ES2573485T3 - Placa intercambiadora de calor e intercambiador de calor - Google Patents

Placa intercambiadora de calor e intercambiador de calor Download PDF

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ES2573485T3 ES09744215.6T ES09744215T ES2573485T3 ES 2573485 T3 ES2573485 T3 ES 2573485T3 ES 09744215 T ES09744215 T ES 09744215T ES 2573485 T3 ES2573485 T3 ES 2573485T3
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Rolf Ekelund
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Abstract

Placa intercambiadora de calor, en la que la placa (1) está provista de una superficie de transferencia de calor (6) que tiene un patrón corrugado con una pluralidad de crestas (7) y valles (8), y en donde la placa intercambiadora de calor (1) comprende un primer agujero de acceso (2) y un segundo agujero de acceso (5) y una zona de distribución adiabática abierta (11) sobre la que está dispuesto un fluido para fluir y que está situado entre dicho primer agujero de acceso (2) y la superficie de transferencia de calor (6), y una zona adiabática cerrada (12) que está dispuesta para ser delimitada desde la superficie de transferencia de calor (6) por una junta de estanqueidad y que está situada entre dicho segundo agujero de acceso (5) y la superficie de transferencia de calor (6), donde la zona de distribución adiabática abierta (11) comprende una sección de soporte de distribución lateral abierta diagonal (14) situada entre una ranura abierta diagonal (13) y la superficie de transferencia de calor (6), y una sección de soporte adiabática lateral abierta diagonal (15) situada entre la ranura abierta diagonal (13) y el primer agujero de acceso (2), donde la zona adiabática cerrada (12) comprende una sección de soporte de distribución lateral cerrada diagonal (17) situada entre una ranura cerrada diagonal (16) y la superficie de transferencia de calor (6), y una sección de soporte adiabática lateral cerrada diagonal (18) situada entre la ranura cerrada diagonal (16) y el segundo agujero de acceso (5), caracterizada por que la placa intercambiadora de calor comprende además una trayectoria de transferencia (21) entre la sección de soporte de distribución lateral abierta diagonal (14) y la superficie de transferencia de calor (6) y una trayectoria de derivación (22) entre la sección de soporte de distribución lateral cerrada diagonal (17) y la superficie de transferencia de calor (6) que permite una distribución de flujo uniforme sobre la totalidad de la anchura de la superficie de transferencia de calor, en donde la trayectoria de derivación (22) es más ancha que la trayectoria de transferencia (21), en donde la anchura de la trayectoria de transferencia (21) se mide en la posición en la que la distancia entre el patrón de la sección de soporte de distribución lateral abierta diagonal (14) y la superficie de transferencia de calor (6) es la más pequeña y la anchura de la trayectoria de derivación (22) se mide en la posición en la que la distancia entre el patrón de la sección de soporte de distribución lateral cerrada diagonal (17) y la superficie de transferencia de calor (6) es la más pequeña.

Description

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DESCRIPCION
Placa intercambiadora de calor e intercambiador de calor Campo tecnico
La presente invencion se refiere a una placa intercambiadora de calor que permitira una distribucion de flujo mejorado cuando se use en un intercambiador de calor. La invencion se refiere ademas a un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de placas intercambiadoras de calor.
Antecedentes de la tecnica
Un tipo convencional de intercambiador de calor de placas usa unas placas intercambiadoras de calor que estan equipadas con unas juntas que sellan cada canal de la siguiente, y dirigen los fluidos en canales alternos. Este tipo de intercambiador de calor de placas se usa en toda la industria como un equipo convencional para la calefaccion, la refrigeracion, la recuperacion de calor, la condensation y la evaporation eficiente.
Un intercambiador de calor de placas de este tipo consiste en una serie de placas intercambiadoras de calor corrugadas delgadas equipadas con unas juntas. A continuation, las placas se comprimen juntas entre una placa de bastidor y una placa de presion con el fin de crear una disposition de canales de flujo paralelos. Los dos fluidos fluyen en canales alternos lo que proporciona una gran zona de superficie a lo largo de la que puede tener lugar la transferencia de energia termica de un fluido al otro. Los canales estan provistos de diferentes patrones corrugados disenados para inducir una turbulencia maxima en ambos flujos de fluido con el fin de hacer que la transferencia de calor sea lo mas eficiente posible. Los dos fluidos diferentes normalmente entran y salen en la parte superior y la parte inferior del intercambiador de calor, respectivamente. Esto se conoce como el principio de flujo a contracorriente.
Cada una de las patentes US 4.781.248 y US 4.586.562 desvela un intercambiador de calor de placas que comprende una pluralidad de placas intercambiadoras de calor separadas por unas juntas.
Una de las ventajas con los intercambiadores de calor que tienen juntas en comparacion con los intercambiadores de calor soldados es que es facil separar las placas intercambiadoras de calor. Esto es ventajoso, por ejemplo, cuando tienen que limpiarse o cuando se va a ajustar la capacidad del intercambiador de calor. Esto se hace simplemente anadiendo o retirando las placas intercambiadoras de calor cuando sea necesario.
En un tipo de intercambiadores de calor de placas, el intercambiador de calor comprende un tipo de placa, que esta montada con cada otra placa girada 180 grados para formar dos canales diferentes para los fluidos, un canal para el medio de refrigeracion y un canal para el producto que se va a enfriar. Se proporciona un sellado entre cada placa. Tal disposicion es rentable y funciona para muchas aplicaciones. Cada placa esta provista de unas crestas y unos valles con el fin de, por un lado, proporcionar una rigidez mecanica y por el otro lado para mejorar la transferencia de calor al liquido. Las placas se soportaran las unas a las otras, donde los patrones de las placas se encuentran entre si, lo que mejorara la rigidez mecanica del paquete de placas. Esto es importante especialmente cuando los fluidos tienen diferentes presiones. Para este tipo de intercambiador de calor, las regiones de abertura de entrada y de salida deben adaptarse de tal manera que funcionen para ambos canales.
