BRPI0415965B1

BRPI0415965B1 - Canal de corrente para um trocador de calor e trocador de calor com canais de corrente desse tipo

Info

Publication number: BRPI0415965B1
Application number: BRPI0415965-9A
Authority: BR
Inventors: Geskes Peter; Lutz Rainer; Maucher Ulrich; Schindler Martin; Schmidt Michael
Original assignee: MAHLE Behr GmbH & Co. KG
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2018-06-12
Also published as: US20120067557A1; EP2267393B1; BRPI0415965A; EP2267393A2; WO2005052490A1; EP1682842A1; EP2267393A3; US20070107882A1; JP2007510122A; ES2496943T3; KR20060101481A; CN1875240B; CN1875240A; DE102004045923A1; EP1682842B1

Abstract

"canal de corrente para um trocador de calor e trocador de calor com canais de corrente desse tipo". a presente invenção refere-se a um canal de corrente, de um trocador de calor, com duas superfícies do trocador de calor (f1, f2), dispostas paralelamente e/ou com intervalo de uma altura do canal h, que apresentam, respectivamente, uma estrutura formada de uma infinidade de elementos estruturais que se projetam para dentro do canal de corrente, dispostos um ao lado do outro em fileiras, transversalmente à direção de corrente p, sendo que, os elementos estruturais apresentam, respectivamente, uma largura b, um comprimento l, uma altura h, um ângulo de escoamento <244>, bem como, uma sobreposição ü e um eixo longitudinal.

Description

(54) Título: CANAL DE CORRENTE PARA UM TROCADOR DE CALOR E TROCADOR DE CALOR COM CANAIS DE CORRENTE DESSE TIPO (51) Int.CI.: F28F 13/12; F28F 1/40; F28F 3/04 (30) Prioridade Unionista: 28/10/2003 DE 103 50 418.4 (73) Titular(es): MAHLE BEHR GMBH & CO. KG (72) Inventor(es): PETER GESKES; RAINER LUTZ; ULRICH MAUCHER; MARTIN SCHINDLER; MICHAEL SCHMIDT

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CANAL DE CORRENTE PARA UM TROCADOR DE CALOR E TROCADOR DE CALOR COM CANAIS DE CORRENTE DESSE TIPO.

[001] A presente invenção refere-se a um canal de corrente de um trocador de calor que pode ser atravessado por um meio em uma direção de corrente. Além disso, a invenção se refere a um trocador de calor com canais de corrente.

[002] Canais de corrente para trocadores de calor são atravessados por um primeiro meio, por exemplo, um gás de exaustão ou um meio de resfriamento fluido, e limitam este primeiro meio em relação a um segundo meio, para o qual o calor do primeiro meio deve ser transmitido. Canais de corrente desse tipo podem ser tubos com seção transversal redonda, tubos retangulares, tubos chatos ou também pares de discos, nos quais duas placas ou discos estão ligados no lado da borda. No mais das vezes, os meios que estão em troca de calor entre si são diferentes, por exemplo, nos tubos corre um gás de exaustão quente, carregado com partículas de fuligem, e no lado externo os tubos de gás de exaustão são circulados por um meio de resfriamento fluido, o que tem como consequência relações diferentes de transmissão de calor no lado interno e no lado externo dos tubos. Por isso, em particular, para tubos de gases de exaustão foi sugerido, dispor em seu lado interno produtores de turbulência dispostos em forma de V e em forma de difusor, que proporcionam um turbilhonamento da corrente e um aperfeiçoamento da passagem de calor no lado de gases de exaustão, bem como, ao mesmo tempo, impedem um depósito de fuligem. Soluções desse tipo para trocadores de calor de gases de exaustão são depreendidas das seguintes publicações de patentes da requerente: EP-A 677 715, DE-A 195 40 683, DE-A 196 54 367 e DE-A 196 54 368. Esses conhecidos trocadores de calor de gases de exaustão apresentam tubos retangulares de aço inoxidável, que são compostos

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2/16 de duas meias-conchas soldadas entre si, nas quais os produtores de turbulência, os chamados winglets estão moldados ou estampados, e estão dispostos, um após o outro. Os pares de winglets das duas meias-conchas estão dispostos deslocados, um contra o outro, ou na direção longitudinal dos tubos, isto é, na direção da corrente (patente DE 196 54 367, DE 196 54 368), ou estão dispostos ficando um contra o outro (patente DE 195 40 683).

[003] Na patente DE-A 101 27 084 da requerente foi sugerido um trocador de calor, em particular um resfriador de ar/ meio de resfriamento com tubos chatos e nervuras onduladas, no qual os lados chatos dos tubos chatos apresentam uma estrutura constituída de elementos estruturais. Os elementos estruturais são executados alongados, estão dispostos em forma de V em fileiras, transversalmente à direção de corrente do meio de resfriamento, ou transversalmente ao eixo longitudinal dos tubos, e funcionam como produtores de turbilhonamento, a fim de aumentar a passagem de calor para o lado do meio de resfriamento. Os produtores de turbilhonamento estão fixados nas duas paredes do tubo que ficam opostas, e se projetam para dentro na corrente do meio de resfriamento. As fileiras de produtores de turbilhonamento em um lado do tubo chato estão deslocadas na direção da corrente, em relação às fileiras no outro lado do tubo chato. Com isso, também é possível dimensionar a altura que se projeta para dentro dos produtores de turbilhonamento maior do que a metade da largura da seção transversal do tubo chato.

