ITTO20110392A1 - Scambiatore di calore preferibilmente per un circuito di un veicolo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“SCAMBIATORE DI CALORE PREFERIBILMENTE PER UN CIRCUITO DI UN VEICOLOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa a uno scambiatore di calore particolarmente per un circuito di condizionamento e/o climatizzazione di un veicolo.

Sono noti scambiatori di un circuito di condizionamento in controcorrente comprendenti un tubo centrale passante e un manicotto montato esternamente al tubo centrale. Rispettive flange anulari bloccano a tenuta di fluido il manicotto sul tubo centrale. Un primo circuito di scambio à ̈ definito fra un ingresso e un’uscita rispettivamente delimitati dalle flange e una pluralità di canali definiti fra il tubo centrale e il manicotto. Un secondo circuito di scambio à ̈ definito dal tubo centrale.

In tali circuiti fluisce ad esempio un fluido refrigerante, in particolare nel manicotto esterno fluisce il fluido caldo allo stato liquido mentre nel tubo centrale fluisce il fluido freddo allo stato gassoso. Tra i due fluidi avviene uno scambio di calore che contribuisce a migliorare l'effetto frigorifero del circuito di condizionamento.

Per esigenze combinate di layout e riduzione costi, l'ingresso del fluido caldo allo stato liquido può essere disposto trasversalmente alla flangia di collegamento e il fluido tende a distribuirsi nel primo circuito in modo non uniforme nella camera anulare definita fra la flangia e il tubo centrale in modo che l’efficienza dello scambio termico à ̈ negativamente impattata.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare uno scambiatore di calore esente dall’inconveniente sopra specificato.

Lo scopo della presente invenzione viene raggiunto tramite uno scambiatore secondo la rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una sezione longitudinale di uno scambiatore secondo la presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una sezione trasversale di un componente di figura 1; e

- la figura 3 Ã ̈ uno schema idraulico dello scambiatore di figura 1.

In figura 1 à ̈ indicato con 1, nel suo insieme, uno scambiatore di calore comprendente un tubo centrale passante 2, un manicotto esterno 3 montato esternamente al tubo centrale passante 2 e una coppia di flange anulari 4 e 4’ attraversate dal tubo centrale passante 2 per ancorare a quest’ultimo il manicotto esterno 3.

In particolare, la flangia anulare 4 definisce sia un ingresso 5 avente un asse A disallineato rispetto a un asse B del tubo centrale 2 che una camera anulare 6 almeno insieme a una porzione del tubo centrale passante 2. Inoltre, la flangia anulare 4 viene collegata a tenuta di fluido sia sul tubo centrale 2 che a una porzione di estremità 7 del manicotto 3 per sigillare verso l’ambiente esterno almeno la camera anulare 6.

Corrispondentemente, la flangia anulare 4’ definisce sia un’uscita 8 avente un asse preferibilmente non coincidente all’asse B che una camera anulare 9 almeno tramite un’ulteriore porzione del tubo centrale passante 2. Inoltre, la flangia anulare 4’ viene collegata a tenuta di fluido sia sul tubo centrale 2 che a una porzione di estremità 10 del manicotto 3 per sigillare verso l’ambiente esterno almeno la camera anulare 9.

La camera anulare 6 à ̈ configurata per distribuire il fluido in ingresso in canali 11 definiti in direzione radiale dal tubo centrale passante 2 e dal manicotto 3 e la camera anulare 9 funge da collettore affinché il fluido si diriga verso l’uscita 8.

Preferibilmente (figura 2), i canali 11 sono delimitati da pareti laterali in modo da avere una sezione trasversale variabile fra un canale 11 e quello adiacente. Vantaggiosamente, definito C (illustrata la traccia in figura 2) un piano contenente gli assi A e B, le sezioni trasversali dei canali 11 sono simmetriche rispetto al piano C così come le camere anulari 6 e 9. E’ infatti presumibile che in tali condizioni il flusso in ingresso si divida in modo simmetrico rispetto al piano C. Per realizzare una sezione trasversale voluta, à ̈ vantaggioso mantenere costante l’altezza e variare la larghezza dei canali 11. Pertanto, come illustrato in figura 2, una larghezza L1 di un canale 11 à ̈ uguale alla larghezza L1’.

Secondo una forma di realizzazione preferita, definito un piano D passante per l’asse B e perpendicolare all’asse A e, nel caso illustrato, anche al piano C, i canali 11 disposti dalla stessa parte dell’ingresso 5 rispetto al piano D presentano una sezione inferiore rispetto a quelli disposti nell’altra metà. In particolare, la larghezza L1, L1’ à ̈ inferiore alla larghezza L2, L2’.

Vantaggiosamente, le camere anulari 6 e 9 sono uguali e l’ingresso 5 e l’uscita 8 sono complanari e disposti dalla stessa parte del piano D in modo da realizzare un percorso bilanciato rispetto al piano C e simmetrico rispetto a un piano perpendicolare all’asse B e disposto nella mezzeria fra ingresso 5 e uscita 8..

Ancor più preferibilmente, i canali 11 presentano una sezione trasversale crescente in progressione circonferenziale a partire dal canale 11 avente un imbocco collegato all’ingresso 5 tramite la resistenza idraulica minore. Ad esempio, tale condizione può essere soddisfatta dal canale 11 avente l’imbocco la cui mezzeria definisce con la mezzeria dell’ingresso 5 l’angolo minore ove le mezzerie siano proiettate in un piano parallelo a quello della sezione di figura 2.