En un canal intercambiador de calor, es ventajoso que la distribucion de temperatura a lo largo de la anchura del canal sea lo mas uniforme posible. Una distribucion de temperatura irregular influira en la eficiencia del intercambiador de calor de una manera negativa. Este es, por ejemplo, el caso de un fluido que se ha de calentar. Con una distribucion de temperatura irregular, una parte del fluido se calentara mas de lo suficiente, mientras que otra parte del fluido se calentara menos de lo suficiente. En el acceso de salida, el fluido se mezcla lo que significa que una parte del fluido calentado se enfriara por la otra parte del fluido.
El problema con una distribucion de temperatura irregular esta presente en la mayoria de los intercambiadores de calor. Esto es debido al hecho de que los accesos de entrada y salida estan dispuestos de una forma no simetrica con respecto a la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor. En un intercambiador de calor convencional, los accesos de entrada y de salida estan dispuestos en las esquinas de las placas intercambiadoras de calor. De esta manera, la superficie de transferencia de calor se mantiene lo mas grande posible. La desventaja de esta disposicion es que la distancia que el fluido debe desplazarse difiere a lo largo de la anchura de la placa.
Se conocen diferentes enfoques para resolver este problema. Es comun para mejorar la distribucion del flujo usar diferentes tipos de patrones en el canal de flujo. En los intercambiadores de calor de mayor tamano, se usa un patron especifico en la zona de distribucion del intercambiador de calor, y se usa otro patron en la zona de transferencia de calor del intercambiador de calor. El fin de los diferentes patrones es aumentar la caida de presion a lo largo del canal de transferencia de calor con el fin de distribuir el fluido de manera mas uniforme. Sin embargo, no es posible aumentar la caida de presion demasiado. Para los intercambiadores de calor mas pequenos, no es posible tener una zona de distribucion especifica debido al tamano de las placas intercambiadoras de calor. En los
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intercambiadores de calor que comprenden diferentes placas intercambiadoras de calor, es posible tener diferentes patrones de distribution de los distintos canales de flujo. Este no es el caso de los intercambiadores de calor que comprenden solo un tipo de placas intercambiadoras de calor.
En la solicitud JP 09152127, se muestra un intercambiador de calor que tiene unas placas intercambiadoras de calor con zonas planas. Cada placa intercambiadora de calor esta provista de tres zonas con un patron en forma de chevron y entre dos zonas planas con ningun patron en absoluto. El fin de este diseno es permitir que el flujo de agua se mezcle en las zonas planas, igualando de este modo la distribucion de temperatura en el intercambiador de calor. Esta solution puede funcionar para los intercambiadores de calor de mayor tamano, en los que el tamano no es un problema, pero parece ser mas bien que consumen espacio. Las superficies planas reduciran la superficie de transferencia de calor eficaz, lo que hace el intercambiador de calor mas grande. El patron tambien es longitudinalmente asimetrico lo que requiere de un diseno de dos placas del intercambiador de calor.
Estas soluciones pueden funcionar para algunas aplicaciones, pero todavia muestran algunos inconvenientes. Por lo tanto, existe margen de mejora.
Divulgacion de la invencion
Un objetivo de la invencion es por lo tanto proporcionar una placa intercambiadora de calor que permita un intercambiador de calor que tenga una distribucion de flujo mejorada. Un objetivo adicional de la invencion es proporcionar un intercambiador de calor que tenga una distribucion de flujo mejorada.
La solucion al problema de acuerdo con la invencion se describe en la parte caracterizadora de la reivindicacion 1. Las reivindicaciones 2 a 5 contienen las realizaciones ventajosas de la placa intercambiadora de calor. La reivindicacion 6 contiene un intercambiador de calor ventajoso y las reivindicaciones 7 a 11 contienen las realizaciones ventajosas del intercambiador de calor.
Con una placa intercambiadora de calor, en la que la placa esta provista de una superficie de transferencia de calor que tiene un patron corrugado con una pluralidad de crestas y valles, y en la que la placa intercambiadora de calor comprende una zona de distribucion adiabatica abierta a lo largo de la que se dispone un fluido para fluir y que se coloca entre un agujero de acceso y la superficie de transferencia de calor, y una zona adiabatica cerrada que esta dispuesta para delimitarse desde la superficie de transferencia de calor por una junta de estanqueidad y que se coloca entre un agujero de acceso y la superficie de transferencia de calor, en la que la zona de distribucion adiabatica abierta comprende una section de soporte de distribucion lateral abierta diagonal situada entre una ranura abierta diagonal y la superficie de transferencia de calor, y una seccion de soporte adiabatica lateral abierta diagonal situada entre la ranura abierta diagonal y el agujero de acceso, en la que la zona adiabatica cerrada comprende una seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal situada entre una ranura cerrada diagonal y la superficie de transferencia de calor, y una seccion de soporte adiabatica lateral cerrada diagonal situada entre la ranura cerrada diagonal y el agujero de acceso, el objetivo de la invencion se consigue por que la placa intercambiadora de calor comprende ademas, una trayectoria de transferencia entre la seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal y la superficie de transferencia de calor y una trayectoria de derivation entre la seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal y la superficie de transferencia de calor. De esta manera, se permite una distribucion de flujo uniforme en toda la anchura de la superficie de transferencia de calor. Ademas, la trayectoria de derivacion es mas ancha que la trayectoria de transferencia.
Para esta primera realization de la placa intercambiadora de calor, se obtiene una placa intercambiadora de calor que permite una distribucion de flujo mejorada dentro de un intercambiador de calor. De esta manera, la eficiencia de un intercambiador de calor puede mejorarse. En particular, la invencion permite una distribucion de flujo uniforme a lo largo de toda la anchura del paso de transferencia de calor en un intercambiador de calor de placas. Esto se consigue por que se crea un paso de derivacion en los canales de flujo del intercambiador de calor, que permite que el fluido entre en el paso de transferencia de calor a lo largo de la anchura completa del intercambiador de calor. Por lo tanto, se evitan las zonas en las que el fluido no puede fluir o en las que la velocidad de flujo es baja.
