntas y estos fondos actuar como bisagras flexibles, tomando un radio de curvatura que es muy pequeño en el instante de la compresión controlada de la preforma, mientras que los flancos permanecen planos globalmente.

Gracias a estas configuraciones, el intercambiador de calor de acuerdo con la invención aparece con las ventajas en toda su fabricación y características de utilización. En cuanto a su producción, se observará primeramente que los moldes afectados requieren unos procesos de producción usuales, y que se utilizarán como parte de técnicas que son convencionales en la industria. Es lo mismo que para el equipamiento automatizado tales como los extrusores, compresores y sistemas de desplazamiento, los cuales se encuentran en todas las fábricas para fabricar contenedores de todas las formas a partir de polímeros y de vidrio, que tienen por objeto contener los fluidos más diversos. Es lo mismo que para el equipamiento que opere a una alta presión de agua, utilizado para la hidroformación de piezas metálicas.

Partiendo de una preforma en la forma de un apilamiento de fuelles globalmente biconvexos, comparables con los de un acordeón, dejando moldes de acuerdo con la invención, la transformación de esta preforma 32 en una parte activa 20 del intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención, requiere una operación que es nueva en sí misma, realizada con una máquina herramienta especial adecuada para este fin. Esta operación constituye una compresión simétrica de los fuelles de la preforma o una inversión rápida de los semifuelles convexos de esta preforma, orientados en una primera dirección, hacia sus semifuelles globalmente simétricos, orientados en una segunda dirección (eran convexos y llegan a ser y permanecer cóncavos). En ambos casos, la operación se realiza mediante la aplicación de una fuerza de compresión a los fuelles paralela a su eje de apilamiento. Esta fuerza se creará mediante una depresión controlada aplicada dentro de la preforma 32 y/o mediante un pistón con un perfil convexo, moviéndose a una velocidad que esté también controlada, en combinación con un soporte fijo con un perfil cóncavo. Este pistón y este soporte tendrán la misma dimensión longitudinal que las aletas de la parte activa que finalmente se produzcan. Cuando la fuerza de compresión esté creada por una depresión, se observará que las fuerzas omnidireccionales externas que resulten de ello actuarán en la dirección del movimiento más fácil, es decir, del eje de apilamiento de los fuelles de la preforma. Se observará que los salientes biestables, constituidos por los semifuelles de la preforma, que en su segundo estado estable habrán asumido la forma de paredes cóncavas de las aletas longitudinales oblicuas y huecas, podrán a modo de ejemplo reanudar su primer estado mediante la sencilla aplicación de una presión suficiente dentro de la parte activa terminada, pero con la condición de que las paredes de la última hayan retenido o recuperen una flexibilidad mínima. Es lo mismo que para los semifuelles que hayan sido sometidos a una compresión simétrica.

Es por supuesto necesario con el fin de que todas estas operaciones sean posibles y que procedan de forma correcta, que la preforma introducida en la máquina en particular que tenga que realizar dicha compresión o dicha inversión, contenga puntas y fondos, que sean suficientemente flexibles y elásticos. Esto es con el fin de que su punto de rotura sea relativamente alto y que la inversión o la compresión simétrica de los flancos afectados de las partes centrales de los fuelles y sus conectores extremos pueda tener lugar sin el riesgo de rotura o reventón. Si la transferencia desde el molde a la máquina que comprima la preforma tuviera que incluir un tiempo de parada relativamente significativo, esta preforma se enfriaría y en particular en el caso del vidrio, podría ver reducida su flexibilidad por debajo del límite mínimo dictado por una excelente inversión o por una excelente compresión. En este caso, la máquina en cuestión tendría que incluir, en la zona de aguas arriba, medios para recalentar la preforma, con el fin de restaurar la flexibilidad, lo cual será necesario para que los semifuelles afectados puedan ser invertidos sin ser dañados.

