ES2930008T3 - Recubrimiento de superficie aislante en intercambiadores de calor para evitar esfuerzos térmicos - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un intercambiador de calor de placas (10) que tiene un bloque de intercambiador de calor de placas (11), que tiene una pluralidad de particiones (4, 5) dispuestas paralelas entre sí en forma de placas de separación que forman una pluralidad de intercambiadores de calor. pasos (1a, 1b) para fluidos que se van a poner en relación de intercambio de calor indirecto entre sí. Los pasos de intercambio de calor están cerrados desde el exterior por tiras laterales (8), y cada paso de intercambio de calor (1a, 1b) tiene una entrada (9) para la entrada de un fluido y una salida (19) para la salida del fluido. Según la invención, uno o varios tabiques (4, 5) y/o uno o varios elementos conductores de calor (2, 3) presentan respectivamente un revestimiento (41) de un material termoaislante. La invención se refiere además a un método para producir un laminado polimérico ya un método para unir entre sí componentes poliméricos prefabricados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Recubrimiento de superficie aislante en intercambiadores de calor para evitar esfuerzos térmicos
La invención se refiere a un intercambiador de calor de placas, así como a un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor de placas de este tipo.
Por el estado de la técnica se conocen intercambiadores de calor de placas configurados para transferir el calor de un primer fluido a un segundo fluido distinto. A este respecto, los fluidos son guiados dentro del intercambiador de calor de placas en pasos de intercambio de calor independientes del bloque de intercambiador de calor de placas. Estos están delimitados cada uno por dos paredes separadoras paralelas del bloque de intercambiador de calor de placas, entre las cuales está dispuesto en cada caso un elemento de superficie calefactora, también denominado aleta o lámina.
Tales intercambiadores de calor de placas se muestran y describen, por ejemplo, en “The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association” ALPEMA, Third Edition, 2010, que constituye el preámbulo de la reivindicación 1.
Además, tales intercambiadores de calor de placas de aluminio se utilizan en particular en procesos criogénicos, por ejemplo, en instalaciones de separación de aire. Dichas paredes o chapas separadoras y aletas constituyen, en este caso, por un lado, la superficie calefactora y, por otro lado, tienen que absorber las fuerzas procedentes de la sobrepresión interna. A este respecto, hay disponibles diversas paredes separadoras y tipos de aletas, estando, sin embargo, las opciones de diseño restringidas por la función de resistencia a la presión. Por lo tanto, no es posible una reducción arbitraria de la superficie calefactora específica. Tampoco suele ser el objetivo, ya que normalmente se desea una alta densidad de superficie calefactora y, por lo tanto, un diseño lo más compacto posible.
La puesta en marcha, en particular el reinicio, de intercambiadores de calor, en particular de intercambiadores de calor de placas de aluminio, tras una parada del sistema de corta o media duración, puede provocar esfuerzos térmicos muy elevados. Esto es así en particular cuando la variación de temperatura global en el aparato es grande, como sucede en el caso de los intercambiadores de calor principales en instalaciones de separación de aire. En consecuencia, existe el riesgo de que estos intercambiadores de calor resulten dañados ya con un número relativamente pequeño de reinicios debido a la fatiga de los materiales.
A este respecto, sin embargo, se desean instalaciones que puedan hacerse funcionar de forma flexible, lo que incluye en particular las mencionadas interrupciones de funcionamiento.
Los altos esfuerzos térmicos se deben a lo siguiente: En caso de parada del sistema, todos los flujos del proceso suelen detenerse. Partiendo de un perfil de temperatura con un extremo caliente y otro frío, las diferencias de temperatura de los materiales se igualan lentamente debido a la conducción del calor dentro del intercambiador de calor y el aparato adopta una temperatura (media) homogénea que se sitúa entre la temperatura máxima y mínima del estado inicial. Las pérdidas de aislamiento suelen ser pequeñas, por lo que este estado solo cambia lentamente.
Si los flujos de proceso vuelven ahora a ponerse en marcha, estos llegan al intercambiador de calor con una diferencia de temperatura muy grande. Como resultado, la temperatura de la pared cambia rápidamente en el tiempo, en particular en la zona de las entradas de flujo, y se desarrollan gradientes locales de temperatura de la pared muy pronunciados a lo largo de la dirección principal del flujo. Los gradientes temporales y locales de temperatura provocan los mencionados esfuerzos térmicos. En particular en grandes intercambiadores de calor fabricados con diseño modular, que presentan varios bloques de intercambiador de calor de placas interconectados, los esfuerzos térmicos pueden ser considerables.
Los documentos WO2014/044522A1 y WO2014/048073A1 divulgan intercambiadores de calor de placas con una separación térmica entre áreas del intercambiador de calor, con el fin de aumentar la potencia del intercambiador de calor.
