ES2771351T3 - Intercambiador de calor con configuración mejorada - Google Patents

Abstract

Intercambiador de calor, que comprende varias láminas (1, 4) apiladas una sobre otra y que se extienden mutuamente paralelas, - en el que por lo menos alguna de entre varias láminas (4) está provista sobre por lo menos una parte de su superficie de unos perfiles que forman unos conductos (8) que se extienden entre las láminas y en el que los conductos presentes en cada lado de una lámina se extienden paralelos y en el que los perfiles presentan unas paredes superior e inferior (6, 7) que se extienden paralelas al plano principal de las láminas (1, 4); - en el que cada una de las láminas (1, 4) está situada en uno de sus lados adyacente a unos conductos (8) de un primer tipo y está situada en su otro lado adyacente a unos conductos (8) de un segundo tipo; - en el que las láminas adyacentes (1, 4) apiladas una sobre otra están mutuamente conectadas en sus bordes que se extienden paralelos a los conductos (8); - en el que todas las láminas (4) están provistas de un perfil y el perfil de cada lámina (4) se extiende sobre toda la superficie del intercambiador de calor; - en el que la altura media de los conductos (8) es mayor que su anchura media, - en el que las láminas (4) están apiladas con las paredes inferiores (7) de una lámina suprayacente (4) por encima de las paredes superiores (6) de la lámina subyacente (4); en el que la disposición de perfil en las láminas (4) y la formación de los conductos (8) presentan una forma de un trapecio, que se repite, caracterizado por que las láminas (4) presentan un pliegue (9, 10) en sus dos paredes superior e inferior (6, 7) que se extiende paralelo al plano principal de las láminas (1, 4), extendiéndose los pliegues (9) de las paredes superiores (7) en la misma dirección que los pliegues (10) de las paredes inferiores (7) y encajando el pliegue (9) de una pared superior (6) de una lámina subyacente (4) en el pliegue (10) de una pared inferior (7) de una lámina suprayacente.

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor con configuración mejorada.

La invención se refiere a un intercambiador de calor que comprende varias láminas apiladas una sobre otra y que se extienden mutuamente paralelas, en el que por lo menos algunas de entre varias láminas están provistas sobre por lo menos una parte de su superficie de unos perfiles que forman conductos que se extienden entre las láminas y los conductos presentes en cada lado de una lámina se extienden paralelos, en el que los perfiles presentan unas paredes superior e inferior que se extienden paralelas al plano principal de las láminas, en el que cada una de las láminas está situada en uno de sus lados adyacente a unos conductos de un primer tipo y está situada en su otro lado adyacente a conductos de un segundo tipo, en el que las láminas adyacentes apiladas una sobre otra están mutuamente conectadas en sus bordes que se extienden paralelamente a los conductos, en el que todas las láminas están provistas de un perfil y el perfil de cada lámina se extiende sobre toda la superficie del intercambiador de calor, en el que la altura media de los conductos es mayor que su anchura media, en el que las láminas están apiladas con las paredes inferiores de una lámina suprayacente por encima de las paredes superiores de la lámina subyacente y en el que la disposición del perfil en las láminas y la conformación de los conductos presentan una forma de trapecio que se repite.

Dicho intercambiador de calor se conoce por el documento DE10329153.

Por la solicitud de patente europea EP-A-0666973 se conoce otro intercambiador de calor. Este intercambiador de calor de la técnica anterior está provisto de conductos de sección sustancialmente triangular. Por tanto, la resistencia de flujo en los conductos de este intercambiador de calor es considerable. Esto requiere una cantidad relativamente grande de potencia desde una bomba de aire o un ventilador para la finalidad de mantener el flujo requerido, reduciendo así la eficiencia total del dispositivo del que forma parte el intercambiador de calor. Parece atractivo extender dos paredes de los conductos triangulares a fin de ampliar el paso de los conductos sin reducir la transferencia de calor. Esto da como resultado un conducto con una sección transversal con un ángulo agudo. Los cálculos han mostrado que el flujo en la proximidad del ángulo agudo es inapreciable, de modo que con esta modificación la resistencia del flujo se reduzca solo un poco con relación a la configuración de la técnica anterior.

