BRPI0710570A2

BRPI0710570A2 - reservatório de fluxo cruzado integrado

Info

Publication number: BRPI0710570A2
Application number: BRPI0710570-3A
Authority: BR
Inventors: Donald J Gembolis; Albert F Cella
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2011-08-16
Also published as: US20090236761A1; WO2007124484A3; WO2007124484A2; BRPI0710570B1; US8256746B2

Abstract

RESERVATóRIO DE FLUXO CRUZADO INTEGRADO. Um reservatório de fluxo cruzado tem um filtro e um trocador de calor integrados de maneira única, pelo que as funções de reservatório, filtração e resfriamento são executadas por uma única unidade e sem acessórios de ligação e mangueiras de ligação entre elas.

Description

"RESERVATÓRIO DE FLUXO CRUZADO INTEGRADO"

Pedidos Correlatos

Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório norte-americano No. 60/93943, depositado a 21 de abril de 2006, que é por este aqui incorporado à guisa de referência.

Campo da Invenção

A invenção aqui descrita refere-se de maneira geral a sistemas hidráulicos e, maisespecificamente, a sistemas hidráulicos que utilizam um reservatório de fluido hidráulico eum dispositivo para filtrar e resfriar o fluido hidráulico, tais como os utilizados em

Antecedentes da Invenção

As transmissões hidrostáticas têm muitos usos, inclusive a propulsão de veículos,tais como máquinas de cortar grama. Um sistema de transmissão hidrostática típico incluiuma bomba hidráulica principal de deslocamento variável conectada em um circuito hidráuli-co fechado com um motor hidráulico de deslocamento fixo. Para a maioria das aplicações, abomba é acionada por um motor primário, tal como um motor de combustão interna ou ummotor elétrico, a uma determinada velocidade em uma determinada direção. A alteração dodeslocamento da bomba principal alterará sua velocidade de escoamento de saída, quecontrola a velocidade do motor. A vazão da bomba pode ser invertida, invertendo-se assim adireção do motor.

Em alguns veículos, tais como cortadores de grama de raio de rotação zero, bom-bas e motores hidráulicos separados são utilizados para acionar de maneira independenteas rodas separadas de

um eixo. Pelo acionamento independente das rodas em direçõesopostas, por exemplo, o veículo pode ser levado a girar com raio zero. Os cortadores degrama de raio de rotação zero estão cada vez mais populares à medida que o tamanho e oscustos de tais cortadores de grama diminuem. Entretanto, à medida que o tamanho de taiscortadores de grama diminui, o espaço disponível para os componentes hidráulicos e/oupara o motor primário, também diminui.

As transmissões geram calor à medida que o fluido hidráulico circula entre a bombae o motor. O atrito entre as peças móveis da bomba e/ou do motor também gera calor. Con-seqüentemente, têm sido utilizados trocadores de calor para resfriar o fluido hidráulico. Alémdisto, têm sido utilizados filtros para filtrar o fluido hidráulico com a finalidade de remover oscontaminadores que ficam aprisionados no fluido durante o uso.

Nos equipamentos atuais, o trocador de calor, o conjunto de filtro e o reservatóriode fluido hidráulico são apresentados como componentes individuais do sistema que sãoconectados uns aos outros por mangueiras e acessórios hidráulicos. Estas conexões sãotrajetórias de vazamento potencial, e os vários componentes devem ser estocados separa-damente.Sumário da Invenção

A presente invenção apresenta um reservatório de fluxo cruzado que tem um filtro eum trocador de calor integrados de maneira única, pelo que as funções de reservatório, fil-tração e resfriamento são todas executadas por uma única unidade e sem acessórios deligação e mangueiras de ligação entre elas. Além disto, um aspecto benéfico da invenção éque construções de radiador convencionais podem ser facilmente configuradas para aco-modar o filtro e funcionar como um reservatório de fluido hidráulico.

