BRPI0714372A2

BRPI0714372A2 - trocador de calor com um conector do fluxo

Info

Publication number: BRPI0714372A2
Application number: BRPI0714372-9A
Authority: BR
Inventors: Kalbacher Klaus
Original assignee: Modine Maufacturing Company
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2012-12-25
Also published as: EP2044304A1; WO2008006431A1; DE102006032205A1; US20090314483A1; CN101490382A; US8528629B2; EP2044304B1

Abstract

TROCADOR DE CALOR COM CONECTOR DE FLUXO. A invenção se refere a um trocador de calor (por exemplo, um radiador de carga) tendo um corpo de esfriamento composto de tubos achatados dispostos em intervalos e tendo aletas corrugadas posicionadas os intervalos. O ar de carga nos tubos achatados pode ser esfriado mediante o ar de esfriamento fluindo através das aletas corrugadas. O trocador de calor pode incluir um conector de fluxo e um pré-radiador integrado no qual um meio, por exemplo, ar de carga, é esfriado por intermédio de um refrigerador. O pré-radiador/pós-radiador pode ser integrado em uma seção do corpo de esfriamento. Um conector de fluxo composto de ao menos duas partes tubulares que podem ser encaixadas uma na outra, travadas e vadadas, pode incluir uma parede divisória se estendendo em uma das partes. Ao menos uma conexão de entrada e/ou ao menos uma conexão de saída pode ser disposta em uma ou na outra das partes.

Description

TROCADOR DE CALOR COM CONECTOR DE FLUXO

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Prioridade é aqui reivindicada para o Pedido de Patente PCT N0 PCT/EP2007/005150 depositado em 12 de junho de 2007, e para o Pedido de Patente Alemã N0 DE 10 2006 032 205.3, depositado em 12 de julho de 2006, cujos conteúdos integrais são aqui incorporados mediante referência. CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um trocador de calor com um conector de fluxo. Em algumas modalidades, o trocador de calor pode ser um radiador de carga no qual ar de carga é esfriado mediante o ar de esfriamento, e o qual tem um pré-radiador integrado no qual o ar de carga é esfriado por intermédio de um refrigerante. SUMÁRIO

Em algumas modalidades, a invenção se refere a um trocador de calor (por exemplo, um radiador de carga) com um conector de fluxo no qual ar de carga é esfriado pelo ar de esfriamento, e o qual tem um pré-radiador integrado no qual o ar de carga é esfriado por um refrigerante. Além disso, a invenção se refere a um conector de fluxo para trocadores de calor.

Alguns aspectos independentes do radiador de carga descrito são revelados da JP 59-145325 A. Essa referência também é descrita posteriormente em outros documentos e foi parcialmente desenvolvida, por exemplo, na DE 3 722 248C1 ou na WO 02/090739A1 ou em DE 101 36 861A1 para citar apenas esses três documentos.

Em aplicações convencionais, um pré-radiador pode 3 0 ser integrado em uma caixa de coleta do radiador de carga, que constitui uma medida adequada a qual se comprovou na prática. Contudo, esse modelo torna necessária, na maioria dos casos para caixa coletora na qual o pré-radiador é integrado, a sua construção com dimensões relativamente grandes para poder implementar pré-esfriamento perceptível. Portanto, especificamente para aplicações em automóveis de passageiros, tal forma de integrar um pré-radiador freqüentemente não é a melhor opção.

Um objetivo independente da invenção é o de prover uma forma de integrar o pré-radiador em um trocador de calor, por exemplo, um radiador de carga, o qual é aperfeiçoado para muitas aplicações e o qual requer menos espaço de instalação e/ou o qual aumenta em termos relativos o espaço que pode ser usado para troca de calor, mas o qual não aumenta significativamente o espaço total de instalação exigido em comparação com um radiador de carga sem um pré-radiador integrado.

Em algumas modalidades, a invenção compreende também um conector de fluxo para trocadores de calor que suporta um modelo compacto do trocador de calor.

Como o pré-radiador e/ou pós-radiador são integrados em uma seção da rede de esfriamento ou corpo do trocador de calor, se torna possível fazer as caixas coletoras dos trocadores de calor significativamente menores em termos relativos. Também é possível prover um pós-radiador do tipo proposto além do, ou em vez do pré- radiador. Em um pré-radiador, o ar de carga primeiramente flui para o mesmo antes de poder fluir para o restante do radiador de carga. No caso de um pós-radiador integrado, o ar de carga primeiramente flui para dentro da rede de esfriamento do radiador de carga ao qual o ar de esfriamento é aplicado e, então, para dentro do pós- radiador ao qual o refrigerante é aplicado.

