BR112012025472B1 - Trocador de calor, sistema de arrefecimento de óleo e método para arrefecer um óleo em um veículo - Google Patents

Trocador de calor, sistema de arrefecimento de óleo e método para arrefecer um óleo em um veículo Download PDF

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Abstract

trocador de calor, sistema de arrefecimento de óleo e método para arrefecer um óleo em um veículo. trata-se de um trocador de calor (1, 1') para um arrefecedor de óleo que compreende pelo menos dois membros de trocadores de calor (10, 10'), em que cada qual confina um primeiro canal (12) . um segundo canal (7) é formado entre os dois membros de trocadores de calor (10, 10'). uma porção de borda de um primeiro dentre um dos membros de trocadores de calor apresenta um restritor de desvio (11, 11', 11'', 11''') que se estende em direção a uma porção de borda de um segundo dentre um dos membros de trocadores de calor, e o restritor de desvio (11, 11', 11'', 11' '') forma uma parede externa (2, 2' ) do trocador de calor. um sistema que compreende tal arrefecedor de óleo e um método para arrefecer óleo 10 são também revelados .

Description

CAMPO DA TÉCNICA
A presente revelação refere-se a trocadores de calor e, mais particularmente, a trocadores de calor que são apropriados para uso como arrefecedores de óleo em veículos pesados.
A revelação se refere particularmente aos trocadores de calor que são denominados como de tipo integrado de fluxo único, ou seja, trocadores de calor que fornecem um fluxo integrado de um meio (meio de emissão de calor), enquanto que o trocador de calor é substancialmente imerso em outro meio (por exemplo, meio de arrefecimento).
ANTECEDENTES
Um trocador de calor para uso como um arrefecedor de óleo em, por exemplo, veículos pesados, pode ser formado de uma pluralidade de placas paralelas que são empilhadas, tal que canais paralelos são formados entre as placas. Tipicamente, cada segundo canal é disposto para transportar um fluxo de meio de arrefecimento, e os outros canais são dispostos para transportarem um fluxo de meio de emissão de calor. As placas podem ser unidas por brasagem para formar uma unidade de troca de calor única.
O princípio básico para formar tal trocador de calor é revelado, por exemplo, nos documentos de n- WO90/13394A1 e W02004027334A1.
Quando em uso, o trocador de calor é tipicamente disposto em uma cavidade, através da qual o meio de arrefecimento é levado a fluir, enquanto um meio de emissão de calor é alimentado através de uma abertura de entrada do trocador de calor, através dos canais para o meio de emissão de calor, após o qual o meio de emissão de calor arrefecido é extraído através de uma abertura de saída do trocador de calor. Por conseguinte, os canais para o meio de arrefecimento são abertos para a cavidade.
Devido a vibrações e tolerâncias de fabricação, há sempre um espaço entre as paredes que confinam a cavidade e o trocador de calor. Esse espaço fará com que parte do meio de arrefecimento desvie do trocador de calor, e assim afeta negativamente sua eficiência.
O documento de n2 GB2130354A revela como uma tira de vedação compreendida de um material elástico de borracha pode ser usada para impedir o meio de arrefecimento de desviar o trocador de calor.
De maneira similar, o documento de n2 DE4020454A1 revela como uma pluralidade de bordas de vedação pode ser disposta de maneira a impedir o meio de arrefecimento de desviar o trocador de calor.
O documento n2 U.S.6516874B2 revela como uma pluralidade de cunhas e grampos defletores pode ser disposta para fechar os lados longitudinais do trocador de calor, e assim impede de maneira eficaz o meio de arrefecimento de desviar o trocador de calor.
Há uma necessidade de um trocador de calor aprimorado, que seja apropriado para uso como um arrefecedor de óleo em, por exemplo, veículos pesados.
SUMÁRIO
É um objetivo da presente revelação fornecer um trocador de calor, que seja apropriado para uso como um arrefecedor de óleo em um veículo pesado. Um objetivo em particular é fornecer um trocador de calor mais eficiente. Um ainda outro objetivo é fornecer um trocador de calor que seja robusto e fácil de instalar.
