Intercambiador de calor de placas apiladas.Comprende una pluralidad de placas apiladas (2a) entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes (2'',

2'''') definidos por dichas placas (2a), en capas alternadas, incluyendo dichas placas (2a) una pluralidad de corrugaciones (3a, 3b) dispuestas en el área destinada al intercambio térmico, y unos pozos de entrada (5) y salida (6) del fluido refrigerante estampados en dichas placas (2a). Se caracteriza por el hecho de que dichas corrugaciones (3a, 3b) definen un patrón de trayectorias (10a) capaces de conducir homogéneamente el fluido refrigerante sobre las placas (2a), alcanzando adecuadamente las esquinas de dichas placas (2a). Se consigue un incremento de la robustez y de la vida útil de las placas

Intercambiador de calor de placas apiladas.

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor de placas apiladas.

La invención se aplica especialmente a todo tipo de intercambiadores de calor dentro del ámbito del motor, especialmente se aplica a intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor (Exhaust Gas Recirculation Coolers o EGRC), intercambiadores de aceite, refrigeradores del aire de sobrealimentación o intercoolers (Charge Air Coolers o CAC), y a evaporadores.

Antecedentes de la invención

Un intercambiador de calor de placas apiladas consta de una serie de placas que constituyen las superficies de intercambio de calor, de manera que los gases de escape y el refrigerante circulan entre dos placas, en capas alternadas, constituyendo dos circuitos diferentes.

Asimismo, el circuito de gases puede ser de tipo lineal en el cual la entrada y salida de gases están dispuestas en extremos opuestos; o bien puede ser en forma de "U" en el cual la entrada y salida de gases están dispuestas adyacentes en un mismo extremo abierto, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y un paso de retorno. En este último caso, el extremo cerrado para el retorno de los gases suele estar constituido por un depósito de gas cerrado.

Para mejorar el intercambio de calor de placas apiladas, así como la resistencia mecánica del intercambiador, las placas puede tener corrugaciones y/o medios perturbadores del gas, tales como aletas, dispuestas entre las placas que conducen el gas a refrigerar.

Las corrugaciones y/o aletas ayudan a guiar el fluido de modo que se llena apropiadamente el circuito en su totalidad, favoreciendo el intercambio de calor y mejorando la resistencia mecánica a la presión (por reventón o fatiga) de este circuito.

El espacio libre entre dos placas consecutivas constituye un paso de uno de los circuitos. Inmediatamente encima o debajo se encuentra un paso del otro circuito, de modo que los circuitos están alternados para que pueda tener lugar el intercambio de calor. Al menos uno de los circuitos puede tener todos sus pasos comunicados y esto se consigue mediante pozos, los cuales son conformados estampando determinadas formas con una determinada altura en las placas y perforando las placas para permitir el paso de fluido.

Una vez que las placas han sido apiladas, las zonas estampadas de los pozos crean una comunicación entre los pasos alternativos de un mismo circuito, cruzando los pasos del otro circuito, y volviéndose dicha comunicación estanca cuando el intercambiador se suelda en horno. La forma estampada de los pozos es generalmente redonda u ovalada.

Las zonas estampadas donde se encuentran los pozos no presentan ni corrugaciones ni aletas, por lo que no existe intercambio de calor en dichas zonas. Por esta razón, los intercambiadores conocidos en la técnica tienen sus pozos situados en un extremo de la placa o incluso fuera de la zona de intercambio térmico pero dentro de la placa, de modo que la superficie de intercambio de calor puede ser maximizada.

En el segundo caso en que los pozos están situados fuera de la zona de intercambio térmico, las placas incluyen en un lateral unas áreas adicionales de material destinadas a situar los pozos. Esta configuración tiene la ventaja de que se maximiza la superficie de intercambio de calor ya que los pozos no llegan a obstaculizar la circulación de los gases a enfriar. No obstante, esta solución presenta el inconveniente de que el tamaño de intercambiador aumenta considerablemente, ocasionando problemas para integrar el intercambiador en el entorno motor.

El primer caso en que los pozos están situados en un extremo de la placa, presenta la ventaja de que la integración del intercambiador en el entorno motor es mucho mejor, siendo la reducción en el volumen total del intercambiador mucho más importante que la reducción en el área de intercambio de calor. No obstante, este diseño tiene el inconveniente de que no es apropiado para un circuito sin pozos de configuración en "U".

Es conocido un diseño de placas cuyos pozos del fluido refrigerante presentan una configuración rectangular con su lado de mayor longitud dirigido según la dirección de circulación del fluido a refrigerar, estando dichos pozos integrados dentro del área de intercambio térmico, generalmente de manera centrada.

Este diseño permite reducir el volumen total del intercambiador, mejorando así su integración en el entorno motor, y sin necesidad de incluir zonas adicionales de material en las placas para alojar los pozos. Asimismo, la geometría y la disposición de los pozos dentro del área de intercambio térmico de las placas es tal que no interfiere durante el intercambio térmico, siendo adecuado también para circuitos en "U".

Los pozos están situados en la superficie en contacto con el gas, induciendo por tanto un particular diseño en la superficie opuesta en contacto con el fluido refrigerante. Asimismo, algunas corrugaciones han sido estampadas en la superficie en contacto con el fluido refrigerante para favorecer el movimiento de dicho fluido en la placa desde la entrada a la salida.