0 inventor considerou como seu ponto de partida o conhecimento de que as caixas coletoras ou espaços coletores são elementos necessários, funcionalmente condicionados de um trocador de calor, mas eles próprios podem dificilmente servir para permutar o calor, por cuja razão o pré-radiador supostamente também é nesse lugar acomodado na técnica anterior. Ao contrário, o inventor provê caixas coletoras que são incorporadas para serem pequenas, especificamente, o mais achatadas possível, e ele desloca o pré-radiador e/ou pós-radiador para fora da caixa coletora e para dentro da rede de esfriamento do radiador de carga.

0 inventor prefere que o pré-radiador/pós- radiador tenha tubos achatados de refrigerante os quais estão localizados nos intervalos entre os tubos achatados. 0 inventor vê vantagens em que o pré-radiador/pós-radiador preferivelmente se estende pela profundidade total da rede de esfriamento, mas apenas por uma pequena parte da altura ou comprimento da rede de esfriamento ou dos tubos achatados. 0 inventor adicionalmente prefere que os tubos de refrigerante sejam arranjados transversalmente com relação aos tubos achatados. 0 inventor considera correto que a parte ou a seção ocupe aproximadamente 5-4 0% da rede de esfriamento ou do corpo do trocador de calor.

0 inventor está interessado em um modelo compacto de seu trocador de calor (por exemplo, um radiador de 3 0 carga) e nos baixos custos de fabricação e, portanto, proporciona o pré-radiador/pós-radiador tendo apenas um único conector de fluxo no qual a entrada e a saída são integradas em ordem, por exemplo, para serem capazes de direcionar o refrigerante para o pré-radiador/pós-radiador e também para fora do mesmo.

O inventor tem uma visão compreensível de que o conector de fluxo é adequado para uma série completa de diferentes aplicações, especificamente para aplicações de trocador de calor, e evidentemente também para trocadores de calor os quais não tem qualquer pré-radiador/pós- radiador. Ele, portanto, reivindica proteção separada para isso. 0 conector de fluxo é composto de ao menos duas partes tubulares as quais podem ser coaxialmente encaixadas uma na outra, travadas e vedadas. 0 conector de fluxo pode incluir uma parede divisória a qual se estende em uma das partes, e em que ao menos uma conexão de entrada e/ou ao menos uma conexão de saída é provida em uma ou na outra das partes.

Uma das partes tubulares é fixada a pelo menos duas abertura as quais estão localizadas relativamente próximas uma da outra em uma parede de uma caixa coletora, a caixa coletora tendo ao menos uma parede de subdivisão que divide uma caixa coletora em uma parte de entrada e em uma parte de saída. A parede divisória e a parede de subdivisão estão situadas aproximadamente em um plano. Também é possível prover a parede de subdivisão para servir simultaneamente como uma parede divisória. Em tais casos, a parede de subdivisão a qual está disposta na caixa coletora se projetaria a partir de uma única abertura na parede da caixa coletora a qual então divide essa abertura em duas aberturas e a qual se estende para dentro de uma parte tubular. Por essa razão, a reivindicação que se refere ao conector de fluxo deve ser entendida como significando que a parede divisória ou é fixada em uma parte tubular ou é parte da mesma ou simplesmente se estende para dentro da mesma. Uma das aberturas anteriormente mencionadas ou uma parte da abertura é atribuída à parte de entrada, e a outra abertura ou outra parte de abertura se comunica com a parte de saída.

As duas partes que podem ser encaixadas uma na

outra são relativamente similares à técnica anterior na região de formação de vedação e na região de travamento, especificamente para os assim chamados acoplamentos VDA os quais tiveram aplicações amplas especificamente no campo de

automóveis e comprovaram ser excelentes no mesmo (VDA - Verband der deutschen Automobilindustrie [German automobile industry association]). Nos locais onde tipicamente existe uma região cônica que permite um rápido encaixe das duas partes de acoplamento uma na outra. As partes são travadas

2 0 por intermédio de um grampo de segurança o qual engata em uma ranhura e que é usado, por exemplo, no que é referido como "acoplamentos de rápida liberação". A ranhura é formada na parede da parte tubular. Na parede da outra parte tubular há duas fendas. Se as fendas correspondem à.