La trayectoria de derivacion es mas ancha que la trayectoria de transferencia, siendo la ventaja que se crean aberturas de paso de derivacion en el paso de transferencia de calor, teniendo una caida de presion relativamente baja. Esto permitira que el fluido fluya desde el paso de derivacion en el paso de transferencia de calor de una manera uniforme.
En un desarrollo ventajoso de la placa intercambiadora de calor de la invencion, la trayectoria de transferencia y la trayectoria de derivacion tienen una altura de la mitad de la profundidad de prensado del patron corrugado. La ventaja de esto es que las aberturas desde el paso de derivacion en el paso de transferencia de calor, mejorando de este modo la distribucion de flujo en el intercambiador de calor adicional.
En un intercambiador de calor de la invencion, el intercambiador de calor comprende un paso de transferencia entre un paso adiabatico y el paso de transferencia de calor, y un paso de derivacion entre una junta de estanqueidad de canal y la superficie de transferencia de calor. Esto permite un intercambiador de calor mejorado con una eficiencia
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mejorada.
Para esta primera realizacion del intercambiador de calor, un intercambiador de calor permite que se obtenga una distribucion de flujo mejorado. Esto se logra por que el paso de derivacion permite que el fluido entre en el paso de transferencia de calor a lo largo de la anchura completa del intercambiador de calor. Por lo tanto, se evitan las zonas en las que el fluido no puede fluir o en las que la velocidad de flujo es baja.
En un desarrollo adicional ventajoso del intercambiador de calor de la invention, una region de extremo de la superficie de transferencia de calor de una placa intercambiadora de calor se extiende a lo largo de la trayectoria de derivacion de otra placa intercambiadora de calor. Esto es ventajoso por que se crean unas aberturas relativamente grandes en el paso de derivacion, lo que permite que el fluido fluya en el paso de derivacion para entrar en el paso de transferencia de calor con una caida de presion baja. Las propiedades de flujo mejoradas evitan que las regiones de flujo tengan una baja velocidad de flujo en el paso de transferencia de calor. Por lo tanto, puede usarse todo el paso de transferencia de calor del intercambiador de calor para la transferencia de calor entre los dos canales de flujo del intercambiador de calor.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describira a continuation con mayor detalle, con referencia a las realizaciones que se muestran en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 muestra una primera realizacion de una placa intercambiadora de calor de acuerdo con la invencion, La figura 2 muestra una segunda realizacion de una placa intercambiadora de calor de acuerdo con la invencion, La figura 3 muestra un detalle de la placa intercambiadora de calor de acuerdo con la figura 2, y La figura 4 muestra una parte de un intercambiador de calor de acuerdo con la invencion.
Modos de realizar la invencion
Las realizaciones de la invencion con los desarrollos adicionales descritos a continuacion deben considerarse solo como ejemplos y no son de ninguna manera para limitar el alcance de la protection proporcionada por las reivindicaciones de patente.
A continuacion, se describira la placa intercambiadora de calor de la invencion y el intercambiador de calor de la invencion. En las figuras 1 a 3, se muestran las placas intercambiadoras de calor y en la figura 4, se muestra una parte de un intercambiador de calor.
La figura 1 muestra una primera realizacion de una placa intercambiadora de calor de acuerdo con la invencion. La placa intercambiadora de calor esta destinada a usarse en intercambiadores de calor con cometidos generales de calentamiento y refrigeration de diferentes liquidos a traves de la industria. La placa intercambiadora de calor 1 se compone de cuatro agujeros de acceso de 2, 3, 4, 5 que constituiran o los accesos de entrada o los accesos de salida en el intercambiador de calor. La placa intercambiadora de calor mostrada esta disenada de tal manera que un tipo de placa es suficiente para montar un intercambiador de calor. Por lo tanto, cada otra placa intercambiadora de calor esta al reves con respecto al eje horizontal 10 con el fin de obtener los distintos canales de flujo cuando el intercambiador de calor esta montado. De esta manera, el patron interactuara de tal manera que el patron de una placa se soportara sobre el patron de la otra placa, creando una pluralidad de puntos de contacto intermedios.
La placa intercambiadora de calor comprende ademas una superficie de transferencia de calor corrugada 6 que tiene un patron corrugado que comprende unas crestas 7 y unos valles 8. El patron corrugado puede tener diferentes disenos. Un patron de diseno comun es un asi llamado patron de chevron o de espina de pescado, en el que los pliegues muestran uno o mas cambios de direction. Una forma simple del patron en forma de chevron es una forma en V. En los ejemplos mostrados, el patron corrugado comprende unos pliegues longitudinales rectas. El patron de la superficie corrugada, es decir, las crestas 7 y los valles 8, estan en angulo con respecto al eje longitudinal 9 de la placa intercambiadora de calor. En este ejemplo, el patron corrugado cambia la direccion en el eje horizontal 10 de la placa intercambiadora de calor, de tal manera que el patron es de espejo invertido con respecto al eje horizontal 10. En funcion del patron usado, el patron puede o no puede ser de espejo invertido con respecto al eje 10. Las zonas de la placa exterior de la superficie de transferencia de calor, es decir, las regiones de acceso de entrada y salida, estan en los ejemplos mostrados siempre en espejo invertido.
El angulo a con el que el patron corrugado esta inclinado con respecto al eje longitudinal 9 puede elegirse en funcion del uso al que se destina el intercambiador de calor. Se prefieren los angulos que estan en el intervalo entre 20 y 70 grados. Un gran angulo a proporcionara una caida de presion mas alta para los canales de flujo, mientras que un angulo a mas pequeno proporcionara una menor caida de presion para los canales de flujo. Para la placa intercambiadora de calor mostrada en la figura 1, el angulo a es de 30 grados. Para la placa intercambiadora de calor mostrada en la figura 2, el angulo a es de 60 grados.