El documento WO-A-2013093375 muestra además un intercambiador de calor que comprende varias láminas apiladas una sobre otra y que se extienden mutuamente paralelas, en el que por lo menos alguna de entre varias láminas está provista sobre por lo menos una parte de su superficie de unos perfiles que forman conductos que se extienden entre las láminas y en el que los conductos presentes en cada lado de una lámina se extienden paralelos, en el que cada una de las láminas está en uno de sus lados junto a conductos del primer tipo y está en su otro lado junto a conductos del segundo tipo, en el que las láminas adyacentes apiladas una sobre están conectadas mutuamente en sus bordes que se extienden paralelamente a los conductos, en el que todas las láminas están provistas de un perfil y el perfil de cada lámina se extiende sobre toda la superficie del intercambiador de calor, y en el que la altura media de los conductos es mayor que su anchura media. Como resultado de la mayor altura de los conductos, la resistencia de flujo es mucho menor que en el documento EP-A-066973 inicialmente mencionado.

Esta invención tiene por objetivo proporcionar un intercambiador de calor de este tipo que evite estas desventajas, mientras hace más fácil el apilamiento de las láminas e incrementa la estabilidad del intercambiador de calor.

Esto se consigue mediante un intercambiador de calor del tipo anteriormente establecido, en el que las láminas presentan un pliegue sobre sobre ambas de sus paredes superior e interior que se extienden paralelamente al plano principal de las láminas, en el que los pliegues en las paredes superiores se extienden en la misma dirección que los pliegues en las paredes inferiores y en el que el pliegue de una pared superior de una lámina subyacente encaja en el pliegue de una pared inferior de una lámina suprayacente.

En la presente memoria, se observa que los términos “pared inferior” y “pared superior” se refieren a la situación en la que el plano principal de las láminas se extiende horizontalmente.

Como resultado de esta medida, se evitan las desventajas de la técnica anterior.

Los conductos sustancialmente en forma de trapecio pueden realizarse en dos configuraciones diferentes, es decir, con ángulos obtusos entre las paredes y con ángulos agudos entre las paredes. Si se elige la configuración con ángulos obtusos, las paredes que se extienden paralelamente al plano principal son estrechas entre las paredes inclinadas, mientras que en la configuración con ángulos agudos las paredes que se extienden paralelamente al plano principal son anchas. Aunque la configuración con los ángulos obtusos es más atractiva desde el punto de vista del uso del material, se recomienda, no obstante, aplicar la configuración con los ángulos agudos puesto que la apilabilidad de esta última configuración es mejor. Según una forma de realización preferida, los ángulos entre las paredes de los conductos que forman parte de una única lámina son agudos.

Los ensayos han mostrado que se obtiene la resistencia de flujo óptima cuando los conductos ensamblados que están rodeados por dos láminas de conexión presentan un estrechamiento en su centro, y el estrechamiento de los conductos es inferior a un 20% de la anchura máxima del conducto.

Preferentemente, las láminas se extienden sobre un primer y un segundo lado, descansando opuestas al primer lado, del intercambiador de calor hasta una posición fuera del intercambiador de calor; las partes de las láminas que se extienden sobre respectivamente el primer y segundo lado del intercambiador de calor forman respectivamente una primera y una segunda pieza de acoplamiento, la primera pieza de acoplamiento está configurada para acoplar un primer conducto externo con un primer extremo de los conductos del primer tipo y para acoplar un segundo conducto externo con el primer extremo de los conductos del segundo tipo, y la segunda pieza de acoplamiento está configurada para acoplar un tercer conducto externo con el segundo extremo de los conductos del primer tipo y para acoplar un cuarto conducto externo con el segundo extremo de los conductos del segundo tipo. Como en el intercambiador de calor de la técnica anterior, se hace uso aquí del hecho de que los conductos de diferentes tipos estén localizados en cada lado de cada una las láminas. Las láminas sirven, así como separación entre los conductos de los diferentes tipos que pueden continuarse en la pieza de acoplamiento.