2 5 ranhura em um plano, o grampo de segurança o qual é montado

nas fendas engata na ranhura. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A invenção será descrita abaixo com referência a uma modalidade exemplar. A descrição pode conter aspectos

3 0 adicionais, os quais sob certas circunstâncias também podem ser essenciais, e suas vantagens. Nos desenhos anexos:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um trocador de calor;

A Figura 2 é uma vista em perspectiva diferente do mesmo trocador de calor;

A Figura 3 é uma vista parcial de um trocador de calor com um conector de fluxo;

A Figura 4 mostra uma seção através do trocador de calor e do conector de fluxo;

A Figura 5 é uma vista de outro trocador de calor

com um conector de fluxo; e

A Figura 6 mostra uma seção através do trocador de calor e do conector de fluxo. DESCRIÇÃO DETALHADA

Antes que quaisquer modalidades da invenção sejam

explicadas em detalhe, deve ser entendido que a invenção não é limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e aos arranjos de componentes apresentados na descrição a seguir, ou ilustrados nos desenhos anexos. A invenção é

2 0 capaz de outras modalidades e de ser praticada ou de ser realizada de diversas formas. Além disso, deve ser entendido que a fraseologia e a terminologia aqui usadas têm o propósito de descrição e não devem ser consideradas como limitadoras. O uso de "incluindo", "compreendendo", ou

2 5 "tendo" e suas variações pretende aqui abranger os itens

relacionados em seguida e seus equivalentes assim como itens adicionais. A menos que de outra forma especificado ou limitado, os termos: "montado" "conectado", "suportado", "acoplado" e suas variações são usados de forma ampla e

3 0 abrangem montagens, conexões, suportes e acoplamentos tanto diretos como indiretos. Adicionalmente, "conectados" e "acoplados" não são restritos às conexões ou acoplamentos físicos ou mecânicos.

O trocador de calor que é ilustrado nas figuras é um radiador de carga de ar esfriado com um pré-radiador de carga, integrado 5. De acordo com as Figuras, 1 e 2, o trocador de calor tem uma rede de esfriamento 1, composta de tubos achatados 3 que são arranjados em intervalos 2, e tendo aletas corrugadas 4 nos intervalos 2, em que o ar de carga nos tubos achatados 3 é esfriado por intermédio do ar de esfriamento que flui através das aletas corrugadas 4. Na Figura 1, a seta de bloco sombreado indica o ar de esfriamento. As setas de blocos brancos indicam o ar de carga fluindo para dentro e fluindo para fora e as setas tracejadas indicam o refrigerante líquido fluindo para dentro e fluindo para fora do pré-radiador 5.

0 trocador de calor ilustrado tem também, conforme mencionado acima, um pré-radiador integrado 5 no qual o ar de carga é esfriado por intermédio do 2 0 refrigerante do motor do veículo a motor. Adicionalmente, o trocador de calor tem dois conectores de fluxo 51, os quais foram providos na modalidade exemplar de acordo com as Figuras 1 e 2 para a conexão de uma linha de alimentação para o ar de carga a ser esfriado, e uma linha de descarga para o ar de carga esfriado. Os conectores de fluxo 51 providos nessa modalidade exemplar não são conectores de fluxo específicos 51, mas, mais propriamente, tais conexões da técnica anterior. Nessa modalidade exemplar, há apenas conectores 4 0 para conectar as mangueiras de refrigerante no pré-radiador 5. Os conectores 40 são arranjados na caixa coletora 60 do pré-radiador 5. Na outra extremidade do pré- radiador 5 existe uma caixa defletora 70. 0 pré-radiador 5 foi integrado em uma seção da rede de esfriamento 1, especificamente diretamente no inicio da rede de esfriamento 1, isto quer dizer nas proximidades diretas da caixa coletora 2 0 para o ar de carga que entra. Se o radiador 5 devesse ser arranjado no lado oposto do trocador de calor, quer dizer nas proximidades da caixa coletora 30, ele poderia ser referido como um pós-radiador 5. A integração foi realizada de tal modo que os tubos de refrigerante 50, do pré-radiador 5, são arranjados nos intervalos anteriormente mencionados 2 entre os tubos achatados 3 do radiador de carga e do trocador de calor. Eles se estendem transversalmente com relação à direção longitudinal dos tubos achatados 3. Nos tubos achatados 3 existem insertos internos 10 os quais foram indicados em apenas dois tubos achatados 3 na Figura 3. Os tubos achatados 3 também poderiam ter outras configurações de geração de turbulência em vez dos insertos internos 10. O pré-radiador 5 se estende, conforme pode ser visto, por toda a profundidade da rede de esfriamento 1, mas apenas por uma pequena parte da altura ou do comprimento da rede de esfriamento 1.