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Cerca de cada agujero de acceso, entre el agujero de acceso y la superficie de transferencia de calor, esta localizada una zona de transferencia adiabatica. Una zona de transferencia comprende una ranura diagonal, una seccion de soporte adiabatica diagonal y una seccion de soporte de distribucion diagonal. La zona de transferencia entre el agujero de acceso 2 y la superficie de transferencia de calor se denomina en este ejemplo como la zona lateral abierta, ya que el fluido fluira a lo largo de esta zona a traves del canal de flujo activo. La zona de transferencia entre el agujero de acceso 5 y la superficie de transferencia de calor se denomina en este ejemplo como la zona lateral cerrada, ya que esta zona estara delimitada por la junta de estanqueidad de canal de flujo activo.
La zona de transferencia adiabatica lateral abierta superior 11 esta, por lo tanto, localizada entre el agujero de acceso 2 y la superficie de transferencia de calor 6 y la zona adiabatica lateral cerrada superior 12 esta localizada entre el agujero de acceso 5 y la superficie de transferencia de calor 6. La zona adiabatica lateral abierta superior 11 comprende una ranura lateral abierta diagonal 13, una seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal 14 y una seccion de soporte adiabatica lateral abierta diagonal 15. La zona adiabatica lateral cerrada superior 12 comprende una ranura lateral cerrada diagonal 16, una seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal 17 y una seccion de soporte adiabatica lateral cerrada diagonal 18. Las secciones de soporte comprenden unas protuberancias de soporte sobresalientes.
Las ranuras diagonales estan adaptadas para recibir una junta de estanqueidad que se usa para definir y delimitar un canal de flujo. Una ranura diagonal puede comprender o puede no comprender una junta de estanqueidad, en funcion del canal de flujo creado entre las placas intercambiadoras de calor. En la figura 3, se muestran el extremo superior y el extremo inferior de la placa intercambiadora de calor. El extremo superior y el extremo inferior son solo terminos relativos y se refieren a una posicion en la que puede usarse la placa intercambiadora de calor. Se usan en esta descripcion para distinguir entre los dos extremos.
En la figura 3, una junta de estanqueidad de canal 20 se coloca en la ranura de junta alrededor de la superficie de transferencia de calor de tal manera que se obtendra un primer canal de flujo cuando se monte una segunda placa intercambiadora de calor en la primera placa intercambiadora de calor. En la figura 4, se muestran los dos canales de flujo primero y segundo. La ranura de junta esta soportada por las secciones de soporte prensadas en la placa intercambiadora de calor. Las protuberancias de soporte de una seccion se soportaran en las zonas entre las protuberancias de soporte de otra seccion cuando las placas intercambiadoras de calor esten montadas en el intercambiador de calor. Una junta de estanqueidad de acceso 23 delimita el agujero de acceso pasivo 4.
En la zona adiabatica lateral abierta superior 11, la seccion de soporte de distribucion diagonal 14 esta localizada entre la superficie de transferencia de calor 6 y la ranura diagonal 13, y la seccion de soporte adiabatica diagonal 15 esta localizada entre la ranura diagonal 13 y el agujero de acceso 2. La seccion de soporte adiabatica diagonal 15 es esencial para estabilizar tanto la zona adiabatica superior 11 como la ranura diagonal 13. La seccion de soporte de distribucion diagonal 14 es esencial para estabilizar la ranura diagonal 13. Las protuberancias de soporte pueden tener diferentes formas, por ejemplo cuadrada, rectangular o redonda, pero estan disenadas para permitir que el fluido en el canal de flujo fluya desde el acceso hasta el paso de transferencia de calor con un minimo de restriction de flujo, es decir, la caida de presion a traves del paso de transferencia adiabatico deberia ser tan baja como fuese posible, mientras que al mismo tiempo se proporciona un soporte suficiente para la ranura diagonal.
Un zona de transferencia adiabatica lateral abierta inferior 30 similar se localiza en la parte inferior de la placa intercambiadora de calor, entre el agujero de acceso 3 y la superficie de transferencia de calor. La zona de transferencia adiabatica inferior comprende una trayectoria de transferencia inferior 31, una seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal 34, una ranura diagonal 33 y una seccion de soporte adiabatica lateral abierta diagonal 35.
En la zona de transferencia adiabatica lateral cerrada superior 12, la seccion de soporte de distribucion diagonal 17 esta localizada entre la superficie de transferencia de calor y la ranura diagonal 16, y la seccion de soporte adiabatica diagonal 18 esta localizada entre la ranura diagonal 16 y el agujero de acceso 5. La seccion de soporte adiabatica diagonal 18 es esencial para estabilizar tanto la zona de transferencia adiabatica 12 como la ranura diagonal 16. La seccion de soporte de distribucion diagonal 17 es esencial para estabilizar la ranura diagonal. Las protuberancias de soporte pueden tener diferentes formas, pero estan disenados para permitir que el fluido en el canal de flujo fluya desde el acceso hasta el paso de transferencia de calor con un minimo de restriccion de flujo, es decir, la caida de presion a traves del paso de transferencia adiabatico deberia ser tan baja como sea posible. Una zona de transferencia adiabatica lateral cerrada inferior similar esta localizada en la parte inferior de la placa intercambiadora de calor, entre el agujero de acceso 4 y la superficie de transferencia de calor.