Partiendo de ello, la presente invención se basa en el objetivo de crear un intercambiador de calor de placas mejorado en cuanto a la problemática anteriormente mencionada.
Este objetivo se consigue mediante un intercambiador de calor de placas con las características de la reivindicación 1.
Según esta, está previsto un intercambiador de calor de placas con un bloque de intercambiador de calor de placas que presenta varias paredes separadoras dispuestas en paralelo entre sí (por ejemplo, en forma de chapas separadoras), que forman una pluralidad de pasos de intercambio de calor para fluidos que han de ponerse en transferencia de calor indirecta entre sí, en donde los pasos de intercambio de calor están delimitados, en particular cerrados hacia el exterior, mediante listones laterales (por ejemplo, en forma de tiras de chapa), previstos en particular al ras en el borde de las paredes separadoras, también denominados barras laterales, y en donde entre, en particular cada dos, paredes separadoras adyacentes está dispuesto al menos un elemento termoconductor (también denominado aleta), y en donde los pasos de intercambio de calor, en particular cada paso de intercambio de calor, presenta una entrada para la entrada de un fluido, así como una salida para la salida del fluido.
Según la invención está previsto que varias paredes separadoras y/o varios elementos termoconductores presenten en cada caso un recubrimiento de un material termoaislante, y que
(a) el respectivo elemento termoconductor forme, a este respecto, con las dos paredes separadoras adyacentes una pluralidad de canales de flujo del respectivo paso de intercambio de calor, en donde el recubrimiento está colocado sobre el respectivo elemento termoconductor y las dos paredes separadoras adyacentes de tal modo que el respectivo canal de flujo presenta una cara interna periférica recubierta con el recubrimiento termoaislante,
y/o
(b) la pared separadora que presenta el recubrimiento y/o que el elemento termoconductor que presenta el recubrimiento presente una primera sección dispuesta en la entrada y una segunda sección conectada con la primera sección, en donde la segunda sección está más alejada de la entrada que la primera sección, y en donde la primera sección presenta el recubrimiento, y en donde la segunda sección no presenta ningún recubrimiento termoaislante.
Preferiblemente, uno o varios listones laterales presentan en cada caso un recubrimiento de un material termoaislante, colocado sobre el respectivo listón lateral.
Las dos paredes separadoras más externas del bloque de intercambiador de calor de placas, que delimitan el bloque de intercambiador de calor de placas hacia el exterior, también se denominan paredes de cubierta y están formadas, en particular, por chapas de cubierta.
El respectivo paso de intercambio de calor está delimitado, por tanto, mediante dos paredes separadoras adyacentes y presenta al menos un elemento termoconductor (aleta) entre estas paredes separadoras.
Según la alternativa (a) según la invención, el respectivo elemento termoconductor forma, a este respecto, como se explicó anteriormente, con las dos paredes separadoras adyacentes una pluralidad de canales de flujo del respectivo paso de intercambio de calor, en donde el recubrimiento está colocado sobre el respectivo elemento termoconductor y las dos placas separadoras adyacentes de tal modo que el respectivo canal de flujo presenta una cara interna periférica recubierta con el recubrimiento termoaislante. Preferiblemente, el recubrimiento está colocado de tal manera que el respectivo canal de flujo presenta en una primera sección un recubrimiento sin huecos, es decir, un recubrimiento continuo, sobre su pared interna.
Según otra forma de realización está previsto que el respectivo elemento termoconductor presente montañas (o secciones de cabeza) y valles (o secciones de pie) dispuestos de manera alterna y preferiblemente en paralelo entre sí, en donde las montañas y los valles están conectados entre sí en cada caso a través de almas que discurren en particular en vertical. Las montañas y los valles dispuestos de manera alterna forman junto con las almas una estructura ondulada del respectivo elemento termoconductor.
Si las montañas están conectadas con una pared separadora de las dos paredes separadoras adyacentes y los valles están conectados con la otra pared separadora de las dos paredes separadoras adyacentes, se forman entonces una pluralidad de canales de flujo en un respectivo paso de intercambio de calor. Los respectivos canales de flujo están, por lo tanto, delimitados por las paredes separadoras, las montañas o los valles y las almas del respectivo elemento termoconductor.
Tales intercambiadores de calor de placas o los componentes no recubiertos del intercambiador de calor de placas están formados preferiblemente a partir de una aleación de aluminio, en donde los componentes están preferiblemente conectados entre sí mediante soldadura dura. Al fabricar un intercambiador de calor de placas se apilan elementos de superficie calefactora, chapas separadoras, chapas de cubierta y barras laterales, provistas en parte con material de soldadura, unas sobre otras preferiblemente en un bloque paralelepipédico y, a continuación, se sueldan en un horno de soldadura a vacío para formar un bloque de intercambiador de calor. Otros procedimientos de fabricación también son, sin embargo, concebibles.