La realizzazione di uno scambiatore 1 in cui i condotti 11 presentano una sezione trasversale variabile à ̈ particolarmente semplice e presenta costi contenuti in modo tale da adattarsi alle esigenze del mercato veicolistico. Analogamente, le camere anulari presentano pareti cilindriche concentriche e preferibilmente sono uguali affinché le flange 4, 4’ siano facilmente realizzabili anche tramite un procedimento di deformazione plastica a freddo. Il manicotto 3 presenta un profilo avente generatrici rettilinee e parallele e può pertanto vantaggiosamente essere realizzato tramite estrusione.

In figura 3 viene illustrato uno schema idraulico dello scambiatore 1 dove ciascun canale 11 definisce una propria resistenza idraulica R1, e viene collegato all’ingresso 5 e all’uscita 8 in modo che à ̈ possibile calcolare rispettive resistenze idrauliche R2 e R3 equivalenti che, disposte secondo lo schema di figura 3, consentano di calcolare la medesima suddivisione di portate fra i canali 11 che si può misurare e/o simulare numericamente in uno scambiatore reale.

Il valore di ciascuna resistenza idraulica viene impattato da numerosi fattori che comprendono la scabrezza delle superfici bagnate e la geometria dei canali 11 e delle camere anulari 6 e 9. In particolare, il valore della resistenza idraulica à ̈ tanto maggiore quanto minore à ̈ l’area della sezione trasversale del relativo condotto 11.

Fissata la geometria delle camere anulari 6 e 9, la posizione dell’unico ingresso 5 e dell’unica uscita 8, e la tipologia di finitura superficiale, ogni resistenza R2 ed R3 à ̈ fissata e ciascun canale 11 à ̈ dimensionato e/o presenta una scabrezza tale che la somma R1, R2 ed R3 relativa a ciascun condotto sia una costante prefissata.

In questo modo, il flusso in ingresso si divide in modo sostanzialmente equilibrato in ciascun canale 11 senza le forti asimmetrie che si misurano in scambiatori con condotti aventi la medesima sezione trasversale. L’efficienza dello scambio termico viene pertanto migliorata.

Secondo la presente forma di realizzazione lo scambiatore presenta una configurazione simmetrica rispetto al piano C. Tuttavia, qualora per esigenze di layout il flusso in ingresso nella camera anulare 6 abbia una componente asimmetrica ad esempio inerziale, Ã ̈ possibile tenere conto di tale asimmetria per equilibrare la portata in ingesso a ciascun canale 11.

Alternativamente, la componente asimmetrica del flusso in ingresso può essere dovuta al fatto che gli assi A e B siano sghembi.

Le resistenze R2 ed R3 relative a ciascun condotto 11 e generantesi nelle camere anulari 6 e 9 rispettivamente sono valutabili tramite simulazioni computerizzate di fluidodinamica tramite programmi noti e disponibili in commercio.

Risulta infine chiaro che allo scambiatore 1 qui descritto e illustrato à ̈ possibile apportare modifiche o varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni allegate.

In applicazioni veicolistiche in un circuito di condizionamento e/o climatizzazione à ̈ preferibile che l’ingresso 5 sia unico così come l’uscita 8 per esigenze di layout ma in ulteriori circuiti veicolistici à ̈ possibile che siano presenti ulteriori ingressi e/o ulteriori uscite.

Inoltre, il numero di canali 11 e la differenza fra la resistenza R1 di un canale 11 e quella di un canale 11 adiacente può essere modificato anche in funzione di parametri geometrici del prodotto finito e del lay-out dell’impianto o di particolari richieste di scambio termico e/o perdite di carico. Ad esempio à ̈ possibile che le resistenze R1 non siano simmetriche rispetto ad un piano.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore comprendente un tubo passante (2), una prima e una seconda flangia (4, 4’) attraversate dal detto tubo passante (2) e definenti rispettivamente almeno un ingresso (5) e un’uscita (8) e un manicotto (3) alloggiante almeno parzialmente in direzione assiale il detto tubo passante (2) e fissato a quest’ultimo a tenuta di fluido tramite le dette prima e seconda flangia (4, 4’), un pluralità di condotti (11) essendo definiti almeno parzialmente fra il detto tubo passante (2) e il detto manicotto (3), una prima camera anulare (6) essendo fluidicamente interposta fra i detti condotti (11) e il detto almeno un ingresso (5) e una seconda camera anulare (9) essendo fluidicamente interposta fra i detti condotti (11) e la detta uscita (8), caratterizzato dal fatto che la resistenza idraulica (R1) dei detti condotti (11) à ̈ variabile circonferenzialmente per controllare la portata di fluido in ingresso in ciascun condotto (11).
2. 2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la sezione trasversale dei detti condotti (11) Ã ̈ variabile circonferenzialmente.
3. 3. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il detto tubo passante (2) e il detto ingresso (5) presentano rispettivi assi appartenenti ad un primo piano (C) e dal fatto che i detti condotti (11) sono simmetrici rispetto al detto piano (C).
4. 4. Scambiatore di calore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i condotti (11) disposti dalla medesima parte del detto ingresso (5) rispetto ad un secondo piano (D) perpendicolare rispetto ad un primo asse (A) del detto ingresso (5) e comprendente un secondo asse (B) del detto tubo passante (2) presentano una resistenza idraulica (R1) superiore rispetto ai condotti (11) disposti da parte opposta del detto ingresso (5) rispetto al detto secondo piano (D).
5. 5. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni dalla 3 alla 4, caratterizzato dal fatto che le dette resistenze idrauliche (R1) sono decrescenti a partire dal condotto (11) più vicino in direzione circonferenziale al detto ingresso (5).
6. 6. Scambiatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette prima e seconda camera anulare (6, 9) sono definite almeno tramite superfici cilindriche concentriche.
7. 7. Scambiatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il detto manicotto (3) presenta un profilo definito tramite generatrici rettilinee e parallele.