ES2210049T3 - Intercambiador de calor estratificado. - Google Patents
Intercambiador de calor estratificado.Info
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Abstract
Un intercambiador de calor estratificado que com prende una placa extrema (3) en uno de los lados opuestos del intercambiador de calor, una placa de montaje (10) de tubería que cubre una superficie exterior de una parte extrema superior de la placa extrema (3) y que tiene un receptáculo (12) de tubería de introducción de fluido y un receptáculo (11) de tubería de descarga de fluido dispuestos lado a lado, estando la placa de montaje (10) de tubería soldada a la placa extrema (3), en el que la placa de montaje (10) de tubería tiene una escotadura (13) posicionada entre el receptáculo (12) de tubería de introducción de fluido y el receptáculo (11) de tubería de descarga de fluido, y la escotadura tiene un extremo inferior que se deja abierto hacia abajo en un extremo inferior de la placa de montaje, o un extremo superior que se deja abierto hacia arriba en un extremo superior de la placa de montaje (10) de tubería, caracterizado porque la escotadura (13) tiene un extremo superior (13a) que seextiende hasta un nivel por encima de un extremo superior del receptáculo (12) de tubería de introducción de fluido y un extremo superior del receptáculo (11) de tubería de descarga de fluido, y tiene su extremo inferior que se deja abierto hacia abajo en el extremo inferior de la placa de montaje (10) de tubería, o tiene su extremo superior que se deja abierto hacia arriba en el extremo superior de la placa de montaje (10) de tubería, y tiene un extremo inferior (13b) que se extiende hasta un nivel por debajo de un extremo inferior del receptáculo (12) de tubería de introducción de fluido y un extremo inferior del receptáculo (11) de tubería de descarga de fluido.
Description
Intercambiador de calor estratificado.
La presente invención se refiere a
intercambiadores de calor estratificados para uso, por ejemplo, como
evaporadores para acondicionadores de aire de vehículos a motor,
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Los intercambiadores de calor estratificados
fabricados de aluminio y destinados, por ejemplo, para uso como
evaporadores en acondicionadores de aire de vehículos a motor
tienen generalmente una parte de intercambio de calor para someter
al refrigerante que fluye a través de un canal de refrigerante y al
aire que fluye fuera del canal de refrigerante a un intercambio de
calor. La parte de intercambio de calor es proporcionada por un
número requerido de placas intermedias de aluminio dispuestas en
capas superpuestas y un par de placas extremas posicionadas
respectivamente en extremos opuestos del conjunto de las placas
intermedias en la dirección de superposición de las mismas.
Convencionalmente, se suelda una placa de montaje de tubería a la
parte superior de la superficie exterior de la placa extrema en un
extremo de la parte de intercambio de calor, se disponen en la placa
de montaje dos receptáculos de tubería colocados lado con lado en la
parte frontal y trasera, y se insertan una tubería de introducción
de refrigerante y una tubería de descarga de refrigerante en los
receptáculos respectivos para su conexión (véase el documento
JP-62-046195).
JP-62-046195).
Las placas intermedias, las placas extremas
opuestas y la placa de montaje de tubería de la parte de intercambio
de calor se sueldan en un horno, tal como por el método de soldadura
al vacío o por el método de soldadura con fundente.
Sin embargo, en el caso de un método de soldadura
en horno de esta clase, que se lleva a la práctica en una atmósfera
de gas nitrógeno, resultará una soldadura defectuosa (junta
defectuosa) a no ser que se sustituya el aire por gas nitrógeno.
Cuando la placa de montaje de tubería, dotada de los dos
receptáculos de tubería delantero y trasero descritos, se suelda a
la placa extrema en un horno, es probable que aparezca un defecto en
la junta soldada entre la placa de montaje de tubería y la placa
extrema en la parte intermedia de la placa de montaje entre los dos
receptáculos de tubería. Si se produce tal junta soldada defectuosa,
el canal de introducción de refrigerante se comunica con el canal de
descarga del refrigerante a través de la junta defectuosa, formando
un denominado canal de atajo en la parte intermedia y dando lugar al
problema de la fuga interna del refrigerante.