Por conseguinte, é apresentado um reservatório de fluxo cruzado integrado quecompreende um alojamento, câmaras de reservatório nas extremidades opostas do aloja-mento, uma entrada para fornecer fluido a uma das câmaras de reservatório, uma saídapara remover fluido da outra das câmaras de reservatório, um trocador de calor com canaisde fluido que conectam as câmaras de reservatório e passagens de ar de fluxo cruzado,através das quais o ar pode fluir de modo a extrair calor do fluido que flui através dos canaisde fluido, e um elemento de filtro preso, de modo a poder ser removido, ao alojamento ealojado dentro de uma das câmaras de reservatório.

Em uma modalidade preferida, o elemento de filtro inclui um anel de meios de filtroque têm pelo menos uma extremidade aberta e um fecho e uma tampa aos quais a extremi-dade aberta do anel de meios de filtro é presa, o fecho e a tampa tendo uma parte de fechopara fechar a abertura através da qual o anel de meios de filtro é inserido na câmara do re-servatório. A tampa de extremidade de fecho pode ter uma passagem de fluxo através daqual o fluido flui da entrada até o interior do anel de meios de filtro.

O elemento de filtro pode ter um fundo afastado para dentro da parede de fundo doalojamento. O anel de meios de filtro pode ter uma abertura de fundo que é fechada por umatampa de extremidade de fundo, e a tampa de extremidade de fundo é dotada de uma válvu-la de fluxo de derivação para permitir o fluxo de fluído do interior do anel de meios de filtroaté a câmara de reservatório quando o diferencial de pressão através dos meios de filtroultrapassar um valor prescrito.

Em uma modalidade preferida, um suporte de filtro tubular é preso à parede de topodo alojamento em uma abertura nele, e a tampa de extremidade de fecho do elemento defiltro é presa ao suporte de filtro. O elemento de filtro é de preferência suspenso do suportede filtro. Uma tampa de extremidade de fecho preferida tem uma parte de fecho superior,uma parte anular inferior e uma parte intermediária, a parte de fecho superior sendo rosque-ada externamente para ser aparafusada em uma parte em uma parte rosqueada interna-mente do suporte de filtro tubular, e a parte anular inferior tendo uma vedação anular queentra em contato com a superfície interna do suporte de filtro. A entrada pode incluir umapassagem através da parede lateral do suporte de filtro.

O núcleo do trocador de calor pode ser um trocador de calor do tipo de chapa dealumínio dotada de aletas. O núcleo do trocador do calor e as câmaras de reservatório po-dem ser limitados pelas paredes do alojamento, e o alojamento pode ter uma conformaçãoretilínea total. A trajetória de fluxo dos meios de filtro até o núcleo do trocador de calor é depreferência desimpedida.

A invenção apresenta também um elemento de filtro para uso em um reservatórioconforme apresentado em qualquer reivindicação precedente.

Outros aspectos da invenção se tornarão evidentes com a descrição da descriçãodetalhada seguinte considerada em conjunto com os desenhos.

Breve Descrição dos Desenhos

Nos desenhos anexos:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um reservatório de fluxo cruzado integra-do exemplar de acordo com a invenção; e

A Figura 2 é uma vista em corte transversal do reservatório, tomada substancial-mente ao longo do plano central principal dele.

Descrição Detalhada

Os princípios da presente invenção podem ser aplicados em diversos tipos de sis-tema hidráulico, conforme será entendido pelos versados na técnica. A presente invenção,contudo, é particularmente aplicável a sistemas de transmissão hidrostática para equipa-mento de cortar relva. De maneira mais geral, os princípios da invenção podem ter aplicabi-lidade com outros tipos de líquido onde o resfriamento e a filtração são indicados.