La profundidad de prensado del patron de la placa intercambiadora de calor puede variar entre las diferentes secciones de la placa. En el ejemplo mostrado, la zona de transferencia adiabatica lateral abierta superior 11 que incluye la ranura diagonal 13 esta presionada a la profundidad de prensado completa. La zona de transferencia adiabatica comprendera por lo tanto un primer nivel de altura base con protuberancias de soporte sobresalientes de la seccion de soporte de distribucion diagonal 14 y la seccion de soporte adiabatica diagonal 15 que tiene una altura de la profundidad de prensado completa.
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La zona de transferencia adiabatica lateral cerrada superior 12 que incluye la ranura diagonal 16 se presiona asimismo a la profundidad de prensado completa. Las protuberancias de soporte tienen una altura de la profundidad de prensado completa. En el ejemplo mostrado, las zonas entre las protuberancias de soporte de la zona de transferencia adiabatica 12 estan provistas de unos bordes prensados a la mitad de la altura con el fin de aumentar la rigidez de las secciones de soporte 17, 18. Algunas protuberancias de soporte estan asimismo provistas de un relieve rigido de media altura. Estos prensados de media altura pueden usarse para endurecer la zona de transferencia adiabatica lateral cerrada superior ya que este lado de la zona de transferencia adiabatica no sera una parte de un canal de flujo. Por lo tanto, los bordes no interferiran con el flujo de fluido en cualquiera de los canales de flujo.
Los protuberancias de soporte pueden tener diferentes formas. Su principal objetivo es estabilizar las zonas de transferencia adiabaticas y las ranuras diagonales del intercambiador de calor. Usando las protuberancias de soporte que estan separadas del patron corrugado de la superficie de transferencia de calor, se obtiene una rigidez uniforme y mejorada de las ranuras diagonales. Las zonas de transferencia adiabaticas constituiran una superficie adiabatica cuando la placa intercambiadora de calor este montada en un intercambiador de calor, ya que las zonas de transferencia adiabaticas no seran una parte de la transferencia de calor entre los dos flujos de fluido en esta zona.
Entre la seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal 14 de la zona de transferencia adiabatica superior 11 y la superficie de transferencia de calor 6, hay una trayectoria de transferencia superior longitudinal 21 que formara un paso de transferencia en el canal de flujo creado por dos placas intercambiadoras de calor. La trayectoria de transferencia superior 21 actua como una seccion de transicion entre el patron de la zona de transferencia adiabatica 11 y el patron de la superficie de transferencia de calor. La trayectoria de transferencia tiene en este ejemplo una altura de la mitad de la profundidad de prensado. Tambien es posible dejar que la trayectoria de transferencia tenga una altura de la profundidad de prensado completa. En cualquier caso, es importante que el paso de transferencia creado entre las dos placas intercambiadoras de calor obtenga una altura de una profundidad de prensado completa.
El lado delantero de una placa intercambiadora de calor y el lado trasero de otra placa intercambiadora de calor se usan para formar un canal de flujo, y por lo tanto se crea un paso de transferencia entre la trayectoria de transferencia 21 y el lado trasero de otra placa intercambiadora de calor. Con el fin de obtener un paso de transferencia que tenga una altura de una profundidad de prensado completa, es importante que las dos superficies correspondientes de la placa intercambiadora de calor tengan unas alturas apropiadas.
La trayectoria de transferencia superior creara un paso de transferencia en un canal de flujo y permitira que el fluido en un canal de flujo entre en el patron transversal corrugado del paso de transferencia de calor de manera uniforme, mientras que se minimiza la perturbacion de la seccion de soporte de distribucion diagonal 14. De esta manera, la ranura diagonal 13 se soporta de una manera uniforme y, al mismo tiempo, se obtiene un flujo uniforme en el paso de transferencia de calor. En los intercambiadores de calor conocidos, en los que las crestas y los valles de la superficie de transferencia de calor se extienden hasta una ranura de junta diagonal, la ranura de junta diagonal sera menos rigida, ya que el soporte de la ranura de junta diagonal sera asimetrico. El uso de una trayectoria de
transferencia mejorara de este modo la distribucion de flujo cuando se usen unas protuberancias de soporte de
junta.
Ya que las regiones de acceso de entrada y de salida de la placa intercambiadora de calor estan en espejo invertido con respecto al eje horizontal, se proporciona tambien una trayectoria de transferencia inferior 31 en la abertura de acceso de salida 3. Esta trayectoria de transferencia inferior creara un paso de transferencia inferior que permitira que el fluido fluya desde el paso de transferencia de calor en la salida de una manera uniforme, ya que el paso de transferencia permitira que la presion se equilibre antes de entrar en el paso de transferencia adiabatica inferior.
Entre la seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal 17 y la superficie de transferencia de calor 6 se proporciona ademas, una trayectoria de derivation superior longitudinal 22. La trayectoria de derivation superior tiene en este ejemplo una altura de la mitad de la profundidad de prensado, del mismo modo que la trayectoria de
transferencia superior. Esto permitira que los pasos de derivacion que se crean en ambos lados de la placa
intercambiadora de calor, es decir, en los dos canales de flujo, tengan una altura total de una profundidad de prensado completa. En cuanto a la trayectoria de transferencia, es importante que el paso de derivacion obtenido tenga una altura de una profundidad de prensado completa. Por lo tanto, la altura real de la trayectoria de derivacion funcionara conjuntamente con la superficie correspondiente de la otra superficie de la placa intercambiadora de calor cuando se cree el paso de derivacion. La trayectoria de derivacion superior creara un paso de derivacion superior en un canal de flujo creado por las dos placas intercambiadoras de calor. El paso de derivacion superior permitira que el fluido de la entrada entre en el patron transversal corrugado completo del paso de transferencia de calor. El fluido fluira en el paso de derivacion, que presenta una baja caida de presion. Desde el paso de derivacion, el fluido entrara en el patron transversal corrugado del paso de transferencia de calor. De esta forma, se usa la zona completa del paso de transferencia de calor del canal de flujo para la transferencia de calor.