Según una forma de realización preferida adicional, las láminas se forman a partir de láminas de plástico térmicamente deformables por medio de un proceso de termoconformación.

A continuación, la presente invención se elucidará haciendo referencia a las figuras que se acompañan, en las que:

La figura 1 es una vista en perspectiva esquemática de un intercambiador de calor de la técnica anterior;

La figura 2 es una vista en perspectiva esquemática de una lámina para un intercambiador de calor para uso en un intercambiador de calor según la invención;

La figura 3 es una vista en perspectiva esquemática de una lámina para un intercambiador de calor según una primera forma de realización de la invención;

La figura 4 es una vista en perspectiva esquemática de un intercambiador de calor según la primera forma de realización;

La figura 5 es una vista en perspectiva esquemática de otro intercambiador de calor;

La figura 6 es una vista en sección transversal de una parte de una lámina para un intercambiador de calor para uso en un intercambiador de calor según la invención;

La figura 7 es una vista correspondiente a la figura 6 en diferentes etapas de fabricación;

La figura 8 es una vista en sección transversal de una combinación de un molde y un contramolde;

La figura 9 es una primera vista de detalle de la figura 8; y

La figura 10 es una segunda vista de detalle de la figura 8.

El intercambiador de la técnica anterior mostrado en la figura 1 comprende varias láminas planas mutuamente paralelas, de las cuales la figura 1 muestra dos láminas 1a, 1b. Entre cada una de las dos láminas planas 1 están dispuestas unas láminas 2 formadas en un perfil triangular, dos de las cuales 2a, 2b se muestran en la figura 1. Los conductos 3 con una sección sustancialmente triangular están formados entre las láminas planas 1 y las láminas 2 provistas de un perfil. La lámina plana superior 1a y la lámina superior 2a provistas de un perfil rodean aquí unos conductos 3a del primer tipo, y la lámina plana inferior 1b y la lámina superior 2a provistas de un perfil rodean unos conductos 3b del segundo tipo. La lámina plana inferior 1b y la lámina inferior 2b provistas de un perfil rodean además unos conductos 3a del primer tipo. Cada una de las láminas 1, 2 está así a cada lado junto a conductos de diferente tipo. Como ya se ha observado, los conductos 3 presentan cada uno sustancialmente la sección transversal de un triángulo equilátero.

La vista esquemática mostrada en la figura 2 de una lámina 4 provista de un perfil muestra el perfil de trapecio múltiple de la lámina 4. El perfil comprende unas paredes laterales inclinadas 5a, 5b, unas paredes superiores 7 y unas paredes inferiores 6, en el que las paredes superiores e inferiores 6, 7 se extienden en la dirección principal de la lámina 4 y las paredes laterales inclinadas 5 se extienden en un ángulo agudo a las paredes superior e inferior 6, 7. Se forman de esta manera unos conductos 8 con una sección en forma de trapecio que están abiertos en su lado inferior o su lado superior y tienen así que cerrarse por otra lámina. Como resultado de este ángulo agudo, las paredes superior e inferior 6, 7 son anchas, lo que proporciona la opción de apilar las láminas así formadas 4 sin interponer láminas planas como en la técnica anterior. La resistencia de flujo de los conductos 8 con una sección en forma de trapecio se ha encontrado además que es considerablemente inferior a la de los conductos triangulares 3 de la técnica anterior.

Como ya se ha elucidado anteriormente, se hace uso habitualmente de termoconformación para la finalidad de disponer el perfil en las láminas. Se coloca una lámina aquí sobre un molde provisto del perfil deseado, se calienta la lámina y se empuja la lámina contra el molde por medio de una diferencia en la presión de aire, de modo que la lámina deformable adopte por medio del calentamiento la forma del molde. Después de conformar la lámina, se permite que se enfríe, después de lo cual conserva su forma. La forma de trapecio actual hace difícil retirar del molde la lámina formada, puesto que la combinación no es autoliberable. Sin embargo, a fin de poder retirar la lámina del molde, la pared superior de la lámina está provista de un pliegue. Dicha lámina provista de un pliegue se muestra en la figura 3. La pared superior 6 está dividida en dos partes iguales 6a y 6b por el pliegue 9. Durante la retirada de la lámina del molde, la pared superior puede doblarse en el pliegue de modo que la parte que sobresale hacia la cavidad del molde pueda hacerse más estrecha y pueda retirarse del molde.