En consecuencia, para superar este problema ya se
ha propuesto formar una ranura 35 en una placa de montaje 32 de
tubería en una posición intermedia entre un receptáculo 33 de
tubería de introducción de refrigerante y un receptáculo 34 de
tubería de descarga de refrigerante en la placa 32, según se muestra
en la figura 5 (véase, por ejemplo, el documento
JP-A número 9-170892). Con el intercambiador de calor estratificado así propuesto, la placa de montaje 32 de tubería y una placa extrema 31 se sueldan una a otra cuando se suelda conjuntamente la parte de intercambio de calor. Si aparece un defecto en la junta soldada entre la placa extrema 31 y la placa de montaje 32 en la parte intermedia de dicha placa de montaje 32 entre los dos receptáculos 33, 34 de tubería delantero y trasero para crear un canal de atajo, la presencia de la ranura 35 abrirá el canal de atajo al exterior en la parte de la ranura 35. Cuando se buscan fugas de fluido en el intercambiador de calor ensamblado, el fluido que fluye a través del canal de atajo gotea invariablemente a través de la ranura 35, con lo que puede detectarse adecuadamente la fuga de fluido interna para impedir el embarque de productos defectuosos debido a fugas internas.
JP-A número 9-170892). Con el intercambiador de calor estratificado así propuesto, la placa de montaje 32 de tubería y una placa extrema 31 se sueldan una a otra cuando se suelda conjuntamente la parte de intercambio de calor. Si aparece un defecto en la junta soldada entre la placa extrema 31 y la placa de montaje 32 en la parte intermedia de dicha placa de montaje 32 entre los dos receptáculos 33, 34 de tubería delantero y trasero para crear un canal de atajo, la presencia de la ranura 35 abrirá el canal de atajo al exterior en la parte de la ranura 35. Cuando se buscan fugas de fluido en el intercambiador de calor ensamblado, el fluido que fluye a través del canal de atajo gotea invariablemente a través de la ranura 35, con lo que puede detectarse adecuadamente la fuga de fluido interna para impedir el embarque de productos defectuosos debido a fugas internas.
Sin embargo, en el caso en el que se forma la
ranura 35 en la placa de montaje 32 de tubería entre los dos
receptáculos 33, 34 de tubería delantero y trasero, es probable que
una parte 36 de la placa bajo la ranura 35 (indicada por las líneas
de puntos y rayas de la figura 5) se empobrezca en material de
soldadura. El empobrecimiento en el material de soldadura entraña la
posibilidad de desarrollar un canal de atajo. Además, la junta
soldada entre la placa extrema 31 y la placa de montaje 32 de
tubería es propensa a quedar incompleta en las partes de borde que
definen la ranura 35, entrañando similarmente el problema de que es
muy probable que se desarrolle un canal de atajo.
Hemos realizado una intensa investigación en
vista de los problemas anteriores y averiguado que la junta soldada
defectuosa en las partes de borde que definen la ranura de la placa
de montaje 32 de tubería es atribuible a la presencia de aire que
permanece sin ser retirado, durante la soldadura, de la holgura de
la ranura 35 en la placa 32 retenida entre la superficie exterior
del extremo superior de la placa extrema 31 y una plantilla en el
mismo lado, cuando un número requerido de placas intermedias (no
mostradas), las placas extremas opuestas 31 y la placa de montaje 32
de tubería se ensamblan en capas, luego se sujetan en lados opuestos
del conjunto respecto del exterior utilizando una plantilla como la
descrita, por ejemplo, en el documento JP-A número
4-22571 y se sueldan conjuntamente en un horno, tal
como por el método de soldadura al vacío o por el método de
soldadura con fundente, para la fabricación de una parte de
intercambio de calor. Más específicamente, hemos averiguado que no
se puede formar una junta soldada completas debido a la oxidación
con el oxígeno contenido en el aire que queda, produciendo en
consecuencia una junta defectuosa entre la placa extrema 31 y la
placa de montaje 32 de tubería en las partes de borde que definen la
ranura.