Se observará que los conectores huecos de los extremos de las partes centrales de las placas huecas globalmente simétricas de un intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención, así como también los conectores biconvexos de su preforma, que fueron descritos anteriormente, son porciones de un tronco de cono. Este tipo de superficie no es por supuesto la única que puede ser utilizada. De hecho, cualquier superficie invertible (una pirámide muy abocinada con una base cuadrada y recortada en la cima es invertible con respecto a un plano de inversión que contenga su base por ejemplo) puede utilizarse para constituir los conectores biconvexos de los extremos de las partes centrales de los fuelles de la preforma de acuerdo con la invención.

Con respecto al estampado de los flancos de los fuelles, se observará que los techos con cuatro pendientes no es la única forma de realizar los mismos, y siendo posible también la forma de domos y cuencos, con fondos substancialmente redondeados.

En cuanto a la producción e instalación de la carcasa del intercambiador de calor elemental, se observará que estas operaciones requieren también técnicas que son convencionales en la industria. En cuanto a la fijación estanca de los semiarmazones entre sí y a las ramificaciones de conexión de la parte activa, pueden suministrarse las juntas herméticas y los rebordes que sean capaces de encajarse entre sí y pudiendo mantenerse.

En cuanto a las orientaciones en las direcciones opuestas de las ramificaciones de conexión de la parte activa, es obvio que estas orientaciones distintas permiten una mejor circulación de los fluidos dentro de las partes internas y externas, pero pueden sin idénticas sin daños serios.

Tal como se expuso anteriormente, el intercambiador de calor elemental de acuerdo con la invención, rodeado o no por una carcasa hermética, anteriormente descrito, tiene todas las características necesarias de este tipo de aparato, y cumpliendo todas las especificaciones en particular relativas al mismo. Por supuesto no está limitado a las realizaciones aquí
descritas.

Claims (9)

1. Un método para fabricar un intercambiador de calor elemental de una sola pieza, el cual es muy eficiente, de tamaño limitado, pequeño peso, con bajos costos de producción, intrínsecamente estable, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

fabricación en un molde (50) mediante moldeo por termosoplado o hidroformación de una preforma (32) hecha de un material adecuado, constituido por un apilamiento de fuelles (34) globalmente biconvexos, relativamente profundos en relación con la dimensión transversal de la preforma y comparables a los de un acordeón, comprendiendo los mencionados fuelles unas partes centrales alargadas, equipadas con conectores (40-42) terminales, flancos (33-35), puntas (36) y fondos (38) que tiene unas formas apropiadas respectivamente, de forma que estos flancos (33-35) tengan una rigidez mucho mayor que los correspondientes a los fondos (38) y puntas (36), en el que el apilamiento en sí está equipado con dos tuberías de conexión (28-30), centradas sobre los ejes del apilamiento (25-27) de los mencionados conectores terminales (40-42),

los elementos que constituyen esta preforma (32) tienen unas temperaturas, flexibilidades y elasticidades adecuadas, aplicando una depresión interna y/o fuerzas de compresión externas a los mismos, en forma paralela al eje de apilamiento de los fuelles, facilitando y/o deteniendo la depresión y/o las fuerzas de compresión, cuando la parte comprimida (10) así fabricada llega a ser un apilamiento de pares de placas huecas (12-22, comunicándose (16) y siendo simétricas globalmente con un grosor interno (14) y separación (18) más o menos constante;

en caso necesario, después del enfriamiento de la pieza (10) así fabricada, rodear la misma con un miembro (81) que asegure su fijación, con el fin de que se mantenga en sus valores iniciales los espacios entre las paredes de los pares de placas (22).

2. El método para fabricar un intercambiador de calor elemental de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el molde (50) a utilizar para su implementación comprende ranuras abocinadas (62) con puntas (70) rectilíneas estrechas y paralelas, y fondos (66), en el que los flancos (68a-b) de estas ranuras (62) están estampados, en donde los salientes de un flanco están enfrentados a los huecos del otro.

3. El método para la producción de un intercambiador de calor elemental de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque los planos longitudinales medios de los flancos estampados (68a-b) del molde (50) forman ángulos de 20 a 30º con su plano de simetría y sus conectores extremos (67a-b y 69a-b) tienen perfiles con superficies invertibles.

