BRPI0612998A2 - trocador de calor automotivo - Google Patents

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BRPI0612998A2
BRPI0612998A2 BRPI0612998-6A BRPI0612998A BRPI0612998A2 BR PI0612998 A2 BRPI0612998 A2 BR PI0612998A2 BR PI0612998 A BRPI0612998 A BR PI0612998A BR PI0612998 A2 BRPI0612998 A2 BR PI0612998A2
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BR
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heat exchanger
insert plate
plastic insert
plastic
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BRPI0612998-6A
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Antonius Maria Vet
Hans Hubertus Henricus Hornman
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Dsm Ip Assets Bv
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Abstract

TROCADOR DE CALOR AUTOMOTIVO A invenção descreve um trocador de calor automotivo compreendendo a) um núcleo de trocador de calor (2) compreendendo uma parte principal (10) compreendendo uma série de tubos de transferência de calor(4) , b) um corpo coletor plástico (18) formando uma abertura para receber as porções de extremidade dos tubos de transferência de calor(4), e C), uma placa de inserção plástica (16) com uma série de aberturas(24), onde i) porções de extremidade dos tubos de transferência de calor(4) são recebidos e estendidos através das aberturas (24) da placa plástica de inserção (16) e as partes extremas das porções de extremidade dos tubos de transferência de calor(4), foram dobradas para o exterior, ii) a placa de inserção plástica(16) está fixada as paredes laterais do corpo coletor (18), e iii) o corpo coletor (18) se junta ao núcleo do trocador de calor (2) apenas através do aperto da placa de inserção plástica (16) ao corpo coletor (18).

Description

TROCADOR DE CALOR AUTOMOTIVO
A invenção se refere a um trocador de calorautomotivo. Trocadores de calor fazem a transferência deenergia calorífica de um fluido (ou gás) para outro fluido(ou gás), sem a mistura dos dois. Radiadores automotivossão um exemplo comum. O calor da água quente do motor ébombeado através de tubos do radiador, enquanto o ar ésoprado através das aletas do radiador. A energiacalorífica produzida pelo motor é transferida através doresfriamento da água ao ar, mantendo assim a água emtemperatura adequada, para evitar que o motor superaqueça.Essencialmente radiadores automotivos são trocadores decalor líquido-a-ar. Outros tipos de trocadores de calor sãocomuns nos equipamentos cotidianos como caldeiras, fornos,geladeiras e sistemas de ar condicionado, e são comumenteusados em uma ampla variedade de processos industriais,químicos e eletrônicos para transferir energia e forneceraquecimento necessário ou resfriamento. Com um trocador decalor automotivo é aqui compreendido um trocador de calorprojetado para ser utilizado em veículos automotivos,também conhecido como automóveis.
A presente invenção se refere a um trocador de calorautomotivo, mais particularmente a um trocador de calorautomotivo do tipo compreendido de um conjunto de tubos, euma parte principal em que as extremidades dos tubos sãointroduzidas nos orifícios de uma placa. Os tubos sãotambém conhecidos como tubos trocadores de calor, ou tubosde transferência de calor, assim como canais derefrigeração ou tubos de resfriamento. Como conhecidotrocadores de calor automotivos de elementos detransferência de calor geralmente compreendem aletas ouplacas onduladas, geralmente feitas de metal. Os tubos eelementos de refrigeração são geralmente empilhados juntosem um pacote maior e unidos ou soldados juntamente com aplaca compreendendo os orifícios, para formar um único ounúcleo de trocador de calor unitário. Núcleos de trocadoresde calor também são conhecidos sob o nome de corporesfriador e são geralmente feitos de um metal condutor decalor leve, como o alumínio. Trocadores de calorautomotivos também compreendem corpos coletores tendo umaface aberta delimitada pela parte principal. Os corposcoletores para trocadores de calor automotivos também sãoconhecidos como coletores terminais. 0 corpo coletor éconstituído, juntamente com a parte principal um coletor,também chamado caixa coletora. As porções de extremidadedos tubos trocadores de calor, através dos quais ar de tuboou outro meio (geralmente água ou mistura de água/glicol) ,para ser arrefecido é passado, são recebidos pela aberturano corpo coletor e estendidos para a caixa coletora. Umtrocador de calor automotivo geralmente compreende 2coletores: um coletor de entrada, também conhecido comotanque de introdução, ou coletor de saída, também conhecidocomo tanque de descarga. Com um coletor de entrada éentendido um conduíte como dispositivo utilizado paracanalizar o meio a ser arrefecido para os tubos. Com umcoletor externo é entendido um conduíte como dispositivoutilizado para canalizar o meio depois de ter sidoarrefecido para fora dos tubos.