Los elementos termoconductores, que, dado el caso, están recubiertos tal como se describió anteriormente, pueden ser en particular también las denominadas aletas distribuidoras, que distribuyen el flujo de fluido por toda la anchura del respectivo paso de intercambio de calor, es decir, de una barra lateral a otra. Tales aletas distribuidoras también pueden estar configuradas de una sola pieza con un elemento termoconductor/aleta dispuesto aguas abajo.
Según la alternativa (b) según la invención, de la invención está previsto, como se explicó anteriormente, que la respectiva pared separadora que presenta el recubrimiento y/o que el respectivo elemento termoconductor que presenta el recubrimiento presente en cada caso una primera sección dispuesta en la respectiva entrada (que, por ejemplo, limita con la entrada o está dispuesta adyacente a esta), así como una segunda sección conectada con la primera sección, que está más alejada de la entrada que la primera sección, en donde en cada caso solamente la primera sección presenta el recubrimiento, y en donde en cada caso la segunda sección no presenta el recubrimiento, es decir, en otras palabras, no presenta por tanto ningún recubrimiento termoaislante. En este caso, por tanto, la primera sección está dispuesta, en otras palabras, de tal modo que el fluido la atraviesa antes de que el fluido atraviese la segunda sección.
De manera correspondiente, los canales de flujo formados por las paredes separadoras y por los elementos termoconductores presentan, por tanto, una primera sección (más próxima a la entrada), así como una segunda sección (más próxima a la salida), en donde en cada caso solamente una cara interna o pared interna de la primera sección del respectivo canal de flujo presenta el recubrimiento termoaislante.
Asimismo, según una forma de realización de la invención está previsto que el bloque de intercambiador de calor de placas presente al menos primeros pasos de intercambio de calor para alojar un primer fluido y segundos pasos de intercambio de calor para alojar un segundo fluido, en donde las superficies de las paredes separadoras y/o listones laterales asociadas a los primeros pasos de intercambio de calor y/o los elementos termoconductores asociados a los primeros pasos de intercambio de calor presentan al menos por secciones en cada caso un recubrimiento del material termoaislante, es decir, en particular solamente las primeras secciones de estas paredes separadoras y/o elementos termoconductores, y/o listones laterales, y en donde las superficies de las paredes separadoras y/o de los listones laterales asociadas a los segundos pasos de intercambio de calor y/o los elementos termoconductores asociados a los segundos pasos de intercambio de calor no presentan ningún recubrimiento del material termoaislante.
En este caso, por tanto, en particular solamente los canales de flujo de los primeros pasos de intercambio de calor presentan un recubrimiento termoaislante, es decir, en particular solo las caras internas o superficies internas de las primeras secciones de los canales de flujo, mientras que los canales de flujo de los segundos pasos de intercambio de calor no presentan en particular el recubrimiento termoaislante.
Asimismo, según una forma de realización de la invención está previsto que el material termoaislante sea uno de los siguientes materiales o presente uno de los siguientes materiales: un plástico, un polímero, una cerámica.
Según otra forma de realización de la invención está previsto que las paredes separadoras y/o los elementos termoconductores y/o los listones laterales (salvo por el recubrimiento) estén fabricados a partir de los siguientes materiales o presenten uno de los siguientes materiales: aluminio, una aleación de aluminio. Como aleaciones pueden usarse, por ejemplo, SB-209 (ASME), SB-221(ASME) o EN-AW-3003 (EN).
Asimismo, según una forma de realización de la invención está previsto que el material termoaislante presente una conductividad térmica o un coeficiente de conductividad térmica inferior a 5 W/mK, en particular inferior a 1 W/mK.
En cambio, el material de base de la respectiva pared separadora o del respectivo elemento termoconductor o la respectiva pared separadora no recubierta o el respectivo elemento termoconductor no recubierto presente, según una forma de realización de la invención, normalmente un coeficiente de conductividad térmica (a, por ejemplo, 70K) en el intervalo de aprox. 130 W/mk (a 70K) a aprox. 150 W/mk (a 300K).
Asimismo, según una forma de realización de la invención está previsto que el respectivo recubrimiento presente un espesor (en particular normal al plano de extensión o superficie de la respectiva pared separadora o del respectivo elemento termoconductor) inferior o igual a 0,2 mm.
Además, según una forma de realización de la invención está previsto que la respectiva pared separadora no recubierta (en particular normal al plano de extensión de la superficie de la respectiva pared separadora) presente un espesor en el intervalo de 1 mm a 2 mm.
Según una forma de realización de la invención está previsto, asimismo, que el respectivo elemento termoconductor no recubierto (en particular normal al plano de extensión de la superficie del respectivo cuerpo de base) presente un espesor en el intervalo de 0,2 mm a 0,6 mm.
