ITTO20130055A1 - Struttura di aletta per scambiatore di calore per applicazioni automotive, in particolare per macchine agricole e da cantiere. - Google Patents

Description

"Struttura di aletta per scambiatore di calore per applicazioni automotive, in particolare per macchine agricole e da cantiere"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore per uno scambio termico fra aria ed un mezzo di scambio termico, lo scambiatore di calore comprendendo

- una pluralità di condotti di trasferimento termico disposti parallelamente l’uno all’altro come percorsi di flusso per il mezzo di scambio termico; ed

- una pluralità di elementi ad aletta configurati per fornire un’estremità di ingresso aria per un flusso di ingresso dell’aria, un’estremità di uscita aria per un flusso di uscita dell’aria, ed un percorso di flusso dell’aria che collega l’estremità di ingresso aria con l’estremità di uscita aria e consente uno scambio termico con la pluralità di condotti di trasferimento termico, detti elementi ad aletta essendo inoltre configurati per avere ondulazioni comprendenti sommità di ondulazione alternate a fondi di ondulazione.

Gli attuali evaporatori brasati in alluminio per applicazioni di climatizzazione automotive sono progettati per ambienti filtrati, dove la filtrazione à ̈ principalmente finalizzata all’eliminazione di pollini od odori indesiderati. Per le applicazioni fuoristrada sono sovente utilizzati gli stessi evaporatori sviluppati per applicazioni stradali. Questi ultimi però non sono in grado di far fronte ai seguenti problemi:

- presenza importante di inquinanti (quali polveri) che possono facilmente intasare il nucleo dell’evaporatore;

- manipolazione aggressiva del componente, in particolare per quanto riguarda la sua pulizia. Negli scambiatori di calore per applicazioni fuoristrada il nucleo può essere pulito tramite una spazzola od acqua in pressione, ed in tale occasione può accadere che il componente stesso debba essere disassemblato. In questo caso le alette possono essere danneggiate durante la manipolazione del componente.

Alcune configurazioni note di evaporatore, provviste di alette con persianature od ondulazioni per aumentare la turbolenza del flusso d’aria e quindi incrementare i coefficienti di scambio termico, sono rappresentate nelle figure 1, 2a e 2b.

L’evaporatore noto rappresentato in figura 1 comprende una pluralità di condotti di trasferimento termico 2, in particolare condotti a piastra, disposti parallelamente l’uno all’altro come percorsi di flusso per un mezzo di scambio termico. Fra ciascun condotto a piastra ed il condotto ad esso adiacente à ̈ interposta una pluralità di elementi ad aletta 3, i quali sono costituiti da rispettivi segmenti di un foglio di lamiera 5 piegato ad onda e brasato ai condotti a piastra fra i quali à ̈ interposto. Nell’esempio illustrato, il foglio di lamiera à ̈ piegato ad onda quadra, ma sono note altre configurazioni di piegatura della lamiera, ad esempio ad onda sinusoidale, triangolare, ecc.

Gli elementi ad aletta 3 sono convenzionalmente configurati per fornire un’estremità di ingresso aria 3a per un flusso di ingresso dell’aria, un’estremità di uscita aria 3b per un flusso di uscita dell’aria, ed un percorso di flusso dell’aria 3c che collega l’estremità di ingresso aria 3a con l’estremità di uscita aria 3b e consente uno scam bio termico con la pluralità di condotti di trasferimento termico 2. Secondo la configurazione nota rappresentata in figura 2, comune negli evaporatori saldobrasati, gli elementi ad aletta 3 sono inoltre configurati per avere persianature, ovvero serie di feritoie con bordo ripiegato, per determinare un percorso tortuoso con molti bordi d’attacco in grado di creare vortici e turbolenze. Tali persianature favoriscono però l’accumulo di sporco sulle alette.

Un’altra configurazione nota in grado di aumentare la turbolenza del flusso d’aria, e quindi incrementare il coefficiente di scambio termico, à ̈ quella rappresentata in figura 2b; secondo tale configurazione gli elementi ad aletta 3 sono configurati per avere ondulazioni comprendenti sommità di ondulazione 7 alternate a fondi di ondulazione 9. La configurazione di ondulazione nota rappresentata in figura 2 non permette tuttavia un efficace smaltimento dell’acqua di condensa che si forma durante l’esercizio dello scambiatore, raccogliendosi nei fondi di ondulazione 9 (rappresentata dalle aree W in figura 2); l’aria che scorre fra le alette infatti non à ̈ in grado di spingere tutta l’acqua oltre le sommità di ondulazione 7, e quindi fino al termine dell’aletta in corrispondenza di una faccia frontale dell’evaporatore. Tale acqua quindi ristagna nei fondi di ondulazione, mescolandosi con polveri e sporco che a lungo andare possono portare alla formazione di ostruzioni.