Por lo tanto, el uso de un paso de derivacion permitira que el fluido entre en el paso de transferencia de calor de manera uniforme. Ya que la resistencia del flujo en el paso de transferencia de calor es mucho mas alta que en el
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paso de derivacion, se mejorara la distribucion del flujo del intercambiador de calor. Esto permitira que la seccion del patron transversal corrugado mas cercana al agujero de acceso 5, es dedr, la seccion de entrada del paso de transferencia de calor mas lejana del acceso de entrada, se use de una manera eficiente.
Ya que las regiones de acceso de entrada y de salida de la placa intercambiadora de calor estan en espejo invertido con respecto al eje horizontal, se obtiene tambien una trayectoria de derivacion inferior 32 en la abertura del acceso de salida. Esta trayectoria de derivacion creara un paso de derivacion inferior que permitira que el fluido de la seccion del patron transversal corrugado mas cercana al agujero de acceso 4, es decir, la seccion de salida del paso de transferencia de calor mas lejana del acceso de salida 3, se use de una manera eficiente.
La anchura de un trayectoria de transferencia esta preferentemente en el mismo orden que la anchura de una cresta en la superficie de transferencia de calor. La trayectoria de transferencia superior forma una transicion desde la seccion de soporte de distribucion diagonal 14 hasta la superficie de transferencia de calor. La anchura de la trayectoria de transferencia se selecciona de tal manera que permitira que la presion del fluido se equilibre a lo largo del paso de transferencia antes de que el fluido entre en el paso de transferencia de calor. Si la anchura de la trayectoria de transferencia es demasiado estrecha, el flujo a lo largo de la longitud del paso de transferencia sera limitado. Con una trayectoria de transferencia suficientemente amplia, se nivelan las diferencias de flujo a traves de la seccion de soporte de distribucion diagonal.
La anchura de una trayectoria de transferencia o de una trayectoria de derivacion se mide en la posicion en la que la distancia entre el patron de la seccion de soporte de distribucion diagonal y la superficie de transferencia de calor es la mas pequena. La seccion mas estrecha de una trayectoria determinara la caida de presion en un paso respectivo.
La anchura de una trayectoria de derivacion es mas ancha que la anchura de un trayectoria de transferencia con el fin de permitir que el fluido entre en el paso de transferencia de calor desde el paso de derivacion con una caida de presion relativamente baja. Esto es especialmente importante para una placa intercambiadora de calor que tiene un patron corrugado de la superficie de transferencia de calor con un angulo en el mismo orden que el angulo de la trayectoria de derivacion con respecto al eje longitudinal. Un ejemplo de este tipo puede verse en las figuras 2 y 3. En este caso, una cresta 24 del patron de transferencia de calor corrugado discurre paralela con la trayectoria de derivacion superior 22. Cuando se montan dos placas intercambiadoras de calor para formar un canal de flujo, se crea un paso de derivacion superior 122 entre la trayectoria de derivacion superior 22 y el lado de placa trasero de una trayectoria de transferencia inferior 31. El fluido que va a entrar en el paso de transferencia de calor desde el paso de derivacion debe, por lo tanto, entrar en el paso de transferencia de calor a traves de las aberturas creadas entre la cresta 24 y la region de extremo 25 del patron corrugado. Por lo tanto, es importante que la region de extremo del patron corrugado de una placa intercambiadora de calor se extienda a lo largo de la trayectoria de derivacion. En el ejemplo mostrado, la trayectoria de derivacion tiene una altura de la mitad de la profundidad de prensado. Con las crestas de la region de extremo 25 que se extiende en y a lo largo de la trayectoria de derivacion, se obtienen unas aberturas suficientemente grandes en el paso de transferencia de calor. De esta manera, las aberturas creadas entre la cresta 24 y la zona de extremo 25 permitiran que el fluido entre a traves de las aberturas en el paso de transferencia de calor con una caida de presion reducida. La anchura de la trayectoria de derivacion esta preferentemente en el orden de dos veces la anchura de la trayectoria de transferencia, y esta dimensionada en funcion del uso del intercambiador de calor y las dimensiones de la placa intercambiadora de calor.
La trayectoria de derivacion ayudara a distribuir el flujo de fluido a la totalidad del paso de transferencia de calor de una manera eficiente. En las placas intercambiadoras de calor conocidas, el patron corrugado terminara en una ranura de junta diagonal, lo que significa que el patron transversal corrugado puede terminar directamente en la junta de estanqueidad. La zona proxima a la junta de estanqueidad, es decir, la que esta mas alejada del acceso de entrada, mostrara por lo tanto una velocidad de flujo lenta del fluido y por consiguiente tendra una transferencia de calor pobre. Introduciendo la trayectoria de derivacion y las protuberancias de soporte de junta individuales en la seccion de soporte de distribucion diagonal, se obtiene una distribucion de flujo mejorada en el canal de flujo del intercambiador de calor. Esto significa que la caida de presion a traves del paso de transferencia de calor sera sustancialmente igual a lo largo de la anchura total del intercambiador de calor. A traves del paso de derivacion, hay una caida de presion relativamente baja, especialmente en comparacion con la caida de presion a traves del paso de transferencia de calor.
De la misma manera, hay un trayectoria de derivacion inferior 32 en la region cercana al acceso de salida 3. Esta trayectoria de derivacion ayudara a crear un paso de derivacion de salida que permitira que se use la superficie de transferencia de calor completa de la placa de una manera eficiente. En los intercambiadores de calor conocidos, la zona mas alejada del acceso de salida mostrara una velocidad de flujo lenta que a su vez proporcionara a esta zona una transferencia de calor pobre.