Com referência agora aos desenhos em detalhe e inicialmente às Figuras 1 e 2, umreservatório de fluxo cruzado integrado exemplar é designado de maneira geral pelo númerode referência 10. O reservatório compreende um alojamento 12, que contém um núcleo detrocador de calor 14 com canais de fluido 16 que conectam câmaras de reservatório 18 e 20nas extremidades opostas do alojamento 12. O núcleo de trocador de calor 14 é de prefe-rência um trocador de calor do tipo de chapa de alumínio dotada de aletas, e as aletas 22,que podem ziguezaguear para trás e para frente, ficam em contato termicamente condutorcom os canais de fluido. As aletas também formam passagens de ar de fluxo cruzado 14,através das quais o ar pode fluir de modo a extrair calor das aletas e dos canais de fluido e,por sua vez, do fluido hidráulico que fluido que flui dos canais de fluido de uma câmara dereservatório até a outra.

Conforme mostrado, o núcleo do trocador de calor e as câmaras de reservatóriosão limitados pelas paredes do alojamento, e o alojamento pode ter uma conformação retilí-nea total. Os canais de fluido são dispostos lado a lado entre as paredes de topo e de base30 e 32 do alojamento e formam a série de trajetórias de fluxo 16 para a passagem do fluidoatravés do trocador de calor de uma câmara de reservatório para a outra. As passagens dear 24 são geralmente dispostas em ângulos retos com relação aos canais de fluido e, depreferência, o ar é forçado através das passagens de ar por meio de um ventilador (nãomostrado), por exemplo.

Embora o núcleo do trocador de calor possa ser resfriado a ar conforme mostrado edescrito, o trocador de calor pode ser resfriado de outra maneira, seja pela água ou por res-friamento por refrigerante. As passagens de ar podem funcionar como ou ser substituídaspor passagens de fluxo de água ou refrigerante, através das quais a água de resfriamentoou refrigerante circula. Camisas de fornecimento e de retorno, por exemplo, podem ser ins-taladas em lados opostos do alojamento com esta finalidade.

O trocador de calor é de preferência fabricado a partir do alumínio por causa de sualeveza e alta condutividade térmica, e as diversas peças podem ser soldadas umas nas ou-tras por solda forte por meio de técnicas de fabricação convencionais.

Na modalidade mostrada, o fluxo de fluido hidráulico é da câmara de reservatório18 até a câmara de reservatório 20, embora o fluxo na direção inversa seja também con-templado. O alojamento 12 na extremidade inferior da câmara de reservatório tem uma saí- da 36 formada por um acessório de tubo 38 ao qual um tubo pode ser conectado. Em umsistema hidráulico típico, o tubo conectado à saída 36 levaria até a entrada de uma bombahidráulica, pelo que o acionamento da bomba retiraria fluido da câmara de reservatório 20.Isto por sua vez faria com que o fluido fluísse da outra câmara de reservatório 18 através dotrocador de calor 14 para o resfriamento do fluido hidráulico. Conforme visto na Figura 1, éapresentada uma segunda saída, conforme pode ser desejado para proporcionar trajetóriasde fluxo separadas do reservatório até as entradas das respectivas bombas hidráulicas.

A outra câmara ou câmara de reservatório no lado de entrada 18, além de funcionarcomo um reservatório e tubo de distribuição de entrada para o trocador de calor 14, funcionatambém como uma câmara de filtro, que contém nela um elemento de filtro 40. O elementode filtro 40 compreende um anel de meios 42, que tem pelo menos uma extremidade aberta,e uma tampa de extremidade de fundo 44, à qual a extremidade aberta dos meios de filtro épresa por adesivo ou de outra maneira. O anel de meios de filtro pode ter uma extremidadede fundo aberta que é fechada por uma tampa de extremidade de fundo 46, que é presa àextremidade de fundo dos meios de filtro. Conforme mostrado, a tampa de extremidade defundo pode ser configurada com um conjunto de válvula de fluxo de derivação conhecido 48que permite que o fluido se desvie dos meios de filtro quando o diferencial de pressão atra-vés dos meios de filtro ultrapassa um valor prescrito. A válvula de fluxo de derivação é depreferência configurada de modo a abrir-se antes que o diferencial de pressão faça com queos meios de filtro se contraiam ou então falhem.