Tal coletor é conhecido da patente US 5.351.751. Estapatente descreve trocadores de calor do tipo que sãoempregadas em automóveis, por exemplo, como resfriadores dear carregados para turboalimentadores. 0 trocador de calorconhecido da US 5.351.751 compreende um corpo coletor sob aforma de tanques separados, indicado na US-5.351.751 com onome coletor, e um núcleo de trocador de calor. 0 núcleo detrocador de calor compreende uma parte principal e tubostrocadores de calor. Os tubos trocadores de calor sãoconectados em porções terminais dos mesmos a parteprincipal. A parte principal e o corpo coletor definemjuntos um coletor, indicado pela expressão caixa coletora.No trocador de calor US 5.351.751, o corpo tem paredeslaterais com uma região de borda direcionada internamente euma região de borda direcionada externamente que se fixamna parte principal. A parte principal no núcleo de trocadorde calor compreende um colarinho, que forma um canalatravés e pelo qual as regiões de borda direcionadaexternamente do corpo coletor são recebidas. O corpocoletor em US 5.351.751 pode ser feito de metal, depreferência em alumínio, e pode ser fixado a parteprincipal, por exemplo, com solda. De acordo com US5.351.751, é também possível aplicar corpos coletoresformados de plástico.
Um método alternativo para unir o corpo coletor aparte principal é por meio de uma operação de engaste. Estemétodo requer que o trocador de calor automotivocompreendendo uma parte principal tenha um colarinhofornecido com meios de engaste, por exemplo, garras deengaste, e um corpo coletor compreendendo um bordoperiférico para ser recebido pelas garras de engaste. Estemétodo pode ser aplicado para corpos coletores feitos demetal, e é geralmente aplicado para corpos coletores feitosde plástico.
Conforme descrito em US 5.351.751, as caixas coletorasem trocadores de calor automotivos estão sujeitas aexpansões decorrentes de elevadas temperaturas e pressõesdo meio a ser aquecido ou resfriado, que as tornampassíveis de falha mecânica do trocador de calor. Emparticular, pressões pulsantes ocorridas nos trocadores decalor automotivos causam problemas. Defeitos que podemocorrer são, por exemplo, rachaduras e explosões na parteprincipal, abertura das garras de engaste, e a quebra dasjuntas soldadas entre os tubos de transferência de calor ea placa base na parte principal. Soluções convencionaisdescritas no US 5.351.751 incluem o reforço dos corpos docoletor ou partes de tanque para resistir a essa expansãopela provisão do aumento na espessura das paredes, adiçãode nervuras internas e/ou externas, ou a adição de barrasinternas de fixação que se estendem entre as paredesinternas do tanque. Um aumento na espessura do materialprincipal e o uso de garras de engaste mais espessas podemtambém ser utilizados como meios de reforço. No entanto, háuma série de problemas com esses meios de reforço comotambém é mencionado na US 5.351.751. A adição de materialextra para reforço acrescenta peso e aumenta o custo docoletor. Ela também dificulta a ferramentaria, projetos,moldes etc, que são necessários. O uso de barras de fixaçãointernas também complica a fabricação. O aumento naespessura das garras de engaste requer uma maior força emaiores máquinas para aderir o corpo coletor e a parteprincipal, e também exige mais espaço para o trocador decalor no carro. Nos veículos atuais, no entanto, o espaçoatribuído ao equipamento é cada vez mais limitado, e se faznecessário poder reduzir o espaço exigido pelos trocadoresde calor, mantendo o desempenho térmico comparável.