Na modalidade exemplar que é mostrada nas Figuras 3 e 4, o pré-radiador 5 também tem uma caixa coletora 60 e uma caixa defletora 70. Ao contrário da modalidade exemplar descrita acima, um único conector de fluxo 51 para o refrigerante, na qual a entrada 513 e a saida 514 da caixa coletora são integradas, foi conectada a caixa coletora 60. 3 0 0 conector de fluxo 51 é composto de ao menos duas partes tubulares 510, 511 as quais podem ser encaixadas uma na outra, travadas e vedadas, em que uma parede divisória 512 foi provida em uma das partes 510 ou 511. Conforme mostrado na Figura 4, a primeira parte 511 foi fixada por intermédio de duas aberturas 61, 62 na parede da caixa coletora 60. Uma abertura 61 é uma abertura de influxo e a outra abertura 62 é correspondentemente uma abertura de vazão. Na Figura 4, isso foi mostrado mediante setas correspondentes que indicam o fluxo direto. A segunda parte de acoplamento 510 foi encaixada coaxialmente sobre a primeira parte de acoplamento 511. Em uma modalidade a qual não é mostrada, a primeira parte 511 foi encaixada coaxialmente sobre a segunda parte 510. As partes 510, 511 devem ser travadas uma na outra e vedadas, como é atualmente bem conhecido por si com tais partes de acoplamento, por cuja razão nenhuma explanação adicional é aqui necessária. Na modalidade exemplar mostrada, a parede divisória 512 foi fixada na primeira parte de acoplamento 511. Aqui, o termo "fixado" compreende todas as modalidades 2 0 concebíveis, por exemplo, usado como uma parte integral e fixada ou então incorporada integralmente com uma das partes de acoplamento 510 ou 511 ou incorporada integralmente com a parede de subdivisão 63, etc. A parede divisória 512 na modalidade exemplar mostrada interage em

2 5 um lado com a segunda parte de acoplamento 510, e no outro

lado com a parede da caixa coletora 6 0 para garantir separação suficiente do lado de influxo a partir do lado de vazão. A parede de subdivisão 63, a qual já foi mencionada e que se estende na caixa coletora 60 pelo seu comprimento,

3 0 também serve para separar os lados anteriormente mencionados.

Com relação à Figura 4 anteriormente mencionada, a qual mostra uma seção horizontal através do trocador de calor na região do pré-radiador 5, é fácil de entender que uma série de modificações do conector de fluxo 51 é concebível sem se afastar do significado da reivindicação. Por exemplo, uma única abertura poderia ser arranjada na parede da caixa coletora 60, com a parede de subdivisão 63 tendo então uma projeção que se estende no sentido para fora através da única abertura e que atua como uma parede divisória 512 nas partes de acoplamento (não mostradas). A questão em relação aos materiais pode igualmente permanecer em aberto porque isso é decidido por aquele versado na técnica sem esforço mediante referência às condições da aplicação específica. Por exemplo, a parte 510 poderia ser composta de metal e soldada ou caldeada sobre a parede da caixa coletora metálica 60. A segunda parte 512 também poderia ser composta e metal ou então de plástico. Contudo, a primeira parte 510 também poderia ser composta de

2 0 plástico e também poderia ser incorporada de modo a ser

integral com a parede da caixa coletora 60.

O conector de fluxo 51 o qual é mostrado e descrito nas Figuras 3 e 4 poderia facilmente substituir os dois conectores 40 das Figuras 1 ou 2. Além disso, tais conectores de fluxo 51 também podem ser providos vantajosamente para todas as aplicações de trocador de calor. Eles não são absolutamente restritos ao uso em pré- radiadores 50 mesmo se as Figuras 1-4 mostrarem os conectores de fluxo 51 apenas em conjunto com os pré-

3 0 radiadores 5, mas não se pretende que isso seja uma restrição.

0 conector de fluxo proposto 51 contribui para o modelo compacto dos trocadores de calor e pode levar a reduções de custo.