A invenção é definida pelas reivindicações independentes em anexo. As modalidades são estabelecidas nas reivindicações dependentes, na descrição a seguir e nos desenhos.
De acordo com um primeiro aspecto, um trocador de calor é fornecido a um arrefecedor de óleo, que compreende: pelo menos dois membros trocadores de calor, que confinam um primeiro canal; em que um segundo canal é formado entre os dois membros trocadores de calor. Uma porção de borda de um primeiro dos membros trocadores de calor apresenta um restritor de desvio que se estende em direção a uma porção de borda de um segundo dos membros trocadores de calor, e o restritor de desvio forma uma parede externa do trocador de calor.
0 restritor de desvio irá pelo menos fechar parcialmente o segundo canal, e assim prevenir ou reduzir fluxos de desvio para ou do dito segundo canal. O restritor de desvio pode também formar uma parede externa, ou voltada para fora, do trocador de calor.
Os restritores de desvio irão guiar ou eliminar um fluxo no perímetro dos membros trocadores de calor. Ao impedir ou reduzir fluxos de desvio, a rejeição de calor do trocador de calor é aprimorada.
O restritor de desvio pode se estender continuamente ao longo de pelo menos uma parte da dita porção de borda do dito primeiro dos membros trocadores de calor.
Entende-se por "estende continuamente" que o restritor de desvio apresenta uma seção transversal substancialmente constante em uma porção de sua extensão.
O restritor de desvio pode se estender substancialmente em paralelo à uma direção de fluxo principal no segundo canal.
Em particular, o restritor de desvio pode se estender ao longo de pelo menos 1/4, 1/3, 1/2, 2/3 ou 3/4 de um comprimento do segundo canal.
O restritor de desvio pode, ao longo de sua extensão, fornecer uma vedação substancialmente constante contra o segundo dos membros trocadores de calor. Entende-se por "substancialmente contínuo" que a vedação pode ser contínua exceto para alguns vazamentos menores, que podem ser causados por tolerâncias ou defeitos de brasagem.
A porção de borda pode ser uma porção de borda que se estende substancialmente em paralelo à uma direção de fluxo principal no segundo canal, tal como, por exemplo, uma porção de borda longitudinal.
As placas de trocador de calor podem ser unidas ao longo de toda periferia do mesmo, e através disso fecha efetivamente o primeiro canal.
O restritor de desvio pode estar em contato com a porção de borda do segundo dos membros trocadores de calor.
O restritor de desvio pode assim impedir completamente um fluxo de desvio.
O restritor de desvio pode ser unido com a porção de borda do segundo dos membros trocadores de calor.
Tal união pode ser alcançada por soldagem ou brasagem, e assim, efetivamente, também é formada a conexão entre os membros trocadores de calor. A necessidade por um parafuso separado para manter unidas as unidades é assim eliminada.
O restritor de desvio pode ser fornecido pela porção de borda do membro de trocador de calor ao ser dobrado para formar um flange.
Por exemplo, o flange pode ser formado ao se dobrar uma ou ambas as placas de trocador de calor que formam o membro de trocador de calor.
Como uma alternativa, o restritor de desvio pode ser formado por uma crista na proximidade imediata da borda de uma ou ambas as placas de trocador de calor que formam o membro de trocador de calor.
A crista pode ser formada na borda da placa, ou a mesma pode estar levemente espaçada da borda. Tipicamente, a crista se estende em paralelo à borda do membro de trocador de calor. O espaçamento da borda pode ser na ordem de 1 a 5 mm, preferencialmente de 1 a 2 mm.
Pelo menos um dos membros trocadores de calor pode ser formado por um par de placas trocadoras de calor unidas.
Como uma alternativa, pelo menos um dos membros trocadores de calor pode ser formado por um corpo substancialmente tubular.
Pelo menos uma dentre uma entrada e uma saída do segundo canal é aberta para uma cavidade em que o trocador de calor deve ser colocado.