0 objetivo da invenção é fornecer um trocador de calorautomotivo, que não tenha os problemas dos trocadores decalor convencionais, ou, em menor grau, maisespecificamente fornecer um trocador de calor automotivo,que seja menos sensível à falha mecânica na parte principaldo trocador de calor, e que possa ser produzido com poucoscustos adicionais e de peso, e permita economizar espaço.
Este objetivo foi alcançado com o trocador de calor deacordo com a invenção, onde o trocador de calor automotivocompreende uma placa de inserção plástica com uma série deaberturas, o número de aberturas, que é idêntico ao númerode tubos de transferência de calor compreendido pelo núcleode trocador de calor, e onde
i) as porções de extremidade dos tubos detransferência de calor são recebidos e estendidos atravésdas aberturas da placa de inserção plástica e as partesextremas das porções de extremidade dos tubos detransferência de calor foram dobradas para o exterior,formando uma junta apertada pressurizada entre a placa deinserção plástica e a parte principal,
ii) a placa de inserção plástica é fixada as paredeslaterais do corpo coletor de tal forma que a placa deinserção plástica tem contato pleno com a paredes laterais,e
iii) o corpo coletor é unido ao núcleo de trocador decalor apenas através do aperto da placa de inserçãoplástica ao corpo coletor.
Tem sido surpreendentemente descoberto que o trocadorde calor automotivo de acordo com a invenção, onde asporções de extremidade dos tubos de transferência de calorsão recebidas e estendidas através das aberturas da placade inserção plástica e as partes extremas das porções deextremidade dos tubos de transferência de calor têm sidodobradas para o exterior, assim acionando mecanicamente onúcleo de trocador de calor com a placa de inserçãoplástica por meio de uma junta apertada pressurizada, eonde o corpo coletor é unido ao núcleo de trocador de calorapenas através do aperto da placa de inserção plástica aocorpo coletor sendo forte suficiente para suportar apressão interna, e simultaneamente para que o risco deperda de pressão relacionada com a falha mecânica dasgarras de fixação e/ou da placa base seja reduzido. Umaoutra vantagem é que o núcleo do trocador de calor é isentode meios de fixação para juntar o corpo coletor ao núcleodo trocador de calor, assim resultando numa economiasignificativa espaço. Além disso, as medidas de acordo coma invenção não contribuem para custos e peso adicionais, etalvez até mesmo reduzir os custos e/ou peso. Devido àreduzida sensibilidade à falha mecânica, o incremento nasdimensões de outras partes do coletor ou da parte principalpor razões de reforço pode ser menor, em casos específicos,as dimensões dessas outras partes podem ser reduzidas oumesmo completamente omitidas. Além disso, a própria placade inserção plástica pode ser leve e simples de seproduzir.
A utilização de uma placa de inserção plástica tendouma série de aberturas, que o número de aberturas sendoidêntico ao número de tubos de transferência de calor em umtrocador de calor automotivo é conhecido, e descrito, porexemplo, na US 6.296.051 BI. Os tubos no trocador de calorautomotivo US 6.296.051 Bl têm também porções deextremidade alargadas. É notado no entanto que, no trocadorde calor automotivo da US 6.2 96.051 BI, as porções deextremidade dos tubos de transferência de calor sãorecebidos por, mas não se estendem através das aberturas daplaca de inserção plástica. Mais especificamente, aespessura da placa de inserção plástica na US 6.296.051 Blé mencionada a ser mais alta do que a altura dasextremidades. Além disso, as porções de extremidadeampliadas são "fIush-fitted" com as aberturas, mas não paraacionamento mecânico do núcleo do trocador de calor com aplaca de inserção plástica, uma vez que a placa de inserçãoé mantida em posição pela borda periférica da caixacoletora. Além disso, o corpo coletor no trocador de calorautomotivo da US 6.296.051 Bl é unida a parte principal pormeio de uma operação de engaste. Para este efeito, a parteprincipal é fornecida com uma placa coletora composta commúltiplas linguetas de engaste, que lembram dentes eentalhes. A placa de inserção plástica na US 6.296.051 Bl éutilizada como um bloqueio lateral para o bordo do corpocoletor assim, o bordo é fixado lateralmente em operaçõesde engaste. Caso contrário, o corpo coletor iria mover-sedentro sob o efeito das altas pressões, que são exercidasdurante operações de engaste. A US 6.296.051 Bl nãodescreve nem sugere as medidas de acordo com a presenteinvenção, e nem ensina ou sugere os efeitos de acordo com ainvenção.