[004] Através da patente EP-A 1 061 319 ficou conhecido um tubo chato para um resfriador de veículo automotor, que em seus lados chatos apresenta uma estrutura, que é constituída de elementos estruturais individuais alongados, dispostos em fileiras. Nesse caso, na direção da corrente estão dispostas fileiras, com elementos estruturais, alinhados de modo diverso, de tal modo que a corrente no interior do

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3/16 tubo chato é desviada em forma de ziguezague. Contudo, em particular as fileiras com elementos estruturais estão dispostas em um lado do tubo chato na direção da corrente, deslocadas em relação ao lado do tubo chato que fica oposto. Em frente a uma fileira de elementos estruturais está, portanto, respectivamente, uma área plana da parede interna do tubo chato. A corrente dentro do tubo do meio de resfriamento, com isso, é influenciada alternadamente pelos elementos estruturais de um ou de outro lado do tubo chato, todavia não é influenciada simultaneamente. Com isso, entre outras coisas, deve ser evitado um entupimento dos tubos. Com respeito à capacidade de transmissão de calor, nesse caso, verificam-se ainda potenciais.

[005] A tarefa da presente invenção é aperfeiçoar um canal de corrente, bem como, um trocador de calor do tipo mencionado no início, com respeito à sua capacidade de transmissão de calor, em particular, de aumentar a formação de turbulência e de turbilhonamento, sendo que, a perda de pressão deve aumentar em uma medida ainda aceitável.

[006] De acordo com a invenção está previsto que, os elementos estruturais dispostos, em particular, em fileiras, em um lado e no outro lado do canal de corrente ficam, em essência, opostos, portanto, vistos na direção da corrente, respectivamente, estão dispostos aproximadamente na mesma altura. Os elementos estruturais ou fileiras que ficam opostos, também podem estar deslocados, um em relação ao outro, na direção da corrente, sem dúvida, apenas na medida que ainda exista uma sobreposição. Com isso, simultaneamente, os elementos estruturais que se projetam para fora de uma e da outra superfície de transmissão de calor agarram elementos estruturais na corrente, que se projetam para dentro do canal de corrente, e causam um turbilhonamento na corrente que tem como consequência uma melhora na transmissão de calor no lado interno do canal de corrente. Além disso,

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4/16 por exemplo, no caso de uma corrente de gases de exaustão, sob condições é evitado um depósito de fuligem. Neste caso, a perda de pressão se mantém dentro de limites representativos. Com isto, a corrente dentro do canal de corrente é perturbada ao mesmo tempo em ambos os lados, isto é, as duas camadas limite são soltas simultaneamente, o que causa um turbilhonamento particularmente forte. Os elementos estruturais opostos ou fileiras de elementos estruturais podem se encontrar, também, sobre o lado externo do canal de corrente - no caso de um resfriador de gases de exaustão no lado do meio de resfriamento. [007] No âmbito da presente invenção, uma fileira de elementos estruturais é formada por um ou mais elementos estruturais, que na direção P estão dispostos, em essência, um ao lado do outro. Portanto, uma fileira também pode ser formada, em particular, por um único elemento estrutural, ao lado do qual, por exemplo, não estão dispostos quaisquer outros elementos estruturais.

[008] Execuções vantajosas da invenção prevêem diversas formas de execução dos elementos estruturais, sendo que estes podem ser construídos retos ou curvados, isto é, com um ângulo de escoamento constante ou variável. Através da alteração do ângulo de escoamento, a partir de um ângulo de incidência relativamente grande até um ângulo de escoamento, resulta um desvio suave da corrente e, com isto, uma perda de pressão um pouco reduzida. De acordo com uma outra execução vantajosa da invenção, os elementos estruturais dentro de uma fileira podem estar dispostos deslocados, isto é, os elementos estruturais estão certamente dispostos em uma fileira que passa transversal à direção de corrente, porém dispostos escalonados na direção de corrente. Neste caso, também resulta a vantagem de uma perda de pressão menor. Além disso, fileiras opostas, portanto, de um ou do outro lado do tubo chato, podem estar dispostas deslocadas, uma em relação à outra, na direção da corrente, sendo que, contudo,

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5/16 sempre é mantida uma sobreposição entre as duas fileiras. Também através deste deslocamento na direção da corrente resulta uma perda de pressão menor. Se as estruturas opostas se tocarem, e elas forem ligadas por meio de solda elétrica ou solda por oxi-acetileno, então a resistência pode ser aumentada. De acordo com uma outra variante, os elementos estruturais não estão dispostos em intervalos regulares em uma fileira, pelo contrário, estas fileiras apresentam lacunas que, respectivamente, no lado oposto, se opõem aos elementos estruturais da outra fileira e, com isto - na vista superior - preenchem estas lacunas. Também, deste modo, é obtida a vantagem de uma perda de pressão menor.