Por conseguinte, o refrigerante é introduzido na cavidade, e então levado a fluir através do pacote de trocador de calor. De acordo com um segundo aspecto, é fornecido um sistema de arrefecimento de óleo, que compreende uma cavidade que tem uma entrada de meio de arrefecimento líquido e uma saída de meio de arrefecimento líquido; uma entrada de óleo para que um óleo seja arrefecido e uma saída de óleo para um óleo arrefecido; um trocador de calor, conforme descrito acima, sendo que o dito trocador de calor é substancialmente confinado na dita cavidade.
A parede externa do trocador de calor pode ser espaçada de uma parede correspondente da cavidade.
Um restritor de fluxo pode ser disposto para impedir o meio de arrefecimento de fluir para fora da parede externa do trocador de calor.
De acordo com um terceiro aspecto, é fornecido um método parra arrefecer um óleo em um veículo que usa um sistema de arrefecimento de óleo conforme descrito acima, sendo que o método compreende fazer com que o óleo seja arrefecido para fluir da entrada de óleo através do primeiro canal para a saída de óleo, e fazer com que o meio de arrefecimento líquido flua da entrada de meio de arrefecimento através do segundo canal para a saída de meio de arrefecimento.
No método, parte do meio de arrefecimento líquido pode ser levada a fluir para fora da parede externa do trocador de calor.
No método, parte do meio de arrefecimento líquido pode ser levada a fluir entre o restritor de desvio e a porção de borda do segundo um dos membros trocadores de calor.
No método, parte do meio de arrefecimento líquido pode ser pelo menos parcialmente, de preferência inteiramente, impedida de fluir entre o restritor de desvio e a porção de borda do segundo um dos membros trocadores de calor.
Como uma alternativa, o meio de arrefecimento líquido pode ser impedido de fluir para fora da parede externa do trocador de calor.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva de uma pilha de trocador de calor, de acordo com uma primeira modalidade da presente revelação.
As Figuras la e 1b são vistas esquemáticas em corte da pilha de trocador de calor da Figura 1 obtidas ao longo das linhas la-la e lb-lb, respectivamente.
A Figura 1c é uma vista esquemática em perspectiva de uma placa de trocador de calor que forma parte da pilha de trocador de calor da Figura 1.
A Figura ld é uma vista esquemática em corte de outra modalidade do restritor de desvio.
A Figura le é uma vista esquemática em corte de ainda outra modalidade do restritor de desvio.
A Figura 2 é uma vista esquemática em perspectiva de uma pilha de trocador de calor de acordo com uma segunda modalidade da presente revelação.
As Figuras 2a e 2b são vistas esquemáticas em corte da pilha de trocador de calor da Figura 2 obtidas ao longo das linhas 2a-2a e 2b-2b, respectivamente.
A Figura 3 é uma vista esquemática em perspectiva de uma placa de trocador de calor de acordo com outra modalidade da presente revelação.
A Figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva de uma placa de trocador de calor de acordo com ainda outra modalidade da presente revelação.
A Figura 5 é uma vista esquemática em corte de um sistema de arrefecimento de óleo em que uma pilha de trocador de calor, de acordo com qualquer uma das modalidades reveladas no presente documento pode ser usada.
A Figura 6 é uma vista esquemática em corte de uma modalidade alternativa de um sistema de arrefecimento de óleo.
A Figura 7 é uma vista esquemática em corte de uma porção de um trocador de calor de acordo com outra arquitetura.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
A Figura 1 ilustra um trocador de calor de placa empilhada 1 formado por três membros de trocador de calor unidos 10. O trocador de calor tem primeira e segunda portas 3, 4, que tipicamente são usadas para o meio ser resfriado e primeira e segunda aberturas 5, 6, que tipicamente são usadas para o meio de arrefecimento. Entende-se que as portas 3, 4 podem ser usadas para o meio de arrefecimento e as aberturas 5, 6 podem ser usadas para o meio ser resfriado.
O trocador de calor 1 apresenta uma parede externa 2, que é formada por flanges 11 dos membros de trocador de calor 10. Os flanges formam restritores de desvio.
