ES2204152T3 - Miembro intercambiador de calor. - Google Patents

Miembro intercambiador de calor.

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ES2204152T3 ES99944446T ES99944446T ES2204152T3 ES 2204152 T3 ES2204152 T3 ES 2204152T3 ES 99944446 T ES99944446 T ES 99944446T ES 99944446 T ES99944446 T ES 99944446T ES 2204152 T3 ES2204152 T3 ES 2204152T3
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Abstract

Un elemento intercambiador de calor provisto de un conducto interno definido por al menos una pared, comprendiendo el elemento intercambiador de calor: un primer elemento deflector (18) recibido en el conducto interno y que define una primera región de flujo de entre al menos dos regiones de flujo separadas dentro del conducto interno, disponiendo el primer elemento deflector (18) de una primera parte periférica (22) que está en contacto con la pared del elemento intercambiador de calor (12) para formar un sello intermedio contra los fluidos, teniendo el miembro deflector una segunda parte periférica (24) separada de la pared del elemento intercambiador de calor (12) para formar un espacio periférico (32) intermedio; y un segundo elemento deflector (26) recibido en el conducto interno y que define una segunda región de flujo entre las al menos dos regiones de flujo separadas dentro del conducto interno, teniendo el segundo elemento deflector una primera parte periférica (30) en contacto conla pared del elemento intercambiador de calor (12) para formar un sello intermedio hermético, teniendo el segundo elemento deflector una segunda parte periférica en contacto con la segunda parte periférica del primer elemento deflector, según lo cual el primer y segundo elementos deflectores sellan contra los fluidos el espacio periférico respecto a la primera y segunda regiones de flujo, una abertura (34) a través de la pared del elemento intercambiador de calor en comunicación fluida con el espacio periférico (32), y teniendo el primer y segundo deflectores (18, 26) forma de copa.