Os meios de filtro podem ser de qualquer tipo adequado. Um tipo específico é umfiltro pregueado feito de uma ou mais camadas de material de microfibra de vidro. O fluidohidráulico que flui de dentro para fora dos meios pode acumular-se e fluir ou sair por baixodo lado de fora dos meios de filtro até que se junte com o fluido hidráulico que reside nofundo da câmara de reservatório.

A tampa de fecho 44 tem uma parte de fecho superior 50, uma parte anular inferior52 e uma parte intermediária 54. A parte de fecho superior 50 é rosqueada externamentepara ser aparafusada em uma parte rosqueada internamente de um suporte de filtro tubular58 montado na parede de topo 30 do alojamento 12. O suporte de filtro tem uma extremida-de inferior adequadamente configurada para fixação na parede de topo 30 em um orifício naparede de topo. Conforme mostrado, o fundo da parte tubular pode ter uma parte de gargalode diâmetro reduzido 60 que se estende através do orifício, de preferência com um encaixeapertado. A parte de gargalo pode facilitar a fixação do suporte de filtro na parede de topodo alojamento, a qual pode ser efetuada por solda forte, soldagem ou outro meio.

A parte de gargalo 60 pode também proporcionar, conforme é preferido, uma super-fície de vedação para uma vedação anular deformável 62 que circunda a parte anular inferi-or 52 da tampa.

Conforme mostrado, o elemento de filtro 40 é suspenso do suporte de filtro 58quando a parte de fecho superior 50 é aparafusada no suporte de filtro. Conforme é preferi-do, não é necessário instalar um dispositivo adicional de suporte para o elemento de filtro.Ou seja, nenhum suporte de base é necessário para manter o elemento de filtro no lugar,nem é necessária uma parede de fundo para vedar ou então agir conjugadamente com oelemento de filtro para permitir seu funcionamento. A eliminação da necessidade de umaparede de fundo permite que a válvula de fluxo de derivação seja instalada na tampa deextremidade de fundo e permite que o fluido se desvie do fluxo de modo a fluir para fora a-través de um orifício central na tampa de extremidade de fundo. Além disto, o elemento defiltro suspenso elimina a necessidade de acrescentar paredes adicionais que formam umacâmara de filtro ou uma passagem de fluxo que se comunica com uma extremidade de fun-do aberta de um elemento de filtro. Além do mais, toda a estrutura de sustentação e veda-ção necessária para o elemento de filtro pode ser proporcionada pelo suporte de filtro 58,que pode ser formado como uma peça separada e em seguida preso a uma configuração detrocador de calor de outro modo convencional, além de qualquer dimensionamento necessá-rio para se obter o espaço necessário para acomodar o elemento de filtro. Assim, por exem-plo, só é necessário que uma configuração de trocador de calor convencional tenha um a-fastamento maior entre a parede de extremidade externa 64 do alojamento 12 e a extremi-dade adjacente do núcleo 14 do trocador de calor. Conforme mostrado, o elemento de filtropode ser posicionado a meio caminho entre a parede lateral e a extremidade adjacente donúcleo do trocador de calor. As câmaras de reservatório podem ser também dimensionadasde modo a se obter a capacidade de volume de fluido hidráulico desejada para uma dadaaplicação, com um volume típico para um equipamento de cortar relva sendo de cerca de1,89 litros (meio galão).

O que foi exposto acima também apresenta uma trajetória de fluxo desimpedidados meios de filtro até o núcleo do trocador de calor, ao passo que, nas tentativas anterio-res, acredita-se que a trajetória de fluxo entre os meios de filtro e as entradas para os canaisdo trocador de calor é limitada a um fluxo que a área coletiva dos canais de fluido no troca-dor de calor, criando-se assim uma restrição desnecessária ao fluxo através do reservatóriode fluido 10, conforme pode ser indesejável em condições de fluxo elevado.

