BR112012011972B1 - placa coletora, caixa coletora que inclui tal placa, e trocador de calor adaptado com tal caixa - Google Patents
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Abstract
placa coletora, caixa coletora que inclui tal placa, e trocador de calor adaptado com tal caixa. trata-se de uma placa coletora (18) que inclui uma parte inferior (40), fornecida com aberturas (17) para receber os tubos (10) de um feixe de tubos de trocador de calor (8), e uma borda periférica (21), elevada a partir da dita parte inferior (18), sendo que a dita placa também possui uma pluralidade de nervuras de reforço (30). de acordo com a invenção as ditas nervuras se estendem a partir da borda periférica elevada (21) até a dita parte inferior (40) e possuem um perfil retilíneo e/ou convexo em um plano que é orientado de maneira ortogonal até a dita borda elevada (21) e a dita parte inferior (40).
Description
“PLACA COLETORA, CAIXA COLETORA QUE INCLUI TAL PLACA, E TROCADOR DE CALOR ADAPTADO COM TAL CAIXA” [0001]A invenção refere-se a trocadores de calor.
[0002] Inúmeros trocadores de calor do tipo radiador de aquecimento ou resfriamento e resfriadores a ar supercarregadores são construídos com uma caixa coletora que compreende uma placa coletora metálica encimada com uma tampa de plástico.
[0003]Nesses trocadores, a tampa é retida contra a placa coletora por pinos da última que são curvados sobre uma base da tampa, sendo que uma vedação fica disposta entre a base da tampa e a placa coletora para vedar a caixa coletora.
[0004]Quando esses trocadores são usados em automóveis, a pressão na parte interna da caixa exerce uma tensão sobre a tampa e a placa coletora. Como uma reação, a placa coletora tende a se deformar até o ponto no qual a caixa coletora se racha.
[0005] Inúmeras soluções foram propostas para enfrentar esse problema, especialmente pela adição de nervuras para reforçar a placa coletora. Entretanto, essas soluções não são satisfatórias.
[0006]A invenção visa a melhorar a situação.
[0007]Com esse objetivo, a invenção propõe uma placa coletora que inclui uma parte inferior, dotada de aberturas que recebem os tubos de um feixe tubular de trocador de calor, e uma borda periférica, elevada a partir da dita parte inferior, sendo que a dita placa também possui uma pluralidade de nervuras de reforço. De acordo com a invenção, as ditas nervuras se estendem a partir da borda periférica elevada até a dita parte inferior e possuem um perfil retilíneo e/ou convexo em um plano que é orientado de maneira ortogonal até a dita borda elevada e a dita parte inferior. Por convexo entende-se que o dito perfil possui uma curvatura obtida a partir de uma extremidade até a outra do perfil orientado em direção à parte interna da caixa do trocador.
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2/8 [0008]Um trocador de calor adaptado com tal placa coletora é particularmente vantajoso, pois esse permite excelentes resultados em termos de resistência à pressão operacional.
[0009]Em várias modalidades:
[0010]- as nervuras possuem uma borda interna e a tangente que atravessa o centro da borda interna de cada nervura está em um ângulo na faixa de 30° a 60° até a parte inferior da placa, [0011]- o ângulo possui um valor de 45°, [0012]- as nervuras são dispostas substancialmente de maneira regular entre as aberturas da placa, [0013]- as nervuras são dispostas com um passo na faixa de 5 mm a 10 mm, [0014]- as nervuras são dispostas com um passo na faixa de 6 mm a 8 mm, [0015]- as nervuras possuem uma borda interna substancialmente plana, [0016]- as nervuras possuem uma borda interna substancialmente abaulada esférica, [0017]- a parte inferior da dita placa é plana e a dita placa é isenta de sulcos.
[0018]Por borda interna entende-se a borda da nervura que faz face em direção à parte interna da caixa, ou seja, a borda da nervura mais próxima à extremidade da borda elevada oposta àquela conectada à dita parte inferior.
[0019]A invenção também se refere a uma caixa coletora que compreende uma placa coletora, como definido acima, e uma tampa, a placa coletora e a dita tampa delimitam um volume interno, sendo que a dita tampa compreende uma margem periférica que forma uma base. Na dita caixa coletora cada nervura se projeta a partir da parte inferior da placa até uma altura (H) que é menor do que a distância que separa a parte da base mais próxima à parte inferior da placa quando a caixa coletora for fechada para não obstruir a compressão de uma vedação disposta entre a parte inferior da placa e a base da tampa.