[009] Entre ou ao lado dos elementos estruturais, e entre ou dentro das fileiras estruturais (fileiras com elementos estruturais) também (visto na direção de corrente P) podem ser marcados para fora ou para dentro nós e/ou almas, a fim de obter um apoio e, com isto, um aumento da resistência. As estruturas que produzem turbilhonamento podem também assumir esta função totalmente ou parcialmente.

[0010] De acordo com uma forma de execução vantajosa, as superfícies de transmissão de calor que ficam, em essência, opostas e, em particular, os elementos estruturais dispostos sobre elas são curvados. Em particular, no caso de tubos com seção transversal circular ou oval, são obtidas as vantagens de acordo com a invenção.

[0011] De acordo com uma forma de execução vantajosa, as superfícies do trocador de calor que ficam, em essência, opostas são superfícies técnicas de calor primárias. De acordo com uma variante, contudo, as superfícies de transmissão de calor são superfícies técnicas de calor secundárias, que são formadas, em particular, através de nervuras, almas ou similares, de preferência, soldadas por meio de solda elétrica ou por oxi-acetileno ou apertadas com o canal de corrente.

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6/16 [0012] De acordo com uma forma de execução vantajosa, a altura h dos elementos estruturais está na faixa de 2 mm até 10 mm, em particular, na faixa de 3 mm a 4 mm, de preferência, em torno de 3,7 mm. [0013] De acordo com uma forma de execução vantajosa, o canal de corrente é retangular, e apresenta uma largura b, que está, em particular, na faixa de 5 mm até 120 mm, de preferência, na faixa de 10 mm até 50 mm.

[0014] De acordo com uma forma de execução vantajosa, um diâmetro hidráulico do canal de corrente está na faixa de 3 mm até 26 mm, em particular, na faixa de 3 mm a 10 mm.

[0015] De acordo com uma forma de execução vantajosa, pelo menos, uma, em particular, cada fileira de elementos estruturais compreende, respectivamente, vários elementos estruturais.

[0016] Neste caso, de acordo com a invenção, os canais de corrente mencionados anteriormente estão previstos como tubos chatos, redondos, ovais ou retangulares de um trocador de calor, de modo vantajoso de um trocador de calor de gases de exaustão. A disposição dos elementos estruturais de acordo com a invenção, isto é, de preferência, sua estampagem nas paredes internas do tubo produz um aumento da capacidade do trocador de calor. Particularmente vantajosos são os elementos estruturais para trocadores de calor de gases de exaustão dispostos em fileiras, porque, neste caso, também é evitado um depósito de fuligem no interior do tubo chato. Os tubos de gases de exaustão são percorridos em seu lado externo por um meio de resfriamento, que é retirado do circuito do meio de resfriamento da máquina de combustão interna que expele os gases de exaustão. Do mesmo é possível que, as estruturas também sejam estampadas em placas ou discos a fim de produzir trocadores de calor deles.

[0017] Exemplos de execução da invenção estão representados no desenho, e serão descritos em detalhes a seguir. É mostrado:

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7/16 na figura 1 um canal de corrente de acordo com o estado da técnica, nas figuras 2a, b, c uma seção transversal de canais de corrente, na figura 3 um tubo chato com a estrutura de acordo com a invenção, na figura 4 uma meia-concha do tubo chato de acordo com a figura 3, nas figuras 5a, b, c, d diversos elementos estruturais, nas figuras 6a, b, c, d, e, f, g, h estruturas em canais de corrente de acordo com a invenção, nas figuras 7a, b outras estruturas de acordo com a invenção, na figura 8 uma outra estrutura de acordo com a invenção, nas figuras 9a, b, c, d elementos estruturais simétricos, nas figuras 10a, b, c, d elementos estruturais deslocados paralelamente nas figuras 11a, b, c, d fileiras de elementos estruturais com paredes e nas figuras 12a, b outros elementos estruturais.

[0018] A figura 1 mostra, em uma representação simplificada, um canal de corrente 1 que é construído como tubo retangular e apresenta uma seção transversal de entrada 2 de forma retangular, dois lados chatos F1, F2 opostos, bem como, dois lados estreitos S1, S2 opostos. O canal 1 é atravessado por um meio de corrente, por exemplo, um gás de exaustão, na direção da seta P. No lado chato inferior F2 estão dispostos produtores de turbilhonamento 3a, 3b, 4a, 4b que, através da produção de turbilhonamentos, causam uma alta turbulência e simultaneamente - no caso de corrente de gases de exaustão - evitam um depósito de fuligem. Esta representação corresponde ao estado da técniPetição 870170055782, de 04/08/2017, pág. 17/37

8/16 ca mencionado no início. De acordo com ela, os produtores de turbiIhonamento 3a, 3b e 4a, 4b expostos, respectivamente, aos pares, dispostos em forma de V, que se expandem de forma difusora na direção de corrente, também são designados como os chamados winglets. [0019] A figura 2a mostra a seção transversal de um canal de corrente 1 executado como tubo chato, no qual estão dispostos pares de winglets 5a, 5b bem como 6a, 6b tanto no lado chato superior F1 como também no lado chato inferior F2. A seção transversal do canal apresenta uma altura do canal H e uma largura do canal b. Os winglets 5a, 5b, 6a, 6b apresentam uma altura h que se projeta para a seção transversal do canal. Também esta disposição de winglets corresponde ao estado da técnica mencionado no início. As designações F1, F2 também valem para os exemplos de execução seguintes de acordo com a invenção.