Para introducir fluidos, a través de la entrada del al menos un primer paso de intercambio de calor, así como a través de la entrada del al menos un segundo paso de intercambio de calor están colocados según una forma de realización de la invención en cada caso un colector con una tubuladura, en donde las tubuladuras sirven para conectar tuberías de alimentación.
Tales colectores pueden estar configurados, por ejemplo, como semicilindros, cerrados por ambas caras frontales opuestas entre sí. Un colector de este tipo presenta, asimismo, preferiblemente un borde periférico, a través del cual se suelda el colector al bloque de intercambiador de calor de placas. Las paredes separadoras y aletas se extienden preferiblemente en perpendicular a un eje longitudinal del colector, cuando este está debidamente soldado al bloque de intercambiador de calor de placas. De esta manera, las entradas y salidas del respectivo paso de intercambio de calor, delimitadas en cada caso por dos paredes separadoras adyacentes, pueden desembocar en el respectivo colector. Además, preferiblemente, la tubuladura correspondiente al colector está configurada en forma de cilindro y se suelda por una cara frontal de la tubuladura con el colector, de modo que la tubuladura se encuentra en conexión de flujo con una abertura de paso del colector o con el colector.
El intercambiador de calor de placas presenta, según una forma de realización, por cada fluido que se introduce en el intercambiador de calor de placas, al menos dos colectores con tubuladuras, en donde el fluido puede introducirse a través de la primera tubuladura y el primer colector en los correspondientes pasos de intercambio de calor y volver a salir a través del otro segundo colector y la segunda tubuladura.
También por lo que respecta al colector/tubuladura puede estar previsto, según una forma de realización de la invención que el colector y/o la tubuladura de los primeros pasos de intercambio de calor presente en sus respectivas caras internas (o paredes internas o superficies internas) un recubrimiento del material termoaislante. En cambio, los colectores y/o tubuladuras de dichos segundos pasos de intercambio de calor según una forma de realización de la invención no presentan ningún recubrimiento del material termoaislante.
Asimismo, según una forma de realización de la invención está previsto que el respectivo elemento termoconductor presente una estructura ondulada con secciones de pie y secciones de cabeza alternas, en donde la respectiva sección de pie está conectada a través de un alma con una sección de cabeza adyacente, de modo que se obtiene dicha estructura ondulada. La estructura ondulada puede estar configurada redondeada en la transición de las secciones de pie o secciones de cabeza a las respectivas almas. Sin embargo, también puede presentar una forma rectangular o escalonada. Mediante la estructura ondulada se forman -junto con las paredes separadoras a ambos lados- canales de flujo para guiar el fluido en cuestión por el respectivo paso de intercambio de calor.
Según una forma de realización de la invención está previsto que el respectivo elemento termoconductor no esté recubierto con el recubrimiento termoaislante en las superficies de contacto, a través de las cuales el respectivo elemento termoconductor está conectado con una pared separadora contigua (en particular soldado).
Según otra forma de realización está previsto que las almas del respectivo elemento termoconductor (en particular en la primera sección del respectivo elemento termoconductor) presenten el recubrimiento termoaislante o estén recubiertas con el recubrimiento termoaislante.
Asimismo, según una forma de realización de la invención está previsto que el respectivo elemento termoconductor solamente presente el recubrimiento termoaislante o esté recubierto con el recubrimiento termoaislante en la zona de las almas.
Según otra forma de realización está previsto que el respectivo elemento termoconductor (en particular en la primera sección) solamente presente el recubrimiento termoaislante o esté recubierto con el recubrimiento termoaislante en la zona de la superficie orientada hacia el respectivo canal de flujo.
Debido a la estructura preferiblemente ondulada de los elementos termoconductores resulta muy eficaz un recubrimiento de las almas debido a las superficies globales relativamente grandes de las almas (en comparación con la superficie de la respectiva pared separadora).
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un intercambiador de calor de placas según la invención, en donde un material con capacidad de fluencia, que en el estado endurecido constituye un material termoaislante, se introduce en pasos de intercambio de calor del bloque de intercambiador de calor de placas, cuyas paredes separadoras y/o elementos termoconductores y/o listones laterales han de recibir dicho recubrimiento, en donde el material se endurece formando dichos recubrimientos. El material con capacidad de fluencia se introduce, a este respecto, en particular, en dichos canales de flujo de los pasos de intercambio de calor, que se forman por el respectivo elemento termoconductor, las dos paredes separadoras adyacentes y, dado el caso, los listones laterales.
Según una forma de realización del procedimiento según la invención está previsto que el bloque de intercambiador de calor de placas se sumerja al menos por secciones, en particular con una primera sección, en el material con capacidad de fluencia, para introducir el material con capacidad de fluencia en los correspondientes pasos de intercambio de calor o canales de flujo. Con tal procedimiento de inmersión puede controlarse ventajosamente de manera precisa el tamaño de la zona que se va a recubrir.