En la figura 3, la pared inferior 7 está provista también de un pliegue 10 que divide la pared inferior 7 en dos partes iguales 7a y 7b. Este pliegue no tiene ninguna función en la retirada de la lámina formada a partir del molde, pero el pliegue 10 no tiene una función durante el apilamiento, como se elucidará más adelante.

Es posible apilar la lámina así formada 4 de dos formas diferentes. El primer procedimiento de apilamiento se muestra en la figura 4. Las láminas están apiladas con la pared inferior del conducto de una lámina suprayacente encima de la pared superior de los conductos de la lámina subyacente. El resultado de ello es que los conductos ensamblados se obtienen con una altura doble que la de los conductos en una sola lámina. Una ventaja significativa de esta forma de realización es que la pared inferior 7 de la lámina suprayacente 4 se apoya sobre la única pared superior 6 de la lámina subyacente 4, estando provistas ambas láminas de un pliegue que hace que las paredes relevantes encajen una en otra, con lo que las láminas están mutuamente fijadas. Se observa aquí que los pliegues 9, 10 en las paredes inferior y superior 6, 7 tienen que apuntar en la misma dirección a fin de lograr este efecto. La altura relativamente grande del conducto ensamblado 3 solo tiene el efecto de que la energía térmica se intercambie a través de las paredes laterales. Puesto que las paredes superior e inferior 6, 7 son bastante estrechas, esto es solo un pequeño inconveniente. Se observa que, en la forma de realización mostrada, las láminas presentan un perfil en forma de un trapecio en ángulo agudo, que tiene el resultado de que se constriñe la sección del conducto combinado. Sin embargo, no se impide que el perfil de las láminas forme ángulo obtuso y que el conducto ensamblado se ensanche en el centro. Cuando el perfil ensamblado se estrecha en el centro, se recomienda entonces que la anchura del conducto sea aproximadamente 80% de la anchura máxima del conducto.

Sin embargo, este último inconveniente mencionado se evita cuando las paredes superiores de los conductos de láminas situados inmediatamente uno encima de otro está localizadas directamente una sobre otra, como se muestra en la figura 5. La pared inferior 7 de la lámina suprayacente se apoya aquí sobre dos diferentes paredes superiores 6 de la lámina subyacente. Una parte de la mitad 7a de la pared inferior 7 se apoya más particularmente sobre una parte de la mitad 6b de la pared superior 6 de la lámina subyacente, y una parte de la otra mitad 7b de la misma pared inferior 7 está sobre una parte de la mitad 6a de otra pared superior 6 de la lámina subyacente. Algunos de entre varios conductos 3 están ligados aquí en su lado superior por aquellas partes de la pared inferior 7 de la lámina suprayacente 4 que no están soportadas por una pared superior 6 de la lámina en la que se extiende el conducto 3. Otros conductos 3 están ligados en su lado inferior por aquellas partes de la pared superior 6 de la lámina subyacente 4 que no funcionan como soporte para la pared inferior de la lámina 4 en la que se extienden los conductos 3. Otra diferencia con respecto al apilamiento mostrado en la figura 4 es el hecho de que los pliegues 9, 10 en las superficies inferior y superior 6, 7 se dirigen hacia fuera a fin de obtener la estabilidad requerida del apilamiento; en el procedimiento de apilamiento mostrado en la figura 3, el pliegue 10 en la superficie inferior 7 se dirige hacia dentro y el pliegue 9 en la superficie superior 6 se dirige hacia fuera.

La figura 6 muestra una sección transversal de un perfil de una lámina 4 como se contempla actualmente; esto se refiere particularmente a la relación entre la altura y la anchura del conducto 3. La relación de la altura y la anchura medias del perfil es 4,25, aunque es posible también aplicar otras relaciones en el rango comprendido entre 4 y 5 o entre 3 y 6. La relación de la parte más ancha del conducto y la parte más estrecha asciende a aproximadamente 1,2, aunque es posible también hacer uso de otras relaciones comprendidas entre 1,1 y 1,4 o entre 1,05 y 1,5.