Isso também pode ser visto com referência às

Figuras 5 e 6. As duas figuras mostram um trocador de calor de chapa de um tipo que é conhecido por si e o qual pode ser, por exemplo, um radiador de óleo. Um conector de fluxo 51 é arranjado em sua chapa de cobertura 80. Esse conector de fluxo 51 tem também duas partes de acoplamento 510 e 511 as quais se engatam coaxialmente uma na outra. Uma parede divisória 512 garante que o meio que flui para dentro na entrada 513 seja separado do meio que flui para fora na saída 514. A entrada 513 e a saída 514 também foram incorporadas na parte de acoplamento externa 510 nessa modalidade exemplar. A parte de acoplamento interna 511 é arranjada em torno de uma abertura 61 a qual é dividida por intermédio da parede divisória 512. Conforme mostrado pela Figura 5, o trocador de calor de chapa tem dois conectores adicionais ou semelhantes que são destinados a outro meio.

Diversas características e vantagens da invenção são apresentadas nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Trocador de calor caracterizado por compreender: um conector de fluxo; um corpo de esfriamento composto de tubos achatados, os quais são arranjados em intervalos, e tendo aletas corrugadas posicionadas nos intervalos, em que ar de trabalho é esfriado nos tubos achatados por intermédio do ar de esfriamento que flui através das aletas corrugadas; e um pré-radiador/pós-radiador integrado no qual um meio, por exemplo, o ar de trabalho, é esfriado por um refrigerante, em que o pré-radiador/pós-radiador é integrado em uma seção do corpo de esfriamento.

2. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pré- radiador/pós-radiador tem tubos achatados de refrigerante que são localizados nos intervalos.

3. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os tubos de refrigerante são arranjados transversalmente com relação aos tubos achatados.

4. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pré- radiador/pós-radiador se estende pela profundidade total do corpo de esfriamento, mas apenas por uma parte pequena da altura ou do comprimento do corpo de esfriamento.

5. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a parte ou a seção ocupa aproximadamente 5-4 0% do corpo de esfriamento.

6. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pré- radiador/pós-radiador tem ao menos uma caixa coletora e um conector de fluxo, por exemplo, para o refrigerante, no qual sua entrada e sua saida são integradas.

7. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o conector de fluxo é composto de ao menos duas partes tubulares que podem ser encaixadas uma na outra, travadas e vedadas, em que uma parede divisória é disposta em uma das partes, e em que ao menos uma conexão de entrada e ao menos uma conexão de saida são arranjadas em uma ou na outra das partes, e em que uma das partes é arranjada sobre ao menos uma abertura na parede da caixa coletora.

8. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a caixa coletora tem uma parede de subdivisão que divide a caixa coletora em uma parte de entrada e em uma parte de saida, e em que uma abertura se comunica com a parte de entrada, e a outra abertura se comunica com a parte de saída.

9. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma das partes é composta de metal e é soldada na parede da caixa coletora, e em que a outra parte pode ser construída de plástico.

10. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor é um radiador de carga, e em que o ar de trabalho é ar de carga.

11. Conector de fluxo para trocadores de calor, o conector de fluxo caracterizado por compreender: ao menos duas partes tubulares que podem ser encaixadas uma na outra, travadas e vedadas, em que uma parede divisória se estende em uma das partes, e em que ao menos uma conexão de entrada e/ou ao menos uma conexão de saída é arranjada em uma ou na outra das partes.

12. Conector de fluxo para trocadores de calor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma das partes tubulares é fixada a ao menos duas aberturas que estão localizadas próximas uma da outra em uma parede de uma caixa coletora, a caixa coletora tendo ao menos uma parede de subdivisão que divide a caixa coletora em uma parte de entrada e em uma parte de saída.

13. Conector de fluxo para trocadores de calor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a parede divisória é uma parte projetada da parede de subdivisão, em que a parte se estende a partir de uma abertura na parede da caixa coletora para dentro de uma das partes tubulares.

14. Conector de fluxo para trocadores de calor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a parte que é fixada à caixa coletora é composta de metal, por exemplo, de alumínio, e é soldada na parede da caixa coletora, em que a outra parte pode ser construída de plástico.

15. Conector de fluxo para trocadores de calor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o conector de fluxo pode ser usado para quaisquer trocadores de calor com ou sem um pré-radiador/põs- radiador.

16. Conector de fluxo para trocadores de calor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor é um trocador de calor de chapa em cuja chapa superior ou chapa de base o conector de fluxo é disposto.