Com contato pleno é aqui entendido que a placa deinserção plástica está em contato com as paredes lateraisdo corpo coletor ao longo de uma linha fechada. Em outraspalavras, não há abertura entre as placas de inserçãoplástica e o corpo coletor.
Tal contato pleno pode ser alcançado, por exemplo, comuma placa de inserção plástica tendo uma seção transversalem plano com a placa de inserção plástica tendo umacircunferência externa semelhante ou idêntica a umacircunferência interna de uma secção transversal planar docorpo coletor ou perto da região de borda das paredeslaterais do coletor. Onde a circunferência externa da placade inserção plástica é idêntica à circunferência interna docoletor, o contato pleno pode ser realizado, por exemplo,através da inserção e pinçamento da placa de inserçãoplásticas no coletor ou por soldagem da placa de inserçãoplástica no coletor. Onde a circunferência externa da placade inserção plástica é semelhante à circunferência internado coletor, o contato pleno pode ser realizado, porexemplo, com o aperto da placa de inserção plástica aocorpo coletor por pinçamento e completando o contato plenocom a utilização de um adesivo.
0 efeito, de acordo com a invenção, que o trocador decalor automotivo inventivo possa suportar a pressãointerna, entretanto, reduzindo os riscos de perda depressão relacionada com a falha mecânica das outras partesno trocador de calor, exige uma junta apertada pressurizadaentre a placa de inserção plástica e a parte principal.Esta junta apertada pressurizada pode ser alcançada devárias maneiras, por exemplo, com a placa de inserçãoplástica tendo um contato selante com as porções deextremidade dos tubos. Isso também pode ser obtido com ouso de um agente selante ou corpo de vedação entre a placade inserção plástica e a placa base. De preferência, umcontato selante entre a placa de inserção plástica e asporções de extremidade dos tubos são combinadas com umagente selante ou corpo de vedação entre a de placa deinserção plástica.
Convenientemente usado como o agente selante, umadesivo é usado. Também convenientemente como um corpo devedação, uma junta de borracha é utilizada.
No trocador de calor automotivo de acordo com ainvenção, a placa de inserção plástica pode ser fixada asparedes laterais do corpo coletor por qualquer meio queseja adequado para fixação de um corpo similar a uma placaa um corpo plástico com um corpo de formato oco. Meiosadequados são, por exemplo, uniões mecânicas, tais como apinçamento e colagem, por exemplo, através da utilização defita adesiva ou mecanismos de um clique usando rebaixos, ououtro mecanismo de vedação, e ligações químicas, tais comouma ligação adesiva, com o uso de um adesivo ou linhasoldagem, por exemplo, aplicada por solda à vibração ousolda laser, ou qualquer combinação destes.
De preferência, uma combinação de uma união mecânica euma ligação é utilizada. A vantagem disso é que o coletor éainda mais forte e pode suportar maiores variações depressão.
As uniões mecânicas e/ou ligações químicas sãoopcionalmente combinadas com um corpo de vedação ou umagente selante para fornecer uma ainda melhor vedação dasligações ou uniões.
A placa de inserção plástica no trocador de calor deacordo com a invenção tem, de preferência um bordocircunferencial elevado localizado perifericamente seprojetando em direção da parede base do corpo coletor. Avantagem do bordo é que o coletor se torna mais resistenteperto das regiões de borda do corpo coletor e o trocador decalor em que o coletor é utilizado, torna-se menos sensívelà falha mecânica. Com o termo "localizado perifericamente"é aqui entendido que o bordo é localizado perto ou na bordada placa de inserção plástica.