La figura 7 muestra una sección transversal de un molde 20 destinada a la finalidad de disponer el perfil en las láminas. Para esta finalidad, el molde está provisto de varios surcos 21, cuyo perfil corresponde al perfil de los conductos que deben formarse en la lámina. Los surcos están provistos de unas paredes laterales 22 que se estrechan hacia el exterior y de una pared extrema 24 dividida en dos partes 24a, 24b por un pliegue 23. Entre los surcos 21 están formadas unas superficies intermedias 25 que están divididas en dos partes 25a, 25b por un pliegue 26. Aunque esto no es esencial de por sí, los surcos y las superficies intermedias adoptan preferentemente una forma simétrica.

La figura 8 muestra una sección transversal del molde 20 en combinación con un contramolde 30. El contramolde 30 está provisto de salientes alargados 31 que pueden moverse hacia unos surcos 21 del molde 20. Los salientes 31 están provistos de dos paredes laterales 32 que se estrechan hacia fuera y que terminan en una parte de cabeza provista de cuatro superficies extremas 33a, 33b, 33c y 33d. Asimismo, dispuesto en unas superficies intermedias 34 entre los salientes 31 hay un pliegue 35 que divide las superficies intermedias 34 en dos partes iguales 34a y 34b. Debido a que las paredes laterales 32 de los salientes 31 y las paredes laterales 22 de los surcos 21 se estrechan en dirección opuesta, el espacio que se usa durante la termoconformación se crea entre los surcos 21 y los salientes 31 cuando los salientes 31 se mueven hacia los surcos 21.

Como ya se ha elucidado, se hace uso durante la termoconformación de un medio tal como aire. Para alimentar y descargar aire se hace uso de conductos de aire dispuestos en el molde 20 o en el contramolde 30. En el molde, un conducto de aire principal 28, que se extiende transversalmente al plano principal del molde y a la lámina que debe formarse, está dispuesto en cada una de las partes 27 entre los surcos 21, cuyo conducto de aire está provisto de varios conductos de aire laterales 29 que desembocan en las paredes laterales 22 de los surcos 21. En el contramolde 30, un conducto de aire principal 36 que se extiende transversalmente al plano principal del molde está dispuesto en cada uno de los salientes, de cuyo conducto de aire se derivan varios conductos de aire laterales 37 que desembocan en las paredes laterales 32. Los conductos de aire principales 28, 36 están conectados cada uno de ellos con una bomba no mostrada en el dibujo.

Se elucidará ahora el funcionamiento del dispositivo de termoconformación que comprende el molde 20 y el contramolde 30. El molde 20 y el contramolde 30 se separan inicialmente y la lámina 4 que debe deformarse se coloca entre el molde 20 y el contramolde 30. La lámina 4 se calienta antes de colocarse, aunque es posible también que la lámina 4 se caliente entre el molde 20 y el contramolde 30. Preferentemente, el aire calentado se lleva entonces contra la lámina 4 desde los conductos de aire laterales 37 dispuestos en el contramolde 30. La lamina 4 se calienta así adicionalmente y la lámina se presiona contra el molde 20, haciéndose deformable la lámina 4 debido a su alta temperatura y adoptando la forma del molde 20. Este proceso se mejora por el movimiento del contramolde 30 hacia el molde 20, con lo que los salientes 31 del contramolde 30 empujan la lámina 4 adicionalmente hacia los surcos 21. Este proceso se continúa hasta que los salientes 31 del contramolde 30 se extienden completamente hacia los surcos 21 y el aire que sale de los conductos de aire laterales 37 empuja la lámina 4 contra las paredes 22, 23 de los surcos 21 y la lámina 4 obtiene la forma deseada.

A fin de fijar la forma de la lámina 4, todo el conjunto del molde 20, la lámina 4 y el contramolde 30 es enfriado por conductos térmicos conocidos de por sí (no mostrados en el dibujo) que están presentes en el molde 20 y el contramolde 30 y con los que pueden calentarse también el molde y el contramolde.

