BR112015008246B1

BR112015008246B1 - trocador de calor

Info

Publication number: BR112015008246B1
Application number: BR112015008246-7A
Authority: BR
Inventors: Jürgen Kaiser; Boris Kerler; Alexander Meiser; Wael Nassar; Martin Paarmann
Original assignee: Mahle International Gmbh
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2020-11-17
Also published as: EP2909562B1; US20150292813A1; BR112015008246A2; EP2909562A1; US10215502B2; WO2014064036A1; CN104704314A; CA2881876A1; DE102012219268A1

Abstract

"TROCADOR DE CALOR". A invenção refere-se a um trocador de calor (1) para trocar calor entre um primeiro fluido e um segundo fluido que compreende um bloco (2) para conduzir os dois fluidos separadamente e de modo a trocar calor, sendo que o dito bloco tem vários primeiros tubos planos (3) através dos quais o primeiro fluido flui e que compreendem um lado de tubo estreito (4) e um lado de tubo amplo (5), e compreende uma caixa (8) que tem uma base (7), sendo que os ditos tubos planos (3) são guiados para dentro da caixa (8) através de aberturas passantes correspondentes (6) na base (7). Cada abertura passante (6) tem pelo menos uma borda elevada (9) que circunda o tubo plano correspondente (3). Os lados de borda ampla (10) são mais altos que os lados de borda estreita (11) e realizam transição entre si através de uma inclinação correspondente (12). É essencial para a invenção que uma reentrância (13) seja fornecida na região da inclinação (12), sendo que a altura (hl) da dita reentrância é mais baixa do que a altura (h2) do lado de borda estreita (11), e uma borda de superfície de contato (14) de uma superfície de contato (16) entre a borda (9) e o tubo plano (3) tem uma altura mais baixa (h5(...).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um trocador de calor para trocar calor entre um primeiro fluido e um segundo fluido, de acordo com a frase introdutória da reivindicação 1. A invenção se refere adicionalmente a uma base para tal trocador de calor.

[0002] A partir do documento ns WO 2008/071362 A1, um trocador de calor genérico, por exemplo, na forma de um resfriador, é conhecido, que compreende um bloco para conduzir os dois fluidos separadamente e de modo a trocar calor, sendo que o dito bloco tem vários tubos planos através dos quais o primeiro fluido flui e que compreendem um lado de tubo estreito e um lado de tubo amplo. Os tubos planos terminam respectivamente no lado de extremidade longitudinal em uma base de uma caixa, em que os tubos planos são guiados para dentro da caixa através de aberturas passantes correspondentes na base. Cada uma das aberturas passantes na base tem, no presente documento, uma borda elevada que circunda o tubo plano correspondente, em que os lados de borda ampla são geralmente mais altos do que os lados de borda estreita e realizam transição entre si através de uma inclinação correspondente.

[0003] Uma desvantagem no trocador de calor conhecido, contudo, é que devido às diferenças de altas temperaturas, as tensões ocorrem na região da inclinação entre o lado de borda ampla e o lado de borda estreita na base do trocador de calor, que têm um efeito desvantajoso na vida útil do trocador de calor.

[0004] A presente invenção se refere, portanto, ao problema de indicar uma modalidade aprimorada para um trocador de calor do tipo genérico que é distinguido em particular por uma vida útil mais longa.

[0005] Esse problema é solucionado de acordo com a invenção pela matéria das reivindicações independentes. Modalidades vantajo- sas são a matéria das reivindicações dependentes.