Description

Elemento intercambiador de calor.
La presente invención se refiere, en términos generales, a la construcción de intercambiadores de calor. Más particularmente, esta invención se refiere a un conjunto de deflector de un elemento intercambiador de calor.
Los deflectores se emplean en diversas aplicaciones para bloquear y dirigir el flujo de fluidos y gases a través de miembros tubulares, tales como un colector de un intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor típicamente incluyen unos tubos interconectados entre un par de colectores. Con el fin de optimizar la eficiencia del intercambio de calor, el flujo de un fluido (gas o líquido) de transferencia de calor a través de los tubos suele controlarse instalando deflectores en determinados puntos de los colectores para establecer unas regiones de flujo separadas y paralelas dentro del intercambiador de calor gracias a una adecuada conducción del fluido a través de los tubos.
La técnica anterior ha propuesto diversos diseños de deflectores y procedimientos de instalación de los mismos dentro de los colectores de un intercambiador de calor. Un ejemplo consiste en usar deflectores con forma de copa instalados y soldados dentro del conducto interno del colector. La soldadura es necesaria para que el deflector forme un sello altamente resistente y hermético, especialmente si el intercambiador de calor es de construcción soldada. No obstante, un inconveniente de este planteamiento es que el agente fundente de la soldadura puede quedar atrapado dentro del colector, y puede llegar a corroer el interior del intercambiador de calor. Otro ejemplo se describe en la patente de los Estados Unidos Nº 5,052,478, a Nakajima y col., que describe la inserción de placas divisoras a través de unas ranuras circunferenciales formadas en la pared del colector del intercambiador de calor. Aunque las ranuras facilitan la extracción del fundente de soldadura residual desde el colector, pueden debilitar sustancialmente la pared del colector y reducir su capacidad para superar un gran número de ciclos de temperatura y presión. Un diseño y procedimiento de instalación de un deflector que no compromete la integridad estructural del colector de un intercambiador de calor y evite la contaminación del agente fundente de la soldadura se describe en la patente de cesión común de los Estados Unidos N° 4,762,152, a Clausen, que usa un deflector con forma de copa que se instala por medio de un útil que fuerza las paredes laterales del deflector radialmente hacia afuera a medida que el útil es retirado. Esto hace que la pared lateral sea forzada contra la superficie interna del colector, lo cual deforma plásticamente al deflector y al colector para fijar el deflector en su sitio.
En el documento JP-U-03-079085 se describe un sistema de deflectores para una unidad de intercambio de calor, según el preámbulo de la reivindicación 1. Se han unido dos deflectores con objeto de incrementar la resistencia contra las diferencias de temperatura entre los dos espacios separados.
Además de conducir los fluidos a través de los intercambiadores de calor, los deflectores se han empleado para crear dos o más circuitos de fluido aislados dentro de una misma unidad de intercambio de calor. La capacidad para proporcionar múltiples circuitos de fluido con un único intercambiador de calor es particularmente deseable si el empleo eficiente del espacio constituye un aspecto importante, como en el caso de una aplicación automotriz. En tales aplicaciones, es sumamente importante que cada deflector pueda formar un sello contra los fluidos que tenga capacidad para sobrevivir a los numerosos ciclos térmicos y de presión, especialmente si la mezcla entre sí de los fluidos es capaz de dañar los componentes de los diversos circuitos de fluido. No obstante, la capacidad sellante de un deflector puede verse seriamente afectada si los circuitos de fluido actúan a unas presiones significativamente diferentes dentro del intercambiador de calor. Por ejemplo, la integración del condensador y del enfriador de aceite de un acondicionador de aire dentro de una unidad de intercambio de calor única se dificulta por el hecho de que los fluidos de los acondicionadores de aire para uso a automotriz se comprimen a unas presiones considerablemente más altas que las presiones máximas del aceite del motor. Por consiguiente, un deflector para este fin debe ser capaz de resistir una presión mucho mayor en el lado del condensador, durante muchos ciclos térmicos y de presión, ya que un fallo del deflector podría dañar los sistemas de acondicionamiento de aire y de aceite del motor.
Por consiguiente, podrá apreciarse que si se pretende contar con unos circuitos de fluido aislados que funcionen a temperaturas significativamente diferentes dentro de una única unidad de intercambio de calor, los deflectores usados en la creación del circuito de fluido deben proporcionar unos fiables sellos herméticos frente a los fluidos a lo largo de muchos ciclos térmicos y de presión. A la vista de la técnica anterior, se requiere un diseño de deflector perfeccionado que no comprometa la integridad estructural del colector ni propicie la acumulación, dentro del colector, de agentes fundentes de la soldadura.
Uno de los objetos de esta invención consiste en proporcionar un elemento intercambiador de calor provisto de un deflector que define unas regiones de flujo separadas dentro de dicho elemento.
Otro objeto de esta invención consiste en que dicho deflector sea capaz de separar y sellar de manera fiable los fluidos que actúan a diferentes presiones dentro del elemento intercambiador de calor.
Otro objeto de esta invención consiste en que dicho deflector pueda ser soldado dentro del elemento intercambiador de calor, que la aplicación y eliminación del fundente de la soldadura en torno al deflector sea una tarea fácil, y que su estanqueidad pueda ser probada de forma independiente.
Según la presente invención, se ofrece un elemento intercambiador de calor dotado de un conducto interno que recibe a un conjunto deflector para definir al menos dos regiones de flujo separadas dentro de dicho conducto. El conjunto deflector incluye dos deflectores con forma de copa, el primero de los cuales tiene una primera parte periférica en contacto con la pared del elemento intercambiador de calor para formar un sello hermético intermedio. Además, el primer deflector tiene una segunda parte periférica, separada de la pared del elemento intercambiador de calor, con la que forma un espacio periférico intermedio. El segundo de los dos deflectores también dispone de una primera parte periférica en contacto con la pared del elemento intercambiador de calor destinada a formar un sello hermético intermedio. Una segunda parte periférica del segundo deflector está en contacto con la segunda parte periférica del primer deflector, uniéndose los deflectores entre sí por encaje a presión para formar un conjunto. El espacio periférico entre el primer deflector y el segundo deflector tiene ventilación a la atmósfera a través de una abertura. Esto permite que el agente fundente sea introducido y retirado del elemento intercambiador de calor a través de la abertura en cuestión al soldar los deflectores durante la instalación. Además, la abertura sirve como punto de comprobación de fugas de los deflectores una vez que han sido instalados, y, en caso de no quedar debidamente sellados al completarse la fabricación del intercambiador de calor, puede servir para detectar posibles fallos de los deflectores. Al prevenir la acumulación de presión del fluido dentro del espacio, la abertura previene también la mezcla de los dos fluidos en las regiones de flujo independientes.