Hemos averiguado que cuando los componentes de la
parte de intercambio de calor se mantienen ensamblados mediante una
plantilla y se calientan en un horno para soldarlos conjuntamente,
se puede evitar una situación de esta clase permitiendo que el aire
fluya hacia fuera durante la soldadura desde la holgura de la
ranura 35 en la placa de montaje 32 de tubería retenida entre la
superficie exterior del extremo superior de la placa extrema 31 y la
plantilla dispuesta en el mismo lado, con lo que se ha materializado
la presente invención.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un intercambiador de calor estratificado del tipo antes
mencionado que elimine la probabilidad de que aparezca un canal de
atajo.
Según la presente invención este objeto se
soluciona con las particularidades caracterizantes de la
reivindicación 1.
Al fabricar este intercambiador de calor
estratificado ensamblando un número requerido de placas intermedias
y placas extremas laterales opuestas en capas superpuestas, con una
placa de montaje de tubería encajada sobre la superficie exterior de
la parte extrema superior de la placa extrema en un lado, sujetando
todos estos componentes mediante una plantilla en lados opuestos del
conjunto desde el exterior y calentando el conjunto resultante en
este estado en un horno para su soldadura colectiva, tal como por el
método de soldadura al vacío o por el método de soldadura con
fundente, se permite que el aire fluya hacia fuera de la holgura de
la escotadura en la placa de montaje de tubería retenida entre la
superficie exterior del extremo superior de la placa extrema y de la
plantilla en el mismo lado, a través del extremo abierto superior o
inferior de la escotadura. Por tanto, el aire puede retirarse
efectivamente para garantizar la soldadura, formando filetes en las
partes de borde de la escotadura para producir una junta soldada
fiable entre la placa extrema y la placa de montaje de la tubería,
mejorando así en gran medida la capacidad de soldadura. En
consecuencia, la aparición de un canal de atajo entre el canal de
introducción de refrigerante y el canal de descarga del refrigerante
debido a una soldadura defectuosa puede impedirse con más
fiabilidad.
fiabilidad.
Si se forma una junta soldada defectuosa entre la
placa extrema y la placa de montaje de tubería para desarrollar un
canal de atajo, la presencia de la escotadura en la placa de montaje
de tubería revela una fuga de líquido cuando se busquen fugas de
fluido en el intercambiador de calor ensamblado, permitiendo que el
inspector reconozca fácilmente el defecto desde el exterior para la
detección fiable de la fuga de fluido interna. De esta manera, es
evitable el embarque de productos defectuosos debido a fugas
internas.
La presente invención se describirá con mayor
detalle con referencia a los dibujos anexos.
La figura 1 es un alzado lateral fragmentario de
la parte de intercambio de calor de un evaporador estratificado como
una primera realización de la invención;
La figura 2 es una vista en sección tomada a lo
largo de la línea A-A de la figura 1;
La figura 3 es una vista delantera fragmentaria
de la parte de intercambio de calor del evaporador estratificado de
la figura 1;
La figura 4 es un alzado lateral fragmentario de
la parte de intercambio de calor de un evaporador estratificado como
una segunda realización de la invención; y
La figura 5 es un alzado lateral fragmentario de
una parte de intercambio de calor para ilustrar una junta soldada
defectuosa en un evaporador estratificado convencional.
En todos los dibujos, las partes iguales se
designan con números de referencia iguales.
Los términos "izquierda", "derecha",
"delantero", "trasero", "superior" e "inferior"
según se usan aquí, están basados en la figura 3; el término
"izquierda" se refiere al lado izquierdo de la figura 3, el
término "derecha" al lado derecho de la misma, el término
"delantero" al lado delantero del plano del mismo dibujo, el
término "trasero" al lado trasero del mismo, el término
"superior" al lado superior del mismo dibujo, y el término
"inferior" al lado inferior del mismo.
Los dibujos muestran un evaporador estratificado
que materializa la invención para uso en acondicionadores de aire de
vehículos a motor.
Las figuras 1 a 3 muestran un intercambiador de
calor estratificado de la invención, es decir, una primera
realización, para uso como un evaporador estratificado 1.
Con referencia a estos dibujos, el evaporador 1
está fabricado de aluminio (incluyendo aleaciones de aluminio) y
comprende una serie de placas intermedias 2 dispuestas lado a lado
en capas superpuestas, y unas placas extremas 3 posicionadas,
respectivamente, en extremos opuestos, en la dirección de
superposición, del conjunto de las placas intermedias 2.