Il documento WO 2007/013623 descrive uno scambiatore di calore le cui alette sono provviste di ondulazioni; tali ondulazioni sono configurate per ottenere determinati risultati in termini di dinamica dei fluidi e scambio termico, ma non sono in grado di garantire un efficace smaltimento dell’acqua di condensa.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di proporre uno scambiatore di calore con alettatura ondulata, le cui alette permettano un drenaggio dell’acqua di condensa che si forma fra le alette durante l’esercizio dello scambiatore.

Tale scopo à ̈ raggiunto secondo l’invenzione da uno scambiatore di calore del tipo sopra definito, in cui

ciascun elemento ad aletta comprende una pluralità di detti fondi di ondulazione fra loro complanari, e collegati fra loro in modo tale da definire un percorso di flusso di acqua di condensa avente un fondo planare che si estende dall’estremità di ingresso aria all’estremità di uscita aria.

Tale configurazione di ondulazioni secondo l’invenzione crea un percorso planare continuo che permette di scaricare agevolmente l’acqua di condensa, evitando accumuli dannosi. Questo, unitamente all’assenza di persianature, riduce il deposito di sporco sulle superfici del componente, e quindi diminuisce la frequenza degli interventi richiesti per la pulizia dello scambiatore.

Benché l’invenzione sia stata concepita specificamente in relazione ad evaporatori formati da condotti a piastra, si può apprezzare che essa può trovare applicazione anche in altri scambiatori di calore con condotti di varia foggia, purché provvisti di alettatura ondulata.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dello scambiatore secondo l’invenzione diverranno più chiari con la seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione del trovato, fatta con riferimento ai disegni allegati, forniti a titolo puramente illustrativo e non limitativo, in cui la figura 1 à ̈ una vista in prospettiva di un segmento di uno scambiatore di calore secondo la tecnica nota;

le figure 2a e 2b sono viste in prospettiva di un segmento di alettatura per lo scambiatore di figura 1, secondo due configurazioni di alettatura convenzionali;

la figura 3 à ̈ una vista in prospettiva di un segmento di uno scambiatore di calore secondo l’invenzione;

le figure 4 e 5 sono rispettivamente una vista in prospettiva ed una vista frontale di un segmento di alettatura dello scambiatore di figura 3;

la figura 6 Ã ̈ una vista in prospettiva che illustra il principio operativo dello scambiatore di figura 3;

la figura 7 à ̈ una vista in prospettiva di un segmento di uno scambiatore di calore secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione; e

la figura 8 Ã ̈ una vista in prospettiva che illustra il principio operativo dello scambiatore di figura 3.

Con riferimento alle figure 3 a 6 à ̈ rappresentata una configurazione di alettatura secondo l’invenzione. Ad elementi corrispondenti a quelli della tecnica nota sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici.

In figura 3 à ̈ rappresentato un segmento di uno scambiatore di calore, in particolare un evaporatore. In figura 3 à ̈ pertanto visibile una coppia di condotti di trasferimento termico 2, in particolare condotti a piastra, i quali sono disposti parallelamente l’uno all’altro e definiscono percorsi di flusso per un mezzo di scambio termico.

Fra la coppia di condotti 2 à ̈ interposta una pluralità di elementi ad aletta 3, in particolare costituiti da segmenti di un foglio di lamiera piegato ad onda quadra e brasato ai condotti 2. Come si può vedere meglio nelle figure 4 a 6, gli elementi ad aletta 3 sono configurati per fornire un’estremità di ingresso aria 3a per un flusso di ingresso AI dell’aria, un’estremità di uscita aria 3b per un flusso di uscita AO dell’aria, ed un percorso di flusso dell’aria che collega l’estremità di ingresso aria AI con l’estremità di uscita aria AO e consente uno scambio termico con la pluralità di condotti di trasferimento termico 2.

Gli elementi ad aletta 3 sono inoltre configurati per avere ondulazioni, comprendenti sommità di ondulazione 17 alternate a fondi di ondulazione 19. In particolare, ciascun elemento ad aletta 3 comprende una pluralità di fondi di ondulazione 19 fra loro complanari, e collegati fra loro in modo tale da definire un percorso di flusso di acqua di condensa avente un fondo planare che si estende dall’estremità di ingresso aria 3a all’estremità di uscita aria 3b dell’aletta. Il fondo planare del percorso di flusso dell’acqua di condensa à ̈ evidenziato come area colorata in grigio in figura 6. Come si può vedere in tale figura, l’area planare colorata in grigio si estende senza soluzione di continuità su tutta la lunghezza dell’aletta, dall’estremità di ingresso aria 3a all’estremità di uscita aria 3b dell’aletta. L’acqua può quindi defluire facilmente dalle facce frontali dell’evaporatore, e non si creano accumuli perché non vi sono avvallamenti isolati, senza sfogo. Da un punto di vista produttivo, le ondulazioni secondo l’invenzione sono ottenute, a partire da una lamiera piana, come deformazioni che si estendono da un solo lato del piano della lamiera di partenza, diversamente dalle ondulazioni della configurazione nota di figura 2b, in cui le deformazioni che definiscono le ondulazioni si estendono da entrambi i lati del piano della lamiera di partenza.