[0006] A presente invenção é baseada na ideia geral de fornecer, na região de uma inclinação, através da qual um lado de borda ampla realiza transição para um lado de borda estreita inferior, uma reentrância arredondada em particular, cuja altura é mais baixa do que aquela do lado de borda estreita, em que as tensões na região dos cantos dos tubos planos, que são limitados pela respectiva borda da abertura passante, podem ser reduzidas em aproximadamente 14%, e a vida útil pode ser aumentada em aproximadamente 50%. Geralmente, no presente documento, o trocador de calor, de acordo com a invenção, é construído conforme a seguir: tem um bloco para o direcionamento separado e para a troca de um primeiro e de um segundo fluidos, em que esse bloco tem vários tubos planos, através dos quais flui o primeiro fluido, com um lado de borda estreita e com um lado de borda ampla. Os tubos planos são introduzidos, no presente documento, através de aberturas passantes correspondentes em uma base em uma caixa e conectados fluidicamente com a mesma. Cada uma dessas aberturas passantes tem uma borda elevada que circunda o tubo plano associado, em que os lados de borda ampla dessa borda são mais altos do que os lados de borda estreita e realizam transição entre si através de uma inclinação correspondente. De acordo com a invenção, na região dessa inclinação, em particular em uma região de canto, a reentrância é fornecida agora, cuja altura é mais baixa do que aquela do lado de borda estreita e que leva à redução de tensão descrita previamente. Além disso, uma borda de superfície de contato de uma superfície de contato entre a borda e o tubo plano na região da reentrância tem uma altura menor que na região do lado de borda estreita. Isso contribui substancialmente para reduzir as tensões que ocorrem na região de canto do tubo plano. O fornecimento dessa reentrância levou, de uma maneira surpreendente, a uma diminuição notá vel na tensão e, logo, a um aumento notável na vida útil do trocador de calor.

[0007] Apropriadamente, a altura da reentrância arredondada em particular corresponde a aproximadamente metade da altura do lado de borda ampla. Pela variação das alturas das reentrâncias, pôde ser estabelecido que a redução da tensão nos cantos dos tubos planos foi maior quando a altura da reentrância correspondida a aproximadamente metade da altura do lado de borda ampla. A variação da altura foi realizada, no presente documento, após a constatação surpreendente do efeito da reentrância, de acordo com a invenção. A reentrância pode apresentar, no presente documento, tanto uma geometria arredondada, angulada quanto afunilada.

[0008] A altura do lado de borda ampla pode ser, por exemplo, de aproximadamente 7 mm, em que, então, a altura da reentrância seja de aproximadamente 3,5 mm. Esses dados são concebíveis em particular para os trocadores de calor atuais, tais como são usados, por exemplo, como resfriadores em veículos motorizados.

[0009] Vantagens e recursos importantes adicionais da invenção surgirão das reivindicações independentes, a partir dos desenhos e da descrição da Figura associada com o auxílio dos desenhos.

[0010] Deve-se entender que os recursos mencionados acima e que estão explicados mais abaixo podem ser usados não apenas na combinação indicada respectivamente, mas também em outras combinações ou isolados, sem se afastar do escopo da presente invenção.

[0011] As modalidades exemplificativas preferenciais da invenção são ilustradas nos desenhos e são explicadas em mais detalhes na descrição a seguir, em que a mesma referência numérica se refere a componentes idênticos ou similares, ou idênticos de modo funcional.

[0012] Mostra-se, no presente documento, de modo respectivamente e diagramático, A Figura 1 é um recorte de um trocador de calor, de acordo com a invenção, A Figura 2 é uma ilustração detalhada de uma base do trocador de calor com uma reentrância disposta na região de uma inclinação de uma borda, A Figura 3 é uma ilustração, conforme na Figura 2, mas de uma perspectiva diferente, A Figura 4a é uma ilustração detalhada de uma base de um trocador de calor, de acordo com a técnica anterior com uma borda dobrada para fora sobre o lado de borda estreita e com uma borda de superfície de contato, desenhada em linhas tracejadas, entre a base e o tubo plano, A Figura 4b é um tubo plano com uma borda de superfície de contato, desenhado em linhas tracejadas, a uma base, de acordo com a técnica anterior, A Figura 5a é uma ilustração, conforme na Figura 4a, mas com um trocador de calor/base, de acordo com a invenção, A Figura 5b é uma ilustração, conforme na Figura 4b, mas com uma borda de superfície de contato, desenhada em linhas tracejadas, em um trocador de calor/base, de acordo com a invenção.