[0020] A figura 2b mostra a seção transversal de um canal de corrente 1 executado como tubo redondo, no qual estão dispostos elementos estruturais 13' e 13 tanto no lado chato superior F1, como também, no lado chato inferior F2. A seção transversal do canal apresenta uma altura do canal H.

[0021] A figura 2c mostra a seção transversal de um canal de corrente 1 executado como tubo chato, no qual as superfícies de transmissão de calor F1, F2 representam superfícies técnicas de calor secundárias, uma vez que, elas não transmitem calor diretamente de um meio para o outro. As superfícies de transmissão de calor apresentam elementos estruturais 13, 13'.

[0022] A figura 3 mostra um canal de corrente de acordo com a invenção, que é executado como tubo chato 7, o qual está representado parcialmente em uma vista de cima. O tubo chato 7 apresenta um eixo longitudinal 7a, uma largura b, bem como, duas fileiras 8, 9 de elementos estruturais ou winglets 10, 11 dispostos em forma de V que,

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9/16 respectivamente, estão estampados tanto no lado superior F1 quanto no lado inferior F2 do tubo chato 7, isto é, com o mesmo modelo, de tal modo que, a fileira de winglets que fica, respectivamente, em cima se cobre com a fileira que fica em baixo. Em uma fileira estão dispostos, respectivamente, oito winglets distribuídos uniformemente através de toda a largura b - contudo, também podem ser seis ou sete winglets na mesma largura. No caso de tubos, discos ou placas estreitos, o número de winglets também pode ficar abaixo de seis, no caso de tubos ou discos/ placas mais largos, também acima de oito. As duas fileiras 8,9 apresentam entre si um intervalo s que é medido de um centro ao outro, e tem o valor de aproximadamente 2 vezes até 6 vezes o comprimento dos winglets. Entre as fileiras individuais se encontra, portanto, respectivamente, uma área lisa, na qual estão estampadas, por exemplo, estruturas de apoio. As fileiras de winglets se estendem através de todo o comprimento do tubo chato 7, respectivamente, com o intervalo s, isto é, em ambos os lados do tubo chato 7.

[0023] A figura 4 mostra uma meia-concha inferior 7b do tubo chato 7 em uma vista na direção do eixo longitudinal 7a do tubo chato 7. A meia-concha 7b apresenta um fundo F2, bem como, duas abas laterais 7c, 7d, sendo que, no fundo ou no lado inferior F2 estão dispostos winglets 11', isto é, estampados na parede do tubo. A meia-concha superior não está representada; ela é formada simétrica e é soldada longitudinalmente com a meia-concha 7b inferior nas abas laterais 7c, 7d. Os winglets 11' apresentam uma altura h, com a qual eles se projetam para dentro da área de seção transversal livre do tubo chato 7. O tubo também pode ser fabricado de uma chapa, que é moldada e soldada em um dos lados.

[0024] Em um exemplo de execução preferido a largura b do tubo chato é de 40 mm ou 20 mm, a altura total do tubo chato é de aproximadamente 4,5 mm e a altura h dos winglets é aproximadamente 1,3

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10/16 mm. Em uma altura do canal livre de 4,0 mm, em consequência dos winglets com 1,3 mm de altura cada, que se projetam em ambos os lados na seção transversal do canal, permanece uma altura de seção transversal interna de 1,4 mm para uma corrente de núcleo. O intervalo s das fileiras é de aproximadamente 20 mm.

[0025] De preferência, o tubo chato 7 é empregado para trocadores de calor de gases de exaustão (não representados) bem conhecidos, isto é, em seu lado interno ele é atravessado por gases de exaustão de uma máquina de combustão interna, e em seu lado externo é resfriado por meios de resfriamento de um circuito de meio de resfriamento da máquina de combustão interna. Neste caso, o lado externo do tubo chato 7 - como conhecido através do estado da técnica - pode ser liso e mantido com intervalo de outros tubos adjacentes, por exemplo, através de nós estampados. Contudo, também é possível prever nervuras no lado externo do tubo chato 7, para o melhoramento da passagem de calor no lado do meio de resfriamento.

[0026] As figuras 5a, 5b, 5c e 5d mostram elementos estruturais individuais que estão previstos para uma estrutura de acordo com a invenção nos canais de corrente.