Ciascun elemento ad aletta 3 à ̈ configurato come una striscia di materiale estendentesi in una direzione principale parallela ad un asse che congiunge l’estremità di ingresso aria 3a all’estremità di uscita aria 3b; nell’esempio illustrato, tale asse corrisponde alla direzione dello spessore dello scambiatore, e quindi si può affermare che ciascun elemento ad aletta si estende in una direzione principale parallela alla direzione dello spessore dello scambiatore. Nell’esempio illustrato, ciascun elemento ad aletta 3 comprende da lati opposti due opposte serie delle sommità di ondulazione 17, fra loro interdigitate. In virtù di tale configurazione il percorso di flusso dell’acqua di condensa ha uno sviluppo a zigzag.

Secondo una vista frontale sull’elemento ad aletta 3, rappresentata in figura 5, le sommità di ondulazione di ciascuna serie presentano altezza decrescente o strettamente decrescente in una direzione trasversale, da un lato dell’elemento ad aletta 3 verso il lato opposto dell’elemento ad aletta 3.

Secondo una vista in pianta sull’elemento ad aletta 3, le ondulazioni presentano un profilo approssimativamente triangolare.

Nelle figure 7 ed 8 à ̈ rappresentata una seconda forma di realizzazione dell’invenzione. Ad elementi corrispondenti a quelli della forma di realizzazione precedente sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici. Tale seconda forma di realizzazione si distingue dalla prima solamente per la sagoma delle ondulazioni; secondo una vista in pianta sull’elemento ad aletta 3, le ondulazioni presentano fianchi opposti rispetto alla direzione principale dell’elemento ad aletta 3, ciascuno dei quali presenta un profilo convesso. Più precisamente, le ondulazioni sono sagomate in modo da presentare, secondo una vista in pianta, una porzione di radice 17a con fianchi perpendicolari alla direzione principale dell’elemento ad aletta, ed una porzione terminale 17b con fianchi rastremati verso il lato opposto dell’elemento ad aletta.

Da un punto di vista produttivo, le ondulazioni dell’alettatura secondo l’invenzione si prestano ad essere realizzate con tecniche di rullatura, ma possono essere fabbricate anche con altre tecniche, ad esempio mediante stampaggio.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore per uno scambio termico fra aria ed un mezzo di scambio termico, lo scambiatore di calore comprendendo - una pluralità di condotti di trasferimento termico (2) disposti parallelamente l’uno all’altro come percorsi di flusso per il mezzo di scambio termico; ed - una pluralità di elementi ad aletta (3) configurati per fornire un’estremità di ingresso aria (3a) per un flusso di ingresso (AI) dell’aria, un’estremità di uscita aria (3b) per un flusso di uscita (AO) dell’aria, ed un percorso di flusso dell’aria che collega l’estremità di ingresso aria (3a) con l’estremità di uscita aria (3b) e consente uno scambio termico con la pluralità di condotti di trasferimento termico, detti elementi ad aletta essendo inoltre configurati per avere ondulazioni comprendenti sommità di ondulazione (17) alternate a fondi di ondulazione (19); caratterizzato dal fatto che ciascun elemento ad aletta comprende una pluralità di detti fondi di ondulazione fra loro complanari, e collegati fra loro in modo tale da definire un percorso di flusso di acqua di condensa avente un fondo planare che si estende dall’estremità di ingresso aria (3a) all’estremità di uscita aria (3b).
2. 2. Scambiatore secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun elemento ad aletta à ̈ configurato come una striscia di materiale estendentesi in una direzione principale parallela ad un asse che congiunge l’estremità di ingresso aria (3a) all’estremità di uscita aria (3b), e comprende da lati opposti due opposte serie di dette sommità di ondulazione, fra loro interdigitate.
3. 3. Scambiatore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui, secondo una vista in pianta sull’elemento ad aletta, le ondulazioni presentano fianchi opposti rispetto alla direzione principale dell’elemento ad aletta, ciascuno dei quali presenta un profilo convesso.
4. 4. Scambiatore secondo la rivendicazione 3, in cui, secondo una vista in pianta sull’elemento ad aletta, le ondulazioni sono sagomate in modo da presentare una porzione di radice (17a) con fianchi perpendicolari alla direzione principale dell’elemento ad aletta, ed una porzione terminale (17b) con fianchi rastremati verso il lato opposto dell’elemento ad aletta.
5. 5. Scambiatore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui, secondo una vista in pianta sull’elemento ad aletta, le ondulazioni presentano un profilo approssimativamente triangolare.
6. 6. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni 2 a 5, in cui, secondo una vista frontale sull’elemento ad aletta, le sommità di ondulazione di ciascuna serie presentano altezza decrescente o strettamente decrescente in una direzione trasversale, da un lato dell’elemento ad aletta verso il lato opposto dell’elemento ad aletta.
7. 7. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti elementi ad aletta sono costituiti da segmenti di un foglio di lamiera piegato ad onda.
8. 8. Scambiatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti condotti di trasferimento termico sono costituiti da condotti a piastra.