[0013] De acordo com a Figura 1, um trocador de calor 1, de acordo com a invenção para trocar calor entre um primeiro e um segundo fluido, por exemplo, para trocar calor entre o ar e o refrigerante, tem um bloco 2 para conduzir os dois fluidos separadamente e de modo a trocar calor, sendo que o dito bloco tem vários tubos planos 3 através dos quais o primeiro fluido flui e que compreendem um lado de tubo estreito 4 e um lado de tubo amplo 5. Os tubos planos 3 são guiados em uma caixa 8 através das aberturas passantes correspondentes 6 (consulte também as Figuras 2 e 3) em uma base 7 e, desse modo, são conectados fluidicamente com os mesmos. Cada uma das abertu ras passantes 6 tem uma borda elevada 9 que circunda o tubo plano correspondente 3, em que os lados de borda ampla 10 são mais altos que os lados de borda estreita 11 e realizam transição entre si através de uma inclinação correspondente 12 (consulte em particular a Figura 3). De acordo com a invenção, na região dessa inclinação 12, uma reentrância arredondada 13 é fornecida agora, cuja altura lη é mais baixa do que a altura h2 do lado de borda estreita 11 e, evidentemente, também é mais baixa que a altura h3 do lado de borda ampla 10. Através da reentrância arredondada 13, uma tensão em um tubo plano 3 circundado pela borda 9 pode ser reduzida de modo notável, por exemplo, em 14%, enquanto a vida útil do trocador de calor 1 pode ser aumentada em quase 50%.

[0014] A altura h-i da reentrância arredondada 13 corresponde preferencialmente, no presente documento, a aproximadamente metade da altura h3 do lado de borda ampla, de modo que, por exemplo, com uma altura h3 de aproximadamente 7 mm, a altura hi da reentrância 13 seja aproximadamente 3,5 mm. Conforme pode ser observado em particular a partir das ilustrações detalhadas nas Figuras 2 e 3, a reen-trância 13 encontra-se diretamente contra o lado de borda estreita 11 e realiza transição, então, através da inclinação 12 no lado de borda ampla 10.

[0015] Contudo, uma proteção não deve apenas ser solicitada exclusivamente, no presente documento, para o trocador de calor 1, de acordo com a invenção, mas adicionalmente também para a base 7, conforme é ilustrado como um segmento individual, por exemplo, nas Figuras 2 e 3. Uma base 7 de quase qualquer comprimento desejável pode ser composta, dessa forma, de tais segmentos individuais. Tal base 7, isto é, tal elemento de base 7’, tem uma abertura passante 6 com uma borda elevada 9 que circunda o mesmo, em que os lados de borda ampla 10 são mais altos que os lados de borda estreita 11 e realizam transição entre si através de uma inclinação correspondente 12. Cada um dos elementos de base T tem, no presente documento, na região da inclinação 12 a reentrância arredondada 13 mencionada anteriormente, cuja altura h1é mais baixa do que a altura h2 do lado de borda estreita. No total, quatro reentrâncias 13 são fornecidas, desse modo, na borda circunferencial 9 para cada elemento de base 7’ ou respectivamente para cada base 7. A base 7 ou o elemento de base associado Trespectivamente pode ser construído, por exemplo, como uma parte conformada de chapa de metal.

[0016] Com a reentrância 13, de acordo com a invenção, é possível reduzir de modo notável a tensão que atua em particular nos tubos planos 3 e, assim, aumentar de modo notável a vida útil do trocador de calor 1.