A este respecto, según una forma de realización del procedimiento está previsto que pasos de intercambio de calor o canales de flujo que no han de recubrirse previamente se aíslen apropiadamente, de modo que el material no pueda penetrar allí.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un intercambiador de calor de placas según la invención, en donde se introducen al menos un primer y un segundo fluido cada uno en al menos un paso de intercambio de calor del intercambiador de calor de placas, de modo que dichos fluidos puedan intercambiar calor indirectamente.
En el marco de la presente invención, dichos (al menos dos) fluidos o flujos de fluido puede ser de la misma naturaleza o diferir en su composición material.
Asimismo, según una forma de realización del procedimiento según la invención -a l igual que en el caso del intercambiador de calor de placas según la invención- todos los pasos de intercambio de calor (o sus canales de flujo) pueden presentar un recubrimiento del material termoaislante (en particular un recubrimiento de las paredes separadoras y/o elementos termoconductores, y/o de los listones laterales del respectivo paso de intercambio de calor).
Según otra forma de realización del procedimiento / intercambiador de calor de placas según la invención solamente los pasos de intercambio de calor o canales de flujo asociados a un determinado fluido (por ejemplo, al primer fluido) pueden presentar un recubrimiento del material termoaislante (en particular un recubrimiento de las paredes separadoras y/o elementos termoconductores y/o de los listones laterales del respectivo paso de intercambio de calor), mientras que otros pasos de intercambio de calor (en particular sus paredes separadoras y/o elementos termoconductores) o canales de flujo no presentan ningún recubrimiento del material termoaislante. Los recubrimientos individuales pueden estar configurados o dispuestos, a este respecto, de una de las maneras ya descritas anteriormente.
Asimismo, según una forma de realización del procedimiento según la invención está previsto que el primer fluido se introduzca en el al menos un primer paso de intercambio de calor y el segundo fluido, en el al menos un segundo paso de intercambio de calor.
En este sentido, según una forma de realización del procedimiento según la invención está previsto, asimismo, que, al poner en marcha el intercambiador de calor de placas, el primer fluido se introduzca en el al menos un primer paso de intercambio de calor antes de introducir el segundo fluido en el al menos un segundo paso de intercambio de calor.
La puesta en marcha se refiere en particular a una operación en la que, por ejemplo, tras detener todos los fluidos, que previamente eran conducidos por el intercambiador de calor de placas o por pasos de intercambio de calor del intercambiador de calor de placas o tras una primera provisión del intercambiador de calor previamente todavía no usado para la transferencia de calor, los fluidos que participan en el intercambio de calor vuelven a introducirse en el intercambiador de calor de placas, introduciéndose en este caso el primer fluido antes que el segundo fluido en el intercambiador de calor de placas. En particular, el primer fluido se introduce el primero en el intercambiador de calor de placas (es decir, antes que todos los demás fluidos o al menos simultáneamente a, dado el caso, otros fluidos). Alternativamente, el primero fluido se encuentra al menos entre los fluidos que se introducen antes que el segundo fluido en el intercambiador de calor de placas.
Asimismo, según una forma de realización del procedimiento según la invención está previsto que el primer fluido se introduzca en el al menos un primer paso de intercambio de calor a través de la tubuladura y el colector, dispuesto a través de la entrada del al menos un primer paso de intercambio de calor.
Asimismo, por ejemplo, el al menos un primer fluido, que se introduce en particular antes que todos los demás fluidos durante la puesta en marcha, puede presentar en el intercambiador de calor de placas una temperatura de entrada en el intervalo de 3K a 360K, en donde el intercambiador de calor de placas puede presentar antes de la puesta en marcha una temperatura, en particular una temperatura homogénea, en este intervalo de 3K a 360K.
Asimismo, el primer fluido puede presentar durante la puesta en marcha una temperatura que difiere de una temperatura del intercambiador de calor de placas antes de la puesta en marcha, en una temperatura diferencial, que se sitúa, por ejemplo, en el intervalo de 10 K a 100K, en particular de 20K a 50K.
La enseñanza técnica según la invención permite reducir ventajosamente gradientes de temperatura temporales y locales mediante una disminución dado el caso parcial de la transferencia de calor. De este modo se reducen los esfuerzos térmicos en particular en las operaciones de puesta en marcha anteriormente mencionadas, en particular operaciones de rearranque. El aparato puede soportar correspondientemente un mayor número de tales operaciones, por lo que se prolonga la vida útil.