De maneira mais geral e de preferência, o suporte de filtro 58 proporciona a susten-tação do elemento de filtro 40 e a superfície de vedação para o elemento de filtro. O suportede filtro 58 pode também apresentar, conforme seja preferível, a entrada 70, através da qualo fluido hidráulico retorna ao reservatório, da saída de um ou mais motores hidráulicos emum sistema hidráulico. A entrada pode ser formada por uma passagem 72 na parede lateraldo suporte de filtro. A passagem pode ser equipada com um acessório de tubo 74 ou outrodispositivo de fixação, conforme mostrado na Figura 1.

A passagem 72 abre-se para o interior do suporte de filtro em um local intermediárioxentre a parte de fecho superior da tampa de fecho e a parte anular (ou de disco) inferior 52,e que corresponde assim ao nível da parte intermediária 54. A parte intermediária inclui umaou mais aberturas para permitir que o fluido flua da passagem 72 até uma e através de umapassagem central na parte de disco inferior 52 para fluxo para dentro do anel de filtro. Daí, ofluido flui em sentido radial para fora através dos meios e diretamente para dentro da câma-ra de reservatório no lado da entrada. O anel de filtro pode ser sustentado em seu diâmetroexterno por uma malha de arame, conforme é comumente feito na indústria.

A vedação anular 62 acima mencionada pode ser formada por qualquer dispositivoadequado. Na modalidade mostrada, a vedação é um anel em O que fica retido em umaranhura anular na superfície de diâmetro externo da parte de disco inferior 52. A vedação62, conforme seja preferível, faz vedação de encontro à superfície de diâmetro interno dotubo de suporte de filtro.

Quaisquer mecanismos de vedação adequados podem ser instalados para vedar aparte de fecho 50 da tampa de fecho no suporte de filtro. Conforme mostrado, o mecanismode vedação pode incluir um anel em O retido em uma ranhura anular na superfície de diâ-metro externo da parte de fecho.

A tampa de fecho 44 do elemento de filtro 40 pode ser dotada de dispositivos ade-quados para facilitar a remoção do elemento de filtro para substituição, conforme necessá-rio. A tampa de fecho pode ser dotada de recessos de contato mútuo, embora na modalida-de mostrado a tampa de fecho seja dotada de um cubo central 76 dotado de superfícies detorção externas para permitir a rotação da tampa de fecho por meio de uma chave inglesaadequada. Conforme mostrado, o cubo central pode ser de corte transversal hexagonal parauso com uma chave de caixa padrão. O cubo central pode ser também contido em um re-cesso que se abre para a extremidade superior da tampa de fecho.

Embora o elemento de filtro seja mostrado como um elemento de aparafusamento,outros mecanismos de fixação podem ser também utilizados. Por exemplo, um mecanismode fixação pode ser utilizado para manter o elemento de filtro no suporte de filtro. A título deexemplo específico, o suporte de filtro pode ser rosqueado externamente de modo a alojaruma porca que pode ser utilizada para fixar um flange na parte de fecho superior sobre asuperfície de extremidade do suporte de filtro. Outros dispositivos de fixação são tambémcontemplados, embora de preferência eles devam proporcionar a rápida remoção e fixaçãodo elemento de filtro.

Conforme visto à direita das Figuras 1 e 2, o reservatório pode ser também dotadode um dispositivo de fixação 80 para uma tampa respiradora (não mostrada) que pode serde um tipo convencional utilizado em sistemas hidráulicos. O mecanismo de fixação podeser uma porca hexagonal rosqueada internamente soldada com solda forte na parede detopo do alojamento em um orifício nele.