[0017] Observando as Figuras 4a e 4b, um trocador de calor T de acordo com a técnica anterior é mostrado na mesma, por exemplo, de acordo com o documento n9 DE 10 2011 075 071 A1, no qual a borda 9’ é dobrada para fora sobre o lado de borda estreita 11’. Isso leva a uma borda de superfície de contato 14‘ entre a borda 9’ e o tubo plano 3’ no lado de borda estreita 11’ que se estende na mesma altura h, como na região da reentrância arredondada 13’, conforme é ilustrado claramente na Figura 4b. A borda de superfície de contato 14’ é desenhada, no presente documento, em linhas tracejadas e constitui uma borda de uma superfície de contato 16’ entre a borda 9’ e o tubo plano 3’. A altura h4 da borda de superfície de contato 14 na região do lado de borda estreita 11’ corresponde, portanto, à altura h5 da borda de superfície de contato 14’ na região da reentrância 13’.

[0018] Por outro lado, no trocador de calor 1, de acordo com a invenção, de acordo com a Figura 1 a 3 e 5, a borda de superfície de contato 14 na região da reentrância 13 também tem, de uma maneira análoga à mesma, um arredondamento 15, que contribui substancial mente para reduzir as tensões que ocorrem na região de canto do tubo plano 3. Isso é mostrado bem claramente na Figura 5b, mas também na Figura 5a. Pode-se ver claramente que a borda de superfície de contato 14 na região da reentrância 13 se estende abaixo da borda de superfície de contato 14 na região do lado de borda estreita 11. A superfície de contato 16 é rebaixada, em conformidade, na região da reentrância 13. A borda de superfície de contato 14 tem, portanto, na região da reentrância 13 uma altura mais baixa h5 do que na região do lado de borda estreita 11, isto é, a altura h4 da borda de superfície de contato 14 na região do lado de borda estreita 11 é maior do que na região da reentrância 13.

[0019] A altura h4 da borda de superfície de contato 14 é, além disso, mais baixa na região do lado de borda estreita 11 do que a altura h3 da borda 9 na região do lado de borda ampla 10. O mesmo também se aplica à altura h5 da borda de superfície de contato 14 na região da reentrância 13.

[0020] Adicionalmente, para o alívio do tubo plano 3, a borda 9 na região de canto, isto é, na região da reentrância 13, pode ter uma espessura de parede reduzida.

Claims

1. Trocador de calor (1) para trocar calor entre um primeiro fluido e um segundo fluido, - com um bloco (2) para conduzir os dois fluidos separadamente e de modo a trocar calor, sendo que o bloco tem vários tubos planos (3) através dos quais o primeiro fluido flui e que compreendem um lado de tubo estreito (4) e um lado de tubo amplo (5), - com uma caixa (8) que tem uma base (7), sendo que os tubos planos (3) são guiados na caixa (8) através de aberturas passantes correspondentes (6) na base (7), - em que cada abertura passante (6) tem pelo menos uma borda elevada (9) que circunda o tubo plano correspondente (3), - em que os lados de borda ampla (10) são mais altos que os lados de borda estreita (11) e realizam transição entre si através de uma inclinação correspondente (12), caracterizado pelo fato de que - uma reentrância (13) é fornecida na região da inclinação (12), sendo que a altura (hi) da reentrância é mais baixa do que a altura (F12) do lado de borda estreita (11), e - uma borda de superfície de contato (14) de uma superfície de contato (16) entre a borda (9) e o tubo plano (3) tem uma altura mais baixa (hs) na região da reentrância (13) do que na região do lado de borda estreita (11).

2. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a altura (hi) da reentrância (13) corresponde a metade da altura (ha) do lado de borda ampla (10).

3. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que - a altura (hs) do lado de borda ampla (10) é de 7 mm, e/ou - a altura (hi) da reentrância (13) é de 3,5 mm.

4. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a altura tu da borda de superfície de contato (14) na região do lado de borda estreita (11) é mais baixa do que a altura th da borda (9) na região do lado de borda ampla (10).

5. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a reentrância (13) encontra-se diretamente contra o lado de borda estreita (11).