Na modalidade ilustrada na Figura 1, o flange não entra em contato com o membro de trocador de calor adjacente. Por conseguinte, um fluxo de desvio FCB será reduzido, mas não inteiramente impedido. No caso em que seja desejável a impedir inteiramente o fluxo de desvio FCB, então os flanges podem ser designados para entrarem em contato com o membro de trocador de calor adjacente (Figuras ld, le) , possivelmente ao longo de todo comprimento do flange 11. É possível também unir os membros trocadores de calor entre si ao fixar o flange ao membro de trocador de calor adjacente, por exemplo, por brasagem, solda branca ou soldagem. Como uma alternativa, uma cola pode ser usada para alcançar a fixação. Um vedador pode ser usado para fornecer uma vedação entre o flange e o membro de trocador de calor adjacente.
Em relação às Figuras la e lb, as portas 3, 4 são conectadas a um primeiro canal 12, que é formado dentro de cada membro de trocador de calor 10. Cada membro de trocador de calor 10 é formado por um par de placas de trocador de calor 17, 18, que são unidas em suas periferias e nas portas 3, 4 .
Uma porção de borda de cada membro de trocador de calor é dobrada para proporcionar o flange 11. Na modalidade ilustrada nas Figuras la e lb, o flange é formado por uma dobra fornecida em uma das placas 18, enquanto que a porção de borda da outra placa 17 é dobrada na direção oposta, em direção à placa 18.
A Figura 1c ilustra esquematicamente uma placa de trocador de calor 18 designada para um fluxo de refrigerante que é substancialmente paralelo às bordas longas da placa de trocador de calor, e que assim é inteiramente aberta em suas bordas curtas.
Em relação à Figura ld, o restritor de desvio, aqui na forma de um flange 11, pode se estender por todo caminho até o membro de trocador de calor adjacente, e assim impedir inteiramente um fluxo de desvio.
Conforme ilustrado na Figura ld, ambas as placas 17, 18 podem ser dobradas na mesma direção, tal que ambas formem parte do flange 11.
Conforme mencionado acima, como uma alternativa, e conforme ilustrado na Figura le, as bordas das placas podem ser dobradas em direções diferentes, em que uma delas se estende além da outra e por todo caminho até o membro de trocador de calor adjacente, e assim impede inteiramente um fluxo de desvio.
A Figura 2 ilustra esquematicamente uma modalidade de um trocador de calor 1', formado por vários membros de trocadores de calor 10', em que o restritor de desvio 11' é formado como uma crista que se estende ao longo da borda periférica de uma porção do membro de trocador de calor 10'.
As Figuras 2a e 2b ilustra esquematicamente a configuração de cada membro de trocador de calor 10' dessa modalidade. Como pode ser visto, na porção direita da Figura 2a, cada placa 17', 18' é formada com uma crista ao longo de sua borda que forma o restritor de desvio 11' . Quando as unidades 10' são unidas, os restritores de desvio 11' formam uma parede externa 2' do trocador de calor. Essa parede externa pode, desde que as cristas de membros de trocador de calor adjacentes 10' entrem em contato entre si, impedir efetivamente o fluxo de desvio FCB- Embora não ilustrados, os restritores de desvio 11' podem ser dispostos ao longo de ambas as bordas longas e, se desejado, também ao longo de uma porção das bordas curtas.
É possível também unir os membros trocadores de calor 10' entre si ao fixar a crista 11' na crista 11' do membro de trocador de calor adjacente 10' , por exemplo, por brasagem, solda branca ou soldagem. Uma cola pode também ser usada para alcançar tal fixação. É possível fornecer um vedador para vedar o espaço entre as cristas.
Em relação à Figura 3, é ilustrada uma modalidade em que as aberturas 5, 6 são menores que a largura do trocador de calor, e onde ambas as aberturas 5, 6 são dispostas no mesmo lado de uma linha central longitudinal C da placa de trocador de calor 18'' . A maioria das bordas curtas é revestida por um flange 11''.
Em relação à Figura 4, é ilustrada uma modalidade em que as aberturas 5, 6 são menores que a largura do trocador de calor, e onde as aberturas 5, 6 são dispostas em lados diferentes da linha central longitudinal C da placa de trocador de calor 18'''. A maioria das bordas curtas é revestida por um flange 11'''.