[0027] A figura 5a mostra um elemento estrutural 13 com um eixo longitudinal 13a, que forma com uma linha de referência q um ângulo a, o ângulo de escoamento. A direção de corrente para todas as representações 5a até 5d é, respectivamente, a mesma e está representada através de uma seta P. A linha de referência q passa perpendicular à direção de corrente P. O elemento estrutural 13 apresenta um comprimento L e uma largura B. Esta última pode ser constante ou variável, isto é, aumentar na direção P.

[0028] A figura 5b mostra um elemento estrutural 14 alongado, porém dobrado em ângulo, com dois eixos longitudinais 14a, 14b inclinados um contra o outro, que formam, respectivamente, um ângulo a e β

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11/16 com a linha de referência q. Neste caso, β é designado como ângulo de incidência, e a como ângulo de escoamento. Neste caso, a corrente correspondente à seta P é desviada em duas graduações, isto é, primeiramente só de modo insignificante e a seguir com mais força. Isto produz uma queda de pressão menor - em comparação a um elemento estrutural de acordo com a figura 5a com o mesmo ângulo de escoamento a. O comprimento do elemento estrutural 14 ao longo dos eixos longitudinais 14a, 14b é designado por L.

[0029] A figura 5c mostra um elemento estrutural 15 em forma de arco, com um eixo longitudinal 15a curvado, que corresponde a um arco circular de raio R. O ângulo, situado na corrente a montante, é designado como ângulo de incidência β, e o ângulo, situado na corrente à jusante, é designado como ângulo de escoamento a. Também, nesse caso, ocorre primeiramente um desvio suave da corrente, em torno do ângulo (90^o - β), e depois um desvio mais forte, em torno do ângulo (90^o - a). Através desse desvio da corrente aumentando continuamente, da mesma forma, é obtida uma perda de pressão menor - em comparação ao elemento estrutural 13 de acordo com a figura 5a. O comprimento do elemento estrutural 15 ao longo do eixo longitudinal 15a está designado por L.

[0030] A figura 5d mostra uma outra forma de execução de um elemento estrutural 16, que é executado aproximadamente em forma de Z, e também apresenta um eixo longitudinal 16a, que passa em forma de Z. O eixo longitudinal 16a liga duas peças de arco circular de curvatura diferente, todavia, com o mesmo raio R1 = R2. O ângulo de incidência, nesse caso, está designado com β, o ângulo de escoamento está designado com a , ele corresponde a um desvio de corrente de (90^o - a), que ocorre na área central do elemento estrutura 16. A afluência e o escoamento desse elemento estrutural ocorrem praticamente

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12/16 na direção de corrente P. Com isso, ocorre um desvio da corrente particularmente pobre de perda de pressão. O comprimento do elemento estrutural ao longo do eixo longitudinal 16a está designado por L.

[0031] As figuras 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h mostram modelos de disposição dos elementos estruturais 13 de acordo com a figura 5a, isto é, em fileiras sobre um recorte de um canal de corrente. No caso de exemplos de execução não representados, apenas alguns elementos estruturais situam-se opostos um ao outro.

[0032] A figura 6a mostra os elementos estruturais 13 alongados dispostos, respectivamente, em duas fileiras 17, 18, que apresentam um intervalo s na direção de corrente P. Os elementos estruturais 13 representados em linha cheia estão fixados no lado superior F1 do canal de corrente. Na superfície inferior do trocador de calor ou lado F2 do canal de corrente estão dispostos elementos estruturais 13' representados interrompidos, da mesma forma, em fileiras 19, 20. As fileiras estão representadas por linhas de limite tracejadas. Os elementos estruturais 13' na superfície inferior F2 são alinhados em sentido contrário em relação aos elementos estruturais 13 na superfície superior F1, isto é, elas apresentam um ângulo de escoamento a oposto (comp. Figura 5a). Além disso, as fileiras 19, 20 estão deslocadas em relação às fileiras 17, 18 na direção de corrente P, e na verdade, em torno do valor f. Os elementos estruturais 13 e 13', e as respectivas fileiras 17, 18, 19, 20 apresentam, respectivamente, uma profundidade T, isto é, uma extensão na direção de corrente P. O deslocamento f é menor do que a profundidade T, de tal modo que, entre as fileiras 18, 20 ou 17, 19 permanece uma sobreposição U, que resulta da diferença de T e f. Uma sobreposição U de 100% significa, em fileiras com a mesma profundidade T, que o deslocamento é igual a zero (f = 0). Em fileiras com profundidade T1 e T2 diferente, portanto, por exemplo, T1 < T2, uma sobreposição de 100% significa que, a sobreposição U é igual à proPetição 870170055782, de 04/08/2017, pág. 22/37

13/16 fundidade T1 menor (U = T1). Através de um deslocamento das fileiras 17, 19 ou 18, 20 que ficam, respectivamente, opostas, verifica-se, de modo vantajoso, uma perda de pressão menor do que nas fileiras sem deslocamento.