Embora a invenção tenha sido mostrada e descrita com relação a uma determinadamodalidade ou modalidades preferidas, é óbvio que alterações e modificações equivalentesocorrerão a outros versados na técnica mediante a leitura e o entendimento deste relatório edos desenhos anexos. Em particular no que se refere às diversas funções desempenhadaspelos elementos acima descritos (componentes, conjuntos, dispositivos, composições, etc.),os termos (inclusive uma referência a um "dispositivo") utilizados para descrever tais ele-mentos pretendem corresponder, a menos que indicado de outro modo, a qualquer elemen-to que desempenhe a função especificada do elemento descrito (isto é, que é funcionalmen-te equivalente), embora não estruturalmente equivalente à estrutura revelada que desempe-nha a função na modalidade ou modalidades exemplares mostradas da invenção. Além dis-to, embora um aspecto específico da invenção possa ter sido descrito acima com relação aapenas uma ou mais de várias modalidades mostradas, tal aspecto pode ser combinadocom um ou mais outros aspectos das demais modalidades, conforme possa ser desejável evantajoso para qualquer aplicação dada ou específica.

Claims

1. Reservatório de fluxo cruzado integradoCARACTERIZADO por compreender um alojamento (12), câmaras de reservatório(18, 20) em extremidades opostas do alojamento, uma entrada (70) para fornecer fluido auma das câmaras de reservatório, um núcleo de trocador de calor (14) com canais de fluido(16) que conectam as câmaras de reservatório e passagens de ar de fluxo cruzado, atravésdas quais o ar pode fluir de modo a extrair calor do fluido que flui através dos canais de flui-do, e um elemento de filtro (40) preso, de modo a poder ser removido, ao alojamento e alo-jado dentro de uma das câmaras de reservatório.

2. Reservatório, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o elemento de filtro inclui um anel de meios de filtro que tem pelo menos uma extremi-dade aberta, e uma tampa de extremidade de fecho à qual a extremidade aberta do anel demeios de filtro é presa, a tampa de extremidade de fecho tendo uma parte de fecho parafechar uma abertura através da qual o anel de meios de filtro é inserido na câmara de reser-vatório.

3. Reservatório, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que a tampa de extremidade de fecho tem uma passagemde fluxo através da qual o fluido flui da entrada até o interior do anel de meios de filtro.

4. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de filtro tem um fundo afastado para dentroda parede de fundo do alojamento.

5. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que o anel de meios de filtro tem uma abertura de fundoque é fechada por uma tampa de extremidade de fundo, e a tampa de extremidade de fundoé dotada de uma válvula de fluxo de derivação para permitir que o fluido flua do interior doanel de meios de filtro até a câmara de reservatório quando o diferencial de pressão atravésdos meios de filtro ultrapassa um valor prescrito.

6. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente, quando depen-dente da reivindicação 2, CARACTERIZADO por compreender um suporte de filtro tubularpreso à parede de topo do alojamento em uma abertura nele, e pelo fato de que a tampa deextremidade de fecho do elemento de filtro é presa ao suporte de filtro.

7. Reservatório, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato deque o elemento de filtro fica suspenso do suporte de filtro.

8. Reservatório, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, CARACTERIZADO pelo fatode que a tampa de fecho (44) tem uma parte de fecho superior (50), uma parte anular inferi-or (52) e uma parte intermediária (54), a parte de fecho superior sendo rosqueada externa-mente para ser aparafusada na parte rosqueada internamente do suporte de filtro tubular, ea parte anular inferior tendo uma vedação anular (62) que entra em contato com a superfícieinterna do suporte de filtro.

9. Reservatório, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6-8,CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte de filtro é preso à parede de topo do aloja-mento por soldagem com solda forte.

10. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada inclui uma passagem (72) através da paredelateral do suporte de filtro.

11. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que o núcleo do trocador de calor é um trocador de calor dotipo de chapa de alumínio dotada de aletas.

12. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que o núcleo do trocador de calor e as câmaras de reserva-tório são limitados pelas paredes do alojamento, e o alojamento tem uma conformação reti-línea total.

13. Reservatório, de acordo com qualquer reivindicação precedente,CARACTERIZADO pelo fato de que a trajetória de fluxo dos meios de filtro até o núcleo dotrocador de calor é desimpedida;

14. Elemento de filtro, CARACTERIZADO por ser para uso em um reservatório deacordo com qualquer reivindicação precedente.