Canal de circulación para un intercambiador de calor e intercambiador de calor con canales de circulación que comprende dichos canales de circulación.

Canal de circulación (1) que puede ser atravesado por un medio en un sentido de circulación P para un intercambiador de calor con dos superficies de intercambiador de calor

(F1, F2) sustancialmente opuestas entre sí, dispuestas en particular paralelas y/o a distancia de una altura de canal H, las cuales presentan, respectivamente, una estructura formada por un gran número de elementos estructurales dispuestos unos junto a otros en filas transversalmente con respecto al sentido de circulación P, que sobresalen al interior del canal de circulación, presentando los elementos estructurales respectivamente una anchura B, una longitud L, una altura h, un ángulo de salida α, así como un eje longitudinal, presentando por lo menos dos filas (17, 18, 19, 20) con unos elementos estructurales (13, 13') dispuestos sobre unas superficies de intercambiador de calor (F1, F2) sustancialmente opuestas entre sí, con un solapamiento (Ü) unos con respecto a otros, presentando, respectivamente, una fila (17, 18, 19, 20) elementos estructurales (13, 13') iguales y estando los elementos estructurales 13, 14, 15, 16) individuales dispuestos a pares (32, 33, 34, 35) de manera especular entre sí, separados por una distancia a, y unos junto a otros, caracterizado por que se solapa, respectivamente, un elemento estructural de una superficie de intercambiador de calor con un elemento estructural de la superficie de intercambiador de calor opuesta y por que todos los elementos estructurales (13, 13) de las filas (17, 18, 19, 20, 21, 22) opuestas entre sí están orientados de manera opuesta, en particular tienen un ángulo de salida α opuesto.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2004/010516.

Solicitante: BEHR GMBH & CO. KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: MAUSERSTRASSE 3 70469 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: SCHMIDT, MICHAEL, GESKES, PETER, DR., SCHINDLER,MARTIN, LUTZ,RAINER, MAUCHER,ULRICH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > Elementos tubulares; Conjuntos de elementos tubulares... > F28F1/40 (estando los medios solamente en el interior del elemento tubular)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > Elementos en forma de placas o de láminas; Conjuntos... > F28F3/04 (formando los medios parte integrante del elemento)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > Dispositivos para modificar la transferencia del... > F28F13/12 (creando una turbulencia, p. ej. por agitación, por aumento de la fuerza de circulación (F28F 13/08 tiene prioridad))

PDF original: ES-2496943_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Canal de circulación para un intercamblador de calor e intercambiador de calor con canales de circulación que comprende dichos canales de circulación.

La presente invención de refiere a un canal de circulación que puede ser atravesado por un medio en un sentido de circulación para un intercambiador de calor según el preámbulo de la reivindicación 1. La invención se refiere, además, a un intercambiador de calor con canales de circulación según el preámbulo de la reivindicación 32.

Los canales de circulación para intercambiadores de calor son atravesados por un primer medio, p. ej. un gas de escape, o un refrigerante líquido y delimitan este primer medio con respecto a un segundo medio, al cual debe ser transmitido el calor del primer medio. Los canales de circulación de este tipo pueden ser tubos de sección transversal redonda, tubos rectangulares, tubos planos o también pares de discos, en los cuales dos placas o discos están conectados por el lado del borde. Por lo general los medios que intercambian calor entre sí son diferentes, p. ej. circula por los tubos un gas de escape caliente, cargado con partículas de hollín, y sobre el lado exterior de los tubos de gas de escape circula un refrigerante líquido, lo que tiene como consecuencia relaciones de transmisión de calor diferentes sobre el lado interior y exterior de los tubos. Por ello se ha propuesto, en particular para tubos de gas de escape, disponer en su lado interior generadores de turbulencia en forma de V y dispuestos a modo de difusor, los cuales procuran una turbulencia de la circulación y una mejora de la transmisión del calor en el lado del gas de escape e impiden al mismo tiempo una deposición del hollín. Las soluciones de este tipo para intercambiadores de calor de gas de escape se desprenden de las siguientes publicaciones de la solicitante: EP-A 677 715, DE-A 195 4 683, DE-A 196 54 367 y DE-A 196 54 368. Estos intercambiadores de calor de gas de escape conocidos presentan tubos rectangulares hechos de acero fino, los cuales están compuestos por dos semimonocoques soldados entre sí, en los cuales están moldeados o estampados los generadores de turbulencia, los llamados "winglets", y que están dispuestos uno tras otro. Los pares de "winglets" de los dos semimonocoques están desplazados entre sí (DE 196 54 367, DE 196 54 368) en la dirección longitudinal de los tubos o están dispuestos opuestos unos a otros (DE 195 4 683).