[0033] A figura 6b mostra um outro modelo de elementos estruturais 13 dispostos em fileiras, em uma fileira 21 e em uma fileira 22 com ângulos de escoamento a diferentes (não representado). Os elementos estruturais 13 em linhas contínuas estão fixados no lado superior F1 do canal de corrente. Na superfície inferior F2 do canal de corrente, na direção de corrente P, estão dispostos na mesma altura, elementos estruturais 13' representados de forma tracejada, com alinhamento oposto, de tal modo que um elemento estrutural 13 superior e um elemento estrutural 13' inferior oposto aparecem na vista de cima respectivamente como cruz. A fileira superior com elementos estruturais 13, por conseguinte, não está deslocada em relação à fileira inferior com elementos estruturais 13'; a sobreposição U é de 100%.

[0034] As figuras 6c até a figura 6h mostram outros modelos de disposição dos elementos estruturais 13, 13' no lado superior (representado em linha cheia) e no lado inferior (representado interrompido) F1, F2 do canal de corrente.

[0035] A figura 6h, além disso, mostra no lado externo dos canais de corrente, elementos de apoio 13'', que no caso desse exemplo de execução, estão dispostos adjacentes aos elementos estruturais 13, 13' e, em particular, dentro das fileiras formadas pelos elementos estruturais 13, 13'. De preferência, os elementos de apoio estão fixados na parede do canal de corrente. Para um apoio desejado do respectivo canal de corrente, os elementos de apoio 13'' apresentam, de forma vantajosa, uma altura, que corresponde ao intervalo desejado entre dois canais de corrente ou entre o respectivo canal de corrente e uma parede da carcaça de um trocador de calor.

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14/16 [0036] As figuras 7a e 7b mostram outras variantes para a disposição dos elementos estruturais 13 em fileiras.

[0037] A figura 7a mostra um recorte de um canal de corrente com duas fileiras 23, 24 de elementos estruturais 13 dispostos em forma de V no lado superior F1. Os elementos estruturais 13 não estão dispostos um ao lado do outro em intervalos que permanecem iguais, pelo contrário, eles apresentam lacunas 25, 26, 27, que são preenchidas, todavia, no lado inferior F2 através dos elementos estruturais 13', de tal modo que na vista de cima resulta uma disposição uniforme contínua de elementos estruturais 13 e 13'. Essa disposição de fileiras 23, 24 tipo lacunas e das fileiras correspondentes no lado inferior resulta uma queda de pressão menor para a corrente na direção P, porque os elementos estruturais - vistos na direção da largura - intervêm apenas alternadamente de cima para baixo na corrente.

[0038] A figura 7b mostra uma disposição tipo lacunas similar, de elementos estruturais 13 alinhados paralelamente no lado superior F1 em fileiras 28, 29. As lacunas entre os elementos estruturais 13, por sua vez, são preenchidas pelos elementos estruturais 13' no lado inferior F2, sendo que os elementos estruturais 13 no lado superior F1 e os elementos estruturais 13' no lado inferior F2 se completam para formar uma disposição em forma de ziguezague na vista de cima. Também esta disposição é relativamente pobre de perda de pressão.

[0039] A figura 8 mostra uma outra forma de execução para a disposição de elementos estruturais 13 e 13' em duas fileiras 30, 31 no lado superior F1. Os elementos estruturais 13 da fileira 30 e os elementos estruturais 13' da fileira oposta (no lado inferior F2) estão dispostos paralelos e no mesmo intervalo de um para o outro. O mesmo vale para a segunda fileira 31, de modo análogo, sendo que somente o ângulo de escoamento está oposto, de tal modo que, visto na direção de corrente P, resulta um desvio da corrente.

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15/16 [0040] Nas figuras 6a, 6b, 7a, 7b e 8 foram representadas, respectivamente, estruturas com os elementos estruturais 13 de acordo com a figura 5a. Os elementos estruturais 13 podem ser substituídos, da mesma forma pelos elementos estruturais 14 (na figura 5b), 15 (figura 5c) ou 16 (figura 5d). Da mesma forma, seria possível empregar em uma fileira diferentes elementos estruturais, por exemplo, 13 e 14. [0041] As figuras 9a, 9b, 9c, 9d mostram variantes dos elementos estruturais 13, 14, 15, 16 através de simetria: com isso, resultam, os chamados pares de winglet 32, 33, 34, 35, sendo que, respectivamente, entre dois elementos estruturais está previsto um intervalo mínimo

a. A direção de corrente ocorre, em geral, na direção da seta P, sendo que a entrada dos pares de winglet ocorre, tradicionalmente no ponto mais estreito a. Com isso, para os diversos pares de winglet de 32 a 35 nessa sequência resultam perdas de pressão reduzidas. Esses pares de winglet podem ser dispostos um ao lado do outro em fileiras, por exemplo, como nas figuras de 6 a 8.

[0042] As figuras 10a, 10b, 10c, 10d mostram outras variações dos elementos estruturais 13, 14, 15, 16 através de deslocamento paralelo. Com isso, resultam elementos duplos 36, 37, 38, 39 com intervalos a respectivamente iguais no lado de afluência e de escoamento que podem ser integrados, por exemplo, nas estruturas de acordo com as figuras de 6 a 8.