4. Una preforma (32), realizada mediante la implementación de la primera etapa del método de acuerdo con la reivindicación 1, para fabricar un intercambiador de calor elemental de una pieza, caracterizada porque:

comprende un apilamiento sin la soldadura de los fuelles globalmente biconvexos (33, 35, 37, 39) comparable a los de un acordeón;

los extremos de las partes centrales de estos fuelles están provistos con conectores simétricos, los cuales son invertibles en el caso apropiado (40-42);

los fuelles de este apilamiento tiene puntas recortadas (36a-b) y fondos estrechos (38a-b), en los que las rigideces de estos fondos y puntas son muy pequeñas con respecto a la de sus flancos (33a-b/37a-b/39a-b);

los flancos de los fuelles y los de los conectores extremos (40-42) tienen profundidades substanciales, con respecto a la dimensión transversal de la preforma (32).

5. La preforma (32) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque con el fin de asegurar una rigidez adecuada de los flancos (33a-b/35a-b/37a-b/39a-b) de los fuelles, cada flanco presenta una sucesión alternada de huecos (120) y salientes (122), en particular en la forma de techos con cuatro pendientes, en donde los huecos de un flanco corresponden a los salientes del otro.

6. Un intercambiador de calor elemental de una pieza (20) con un gran rendimiento, tamaño limitado, bajo de peso, bajo costo de producción y en general con una estabilidad intrínseca, obtenida por una compresión externa y/o una depresión interna de la preforma de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque:

está constituido por una única pieza activa (10), sin ensamblado ni soldadura, formado por un apilamiento de pares de placas extendidas (22) las cuales son huecas (14), en comunicación (16) y globalmente simétricas;

las caras internas de las paredes (12a-b ó 150a-b/152a-b/154a-b) de cada placa hueca (22 ó 140-142), así como también las caras externas de las paredes de dos placas huecas contiguas (140-142) se encuentran en todos los puntos separadas entre sí mediante espacios estrechos, substancialmente constantes (14 ó 144);

estos pares de placas huecas (22) constituyen los conductos elementales de la parte activa (10), que comprenden partes centrales alargadas (23), cuyos dos extremos se encuentran conectados entre sí mediante dos conectores huecos (24-26);

cada conducto elemental de la parte activa (10) tiene dos tuberías de alimentación principales, cuyos ejes se mezclan con los ejes de apilamiento (25-27) de los conectores extremos (24-26);

uno de los extremos de cada tubería principal termina en una ramificación de conexión (24-26) de la parte activa (10).

7. Un intercambiador de calor elemental (20) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque las paredes (150a-b/152a-b/154a-b) de los pares de placas huecas (140-142) están estampadas y siendo globalmente simétricas, aunque sus planos longitudinales medios son perpendiculares a su plano de simetría.

8. Un intercambiador de calor elemental (20) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque las paredes (150a-b/152a-b/154a-b) de los pares de placas huecas (140-142) están estampadas y globalmente simétricas, aunque sus planos longitudinales medios forman conjuntamente unos diedros de 120 a 160º y sus conectores extremos (24-26) están hechos de superficies invertibles.

9. Un intercambiador de calor para fluidos confinados, que comprende uno o más intercambiadores elementales (20) de acuerdo con la reivindicación 6, instalados en una carcasa (81), caracterizado porque:

la carcasa (81) está formada por dos semicaparazones (80-82) que rodean completamente de forma hermética este intercambiador o estos intercambiadores (20), siguiendo su forma o formas exteriores globales, mientras que crean espacios estrechos con respecto a los mismos y manteniendo su contacto con las líneas centrales externas (41-43) de sus dos placas extremas huecas;

cada semicaparazón (80-82) abarca una mitad longitudinal de un intercambiador de calor o el conjunto formado por varios intercambiadores (20) y comprende en cada uno de sus extremos una semi-ramificación de conexión (94-110), y en su fondo una o más aberturas de fijación (90);

los bordes (98a-b y 114a-b) de estos semicaparazones y de estas semi-ramificaciones están fijados entre sí de una forma estanca y hermética, y el borde o bordes (92) de esta abertura o estas aberturas (90) se encuentra(n) fijado(s) también a una de las dos ramas de conexión (28-30) de este intercambiador o cada uno de estos intercambiadores.