Cada placa intermedia 2 está dotada, en un lado
de cada uno de los extremos superior e inferior de la misma, con un
par de salientes en forma de copa delantero y trasero 21, 23 que
tienen rebajos respectivos que forman un depósito dentro de los
mismos y agujeros de paso de refrigerante respectivos 22, 24
formados en sus partes inferiores. La parte intermedia de la altura
de la placa 2 proporciona una parte abombada que tiene un rebajo
interior para formar una canal de refrigerante.
Adicionalmente, según la presente realización, la
placa izquierda 3 va provista, en el lado exterior de cada uno de
los extremos superior e inferior de la misma, de un par de salientes
en forma de copa delantero y trasero 25, 27 que tienen rebajos
respectivos que forman un canal dentro de los mismos y agujeros de
paso de refrigerante respectivos 26, 28 formados en sus partes
inferiores.
Todas las placas intermedias 2 están colocadas en
capas superpuestas, con los rebajos de cada par de placas adyacentes
2 opuestos uno a otro, y las placas extremas 3 izquierda y derecha
se encajan sobre los extremos opuestos respectivos, en la dirección
de superposición, del conjunto de las placas 2 para formar partes
tubulares planas paralelas 4 y partes 5, 6 de depósito que se
comunican respectivamente con los extremos superior e inferior de
las partes tubulares planas 4. Se interponen aletas corrugadas 7
entre cada par de partes tubulares planas adyacentes 4, 4 y entre
cada una de las placas extremas 3 izquierda y derecha y la parte
tubular plana 4 inmediatamente adyacente a la placa extrema.
La placa extrema izquierda 3 se cubre, por encima
de la superficie exterior de la parte extrema superior de la misma,
con una placa de montaje 10 de tubería que tiene un receptáculo 11
de tubería de descarga de refrigerante y un receptáculo 12 de
tubería de introducción de refrigerante formados por desbarbado y
dispuestos lado a lado respectivamente en la parte delantera y en la
parte trasera.
Especialmente, según la presente invención, la
placa de montaje 10 de tubería tiene una escotadura 13 posicionada
entre el receptáculo 11 de tubería de descarga de refrigerante y el
receptáculo 12 de tubería de introducción de refrigerante. La
escotadura 13 tiene un extremo superior 13a que se extiende hasta
un nivel por encima del extremo superior del receptáculo 11 de
tubería de descarga de refrigerante y del extremo superior del
receptáculo 12 de tubería de introducción de refrigerante, y tiene
un extremo inferior que se deja abierto hacia abajo en el extremo
inferior de la placa 10 para proporcionar una parte extrema abierta
13c.
Con la presente realización, el receptáculo 11 de
tubería en el lado de descarga de refrigerante de la placa de
montaje 10 de tubería tiene un diámetro mayor que el receptáculo 12
de tubería en el lado de introducción de refrigerante de la placa
10, de modo que el extremo superior 13a de la escotadura 13 se
extiende hasta un nivel por encima del extremo superior del
receptáculo 12 de tubería. La placa extrema izquierda 3 tiene unos
nervios de refuerzo paralelos 29 bajo la parte de la misma a la que
se fija la placa de montaje 10 de tubería.
Entre los componentes del evaporador
estratificado 1 descrito, las placas intermedias 2 y las placas
extremas izquierda y derecha 3, 3 están fabricadas de una lámina de
soldadura de aluminio, mientras que las aletas interiores (no
mostradas), las aletas corrugadas 7 y la placa de montaje 10 de
tubería están fabricadas de aluminio.
La parte de intercambio de calor del evaporador
estratificado 1 descrito se fabrica ensamblando un número requerido
de placas intermedias 2 y de placas extremas laterales opuestas 3 en
capas superpuestas, encajándose una placa de montaje 10 de tubería
sobre la superficie exterior de la parte extrema superior de la
placa extrema izquierda 3, sujetando todos estos componentes
mediante una plantilla en lados opuestos del conjunto desde el
exterior y soldando colectivamente el conjunto resultante en este
estado en un horno, tal como por el método de soldadura al vacío o
por el método de soldadura con fundente.