[0020]Em várias modalidades:
[0021]- a dita vedação possui um corte redondo quando não estiver comprimida,
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3/8 [0022]- cada nervura está em uma distância (L) das aberturas na placa maior ou igual à metade da dimensão lateral da vedação quando a mesma não estiver comprimida, [0023]- cada nervura está em uma distância (L) das aberturas na placa maior ou igual a dois terços da dimensão lateral da vedação quando a mesma não estiver comprimida.
[0024]A invenção se refere adicionalmente a um trocador de calor que compreende um feixe de tubos cujas extremidades são recebidas nas aberturas de caixas coletores, como definido acima.
[0025] Outras características e vantagens da invenção se tornarão óbvias mediante a leitura da seguinte descrição com base em exemplos ilustrativos e não limitativos mostrados nos desenhos, nos quais:
[0026]- a figura 1 é uma vista em perspectiva explodida de um trocador de calor da invenção, [0027]- a figura 2 é uma vista em perspectiva parcial da placa coletora do trocador de calor da figura 1, [0028]- a figura 3 é uma vista em corte diagramática da placa coletora da figura 2, recebendo um tubo, [0029]- a figura 4 é uma vista similar àquela da figura 3, porém com a caixa coletora fechada, e [0030]- a figura 5 é uma vista em corte de uma variante da placa coletora da figura
2.
[0031] Os desenhos e a descrição a seguir contêm, na maior parte, elementos de determinada natureza. Desse modo, esses devem servir não só para explicar a presente invenção como também, quando apropriado, para contribuir para sua definição.
[0032] A Figura 1 mostra um trocador de calor 2 da invenção. O trocador de calor 2 compreende duas caixas coletoras 4 e 6 que incluem aberturas nas quais essas recebem um feixe 8 de tubos 10.
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4/8 [0033] A caixa coletora 4 possui uma entrada de fluido 12 a partir da qual o fluido circula no feixe 8 de tubos 10 entre as caixas coletoras 4 e 6 até uma saída de fluido 14 da caixa coletora 4.
[0034] Outras modalidades do trocador de calor 2 são possíveis, por exemplo, o uso de uma única caixa coletora ou uma distribuição diferente da entrada de fluido 12 e da saída de fluido 14.
[0035] Como pode ser observado nessa figura, as caixas coletoras 4 e 6 são produzidas de maneira similar, ou seja, com uma tampa 16 que cobre uma placa coletora 18.
[0036] A tampa 16 possui um formato convexo e delimita com a placa 18 um reservatório de fluido para a caixa coletora. A placa 18 é substancialmente plana e inclui aberturas 17 para receber os tubos 10 do feixe 8.
[0037] A tampa 16 possui uma margem periférica 19 em sua parte inferior que entra em contato com a placa 18 através de uma vedação 34 para fechar a caixa coletora. A margem periférica 19 forma uma base que é recebida pela placa 18 e mantida no lugar uma vez que a caixa coletora é fechada (veja abaixo).
[0038] No exemplo descrito aqui, a tampa 16 é produzida em plástico ou em metal, por exemplo, em alumínio ou em liga de alumínio, e a placa coletora 18 é produzida em metal, por exemplo, em alumínio, em liga de alumínio ou em aço ou em liga de aço.
[0039] Como pode ser observado na figura 2 e nas figuras subsequentes, a placa coletora 18 possui uma margem periférica 20 que serve, por um lado, para receber a tampa 16 e, por outro lado, para ondular a última uma vez que essa é recebida. Com esse objetivo, a margem periférica 20 compreende uma porção de recepção 22 e uma porção de retenção 24.
[0040] A vedação 34 é fornecida entre a base 19 da tampa 16 e a parte inferior 32 da porção de recepção 22 da placa 18.
[0041] No exemplo descrito aqui, a placa coletora 18 é plana e/ou produzida sem sulcos, ou seja, a parte inferior 40 da placa coletora é plana e a base 19 da tampa se encosta lateralmente contra as extremidades dos tubos. A porção de recepção 22,
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5/8 desse modo, possui consequentemente um formato geral que é substancialmente aquele de um L. Em outras palavras, o plano no qual a vedação se encosta contra a placa, ou seja, a parte inferior 32 da porção de recepção 22, coincide com o plano das aberturas 17 através das quais os tubos passam.
[0042] A dita placa coletora plana pode ser fornecida com flanges 23 no nível das aberturas 17 através das quais os tubos passam. Como mostrado na figura 2, os ditos flanges são orientados em direção à parte interna ou em direção à parte externa da caixa. Esses circundam os tubos e facilitam a inserção e/ou a brasagem dos tubos na placa coletora. Em tal situação, ou seja, no caso de uma placa plana com flanges, os ditos flanges 23 se estendem a partir do plano no qual a vedação se encosta contra a placa e a base da tampa é lateralmente sustentada contra os flanges no caso de flanges orientados em direção à parte interna da caixa ou contra os tubos no caso de flanges orientados em direção à parte externa da caixa.