[0043] Neste caso, o importante é que, os elementos estruturais de uma fileira não apresentem forçosamente em cima e/ou embaixo a mesma forma geométrica ou dimensões, como o que é mostrado, por exemplo, por meio de quatro elementos estruturais na figura 11a. Pelo contrário, como mostrado na figura 11b, os elementos estruturais podem estar dispostos com um deslocamento f na direção da corrente P. [0044] Na figura 11c variam os ângulos de escoamento dos elementos estruturais 13, e na figura 11d variam os comprimentos L1, L2

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16/16 dos elementos estruturais 13. Uma combinação (não representada) das variantes de acordo com as figuras 11b, 11c, 11d também é possível. Estas variantes também podem ocorrer na superfície superior e/ou inferior F1 ou F2.

[0045] A figura 12a mostra um outro elemento estrutural 43, que é construído como ângulo com duas abas 43a, 43b retas que em seu vértice estão ligadas através de um arco 43c. Com relação a isto, este elemento estrutural 43 representa uma variação do par de winglet 32 de acordo com a figura 9a. A corrente de entrada ocorre, de preferência, na direção do vértice 43c, correspondente à seta P.

[0046] A figura 12b mostra uma outra variação do par de elementos estruturais 34 de acordo com a figura 9c, isto é, um elemento estrutural 44 com duas abas 44a, 44b curvadas, que em seu vértice estão ligadas através de um arco 44c. O elemento estrutural 44 que também é submetido à corrente de entrada na direção do vértice 44c de acordo com a seta P, causa em princípio um desvio de corrente pequeno, que então se reforça, em virtude das abas 44a, 44b curvadas para dentro da corrente.

[0047] Os elementos de acordo com as figuras 12a e 12b podem ser empregados em todas as disposições mostradas anteriormente, onde duas estruturas dispostas em V se encontram novamente.

[0048] Em princípio, todas as estruturas descritas podem ser combinadas entre si de modo opcional.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Canal de corrente (1) de um trocador de calor, que pode ser atravessado por um meio em uma direção de corrente P, com duas superfícies do trocador de calor (F1, F2), que ficam, em essência, opostas, dispostas, em particular paralelamente e/ou com intervalo de uma altura do canal (H), que apresentam, respectivamente, uma estrutura formada de uma multiplicidade de elementos estruturais que se projetam para dentro do canal de corrente, dispostos um ao lado do outro em fileiras, transversalmente à direção de corrente (P), sendo que, os elementos estruturais apresentam, respectivamente, uma largura (B), um comprimento (L), uma altura (h), um ângulo de escoamento a, bem como, um eixo longitudinal, sendo que, pelo menos, duas fileiras (17, 18, 19, 20) com elementos estruturais (13, 13') nas superfícies do trocador de calor (F1, F2) que ficam, em essência, opostas apresentam uma sobreposição (U) entre si, sendo que uma fileira (17, 18, 19, 20) apresenta elementos estruturais (13, 13') iguais e onde elementos estruturais (13, 14, 15, 16) individuais estão dispostos refletidos um ao outro e aos pares (32, 33, 34, 35) em um intervalo (a) um ao lado do outro, caracterizado pelo fato de que um elemento estrutural de uma superfície de troca de calor se sobrepõe a um elemento estrutural da superfície de troca de calor oposta e onde todos os elementos estruturais (13, 13') de fileiras (17, 18, 19, 20, 21, 22) opostas estão dispostos de maneira oposta, apresentando especialmente um ângulo de escoamento (α) oposto.
2. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a sobreposição U é de 100%.
3. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (13) é executado alongado, em particular, de forma retangular, e apresenta um eixo longitudinal (13a) reto.

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4. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (14) é executado alongado e dobrado em ângulo, e apresenta um eixo longitudinal (14a, 14b) dobrado em ângulo, que com a direção de corrente (P) forma o ângulo de escoamento (a) e um ângulo de incidência (β).
5. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (15) é executado em forma de arco, e apresenta um eixo longitudinal (15a) curvado com um raio (R), que com a direção de corrente (P) forma o ângulo de escoamento (a) e um ângulo de incidência (β).
6. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (16) é executadoaproximadamente em forma de Z, e apresenta um eixo longitudinal (16a) curvado duas vezes com raios (R1, R2), que com a direção de corrente (P) forma o ângulo de escoamento (a) e um ângulo de incidência (β).
7. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (43) é executado em forma de V, e apresenta abas em V (43a, 43b) retas.
8. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (44) é executado em forma de V, e apresenta abas em V (44a, 44b) curvadas ao contrário da direção de corrente.
9. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, a altura h de, pelo menos, um dos elementos estruturais (13, 14, 15, 16) é de 20% até 50% da altura do canal (H).
10. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, o comprimento (L) de, pelo menos, um elemento estrutural (13, 14, 15, 16) é de 2 vezes a 12 vezes a altura (h)