Otras características y ventajas de la presente invención se describirán en las descripciones de figuras que siguen de ejemplos de realización de la invención con ayuda de las figuras. Muestran:
la Figura 1 una representación en perspectiva de un intercambiador de calor de placas según la invención
la Figura 2 un detalle de una sección transversal a través del intercambiador de calor de placas de la Figura 1 a lo largo del plano de corte S-S mostrado en la Figura 1
La Figura 1 muestra un intercambiador de calor de placas 10 según la invención, que presenta varias paredes separadoras dispuestas en paralelo entre sí en forma de chapas separadoras 4, que forman una pluralidad de pasos de intercambio de calor, por ejemplo 1a, 1b, para los fluidos A, B, C, D, E que han de ponerse en transferencia de calor indirecta entre sí. El intercambio de calor entre los fluidos que participan en el intercambio de calor tiene lugar, a este respecto, entre pasos 1a, 1b de intercambio de calor adyacentes, en donde los pasos 1a, 1b de intercambio de calor y, por tanto, los fluidos están separados unos de otros por las chapas separadoras 4.
El intercambio de calor tiene lugar por medio de transferencia de calor a través de las chapas separadoras 4, así como a través de los elementos termoconductores 2, 3, también denominados aletas 2, 3, dispuestos entre las chapas separadoras 4. Las aletas 2 mostradas en la Figura 1 sirven también para la distribución uniforme de los fluidos por el respectivo paso 1a, 1b de intercambio de calor.
Los pasos 1a, 1b de intercambio de calor están delimitados por listones laterales 8 en forma de tiras de chapa 8, también denominados en lo sucesivo barras laterales 8, dispuestos en particular a ras en el borde de las chapas separadoras 4. En particular, los pasos 1a, 1b de intercambio de calor están cerrados hacia el exterior, es decir con respecto al entorno del intercambiador de calor 10, por las barras laterales 8.
En el interior de los pasos 1a, 1b de intercambio de calor, es decir, entre cada dos paredes separadoras 4, están dispuestas las aletas 2, 3 preferiblemente onduladas, mostrándose una sección transversal de una aleta 3 en un detalle en la Figura 2.
Después, las aletas 3 presentan en cada caso una estructura ondulada con secciones de pie 12, en lo sucesivo también denominadas valles 12, y secciones de cabeza 14, en lo sucesivo también denominadas montañas 14, alternas, en donde los valles 12 y las montañas 14 están dispuestos en paralelo a entre sí. Un valle 12 está conectado con una montaña 14 adyacente a través de un alma 13, que discurre en particular en vertical, de la aleta 3 en cuestión, de modo que se obtiene dicha estructura ondulada. La estructura ondulada puede estar configurada redondeada en la transición de los valles 12 o montañas 14 a las respectivas almas 13. Sin embargo, también puede presentar una forma rectangular o escalonada. Mediante la estructura ondulada se forman -junto con las paredes separadoras 4 a ambos lados- canales de flujo 40 para guiar el fluido en cuestión por el respectivo paso 1a, 1b de intercambio de calor.
Las montañas 14 y los valles 12 de la respectiva aleta 3 están conectados por unión de materiales con las chapas separadoras 4 en cada caso adyacentes, preferiblemente mediante uniones soldadas. Los fluidos que participan en el intercambio de calor están, por tanto, en contacto térmico directo con las estructuras onduladas 3, de modo que la transferencia de calor está garantizada por el contacto térmico entre las montañas 14 o valles 12 y las chapas separadoras 4, y por tanto, por conducción térmica. Para la optimización de la transferencia de calor, la orientación de la estructura ondulada 3 en el interior de los pasos 1a, 1b de intercambio de calor se elige en función del caso de aplicación, de tal modo que sea posible un flujo directo, cruzado, contrario o contrario-cruzado entre pasos 1a, 1b adyacentes.
El intercambiador de calor de placas 10 presenta, además, entradas 9 a los pasos 1a, 1b de intercambio de calor (mostrándose en la Figura 1, por motivos de claridad, únicamente una entrada 9 a un segundo paso 1b de intercambio de calor), que en este caso están provistas a modo de ejemplo en los extremos del intercambiador de calor de placas 10 (también son posibles entradas en una sección intermedia), pudiendo introducirse a través de las entradas 9 los fluidos A, B, C, D, E en los pasos 1a, 1b de intercambio de calor o extraerse de los mismos. En la zona de estas entradas 9, los pasos 1a, 1b de intercambio de calor individuales pueden presentar aletas en forma de aletas distribuidoras 2, que distribuyen el respectivo fluido entre los canales de una aleta 3 del paso 1a, 1b de intercambio de calor en cuestión. Sin embargo, las aletas distribuidoras 2 no son absolutamente necesarias. Un fluido A, B, C, D, E puede introducirse, por tanto, a través de una entrada 9 del bloque 11 de intercambiador de calor de placas en el paso 1a, 1b de intercambio de calor correspondiente y volver a extraerse por otra abertura 19, una salida 19, del paso 1a, 1b de intercambio de calor en cuestión.