As placas 17, 18; 17', 18'; 17'', 18'' que formam o membro de trocador de calor podem ser unidas por brasagem ou soldagem, como é convencional.
Ademais, os membros trocadores de calor 10, 10', 10'' podem ser unidos por brasagem ou soldagem em torno das portas 3, 4 e opcionalmente, também, de maneira periférica pelo flange 11, 11', 11'' de um membro de trocador de calor ao ser brasado ou soldado na a periferia de um membro de trocador de calor adjacente.
Em relação à Figura 5, é revelado um sistema de trocador de calor que compreende um trocador de calor 10, 10', que é disposto em uma cavidade 8. Uma entrada de meio de arrefecimento 60 e uma saída de meio de arrefecimento 50 são conectados na cavidade, tal que o meio de arrefecimento é permitido a entrar na abertura 5 do trocador de calor 10, 10' e sair pela abertura 6 do trocador de calor 10, 10', e assim fluir por meio de um canal 7 na direção indicada pela seta Fc .
O óleo a ser arrefecido pode entrar por uma porta 4 e sair por uma porta 3 por meio de um canal 12, e assim flui na direção indicada por Fo. Nota-se que os fluxos Fo e Fc podem ser dispostos na mesma direção ou como contrafluxos.
Em relação à Figura 6, é revelado um sistema de trocador de calor, que é similar ao ilustrado na Figura 5, exceto onde os restritores de fluxo 70 são posicionados em torno do trocador de calor 10, 10', e assim impede inteiramente qualquer refrigerante de fluir em torno do trocador de calor. Tais restritores de fluxo 70 podem ser combinados com restritores de desvio 11, 11' que se estendem pelo menos de uma posição a jusante dos restritores de fluxo 70. Os restritores de fluxo 70 podem ser fornecidos na forma de tiras de vedação ou vedadores dispostos a vedar o espaço entre o trocador de calor 10, 10' e a parede de cavidade.
A Figura 7 mostra um trocador de calor formado por uma pluralidade de membros de trocador de calor 10'''a, 10'''b, sendo que cada qual é formado como um membro substancialmente tubular que tem um flange que se estende ao longo de sua direção de comprimento. Cada membro pode ser formado ao rolar ou dobrar um pedaço de metal laminado ou por extrusão. Em ambos os casos, a formação do membro tubular pode ser seguido por uma etapa de achatamento e/ou por inserção de uma estrutura de flange adicional para aumentar uma transferência de calor.
O trocador de calor pode ser formado conforme ilustrado por uma pluralidade de membros de trocador de calor idênticos, que são dispostos tal que seus respectivos flanges formam toda ou uma parte de uma parede externa. Os membros de trocador de calor são dispostos tal que todo flange de todo segundo membro de trocador de calor forma parte da parede externa direita e os flanges dos membros de trocador de calor remanescentes formam uma parte respectiva da parede externa esquerda.
O comprimento do flange pode variar de acordo com várias modalidades. Na modalidade ilustrada, cada flange tem um comprimento correspondente à distância do segundo para o 5 próximo membro de trocador de calor. Entretanto, flanges mais longos são concebíveis, por exemplo, com um comprimento correspondente ao n para o próximo membro de trocador de calor, onde n é um número par.
Em ainda outra alternativa, os membros trocadores 10 de calor que formam os membros de trocador de calor mais externos podem ter um respectivo flange, em que cada qual forma uma respectiva parede externa, enquanto que os membros de trocador de calor remanescentes não têm nenhum flange, mas são confinados pelos flanges dos dois membros de trocador de 15 calor mais externos.