En vista de lo anterior, podrá verse que una ventaja significativa de esta invención es la de proporcionar un diseño de deflector perfeccionado que permite definir dos o más circuitos de fluido aislados dentro de una única unidad de intercambio de calor. El diseño del deflector es capaz de separar fluidos con presiones muy diferentes, tales como el fluido de un acondicionador de aire automotriz y el aceite del motor, a lo largo de numerosos ciclos de presión y temperatura. El diseño del deflector facilita la acción de soldar y probar la unidad de intercambio de calor, además de evitar que los diferentes fluidos se mezclen entre sí en caso de producirse una fuga en uno de los deflectores o en ambos deflectores.
Otros objetos y ventajas de esta invención podrán apreciarse mejor a partir de la siguiente descripción detallada.
La presente invención se describe a continuación, a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista en sección transversal de un colector de un intercambiador de calor dotado de un conjunto deflector según esta invención.
Mostrada en sección transversal en la figura 1, se aprecia una parte de una unidad de intercambio de calor 10 que incluye un colector 12 y un conjunto deflector 14. Según esta invención, el conjunto deflector 14 tiene la capacidad de separar dos fluidos dentro del colector 12. Un aspecto especial de la invención consiste en que el conjunto deflector 14 puede aislar dos fluidos de manera fiable a pesar de que uno de dichos fluidos se encuentre a una presión mucho más elevada que la del otro. Un ejemplo de una aplicación de este tipo es una unidad de intercambio de calor dotada de un circuito de refrigeración que actúa como condensador de un sistema acondicionador de aire para uso automotriz y un segundo circuito de refrigeración que actúa como enfriador de aceite de un sistema de aceite de un motor. No obstante, los expertos en la técnica podrán apreciar que esta invención permite otras aplicaciones, incluidas aquellas ajenas al sector automotriz.
El conjunto deflector 14 incluye un par de deflectores 18 y 26 alojados el uno junto al otro, en la forma mostrada. El conjunto 14 se sitúa dentro del colector 12, entre un par de aberturas 36 de unos tubos adyacentes, cada uno de los cuales conduce el fluido de uno de los circuitos de fluido definidos por el citado conjunto deflector 14. En general, se pretende instalar el deflector 18 en el lado de alta presión del colector 12, y destinar el deflector 26 a un funcionamiento a menor presión. El deflector 18, con la forma general de una copa, tiene una pared radial 20, una parte anular externa 22 y una parte anular interna 24 que conecta la parte anular externa 22 con la pared radial 20. La parte anular externa 22 está soldada - o bien unida por algún otro medio - a la pared 16 del colector 12, formando un sello hermético. La pared radial 20 y la parte anular interna 24 están separadas de la pared 16, de manera que forman un espacio anular 32. El segundo deflector 26 también tiene la forma general de una copa, y dispone de una pared radial 28 y una parte anular 30. La parte anular 30 está soldada - o bien unida por algún otro medio - a la pared 16 del colector 12, formando un sello hermético intermedio. El deflector 26 se instala por encaje a presión, o bien se adhiere o afianza por algún otro medio al deflector 18, de manera que la parte anular 30 del deflector 28 rodea y contacta la parte anular interna 24 del deflector 18. Así, los deflectores 18 y 26 sellan el espacio anular 32 frente a los circuitos de fluido definidos dentro del colector 12 por el conjunto deflector 14.
Por la configuración de los deflectores 18 y 26 mostrados en la figura 1 podrá apreciarse que la presión de fluido aplicada al deflector 18 tiende a expandir la parte anular externa 22, generando un mayor contacto con la pared 16 del colector 12. En consecuencia, el deflector 18 preferentemente estará situado en el lado de presión más alta de los dos circuitos de fluido. La parte anular interna 24 también se expande, aunque en menor medida, proporcionando una mayor presión de contacto entre la parte anular interna 24 y la parte anular 30 del deflector 26, y entre la parte anular 30 y la pared 16 del colector.
Según esta invención, una abertura 34 está presente en la pared 16 del colector 12 para airear el espacio anular 32. Por consiguiente, cualquier fuga desde uno de los deflectores 18 y 26 podrá detectarse por las filtraciones a través de la abertura 34. Así, la abertura 34 actúa como punto de verificación de fugas después de que el conjunto deflector 14 ha sido instalado en el colector 12 y en cualquier momento después de finalizarse el montaje de la unidad de intercambio de calor 10, incluida la puesta en servicio de la unidad 10. Deberá tenerse presente que el fallo de un deflector no supone el fallo del otro, ya que la abertura 34 previene la subida de presión de cualquier fluido dentro del espacio 32. En consecuencia, la abertura 34 evita que se mezclen entre sí los fluidos separados por el conjunto deflector 14. Además, la abertura 34 permite acceder a los deflectores 18 y 26 para introducir y/o extraer el agente fundente de la soldadura, en caso de que los deflectores sean soldados a la pared 16 del colector. En consecuencia, se reduce considerablemente la posibilidad de que el fundente de la soldadura quede atrapado dentro del colector 12 después de la operación de soldadura.
Una instalación que no forma parte de la invención del conjunto deflector 14 dentro del colector 12 se realiza mediante encaje a presión del deflector 26 en el deflector 18, después de lo cual los deflectores 18 y 26 se instalan como una unidad en el colector 12. Si se pretende soldar el conjunto 14 al instalarlo en su sitio, preferentemente los deflectores 18 y 26 estarán formados por un chapado adecuado de aleación de aluminio y soldadura de aleación. Se contempla una separación entre los deflectores 18 y 26 y la pared 16 del colector 12 para facilitar la instalación del conjunto 14. Los materiales, las tolerancias y el adecuado utillaje de instalación usado para esta invención son aspectos bien conocidos por los expertos en la técnica, por lo que no se analizan con mayor detalle en el presente documento.