Las chapas separadoras 4, aletas 3 y barras laterales 8, así como, dado el caso, otros componentes (por ejemplo, las aletas distribuidoras 2 mostradas) se conectan entre sí, por ejemplo, mediante soldadura dura. Para ello, los componentes dotados en parte de material de soldadura, tales como elementos de superficie calefactora (aletas) 3, chapas separadoras 4, aletas distribuidoras 2, chapas de cubierta 5 y barras laterales 8, se apilan unos sobre otros en un bloque y, a continuación, se unen por soldadura dura en un horno para formar el bloque 11 de intercambiador de calor.
Para alimentar o evacuar los fluidos A, B, C, D, E de intercambio de calor se sueldan colectores 7 (header) preferiblemente semicilíndricos a través de las entradas 9 o salidas 19. Asimismo, a cada colector 7 está soldada preferiblemente una tubuladura 6 cilíndrica. Las tubuladuras 6 sirven para conectar una tubería de alimentación o evacuación al respectivo colector 7.
Como ya se expuso anteriormente, en los intercambiadores de calor de placas del tipo mostrado en la Figura 1 existe básicamente el problema de que, durante la puesta en marcha o el rearranque, los flujos que se introducen en el intercambiador de calor de placas presentan una diferencia de temperatura notable con respecto a la temperatura del bloque 11 condicionada por la parada. Las dilataciones causadas por este motivo y los esfuerzos así inducidos pueden dañar el intercambiador de calor de placas. Una temperatura condicionada por una parada del bloque 11 se produce cuando las temperaturas del extremo caliente y frío del bloque 11 se aproximan entre sí por transferencia de calor debido a la parada de los flujos de proceso o fluidos y se obtiene, por consiguiente, una temperatura homogénea de los fluidos y componentes en el intercambiador de calor de placas.
Según la invención está previsto, por tanto, que una o varias paredes separadoras 4, 5 y/o uno o varios elementos termoconductores 2, 3 y/o uno o varios listones laterales 8 presenten en cada caso un recubrimiento 41 de un material termoaislante, que está aplicado sobre la respectiva pared separadora 4, 5 o el respectivo elemento termoconductor 2, 3.
Ejemplos de materiales termoaislantes apropiados se divulgan en el presente documento. El material de base es, en particular, una aleación de aluminio (por ejemplo, de tipo 3003). Otras aleaciones de aluminio/materiales apropiados son igualmente concebibles.
El recubrimiento termoaislante 41 está aplicado, a este respecto, preferiblemente sobre las paredes separadoras 4 y elementos termoconductores (aletas) 2, 3 y, dado el caso, las barras laterales 8, de tal manera que los canales de flujo 40 están recubiertos sin huecos con el recubrimiento termoaislante 41 preferiblemente en al menos una primera sección A1 de los pasos 1a de intercambio de calor (cf. detalle de la Figura 1).
En particular, según una forma de realización puede estar previsto que solamente una cierta zona o una primera sección A1 de las paredes separadoras 4, 5 y de los elementos termoconductores 2, 3 y/o listones laterales 8 o de los canales de flujo 40 o de los pasos 1a, 1b de intercambio de calor presente un recubrimiento termoaislante 41. Esta primera sección A1 puede convertirse, además, por ejemplo, a lo largo del plano de transición U, indicado en la Figura 1 mediante una línea discontinua, en una segunda sección A2 de las paredes separadoras 4, 5 o elementos termoconductores 2, 3 o listones laterales 8, la cual no está dotada, por ejemplo, de un recubrimiento 41 según la invención. En esta segunda sección A2, las caras internas de los canales de flujo 40 pueden no presentar, por tanto, ningún recubrimiento termoaislante.
En este sentido, la primera sección A1 colinda preferiblemente con las entradas 9 para los primeros pasos 1a de intercambio de calor, a través de las cuales se introduce en el bloque 11 un primer fluido B durante una puesta en marcha, en particular un rearranque, antes que otros fluidos (por ejemplo, antes que el segundo fluido A). Además, un recubrimiento 41 de este tipo también puede estar previsto en el colector 7 y/o tubuladura 6, a través de la cual se introduce el primer fluido B en las entradas 9.