A placa de inserção plástica com o bordo pode serfixada as paredes laterais do corpo coletor, por exemplo,através do contato do bordo com a região de bordaperiférica das paredes laterais. Nesta modalidade o bordoforma uma extensão das paredes laterais do corpo coletor.De fato, a altura do bordo pode ser quase tão alta ou atésuperior a altura das paredes laterais. A placa de inserçãoplástica com o bordo elevado podem ser visualizada comotendo uma forma de cuba. Em uma determinada situação, aaltura do bordo pode ser tal que a altura das paredeslaterais pode ser reduzida em grande quantidade, enquantomantém um volume suficiente para a caixa coletora. Em umaforma extrema, o coletor tem a forma de uma caixa, onde aplaca de inserção plástica com o bordo forma a parte dabase com fundo e paredes e o corpo coletor tendo paredeslaterais, a altura na qual é reduzida ao mínimo, formando atampa da caixa. A vantagem desta modalidade, em especialonde a altura do bordo é maior, é que a sensibilidade dotrocador de calor para falha mecânica é ainda maisreduzida.
Em uma outra modalidade, o bordo é recebido econfinado contra a região de borda em faceando o interiordas paredes laterais do corpo coletor, ou as paredeslaterais do corpo coletor são recebidas pelo bordo e obordo é confinado contra as regiões de borda faceando oexterior das paredes laterais. De preferência, as paredeslaterais do corpo coletor são recebidas pelo bordo, e obordo é confinado contra as regiões de borda faceando oexterior das paredes laterais. A vantagem da mesma é que otrocador de calor também pode suportar maior pressão.
De forma ótima uma combinação destas modalidades éaplicada. Isto pode ser conseguido com a placa de inserçãoplástica tendo o bordo, em que o bordo tem uma região deborda periférica com um limite faceando o interior ou oexterior para receber a região de borda das paredeslaterais do corpo coletor e confinando para respectivamentea região de borda em direção externa ou interna das paredeslaterais. Alternativamente, ou em combinação destes, asparedes laterais do corpo coletor tem uma região de bordaperiférica com um limite faceando o interior ou o exteriorpara receber a região de borda do bordo.
Opcionalmente, um adesivo e/ou uma solda é utilizadopara melhor união entre a placa de inserção plástica e ocorpo coletor. Também opcionalmente, o bordo pode serfornecido com ondulações ou outras modificações desuperfície para melhor união da placa de inserção plásticacom o corpo coletor.
As aberturas na placa de inserção plástica tem depreferência uma dimensão que se encaixa estreita em tornodos tubos de transferência de calor para serem recebidospelas aberturas. Para esse efeito, as aberturas devem teruma circunferência interna menor semelhante ou idêntica àcircunferência externa de uma secção transversal dasporções de extremidade dos tubos de transferência de calor.
Uma vantagem da placa de inserção plástica com aberturas deencaixe estreito é que os tubos de transferência de calorsão melhor fixados em suas posições e falha mecânica devidoà soltura dos tubos de transferência de calor de suasposições é reduzido. Uma outra vantagem é que a placa deinserção plástica pode ser fixada a parte principal,fornecendo uma construção ainda mais forte do trocador decalor.
Também preferencialmente, as aberturas de umapluralidade de aberturas tem um formato cônico, pelo menosparcialmente, de tal modo que as aberturas se tornammaiores quando vistas na direção da parede base do corpocoletor. As aberturas com formato cônico tem a vantagem deque o fluxo do meio de entrada ou saída a ser aquecido ouresfriado é ainda menos perturbado, permitindo assim umaqueda de pressão reduzida no interior do coletor.
A forma cônica pode ser qualquer forma com que asaberturas se tornem maiores quando vistas na direção daparede base. A forma cônica adequada é, por exemplo, umaforma com declive linear tendo uma inclinação fixa, ou deforma curvada tendo uma inclinação variável ou umacombinação de ambos. As aberturas tendo uma forma cônica,no mínimo, de preferência tem um lado interno com umainclinação fixa ou variável entre 5 e 80°, maispreferencialmente entre os 20 e 70°, ou 30 e 60° ou, depreferência mais próximo de 45°.