Claims (9)

1. Un elemento intercambiador de calor provisto de un conducto interno definido por al menos una pared, comprendiendo el elemento intercambiador de calor:
-
un primer elemento deflector (18) recibido en el conducto interno y que define
-
una primera región de flujo de entre al menos dos regiones de flujo separadas dentro del conducto interno, disponiendo el primer elemento deflector (18) de una primera parte periférica (22) que está en contacto con la pared del elemento intercambiador de calor (12) para formar un sello intermedio contra los fluidos, teniendo el miembro deflector
-
una segunda parte periférica (24) separada de la pared del elemento intercambiador de calor (12) para formar un espacio periférico (32) intermedio; y
-
un segundo elemento deflector (26) recibido en el conducto interno y que define una segunda región de flujo entre las al menos dos regiones de flujo separadas dentro del conducto interno, teniendo el segundo elemento deflector
-
una primera parte periférica (30) en contacto con la pared del elemento intercambiador de calor (12) para formar un sello intermedio hermético, teniendo el segundo elemento deflector una segunda parte periférica en contacto con la segunda parte periférica del primer elemento deflector, según lo cual el primer y segundo elementos deflectores sellan contra los fluidos el espacio periférico respecto a la primera y segunda regiones de flujo,
-
una abertura (34) a través de la pared del elemento intercambiador de calor en comunicación fluida con el espacio periférico (32),
- y teniendo el primer y segundo deflectores (18, 26) forma de copa,
caracterizado porque
-
el primer y segundo deflectores (18, 26) están alojados dentro del conducto interno de manera que definen dos circuitos de fluido herméticos en el interior del intercambiador de calor
-
la segunda parte periférica (24) del primer deflector encaja a presión con la segunda parte periférica del segundo deflector para formar un sello intermedio hermético.
2. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la primera parte periférica del primer elemento deflector tiene forma anular.
3. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la segunda parte periférica del primer elemento deflector tiene forma anular.
4. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la primera parte periférica del segundo elemento deflector tiene forma anular.
5. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la segunda parte periférica del segundo elemento deflector tiene forma anular.
6. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la primera y segunda partes periféricas del segundo elemento deflector están definidas por unas regiones superficiales orientadas radialmente hacia adentro y radialmente hacia afuera de una parte con forma anular del segundo elemento deflector.
7. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la primera parte periférica del primer elemento deflector está soldada a la pared del conducto interno.
8. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la primera parte periférica del segundo elemento deflector está soldada a la pared del conducto interno.
9. Un elemento intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que el elemento intercambiador de calor es un colector de un intercambiador de calor.
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