En el documento DE-A 11 27 84 de la solicitante se propuso un intercambiador de calor, en particular un refrigerador de refrigerante/aire con tubos planos y nervios ondulados, en el cual los lados planos de los tubos planos presentan una estructura que consta de elementos estructurales. Los elementos estructurales están formados alargados, están dispuestos en forma de V en filas transversalmente con respecto al sentido de circulación del refrigerante o transversalmente con respecto al eje longitudinal de los tubos y actúan como generadores de remolinos, con el fin de aumentar la transmisión de calor al lado del refrigerante. Los generadores de remolinos están estampados en las dos paredes de tubo opuestas entre sí y sobresalen hacia el interior en la circulación de refrigerante. Los filas de generadores de remolinos sobre un lado de tubo plano están desplazadas en el sentido de circulación con respecto a la filas del otro lado de tubo plano. Con ello es también posible dimensionar la altura que sobresale hacia dentro de los generadores de remolinos más grande que la anchura interior de la sección transversal del tubo plano.

Mediante el documento EP-A 1 61 319 se dio a conocer un tubo plano para un radiador de vehículo automóvil el cual presenta en sus lados planos una estructura la cual consta de elementos estructurales longitudinales individuales, dispuestos en filas. Al mismo tiempo están dispuestas, en el sentido de circulación, filas con elementos estructurales orientados de manera diferente de manera que la circulación en el interior de los tubos planos es desviada aproximadamente en forma de zigzag. Las filas con elementos estructurales están dispuestas, sin embargo, en particular sobre un lado de tubo plano desplazadas en el sentido de circulación con respecto a las filas del lado de tubo plano opuesto. A una fila de elementos estructurales se opone por lo tanto respectivamente una zona lisa de la pared interior del tubo plano. La circulación en el interior del tubo de refrigerante es influida, por consiguiente, alternativamente por los elementos estructurales de uno y del otro lado del tubo plano, si bien no de manera simultánea. Con ello debe evitarse entre otras cosas una obstrucción de los tubos. Aquí resultan todavía potenciales en cuanto a la capacidad de intercambio de calor.

La presente invención se plantea el problema de mejorar un canal de circulación así como un intercambiador de calor del tipo mencionado al principio en cuanto a su capacidad de intercambio de calor, en particular aumentar la formación de turbulencias y remolinos, debiendo aumentar la pérdida de presión en una medida aún justificable.

Este problema se resuelve mediante las características de las reivindicación 1. Está previsto, según la invención, que los elementos estructurales, dispuestos en particular en filas, estén situados sustancialmente opuestos en uno y el otro lado del canal de circulación, es decir, visto en el sentido de circulación, respectivamente aproximadamente a la misma altura. Los elementos estructurales dispuestos opuestos entre sí o en filas pueden estar también desplazados entre sí en el sentido de circulación, si bien únicamente tanto como para que exista todavía un solapamiento. Con ello engarzan simultáneamente elementos estructurales que penetran en el canal de circulación que sobresalen desde una o la otra superficie de intercambio de calor y dan lugar a una turbulencia de la corriente, que tiene como consecuencia una mejora del intercambio de calor sobre el lado interior del canal de circulación. Además se impide - por ejemplo en el caso de una circulación de gas de escape - bajo determinadas circunstancias una deposición de hollín. La pérdida de presión se mantiene al mismo tiempo en límites razonables. La corriente en

el interior del canal de circulación es perturbada por consiguiente simultáneamente desde ambos lados, es decir que las dos capas límite son desprendidas simultáneamente, lo que conduce a una turbulencia especialmente fuerte. Los elementos estructurales dispuestos opuestos o respectivamente las filas de elementos estructurales pueden encontrarse asimismo sobre el lado exterior del canal de circulación - en el caso de un refrigerador de gas de escape sobre el lado del refrigerante. De las reivindicaciones subordinadas resultan estructuraciones ventajosas de la invención.

Una fila con elementos estructurales está formada, en el marco de la presente invención, por uno o varios elementos estructurales, los cuales están dispuestos sustanclalmente unos junto a otros en el sentido de circulación P.