[0043] Em outras modalidades, a placa coletora 18 pode ser produzida com um sulco na periferia da parte inferior da placa coletora para alojar a vedação. Nesse caso, a porção de recepção possui um formato geral que é substancialmente em forma de U.
[0044] No exemplo descrito aqui, a porção de retenção 24 é produzida por meio de uma pluralidade de dentes 26 que são produzidos de forma alinhada com a seção elevada 21 do formato de L da porção de recepção 22 e são separados um dos outros por reentrâncias 28. Alternativamente, os dentes 26 poderíam ser unidos para formar uma margem.
[0045] Quando a caixa coletora 4 for fechada, os dentes 26 são inclinados sobre a base 19 que é recebida na porção de recepção 22, como melhor observado na figura 4, que ondula a tampa 16 sobre a placa 18.
[0046]Como pode ser observado na figura 2, a porção de recepção 22 inclui uma pluralidade de nervuras de reforço 30 que são produzidas regularmente ao longo da porção de recepção 22, entre as aberturas dos tubos 10 no exemplo descrito acima.
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6/8 [0047]Alternativamente, as nervuras 30 poderíam ser produzidas de maneira irregular e/ou faceando as aberturas dos tubos 10 e/ou em um passo diferente daquele dos tubos.
[0048]A maneira na qual as nervuras 30 são produzidas é mais bem observada na figura 3.
[0049]Como pode ser observado nessa figura, as nervuras 30 são formadas em uma parte curvada 31 da porção de recepção 22, que se estende substancialmente de maneira simétrica sobre as duas seções da forma de L da porção de recepção 22, que se projeta em direção à parte interna da última.
[0050]As nervuras 30 são produzidas por estampagem com formação de uma nervura de borda reta. Isso permite que a resistência das nervuras a forças em uso seja aumentada.
[0051]A estampagem é realizada de modo que a borda interna da nervura forme um ângulo de 45° com a parte inferior 32 da porção de recepção 22. Alternativamente, esse ângulo está na faixa de 30° a 60°.
[0052]A Figura 4 complementa a figura 3 para mostrar o benefício das nervuras particulares da invenção.
[0053]As nervuras de soluções da técnica anterior possuem dimensões muito grandes, isso aumenta o tamanho da caixa coletora e, portanto, o tamanho total do trocador de calor 2, tornando-se particularmente um problema em automóveis modernos.
[0054]O Requerente estabeleceu que as dimensões da caixa coletora podem ser reduzidas sem sacrificar a confiabilidade do trocador 2 se as nervuras 30 forem produzidas de maneira específica.
[0055]Para isso, o tamanho total das nervuras 30 é controlado. Para uma redução ótima nas dimensões da caixa coletora, as nervuras 30 são produzidas com uma altura H.
[0056]A altura H é feita menor do que a distância entre a porção da base 19 que está mais próxima à parte inferior 32 e a parede de recepção 22. Essa altura H é,
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7/8 desse modo, menor do que a altura da vedação comprimida 34 quando a caixa coletora estiver fechada.
[0057]No exemplo descrito aqui, a altura H é 2 mm. Nos trocadores de calor almejados pela invenção, a altura H está geralmente na faixa de 1 mm a 5 mm.
[0058]Assim, as nervuras 30 são produzidas sob a base 19, e, portanto, não é mais necessário proporcionar um volume lateral livre para conter as mesmas.
[0059] Isso é possível especialmente por causa da deformação da vedação 34 localmente sobre cada nervura 30.
[0060]A vedação 34 então não fica mais disposta de maneira totalmente linear ao longo da parte inferior 32 da parede de recepção 22, porém forma um tipo de serpentina que sustenta as nervuras 30.
[0061]Para garantir que a caixa coletora está bem vedada sob essas condições, as nervuras 30 são produzidas de modo que se estendam até uma distância L em relação à extremidade das aberturas dos tubos 10.
[0062]Portanto, parece vantajoso nessa configuração dispor as nervuras 30 entre as aberturas dos tubos 10, como descrito acima. Nesse caso, as nervuras são separadas com um passo que é igual àquele dos tubos, ou seja, na faixa de 5 mm a 10 mm, e, de preferência, na faixa de 6 mm a 8 mm.
[0063]Em qualquer caso, o Requerente estabeleceu que a distância L deve ser maior que a metade de uma dimensão lateral da vedação 34 e, de preferência, maior que dois terços dessa dimensão.
[0064]Se a vedação 34 for uma vedação cilíndrica, então a dimensão lateral é o diâmetro da vedação 34. Se a vedação 34 não for cilíndrica, leva-se em consideração a sua largura.