É notado também que o efeito da pressão aumenta podeser obtido com a dobra para fora das partes extremasexteriores com porções de extremidade curtas, como sãousadas em trocadores de calor convencionais, por exemplo,1-2 mm. No entanto, pode ser preferível utilizar porções deextremidade mais longas, por exemplo, 3-10, de preferência4-5 mm, para obter uma melhor vedação e fixação das placasde inserção plásticas a placa de base principal.
O efeito de porções de extremidade dobradas para oexterior para dos tubos de transferência de calorpermitindo maior pressão interna, pode ser adicionalmenteaperfeiçoado com a modalidade, onde as aberturas ter umasuperfície interna e as porções de extremidade dos tubostransferência de calor têm uma superfície externa e a placade inserção plástica é selada com um agente selanteaplicado entre a superfície interna e superfície externa.Esta modalidade tem a vantagem que uma maior pressãointerna pode ser aplicada.
No trocador de calor automotivo de acordo com ainvenção, a placa de inserção plástica e corpo coletorpodem ser feitos de diversos materiais. A placa de inserçãoplástica e corpo coletor podem ser feitos do mesmomaterial, embora estas partes também podem ser feitas demateriais diferentes.
A placa de inserção plástica pode ser feita de umacomposição de polímero termo-endurecido ou de umacomposição de polímero termoplástico, de preferência umacomposição de polímero termoplástico. 0 material de que éfeito o corpo coletor pode ser um material plástico damesma composição de polímero que a placa de inserçãoplástica ou de uma composição de polímero diferente, ou deoutro material, em especial um metal, por exemplo, dealumínio. O corpo coletor também é feito de preferência deuma composição de polímero termoplástico.
A composição de polímero termoplástico a partir daqual a placa de inserção plástica e/ou corpo coletor sãofeitos compreende, pelo menos, um polímero termoplástico.Polímeros termoplásticos adequados que podem ser utilizadosna composição polímero termoplástico são, por exemplo,poliéster e poliamidas. Exemplos de poliamidas adequadassão poliamidas alifáticas, tais como poliamida-6,poliamida-6,6 e poliamida-4,6 e poliamidas semi-aromáticascomo poliamida-6,T, poliamida-9,T, copoliamidas, tais comopoliamida-6,6/6,T, e poliamida-6,6/6 ,1 e misturas ecopoliamidas adicionais destas poliamidas.
Mais de preferência, a poliamida é uma poliamida semicristalina (alifáticos ou semi-aromática) com umatemperatura de fusão (Tm) de pelo menos, 230°C, ou umapoliamida semi-aromática amorfa com temperatura detransição de vidro (Tg) de pelo menos, 230°C,preferencialmente Tm ou Tg , pelo menos, 240°C, maispreferencialmente, pelo menos, 260°C, ou mesmo 280°C, epode ser tão alta quanto 33O0C ou mesmo superior.
A composição de polímero termoplástico podecompreender, próximo à em pelo menos um polímerotermoplástico, um ou mais aditivos. Aditivos que podem serutilizados podem ser quaisquer aditivos conhecidos natécnica que são adequados para a utilização em composiçõesde polímeros termoplásticos utilizadas para coletores.Aditivos adequados incluem, por exemplo, preenchedoresinorgânicos, agentes de reforço, tais como fibras de vidro,agentes nucleantes, estabilizadores, auxiliares deprocesso, pigmentos, etc. A quantidade ótima de aditivo oucombinações deste podem, em princípio, ser determinadaexperimentalmente por um habilitado na técnica através depesquisa sistemática. Preferencialmente, a quantidade deaditivos é de tal que o aditivo ou aditivos adicionados nãoafetem de forma adversa as propriedades de moldagem dopolímero.
A placa de inserção plástica, bem como o corpo coletoré também preferencialmente feito de uma composição depolímero termoplástico com uma temperatura de distorção deaquecimento (HDT) de, pelo menos, 240°C. De preferência oHDT é pelo menos 250°C, mais de preferência, pelo menos,270°C, ou mesmo 290°C.