Cuando los componentes de la parte de intercambio
de calor del evaporador estratificado 1 se calientan en un horno
para soldarlos colectivamente, tal como por el método de soldadura
al vacío o por el método de soldadura con fundente, se permite que
el aire fluya hacia fuera de la holgura de la escotadura 13 en la
placa de montaje 10 de tubería retenida entre la superficie exterior
del extremo superior de la placa extrema 3 y la plantilla en el
mismo lado, a través de la parte 13c del extremo abierto inferior de
la escotadura 13. Por tanto, el aire puede retirarse efectivamente
para garantizar la soldadura en el horno, tal como por el método de
soldadura al vacío o por el método de soldadura con fundente,
produciendo unos filetes satisfactorios 14 incluso en las partes de
borde de la escotadura para formar una junta soldada fiable entre la
placa extrema 3 y la placa de montaje 10 de tubería, mejorando así
en gran medida la capacidad de soldadura. En consecuencia, puede
impedirse con más fiabilidad la aparición de un canal de atajo
entre el canal de introducción de refrigerante y el canal de
descarga del refrigerante debido a una soldadura defectuosa.
El extremo superior 13a de la escotadura 13 se
extiende hasta un nivel por encima del extremo superior del
receptáculo 11 de tubería de descarga de refrigerante y el extremo
superior del receptáculo 12 de tubería de introducción de
refrigerante. Esto elimina la probabilidad de que aparezca un canal
de atajo entre los dos receptáculos 11, 12 de tubería.
Si se forma una junta soldada defectuosa entre la
placa extrema 3 y la placa de montaje 10 de tubería para desarrollar
un canal de atajo, la presencia de la escotadura 13 en la placa de
montaje 10 de tubería revela una fuga de líquido cuando se busquen
fugas de fluido en el evaporador 1 ensamblado, permitiendo que el
inspector reconozca fácilmente el defecto desde el exterior para una
detección fiable de la fuga de fluido interna. De esta manera, es
evitable el embarque de productos defectuosos debido a fugas
internas.
Con el evaporador 1 descrito, se inserta una
tubería 16 de descarga de refrigerante dentro del receptáculo 11 de
tubería de descarga de refrigerante en la parte delantera de la
placa de montaje 10 y se une al mismo con un material de soldadura
17. Se inserta una tubería 15 de introducción de refrigerante dentro
del receptáculo 12 de tubería de introducción de refrigerante 12 en
la parte posterior de la placa 10 y se une al mismo con el material
de soldadura 17.
Con un evaporador 1 de esta clase, se introduce
un refrigerante en la parte trasera izquierda del depósito superior
5 de la parte de intercambio de calor desde la tubería de
introducción 15, luego se le hace atravesar en
zig-zag en su totalidad los canales de refrigerante
dentro la parte de intercambio de calor y finalmente se le descarga
desde la tubería de descarga 16 en la parte delantera izquierda del
depósito superior 5.
Por otra parte, el aire o la corriente de aire
fluye desde la parte delantera de la parte de intercambio de calor
del evaporador hacia el lado trasero de la misma para atravesar las
holguras provistas de las aletas corrugadas 7 y formadas entre las
partes tubulares planas adyacentes 4, 4 de la parte de intercambio
de calor y entre cada placa extrema 3 y la parte tubular 4 adyacente
inmediatamente a la misma, y se somete a un intercambio de calor
eficiente con el refrigerante a través de las paredes de las placas
intermedias 2 y las aletas corrugadas 7.
A continuación, la figura 4 muestra una segunda
realización de la invención, la cual difiere de la primera
realización en que la escotadura 13 formada en la placa de montaje
10 de tubería y posicionada entre el receptáculo 12 de tubería de
introducción de refrigerante y el receptáculo 11 de tubería de
descarga de refrigerante en la placa 10 tiene un extremo superior
que se deja abierto hacia arriba en el extremo superior de la placa
de montaje 10 para proporcionar una parte extrema abierta 13c, y un
extremo inferior 13b que se extiende hasta un nivel por debajo de un
extremo inferior del receptáculo 12 de tubería de introducción de
refrigerante y un extremo inferior del receptáculo 11 de tubería de
descarga de refrigerante.