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En la figura 4, se muestra una parte de un intercambiador de calor que comprende cuatro placas intercambiadoras de calor. Entre las placas intercambiadoras de calor, se crean unos canales de flujo. Cada canal de flujo llevara o un primer fluido o un segundo fluido. En el ejemplo mostrado, los canales de flujo 101 y 301 llevaran un primer fluido y el canal de flujo 201 llevara un segundo fluido. En el ejemplo mostrado, los canales de flujo 101 y 201 se usan en una disposicion de flujo en contracorriente, es decir, el flujo a traves del canal de flujo 101 fluye en la direccion opuesta en comparacion con el canal de flujo 201. Un intercambiador de calor completo comprendera una pluralidad de placas intercambiadoras de calor, una placa delantera y una placa trasera. La placa delantera y trasera (no mostradas) estabilizaran el intercambiador de calor y tambien proporcionaran un medio de conexion para la conexion del intercambiador de calor.
Cada canal de flujo esta definido por una junta de estanqueidad 120, 220, 320 que delimita el canal de flujo entre las placas intercambiadoras de calor. Las juntas de estanqueidad se producen normalmente en una unica pieza con unos elementos de interconexion entre las juntas de estanqueidad. Las juntas de estanqueidad 123, 124, 223, 224, 323, 324 sellan los agujeros de acceso que no estan activos en el canal de flujo respectivo. En el canal de flujo 101, el acceso 102 es un acceso de entrada activo y el acceso 103 es un acceso de salida activo. En el canal de flujo 201, el acceso 204 es un acceso de entrada activo y el acceso 205 es un acceso de salida activo. En el canal de flujo 301, el acceso 302 es un acceso de entrada activo y el acceso 303 es un acceso de salida activo.
El primer fluido entra en el canal de flujo 101 a traves del acceso de entrada 102. El fluido pasa a traves del paso adiabatico superior 111 y una parte del fluido se distribuye a traves del paso de transferencia superior 121 en el paso de transferencia de calor 106. Una parte del fluido fluira a traves del paso de derivacion superior 122 en el paso de transferencia de calor 106. El uso de un paso de transferencia superior 121 mejorara la distribucion de flujo del fluido que pasa directamente desde el paso adiabatico superior en el paso de transferencia de calor. El uso de un paso de derivacion superior aumentara la distribucion de flujo a lo largo de todo el paso de transferencia de calor. Despues de que el fluido haya pasado a traves del paso de transferencia de calor completo, el fluido sale del canal de flujo a traves del acceso de salida 103. Una parte del fluido pasa a traves del paso de transferencia inferior 131 y del paso adiabatico inferior 130 en el acceso de salida 103. La otra parte del fluido pasa a traves del paso de derivacion inferior 132 y a traves del paso adiabatico inferior 130 en el acceso de salida 103. El uso de un paso de derivacion inferior permite que una parte del fluido transite a traves del paso de derivacion. Esto permite una distribucion de flujo mejorada a lo largo de la anchura del paso de transferencia de calor del intercambiador de calor, que a su vez mejorara la eficiencia de transferencia de calor del intercambiador de calor.
El segundo fluido entra en el canal de flujo 201 a traves del acceso de entrada 204, debido a la disposicion de contracorriente. El fluido pasa a traves del paso adiabatico inferior 230 y una parte del fluido se distribuye a traves del paso de transferencia inferior 232 en el paso de transferencia de calor 206. Una parte del fluido fluira a traves del paso de derivacion inferior 233 en el paso de transferencia de calor 206. El uso de un paso de transferencia 232 mejorara la distribucion de flujo del fluido que pasa directamente desde el paso adiabatico en el paso de transferencia de calor. El uso de un paso de derivacion 233 aumentara la distribucion de flujo por todo el paso de transferencia de calor. Despues de que el fluido haya pasado a traves del paso de transferencia de calor completo, el fluido sale del canal de flujo a traves del acceso de salida 205. Una parte del fluido pasa a traves del paso de transferencia superior 221 y del paso adiabatico superior 211 en el acceso de salida 205. La otra parte del fluido pasa a traves del paso de derivacion superior 227 y del paso adiabatico superior 211 en el acceso de salida 205. El uso de un paso de derivacion permite que una parte del fluido transite a traves del paso de derivacion. Esto permite una distribucion de flujo mas uniforme a lo largo de la anchura del paso de transferencia de calor del intercambiador de calor, que a su vez mejorara la eficiencia de la transferencia de calor del intercambiador de calor.
El flujo a traves del canal de flujo 301 es el mismo que para el canal de flujo 101. Esto se repite para todos los canales de flujo en el intercambiador de calor. El numero de canales de flujo, es decir, el numero de placas intercambiadoras de calor, en el intercambiador de calor se determina por la capacidad de transferencia de calor necesaria del intercambiador de calor.
La placa intercambiadora de calor de acuerdo con la invencion no incluye ninguna zona de distribucion especifica, sino solo una superficie de transferencia de calor con un cierto patron. La superficie de transferencia de calor se extiende a la zona adiabatica, lo que supone unas ventajas para los intercambiadores de calor de placas pequenos en los que no existe el espacio o la posibilidad de una zona de distribucion especifica.
La invencion no debe considerarse como limitada a las realizaciones descritas anteriormente, son posibles un numero de variantes y modificaciones adicionales dentro del alcance de las reivindicaciones de patente posteriores. En un ejemplo, puede usarse un patron diferente de la seccion de soporte de distribucion diagonal para los casetes intercambiadores de calor.