Dichas corrugaciones están distribuidas en la placa rectangular definiendo una pluralidad de arcos pertenecientes a circunferencias concéntricas virtuales cuyo centro común se encuentra en el centro geométrico de la placa. Este patrón de corrugaciones promueve el flujo entre la entrada y la salida del fluido refrigerante. En consecuencia, se obtiene un buen intercambio de calor entre el gas y el fluido refrigerante, con una caída de presión razonable.

No obstante, en algunas aplicaciones particulares, por ejemplo en un circuito EGR, algunas condiciones específicas relacionadas con la desgasificación (y última ebullición) y principalmente con la elevada temperatura, requieren un completo llenado del canal o circuito de fluido refrigerante para evitar la generación de burbujas y su evaporación. En estas circunstancias, este patrón de corrugaciones utilizada hasta el presente no puede alcanzar los objetivos requeridos.

En efecto, este patrón de corrugaciones no alcanza adecuadamente las cuatro esquinas de la placa, por lo que el intercambio de calor en dichas zonas no es óptimo. Esta situación, con efecto insignificante en las características funcionales del intercambiador, tales como el rendimiento térmico y la caída de presión, toma una mayor importancia con respecto al fenómeno de capacidad de ebullición y choque térmico a elevada temperatura, donde un excelente reparto es requerido para evitar la formación de burbujas de aire dentro del fluido refrigerante, o incluso, la evaporación del fluido refrigerante.

Asimismo, debido al deficiente reparto del fluido refrigerante, se produce una disminución del espesor en la placa, que viene provocada por la evaporación del fluido refrigerante que permanece en este área. Esta reducción del espesor hace que el área sea débil frente al flujo de gas, produciéndose después un fallo. Experimentos realizados indican que en este tipo de placas provistas con el actual patrón de corrugaciones, suelen fallar a los 2000 ciclos aproximadamente, siendo el valor requerido por los fabricantes de automóviles de unos 4500 ciclos.

Descripción de la invención

El objetivo del intercambiador de calor de placas apiladas de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los intercambiadores de placas apiladas conocidos en la técnica, proporcionando un intercambiador que garantiza un óptimo intercambio de calor por toda la superficie de las placas, así como una mayor resistencia.

El intercambiador de calor de placas apiladas, objeto de la presente invención, es del tipo que comprende una pluralidad de placas apiladas entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas, en capas alternadas, incluyendo dichas placas una pluralidad de corrugaciones dispuestas en el área destinada al intercambio térmico, y unos pozos de entrada y salida del fluido refrigerante estampados en dichas placas, y se caracteriza por el hecho de que dichas corrugaciones definen un patrón de trayectorias capaces de conducir homogéneamente el fluido refrigerante sobre las placas, alcanzando adecuadamente las esquinas de dichas placas.

Gracias a este novedoso patrón de corrugaciones, se consigue una homogénea conducción desde la entrada a la salida...

1. Intercambiador de calor (1) de placas apiladas, que comprende una pluralidad de placas apiladas (2a) entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes (2',2'') definidos por dichas placas (2a), en capas alternadas, incluyendo dichas placas (2a) una pluralidad de corrugaciones (3a, 3b) dispuestas en el área destinada al intercambio térmico, y unos pozos de entrada (5) y salida (6) del fluido refrigerante estampados en dichas placas (2a), caracterizado por el hecho de que dichas corrugaciones (3a, 3b) definen un patrón de trayectorias (10a) capaces de conducir homogéneamente el fluido refrigerante sobre las placas (2a), alcanzando adecuadamente las esquinas de dichas placas (2a).

2. Intercambiador (1), según la reivindicación 1, del tipo que las placas (2a) son sensiblemente rectangulares, caracterizado por el hecho de que el patrón de corrugaciones (10a) comprende al menos una corrugación (3a) sensiblemente recta dispuesta cercana a sendos lados mayores de la placa (2a), para propulsar la llegada de fluido refrigerante hacia los lados menores de la placa (2a).

3. Intercambiador (1), según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el patrón de corrugaciones comprende al menos una corrugación curvada (3b) orientada hacia cada esquina de la placa (2a).

4. Intercambiador (1), según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicha al menos una corrugación curvada (3b) está orientada hacia la correspondiente esquina de la placa (2a) según un ángulo (α) comprendido entre 15º y 45º con respecto al eje transversal de la placa (2a).

5. Intercambiador (1), según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por el hecho de que una primera sección transversal (S₁) de paso de fluido refrigerante, delimitada por la correspondiente corrugación curvada (3b) desde su extremo más próximo al eje central longitudinal de la placa (2a) y el respectivo lado menor de la placa (2a), es mayor que la sección transversal (S₂) de paso de fluido refrigerante, delimitada por la correspondiente corrugación curvada (3b) desde su punto de inflexión de curvatura y el respectivo lado menor de la placa (2a), impulsando así el llenado de las esquinas de las placas (2a) al acelerarse el flujo de fluido refrigerante a través de la segunda sección transversal (S₂).

6. Intercambiador (1), según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los pozos (5, 6) presentan una forma sensiblemente alargada, con su lado de mayor longitud dirigido según la dirección de circulación del fluido a refrigerar.

7. Intercambiador (1), según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que los pozos alargados (5, 6) están situados en una zona centrada o descentrada de las placas (2a).

8. Intercambiador (1), según la reivindicación 6 o 7, del tipo en forma de "U" en el cual la entrada (7) y salida (8) del fluido a refrigerar están dispuestas adyacentes en un mismo extremo del conjunto de placas apiladas (2a), estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y un paso de retorno, caracterizado por el hecho de que las paredes de mayor longitud de los pozos alargados (5, 6) son susceptibles de separar los pasos de ida y vuelta del fluido a refrigerar.