Cuando los componentes de la parte de intercambio
de calor del evaporador estratificado 1 según la segunda realización
se calientan en un horno para soldarlos colectivamente, tal como
por el método de soldadura al vacío o por el método de soldadura
con fundente, para fabricar la parte de intercambio de calor, se
permite que el aire fluya hacia fuera de la holgura de la escotadura
13 en la placa de montaje 10 de tubería retenida entre la superficie
exterior del extremo superior de la placa extrema 3 y una plantilla
en el mismo lado, a través de la parte extrema superior abierta 13c
de la escotadura 13.
Especialmente, el extremo inferior 13b de la
escotadura 13 se extiende hasta un nivel por debajo del extremo
inferior del receptáculo 11 de tubería de descarga de refrigerante y
el extremo inferior del receptáculo 12 de tubería de introducción de
refrigerante. Esto elimina la probabilidad de que aparezca un canal
de atajo entre los dos receptáculos 11, 12 de tubería.
La parte extrema superior abierta 13c de la
escotadura 13 en la placa de montaje 10 de tubería ilustrada tiene
una anchura relativamente pequeña, mientras que la parte extrema
superior abierta 13c de la escotadura 13 puede tener una anchura
aumentada según se indica en líneas discontinuas de doble punto en
la figura 4, tal como es el caso en la primera realización.
Con la excepción de la característica anterior,
la segunda realización tiene la misma construcción que la primera,
de modo que las partes iguales se designan con números de referencia
iguales en todos los dibujos afectados.
Aunque la placa de montaje 10 de tubería, que
tiene la escotadura 13 y que cubre la superficie exterior del
extremo superior de la placa extrema izquierda 3 del evaporador
estratificado 1, se suelda a la placa extrema 3 según las
realizaciones descritas, la placa de montaje 10 de tubería puede
cubrir alternativamente la superficie exterior del extremo superior
de la placa extrema derecha 3 y soldarse a esta placa extrema.
Aunque se disponen las partes 5, 6 de depósito
respectivamente en los lados superior e inferior del conjunto de
placas intermedias superpuestas 2 en el caso del intercambiador de
calor ilustrado, la presente invención se aplicable análogamente a
intercambiadores de calor estratificados en los que las partes de
depósito se disponen únicamente en uno de los lados superior e
inferior del conjunto estratificado de placas intermedias 2.
El intercambiador de calor estratificado de la
presente invención no solamente es útil como un evaporador
estratificado para uso en acondicionadores de aire de vehículos a
motor como en las realizaciones anteriores, sino que también puede
usarse análogamente en refrigeradores de aceite, postrefrigeradores,
radiadores, etc.
Claims (1)
1. Un intercambiador de calor estratificado que
comprende una placa extrema (3) en uno de los lados opuestos del
intercambiador de calor, una placa de montaje (10) de tubería que
cubre una superficie exterior de una parte extrema superior de la
placa extrema (3) y que tiene un receptáculo (12) de tubería de
introducción de fluido y un receptáculo (11) de tubería de descarga
de fluido dispuestos lado a lado, estando la placa de montaje (10)
de tubería soldada a la placa extrema (3), en el que la placa de
montaje (10) de tubería tiene una escotadura (13) posicionada entre
el receptáculo (12) de tubería de introducción de fluido y el
receptáculo (11) de tubería de descarga de fluido, y la escotadura
tiene un extremo inferior que se deja abierto hacia abajo en un
extremo inferior de la placa de montaje, o un extremo superior que
se deja abierto hacia arriba en un extremo superior de la placa de
montaje (10) de tubería, caracterizado porque la escotadura
(13) tiene un extremo superior (13a) que se extiende hasta un nivel
por encima de un extremo superior del receptáculo (12) de tubería de
introducción de fluido y un extremo superior del receptáculo (11) de
tubería de descarga de fluido, y tiene su extremo inferior que se
deja abierto hacia abajo en el extremo inferior de la placa de
montaje (10) de tubería, o tiene su extremo superior que se deja
abierto hacia arriba en el extremo superior de la placa de montaje
(10) de tubería, y tiene un extremo inferior (13b) que se extiende
hasta un nivel por debajo de un extremo inferior del receptáculo
(12) de tubería de introducción de fluido y un extremo inferior del
receptáculo (11) de tubería de descarga de fluido.
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