Signos de referencia
ESTADO DE LA TECNICA:
1: Placa intercambiadora de calor
2: Agujero de acceso
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Agujero de acceso
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Superficie de transferencia de calor
Cresta
Valle
Eje longitudinal Eje horizontal
Zona adiabatica lateral abierta superior Zona adiabatica lateral cerrada superior Ranura lateral abierta diagonal
Seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal Seccion de soporte adiabatica lateral abierta diagonal Ranura lateral cerrada diagonal
Seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal Seccion de soporte adiabatica lateral cerrada diagonal Hendiduras
Junta de estanqueidad de canal trayectoria de transferencia superior trayectoria de derivacion superior Junta de estanqueidad de acceso Cresta
Region de extremo
Zona adiabatica lateral abierta inferior Trayectoria de transferencia inferior Trayectoria de derivacion inferior Ranura lateral abierta diagonal
Seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal
Seccion de soporte adiabatica lateral abierta diagonal
Canal de flujo
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Paso de transferencia de calor
Paso adiabatico superior
Junta de estanqueidad de canal
Paso de transferencia superior
Paso de derivacion superior
Junta de estanqueidad de acceso
Junta de estanqueidad de acceso
Paso adiabatico inferior
Paso de transferencia inferior
Paso de derivacion inferior
Canal de flujo
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Paso de transferencia de calor
Zona adiabatica superior
Junta de estanqueidad de canal
Paso de transferencia superior
Paso de derivacion superior
Junta de estanqueidad de acceso
Junta de estanqueidad de acceso
Zona adiabatica inferior
Paso de transferencia inferior
Paso de derivacion inferior
Canal de flujo
Agujero de acceso
Agujero de acceso
Junta de estanqueidad de canal
Junta de estanqueidad de acceso
Junta de estanqueidad de acceso

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. Placa intercambiadora de calor, en la que la placa (1) esta provista de una superficie de transferencia de calor (6) que tiene un patron corrugado con una pluralidad de crestas (7) y valles (8), y en donde la placa intercambiadora de calor (1) comprende un primer agujero de acceso (2) y un segundo agujero de acceso (5) y una zona de distribucion adiabatica abierta (11) sobre la que esta dispuesto un fluido para fluir y que esta situado entre dicho primer agujero de acceso (2) y la superficie de transferencia de calor (6), y una zona adiabatica cerrada (12) que esta dispuesta para ser delimitada desde la superficie de transferencia de calor (6) por una junta de estanqueidad y que esta situada entre dicho segundo agujero de acceso (5) y la superficie de transferencia de calor (6), donde la zona de distribucion adiabatica abierta (11) comprende una seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal (14) situada entre una ranura abierta diagonal (13) y la superficie de transferencia de calor (6), y una seccion de soporte adiabatica lateral abierta diagonal (15) situada entre la ranura abierta diagonal (13) y el primer agujero de acceso (2), donde la zona adiabatica cerrada (12) comprende una seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal (17) situada entre una ranura cerrada diagonal (16) y la superficie de transferencia de calor (6), y una seccion de soporte adiabatica lateral cerrada diagonal (18) situada entre la ranura cerrada diagonal (16) y el segundo agujero de acceso (5), caracterizada por que la placa intercambiadora de calor comprende ademas una trayectoria de transferencia (21) entre la seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal (14) y la superficie de transferencia de calor (6) y una trayectoria de derivacion (22) entre la seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal (17) y la superficie de transferencia de calor (6) que permite una distribucion de flujo uniforme sobre la totalidad de la anchura de la superficie de transferencia de calor, en donde la trayectoria de derivacion (22) es mas ancha que la trayectoria de transferencia (21), en donde la anchura de la trayectoria de transferencia (21) se mide en la posicion en la que la distancia entre el patron de la seccion de soporte de distribucion lateral abierta diagonal (14) y la superficie de transferencia de calor (6) es la mas pequena y la anchura de la trayectoria de derivacion (22) se mide en la posicion en la que la distancia entre el patron de la seccion de soporte de distribucion lateral cerrada diagonal (17) y la superficie de transferencia de calor (6) es la mas pequena.
  2. 2. Placa intercambiadora de calor de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la trayectoria de transferencia (21) esta mas cerca del primer agujero de acceso (2) que la trayectoria de derivacion (22).
  3. 3. Placa intercambiadora de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en la que la trayectoria de transferencia (21) y la trayectoria de derivacion (22) tienen una altura de la mitad de la profundidad de prensado del patron corrugado.
  4. 4. Placa intercambiadora de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el patron corrugado de la superficie de transferencia de calor (6) comprende unos pliegues longitudinales rectas.
  5. 5. Placa intercambiadora de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el angulo del patron corrugado de la superficie de transferencia de calor (6) tiene un angulo de entre 20 y 70 grados en relacion con el eje longitudinal (9).
  6. 6. Intercambiador de calor, que comprende una pluralidad de placas intercambiadoras de calor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
  7. 7. Intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 6, en donde el intercambiador de calor comprende un acceso de entrada (102, 204), un acceso de salida (103, 205) y entre los mismos un paso de transferencia de calor (106, 206) que tiene un patron transversal corrugado, caracterizado por que el intercambiador de calor comprende ademas un paso de transferencia (121, 221) entre un paso adiabatico (111, 211) y el paso de transferencia de calor (106, 206), y un paso de derivacion (122, 222) entre una junta de estanqueidad de canal (120, 220) y el paso de transferencia de calor (106, 206).
  8. 8. Intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el paso de derivacion (122, 222) es mas ancho que el paso de transferencia (121,221).
  9. 9. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que el paso de transferencia (121) se obtiene entre la trayectoria de transferencia superior (21) de una primera placa intercambiadora de calor y el lado trasero de la trayectoria de derivacion inferior (32) de una segunda placa intercambiadora de calor girada 180 grados alrededor de una normal de las placas intercambiadoras de calor en relacion con la primera placa de transferencia de calor.
  10. 10. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el paso de derivacion (122) se obtiene entre la trayectoria de derivacion superior (22) de una primera placa intercambiadora de calor y el lado trasero de la trayectoria de transferencia inferior (31) de una segunda placa intercambiadora de calor girada 180 grados alrededor de una normal de las placas intercambiadoras de calor en relacion con la primera placa de transferencia de calor.
  11. 11. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que, en el paso de derivacion (122), una region de extremo (25) de la superficie de transferencia de calor (6) de una placa intercambiadora de calor se extiende a lo largo de la trayectoria de derivacion (22) de otra placa intercambiadora de calor.
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