Una vez que se ha completado el proceso de enfriamiento, el contramolde 30 se mueve una vez más alejándose del molde 20 y se sopla aire desde los conductos de aire laterales 29 hacia el molde 20, cuyo aire presiona una hacia otra las paredes laterales 5 formadas durante el proceso de conformación de los conductos 3 en las láminas 4, de modo que la lámina conformada 4 pueda retirarse. El pliegue 9 en la pared superior 6 de los conductos 3 facilita aquí el movimiento de una hacia otra de las paredes laterales 5 de los conductos 3.

Las figuras 9 y 10 muestran el ángulo de saliente 31 del contramolde 30, es decir, la pared extrema de cuatro partes 33a, 33b, 33c y 33d del mismo, en combinación con una parte de la lámina deformable 4 durante el proceso anteriormente elucidado. La figura 9 muestra aquí la situación en la que el saliente 31 presiona el pliegue 9 de la pared superior 6 hacia el pliegue 23 de la pared extrema 24 del surco 21. Puede verse la manera en que las dos superficies extremas 33b, 33c están en contacto con la pared superior 6 del perfil conformado a partir de la lámina 4. En la situación mostrada en la figura 10 el saliente 31 del contramolde 30 se retrae del surco 21. Las paredes laterales 5 del conducto 3 se empujan aquí contra el saliente 31 por el funcionamiento de los conductos de aire laterales 29 en el molde 20, con lo que la pared superior 6 se pliega más bruscamente que en la situación mostrada en la figura 9, de modo que las paredes laterales 5 junto con la pared extrema plegada 6 pueden moverse fácilmente fuera del surco 21.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Intercambiador de calor, que comprende varias láminas (1, 4) apiladas una sobre otra y que se extienden mutuamente paralelas,

- en el que por lo menos alguna de entre varias láminas (4) está provista sobre por lo menos una parte de su superficie de unos perfiles que forman unos conductos (8) que se extienden entre las láminas y en el que los conductos presentes en cada lado de una lámina se extienden paralelos y en el que los perfiles presentan unas paredes superior e inferior (6, 7) que se extienden paralelas al plano principal de las láminas (1,4);

- en el que cada una de las láminas (1, 4) está situada en uno de sus lados adyacente a unos conductos (8) de un primer tipo y está situada en su otro lado adyacente a unos conductos (8) de un segundo tipo; - en el que las láminas adyacentes (1, 4) apiladas una sobre otra están mutuamente conectadas en sus bordes que se extienden paralelos a los conductos (8);

- en el que todas las láminas (4) están provistas de un perfil y el perfil de cada lámina (4) se extiende sobre toda la superficie del intercambiador de calor;

- en el que la altura media de los conductos (8) es mayor que su anchura media,

- en el que las láminas (4) están apiladas con las paredes inferiores (7) de una lámina suprayacente (4) por encima de las paredes superiores (6) de la lámina subyacente (4);

en el que la disposición de perfil en las láminas (4) y la formación de los conductos (8) presentan una forma de un trapecio, que se repite,

caracterizado por que las láminas (4) presentan un pliegue (9, 10) en sus dos paredes superior e inferior (6, 7) que se extiende paralelo al plano principal de las láminas (1, 4), extendiéndose los pliegues (9) de las paredes superiores (7) en la misma dirección que los pliegues (10) de las paredes inferiores (7) y encajando el pliegue (9) de una pared superior (6) de una lámina subyacente (4) en el pliegue (10) de una pared inferior (7) de una lámina suprayacente.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado por que los ángulos entre las paredes laterales (5a, 5b) de los conductos (8) que forman parte de una única lámina (4) son agudos.

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado por que los conductos (8) ensamblados que están rodeados por dos láminas de conexión (4) presentan un estrechamiento en su centro, y por que el estrechamiento de los conductos es inferior a un 20% de la anchura máxima del conducto.

4. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las láminas (1,4) están fabricadas a partir de láminas de plástico deformables por medio de un proceso de termoconformación.