Claims (8)

1. TROCADOR DE CALOR de tipo integrado de fluxo único (1, 1’) para uso como um arrefecedor de óleo, onde o trocador de calor (1, 1’), durante uso, provê para um fluxo de óleo integrado e é imerso em um meio de arrefecimento, o trocador de calor (1, 1’) compreendendo: pelo menos dois membros alongados de trocadores de calor (10, 10’), em que cada qual confina um primeiro canal respectivo (12) e cada um sendo formado por um par de placas trocadoras de calor (17, 18); em que um segundo canal (7) é formado entre os pelo menos dois membros de trocadores de calor (10, 10’); uma porção de borda de um primeiro dentre um dos membros de trocadores de calor (10, 10’), apresenta um restritor de desvio (11, 11’, 11’’, 11’’’) que se estende em direção a uma porção de borda de um segundo dentre um dos membros de trocadores de calor (10, 10’) para impedir ou reduzir um desvio de um fluxo para/do segundo canal (7), e o restritor de desvio (11, 11’, 11’’, 11’’’) forma uma parede externa (2, 2’) do trocador de calor (1, 1’), em que o trocador de calor (1, 1') compreende uma entrada e uma abertura de saída (5, 6) para o meio de arrefecimento cujas aberturas são dispostas ao longo de uma linha central longitudinal (C) das placas do trocador de calor (17,18), caracterizado por a borda de uma (17) do par de placas trocadoras de calor (17, 18) ser dobrada em uma direção, enquanto a borda da outra (18) do par de placas trocadoras de calor (17, 18) é dobrada na direção oposta à outra (17) do par de placas do trocador de calor (17, 18), com uma das bordas se estendendo além da outra e até o membro de trocador de calor adjacente (10, 10’), formando assim o restritor de desvio (11, 11’, 11’’, 11’’’), em que o restritor de desvio (11, 11', 11'', 11’’’) se estende continuamente ao longo de pelo menos uma parte da dita porção de borda do dito primeiro dos membros de trocador de calor (10, 10') e em paralelo com uma direção de fluxo principal no segundo canal (7), e preferivelmente ao longo de pelo menos 1/4, 1/3, 1/2, 2/3 ou 3/4 de um comprimento do segundo canal (7); o restritor de desvio (11, 11’, 11’’, 11’’’), ao longo de sua extensão, fornece uma vedação contínua contra o segundo dos membros do trocador de calor (10, 10’).
2. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo restritor de desvio (11’, 11’’, 11’’’) estar em contato com a porção de borda do segundo dos membros do trocador de calor (10, 10’), e/ou em que o restritor de desvio (11’, 11’’, 11’’’) está unido com a porção de borda do segundo dos membros do trocador de calor.
3. TROCADOR DE CALOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por pelo menos uma dentre a entrada (6) e a saída (5) do segundo canal ser aberta para uma cavidade (8) na qual o trocador de calor (10, 10’) deve ser colocado.
4. SISTEMA DE ARREFECIMENTO DE ÓLEO, caracterizado por compreender: uma cavidade (8) que tem uma entrada de meio de arrefecimento líquido (60) e uma saída de meio de arrefecimento líquido (50); uma entrada de óleo (4) para o óleo ser arrefecido e uma saída de óleo (3) para um óleo arrefecido; um trocador de calor (10, 10’), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que o dito trocador de calor é confinado na dita cavidade (8).
5. SISTEMA DE ARREFECIMENTO DE ÓLEO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela parede externa (2, 2’) do trocador de calor ser espaçada de uma parede correspondente da cavidade (8).
6. SISTEMA DE ARREFECIMENTO DE ÓLEO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado por um restritor de fluxo (70) ser disposto para impedir o meio de arrefecimento de fluir para fora da parede externa (2, 2’) do trocador de calor.
7. MÉTODO PARA ARREFECER UM ÓLEO EM UM VEÍCULO ao usar um sistema de arrefecimento de óleo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por compreender: fazer com que o óleo seja arrefecido para fluir da entrada de óleo (4) através do primeiro canal (12) para a saída de óleo (3), e fazer com que o meio de arrefecimento líquido flua da entrada de meio de arrefecimento (60) através do segundo canal (7) para a saída de meio de arrefecimento (50).
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por parte do meio de arrefecimento líquido fluir para fora da parede externa (2, 2’) do trocador de calor e/ou parte do meio de arrefecimento líquido ser levada a fluir entre o restritor de desvio (11, 11’, 11’’, 11’’’) e a porção de borda do segundo dos membros de trocadores de calor.
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