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3/7 do elemento estrutural.
11. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que, intervalo s entre as fileiras é de 0,5 a 8 vezes a profundidade T.
12. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que, o intervalo (s) entre, respectivamente, duas fileiras é diferente na direção da corrente (P).
13. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (13, 14, 15, 16) apresenta uma largura (B) constante na faixa de 0,1 a 6,0 mm, de preferência, na faixa de 0,1 a 3,0 mm.
14. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento estrutural (13, 14, 15 16) apresenta uma largura crescente na direção de corrente, entre uma largura inicial e uma largura final, sendo que a largura inicial está na faixa de 0,1 a 4 mm, e a largura final está na faixa de 0,1 a 6 mm.
15. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, o ângulo de escoamento (a) está na faixa de 20 a 70 graus, de preferência, na faixa de 40 a 65 graus, e apresenta, em particular, um valor de 50 a 60 graus.
16. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 6 ou 15, caracterizado pelo fato de que, o ângulo de incidência β é, respectivamente, maior do que o ângulo de escoamento a .
17. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, o raio (R) está na faixa de 1 a 10 mm, de preferência, na faixa de 1 a 5 mm.

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18. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 5 ou 17, caracterizado pelo fato de que, os raios R1 e R2 são iguais ao raio R.
19. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que, elementos estruturais (13, 14, 15, 16) individuais ou todos estão dispostos deslocados paralelamente um em relação ao outro e aos pares (36, 37, 38, 39) transversalmente à direção de corrente, em um intervalo a.
20. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que, um intervalo (a) entre dois elementos estruturais pode ser diferente dentro de, pelo menos, uma fileira.
21. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que, o intervalo (a) está na faixa de 0 a 8 mm.
22. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que, elementos estruturais (13) individuais de uma fileira (40) estão deslocados um em relação ao outro na direção de corrente (P), em torno de um valor (f), sendo que o valor (f) é menor que a profundidade (T) dos elementos estruturais (13), e (T) é a projeção do comprimento (L) transversal à direção de corrente (P).
23. Canal de corrente de acordo com a reivindicação 19 ou 22, caracterizado pelo fato de que, elementos estruturais (13) individuais de uma fileira (41) não estão dispostos paralelamente e apresentam um ângulo de escoamento (a) divergente.
24. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, os elementos

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5/7 estruturais de fileiras opostas se tocam, em particular, estão ligados por meio de solda elétrica ou por oxi-acetileno
25. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, fileiras opostas de elementos estruturais apresentam uma mesma profundidade (T) na direção de corrente (P).
26. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, fileiras opostas de elementos estruturais apresentam diferentes profundidades (T1, T2) na direção de corrente (P).
27. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, as superfícies do trocador de calor que ficam, em essência, opostas e os elementos estruturais dispostos sobre elas são curvados.
28. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, as superfícies do trocador de calor que ficam, em essência, opostas são superfícies técnicas de calor primárias ou secundárias, sendo que as superfícies secundárias são formadas, em particular, por nervuras, almas ou similares, de preferência, soldadas por meio de solda elétrica ou por oxiacetileno ou apertadas com o canal de corrente.
29. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, a altura (h) está na faixa de 2 mm até 10 mm, em particular, na faixa de 3 mm a 4 mm, de preferência, em torno de 3,7 mm.
30. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, o canal de corrente é retangular, e apresenta uma largura (b), que está, em particular, na faixa de 5 mm até 120 mm, de preferência, na faixa de 10 mm até 50 mm.

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31. Canal de corrente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, um diâmetro hidráulico do canal de corrente está na faixa de 3 mm até 26 mm, em particular, na faixa de 3 mm a 10 mm.
32. Trocador de calor, em particular, resfriador do gás de exaustão, em particular para um veículo automotor, com canais de corrente para um fluido, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um canal de corrente é executado como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.
33. Trocador de calor de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que, os canais de corrente (1) são executados como tubos retangulares ou chatos (7) soldados por meio de solda elétrica ou por oxi-acetileno, e as superfícies do trocador de calor (F1, F2) são executadas como paredes de tubo chatas.
34. Trocador de calor de acordo com a reivindicação 32 ou 33, caracterizado pelo fato de que, os canais de corrente são formados por pilhas sobrepostas de placas ou discos, que apresentam elementos estruturais.
35. Trocador de calor de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 34, caracterizado pelo fato de que, os elementos estruturais (10, 11) são moldados nas paredes do tubo (F1, F2), em particular são estampados.
36. Trocador de calor de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 35, caracterizado pelo fato de que, os tubos (7) podem ser atravessados por gás de exaustão, e podem ser circulados por um meio de resfriamento líquido.
37. Trocador de calor de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 36, caracterizado pelo fato de que, as fileiras (8, 9) de elementos estruturais (10, 11) apresentam um intervalo (s) na direção de corrente (7a), que é 2 vezes até 6 vezes o comprimento (L) de um

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7/7 elemento estrutural.
38. Trocador de calor de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 37, caracterizado pelo fato de que, entre as fileiras com elementos estruturais (fluido um) se encontram outras fileiras com elementos estruturais, que se projetam para fora no fluido.
39. Trocador de calor de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que, os elementos estruturais (13”) marcados para fora são nós de apoio, almas ou elementos de apoio, e se tocam ou estão soldados por meio de solda elétrica ou por oxiacetileno entre si.

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