Leyendas
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Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Intercambiador de calor (10) de placas con un bloque (11) de intercambiador de calor de placas que presenta varias paredes separadoras (4, 5) dispuestas en paralelo entre sí, que forman una pluralidad de pasos (1a, 1b) de intercambio de calor para fluidos que han de ponerse en transferencia de calor indirecta entre sí, en donde los pasos (1a, 1b) de intercambio de calor están delimitados por listones laterales (8), y en donde entre paredes separadoras (4, 5) adyacentes está dispuesto un elemento termoconductor (2, 3), y en donde los pasos (1a, 1b) de intercambio de calor presentan en cada caso una entrada (9) para la entrada de un fluido y una salida (19) para la salida del fluido,
    caracterizado por que
    varias paredes separadoras (4, 5) y/o varios elementos termoconductores (2, 3) presentan en cada caso un recubrimiento (41) de un material termoaislante, y por que
    (a) el respectivo elemento termoconductor (2, 3) forma, a este respecto, con las dos paredes separadoras (4, 5) adyacentes una pluralidad de canales de flujo (40) del respectivo paso (1a, 1b) de intercambio de calor, en donde el recubrimiento (41) está colocado sobre el respectivo elemento termoconductor (2, 3) y las dos paredes separadoras (4, 5) adyacentes de tal modo que el respectivo canal de flujo (40) presenta una cara interna periférica recubierta con el recubrimiento termoaislante (41), y/o
    (b) la pared separadora (4, 5) que presenta el recubrimiento (41) y/o por que el elemento termoconductor (2, 3) que presenta el recubrimiento (41) presenta una primera sección (A1) dispuesta en la entrada (9) y una segunda sección (A2) conectada con la primera sección (A1), en donde la segunda sección (A2) está más alejada de la entrada (9) que la primera sección (A1), y en donde la primera sección (A1) presenta el recubrimiento (41), y en donde la segunda sección (A2) no presenta ningún recubrimiento termoaislante.
  2. 2. Intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el bloque (11) de intercambiador de calor de placas presenta al menos primeros pasos (1a) de intercambio de calor para alojar un primer fluido (B) y segundos pasos (1b) de intercambio de calor para alojar un segundo fluido (A), en donde los primeros pasos (1a) de intercambio de calor presentan en cada caso un recubrimiento (41) del material termoaislante, y en donde los segundos pasos (1b) de intercambio de calor no presentan ningún recubrimiento del material termoaislante.
  3. 3. Intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material termoaislante es uno de los siguientes materiales o presenta uno de los siguientes materiales: un plástico, un polímero, una cerámica.
  4. 4. Intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material termoaislante presenta un coeficiente de conductividad térmica inferior a 5 W/mK, en particular inferior a 1 W/mK.
  5. 5. Intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el respectivo recubrimiento (41) tiene un espesor (D1) inferior o igual a 0,2 mm.
  6. 6. Intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para la introducción de fluidos (B) a través de las entradas (9) de los primeros pasos (1a) de intercambio de calor, así como a través de las entradas (9) de los segundos pasos (1b) de intercambio de calor hay colocado un respectivo colector (7) con una tubuladura (6).
  7. 7. Intercambiador de calor de placas según la reivindicación 6, caracterizado por que el colector (7) y/o la tubuladura (6) de los primeros pasos (1a) de intercambio de calor presenta un recubrimiento (41) del material termoaislante.
  8. 8. Intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el respectivo elemento termoconductor (2, 3) presenta una estructura ondulada con secciones de pie (12) y secciones de cabeza (14) alternas, en donde la respectiva sección de pie (12) está conectada con una sección de cabeza (14) adyacente a través de un alma (13).
  9. 9. Procedimiento para fabricar un intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un material con capacidad de fluencia, que en el estado endurecido constituye un material termoaislante, se introduce en pasos (1a) de intercambio de calor del bloque (11) de intercambiador de calor de placas, cuyas paredes separadoras y/o elementos termoconductores (2, 3) y/o listones laterales (8) han de recibir el recubrimiento (41), en donde el material se endurece formando los recubrimientos (41).
  10. 10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que el bloque (11) de intercambiador de calor de placas se sumerge al menos por secciones en el material con capacidad de fluencia, para introducir el material con capacidad de fluencia en los correspondientes pasos (1) de intercambio de calor.
  11. 11. Procedimiento para hacer funcionar un intercambiador de calor de placas según una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde al menos un primer fluido (B) y un segundo fluido (A) se introducen cada uno en al menos un paso (1a, 1b) de intercambio de calor del intercambiador de calor de placas, de modo que los fluidos (B, A) pueden intercambiar calor.
  12. 12. Procedimiento según la reivindicación 11, en donde el primer fluido (B) se introduce en el al menos un primer paso (1 a) de intercambio de calor y el segundo fluido (A) en el al menos un segundo paso (1 b) de intercambio de calor.
  13. 13. Procedimiento según la reivindicación 11 o 12, en donde, al poner en marcha el intercambiador de calor de placas, el primer fluido (B) se introduce en el al menos un primer paso (1 a) de intercambio de calor antes de introducir el segundo fluido (A) en el al menos un segundo paso (1 b) de intercambio de calor.
  14. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el primer fluido (B) se introduce en el al menos un primer paso (1a) de intercambio de calor a través de la tubuladura (7) y el colector (6), dispuesto a través de la entrada (9) del al menos un primer paso (1a) de intercambio de calor.
  15. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, en donde el al menos un primer fluido (B) que, al poner en marcha el intercambiador de calor de placas se introduce en el intercambiador de calor de placas antes que todos los demás fluidos, presenta una temperatura que difiere de la temperatura del intercambiador de calor de placas antes de la puesta en marcha en una temperatura diferencial.
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