Las estructuraciones ventajosas de la invención prevén diferentes formas de realización de los elementos estructurales, pudlendo estar formados estos rectilíneos o curvados, es decir con un ángulo de salida constante o variable con respecto al sentido de circulación. Mediante la variación del ángulo de salida desde un ángulo de salida relativamente grande hasta el ángulo de salida resulta una desviación "suave" de la corriente y con ello una pérdida de presión algo reducida. De acuerdo con otra estructuración ventajosa de la invención, los elementos estructurales pueden estar dispuestos desplazados dentro de una fila, es decir que los elementos estructurales, si bien están dispuestos en una fila que discurre transversalmente con respecto al sentido de circulación,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Canal de circulación (1) que puede ser atravesado por un medio en un sentido de circulación P para un intercambiador de calor con dos superficies de intercambiador de calor (F1, F2) sustancialmente opuestas entre sí, dispuestas en particular paralelas y/o a distancia de una altura de canal H, las cuales presentan, respectivamente, una estructura formada por un gran número de elementos estructurales dispuestos unos junto a otros en filas transversalmente con respecto al sentido de circulación P, que sobresalen al interior del canal de circulación, presentando los elementos estructurales respectivamente una anchura B, una longitud L, una altura h, un ángulo de salida a, así como un eje longitudinal, presentando por lo menos dos filas (17, 18, 19, 2) con unos elementos estructurales (13, 13) dispuestos sobre unas superficies de intercambiador de calor (F1, F2) sustancialmente opuestas entre sí, con un solapamiento (Ü) unos con respecto a otros, presentando, respectivamente, una fila (17, 18, 19, 2) elementos estructurales (13, 13) ¡guales y estando los elementos estructurales 13, 14, 15, 16) individuales dispuestos a pares (32, 33, 34, 35) de manera especular entre sí, separados por una distancia a, y unos junto a otros, caracterizado por que se solapa, respectivamente, un elemento estructural de una superficie de intercambiador de calor con un elemento estructural de la superficie de intercambiador de calor opuesta y por que todos los elementos estructurales (13, 13') de las filas (17, 18, 19, 2, 21, 22) opuestas entre sí están orientados de manera opuesta, en particular tienen un ángulo de salida a opuesto.

2. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que el solapamiento Ü es del 1 %.

3. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos estructurales (13) están formados alargados, en particular rectangulares, y presentan un eje longitudinal (13a) recto.

4. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos estructurales (14) están formados de manera alargada y acodada y presentan un eje longitudinal (14a, 14b) acodado, el cual forma con el sentido de circulación P el ángulo de salida a y un ángulo de entrada (3.

5. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos estructurales (15) están formados de manera arqueada y presentan un eje longitudinal (15a) curvado con un radio R, que forma con el sentido de circulación P el ángulo de salida a y un ángulo de entrada (3.

6. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos estructurales (16) están formados aproximadamente en forma de Z y presentan un eje longitudinal (16a) doblemente curvado con unos radios R1, R2, el cual forma con el sentido de circulación P el ángulo de salida a y un ángulo de entrada p.

7. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos estructurales (43) están formados en forma de V y presentan unas ramas rectas en forma de V (43a, 43b).

8. Canal de circulación según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos estructurales (44) están formados en forma de V y presentan ramas en forma de V (44a, 44b) curvadas en contra del sentido de circulación.

9. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la altura h de los elementos estructurales (13, 14, 15, 16) es de un 2 % a un 5 % de la altura del canal H.

1. Canal de circulación según la reivindicación 9, caracterizado por que la longitud L de los elementos estructurales (13, 14, 15, 16) es de 2 a 12 veces la altura h de los elementos estructurales.

11. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado por que la distancia s entre las filas es de ,5 a 8 veces de la profundidad T.

12. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la distancia s entre dos filas es respectivamente diferente en el sentido de circulación P.

13. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado por que los elementos estructurales (13, 14, 15, 16) presentan una anchura B constante en el intervalo comprendido entre ,1 y 6 mm, preferentemente en el intervalo comprendido entre ,1 y 3, mm.

14. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado por que los elementos estructurales (13, 14, 15, 16) presentan una anchura, que aumenta en el sentido de circulación, entre una anchura inicial B1 y una anchura final B2, estando la anchura inicial B1 en el intervalo comprendido entre ,1 y 4 mm y la anchura final B2 en el intervalo comprendido entre ,1 y 6 mm.

15. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ángulo de salida a está en el intervalo comprendido entre 2 y 7 grados, preferentemente en el intervalo comprendido entre 4 y 65 grados, y presenta en particular un valor comprendido entre 5 y 6 grados.

16. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 4 a 6 y 15, caracterizado por que el ángulo de entrada p es respectivamente mayor que el ángulo de salida a.

17. Canal de circulación según la reivindicación 6, caracterizado por que el radio R está en el intervalo comprendido entre 1 y 1 mm, preferentemente en el intervalo comprendido entre 1 y 5 mm.

18. Canal de circulación según la reivindicación 5 y 17, caracterizado por que los radios R1 y R2 son iguales al radio R.

19. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por que unos elementos estructurales (13, 14, 15, 16) individuales o todos ellos están dispuestos desplazados paralelamente entre sí y a pares (36, 37, 38, 39) transversalmente con respecto al sentido de circulación a una distancia a.

2. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por que una distancia a entre dos elementos estructurales puede ser diferente dentro de por lo menos una fila.

21. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por que la distancia a está en el intervalo comprendido entre y 8 mm.

22. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado por que unos elementos estructurales (13) individuales de una fila (4) están desplazados en el sentido de circulación P una cantidad f entre sí, siendo la cantidad f más pequeña que la profundidad T de los elementos estructurales (13) y T la proyección de la longitud L transversalmente con respecto al sentido de circulación P.

23. Canal de circulación según una de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado por que unos elementos estructurales (13) individuales de una fila (41) no están dispuestos paralelos y presentan un ángulo de salida a diferente.

24. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos estructurales de filas opuestas se tocan, en particular, están conectados mediante soldadura directa o indirecta.

25. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las filas opuestas de elementos estructurales presentan la misma profundidad T en el sentido de circulación P.

26. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las filas opuestas de elementos estructurales presentan profundidades T1, T2 diferentes en el sentido de circulación P.

27. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las superficies de intercambiador de calor sustancialmente opuestas y en particular los elementos estructurales dispuestos encima están curvados.

28. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las superficies de intercambiador de calor sustancialmente opuestas son superficies primarias o superficies secundarias termotécnicas, estando formadas las superficies secundarias en particular mediante nervaduras, nervios o similares soldados indirectamente, soldados directamente o bloqueados.

29. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la altura h está en el intervalo comprendido entre 2 mm y 1 mm, en particular en el intervalo comprendido entre 3 mm y 4 mm, preferentemente de 3,7 mm aproximadamente.

3. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el canal de circulación es rectangular y presenta una anchura b, la cual está en particular en el intervalo comprendido entre 5 mm y 12 mm, preferentemente en el Intervalo comprendido entre 1 mm y 5 mm.

31. Canal de circulación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un diámetro hidráulico del canal de circulación está en el Intervalo comprendido entre 3 mm y 26 mm, en particular en el Intervalo comprendido entre 3 mm y 1 mm.

32. Intercamblador de calor, en particular refrigerador de gas de escape, en particular para un vehículo automóvil, con unos canales de circulación para un fluido, caracterizado por que por lo menos un canal de circulación está formado según una de las reivindicaciones anteriores.

33. Intercamblador de calor según la reivindicación 32, caracterizado por que los canales de circulación (1) están formados como tubos planos o rectangulares (7) soldados indirecta o directamente y las superficies de intercambiador de calor (F1, F2) lo están como paredes de tubo planas.

34. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los canales de circulación son formados mediante apilamiento de placas o de discos, que presentan elementos estructurales.

35. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos 5 estructurales (1, 11) están moldeados, en particular estampados, en las paredes de tubo (F1, F2).

36. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los tubos (7) pueden ser atravesados por gas de escape y alrededor de ellos puede circular un refrigerante líquido.

37. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las filas (8, 9) de

unos elementos estructurales (1, 11) en el sentido de circulación (7a) presentan una distancia a que es de 2 a 6 veces la longitud L de un elemento estructural.

38. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que entre las filas con 15 elementos estructurales se encuentran otras filas con unos elementos estructurales, los cuales sobresalen hacia

fuera.

39. Intercambiador de calor según la reivindicación 38, caracterizado por que los elementos estructurales estampados hacia fuera son botones, nervios o elementos de apoyo y se tocan o están soldados indirectamente o

directamente entre sí.

4. Intercambiador de calor según la reivindicación 38 o 39, caracterizado por que los elementos estructurales estampados hacia fuera contribuyen a la mejora de la transmisión de calor.