[0065]Será observado que a dimensão da vedação 34 deve ser entendida no estado inicial da vedação 34, ou seja, antes de sua compressão após o fechamento da caixa coletora.
[0066]A Figura 5 mostra uma caixa coletora variante na qual as nervuras 30 são produzidas sem bordas retas, porém com bordas curvadas de modo que as bordas
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8/8 possuem substancialmente um formato abaulado esférico. Isso permite a simplificação da operação de estampagem.
[0067]Aqui novamente, as nervuras 30 são produzidas de modo que a tangente até o meio da borda interna da nervura 30 seja 45°. Esse ângulo está, de preferência, na faixa de 30° a 60°.
[0068]A presente invenção foi descrita com referência a modalidades particulares. Entretanto, é evidente que as características descritas em relação a uma modalidade particular podem ser transpostas para outra modalidade e que em uma variante, a placa inclui nervuras com bordas retas e nervuras com bordas de forma abaulada convexa ou esférica.
[0069]Ademais, a presente invenção foi descrita em relação a caixas coletoras isentas de sulcos e a trocadores de calor montados por brasagem. Entretanto, essa é diretamente aplicável a trocadores de calor que compreendem caixas coletoras com sulcos e/ou caixas coletoras mecanicamente montadas.
[0070]No caso de trocadores em que a caixa ou caixas compreendem uma placa coletora fornecida com um sulco, as nervuras da invenção serão fornecidas entre a borda externa do sulco e sua parte inferior.
Claims (12)
- REIVINDICAÇÕES1. Placa coletora (18) que inclui uma parte inferior (40), fornecida com aberturas (17) para receber os tubos (10) de um feixe de tubos de trocador de calor (8), e uma borda periférica (21), elevada a partir da dita parte inferior (40), sendo que a dita placa também possui uma pluralidade de nervuras de reforço (30), caracterizada pelo fato de que as ditas nervuras se estendem a partir da borda periférica elevada (21) até a dita parte inferior (40) e possuem um perfil retilíneo e/ou convexo em um plano que é orientado de maneira ortogonal até a dita borda elevada (21) e a dita parte inferior (40), as nervuras (30) são produzidas de modo que se estendam até uma distância L em relação à extremidade das aberturas dos tubos (10).
- 2. Placa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as nervuras possuem uma borda interna e a tangente que atravessa o centro da borda interna de cada nervura (30) este em um ângulo na faixa de 30° a 60° com a parte inferior (40) da placa.
- 3. Placa, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o ângulo possui um valor de 45°.
- 4. Placa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que as nervuras (30) estão dispostas substancialmente de maneira regular entre as aberturas (17) da placa (18).
- 5. Placa, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as nervuras (30) estão dispostas com um passo na faixa de 5 mm a 10 mm.
- 6. Placa, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que as nervuras (30) estão dispostas com um passo na faixa de 6 mm a 8 mm.
7. Placa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que as nervuras (30) possuem uma borda interna substancialmente plana. 8. Placa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que as nervuras (30) possuem uma borda interna abaulada substancialmente esférica.Petição 870190092025, de 16/09/2019, pág. 13/192/2 - 9. Placa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a parte interna da dita placa é plana e a dita placa é isenta de sulcos.
- 10. Caixa coletora (4) caracterizada pelo fato de que compreende uma placa coletora (18), tal como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, e uma tampa (16), sendo que a placa coletora (18) e a dita tampa (16) delimitam um volume interno, sendo que a dita tampa (16) compreende uma margem periférica (19) que forma uma base, em que cada nervura (30) da caixa coletora se projeta a partir da parte inferior (40) da placa até uma altura (H) que é menor que a distância que separa a parte da base (19) mais próxima à parte inferior (40) da placa quando a caixa coletora (4) estiver fechada para não obstruir a compressão de uma vedação (34) disposta entre a parte inferior (40) da placa (18) e a base (19) da tampa (16).
- 11. Caixa, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a dita vedação (34) possui um corte redondo quando a mesma não estiver comprimida.
- 12. Caixa, de acordo com uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que cada nervura (30) está a uma distância (L) das aberturas (17) na placa (18) maior ou igual à metade da dimensão lateral da vedação (34) quando essa não estiver comprimida.
- 13. Caixa, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que cada nervura (30) está a uma distância (L) das aberturas (17) na placa (18) maior ou igual a dois terços da dimensão lateral da vedação (34) quando a mesma não estiver comprimida.
- 14. Trocador de calor, caracterizada pelo fato de que compreende um feixe (8) de tubos (10) cujas extremidades são recebidas nas aberturas (17) de caixas coletoras tal como definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 13.
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