A composição de polímero termoplástico é também depreferência uma composição soldável a laser. Fixações dasparedes laterais do corpo coletor com a placa de inserçãoplástica por meio de solda laser é devidamente combinadocom uma etapa de fixação em que a placa de inserçãoplástica, ou o bordo elevacional localizado perifericamenteda mesma, é inserido no corpo coletor, ou vice-versa aregião de borda do corpo coletor é inserida em um bordoelevacional perifericamente localizado da placa de inserçãoplástica. A este respeito, é preferível que a placa deinserção plástica seja feita de uma composição de polímerotermoplástico com um comportamento de absorção diferente emrelação à luz laser que o material usado para formar ocorpo coletor, de preferência a parte que está recebendo aparte inserida é feita de uma composição de polímerotermoplástico que se mostra uma absorção baixa, ou é mesmotransparente em relação à luz laser utilizada no processode soldagem à laser, enquanto a parte que é inserida éfeita de uma composição de polímero termoplástico queabsorve a luz laser utilizada no processo de soldagem àlaser. A vantagem de combinar fixadores da placa deinserção plástica e corpo coletor pela inserção e soldagema laser, é que a construção de trocador de calor automotivoresultante tem uma melhor resistência mecânica e tem umamelhor resistência contra variações de pressão.
A composição de polímero termoplástico da qual a placade inserção plástica e/ou o corpo coletor são feitos,adequadamente é uma composição moldável por injeção e aplaca de inserção plástica e/ou o corpo coletor sãoigualmente adequadamente feitos por um processo de moldagempor injeção.
0 trocador de calor automotivo de acordo com ainvenção pode ser qualquer trocador de calor que éprojetado para uso em automóveis e compreende qualquer meioa ser arrefecido. Adequadamente o trocador de calor é umóleo resfriador, um ar resfriador, tal como um resfriadorde carga de ar para motores turbo, ou um radiador. Em umtrocador de calor automotivo de acordo com a invenção ocoletor com a placa de inserção plástica pode ser umcoletor de entrada, bem como um coletor de saída, ou ambos.Preferencialmente, o coletor é parte de um resfriador decarga de ar com o coletor sendo um coletor de entrada de are/ou um coletor de saída de ar.A invenção também se refere a um processo para fazerum trocador de calor automotivo, compreendendo um núcleo detrocador de calor, uma placa de inserção plástica e umcorpo coletor plástico como descrito acima. 0 processoinventivo compreende primeiro
(i) inserção das porções de extremidade dos tubos detransferência de calor do núcleo de troca de calor, eextensão através das aberturas na placa de inserçãoplástica,
(ii) dobrar em direção ao exterior as partes extremasdas porções de extremidade dos tubos de transferência decalor, formando assim uma junta apertada pressurizada entrea placa de inserção plástica e a parte principal, e então,
(iii) fixar a placa de inserção plástica às paredeslaterais do corpo coletor em ou perto da região de bordadas paredes laterais.
Este processo tem as vantagens do trocador de calorautomotivo de acordo com a invenção descrita acima.
A dobra em direção exterior na etapa (ii) pode serrealizada, por exemplo, com um espinho.
Opcionalmente a fixação da placa de inserção plásticae da parte principal na etapa (i) e (ii) neste processo écombinada com a utilização de um corpo de vedação ou agenteselante aplicado entre a placa de inserção plástica e umaplaca base composta pelo núcleo de troca de calor.
Adequadamente, o corpo de vedação é uma junta, por exemplo,uma junta de borracha.
A fixação da placa de inserção plástica as paredeslaterais de um corpo coletor na etapa (iii) pode serrealizada por qualquer processo que seja adequado para estafinalidade, por exemplo, por pinçaraento, colagem, ligaçãoou solda adesiva, ou qualquer combinação das mesmas, comodescrito acima.
O trocador de calor que é feito com o processoinventivo preferêncialmente é um trocador de calorautomotivo de acordo com a invenção ou qualquer dasmodalidades preferidas da mesma.
As seguintes figuras ilustram a invenção.
FIG. 1. Vista tridimensional esquemática de um núcleode troca de calor.
FIG. 2. Vista tridimensional esquemática decomponentes de montagem para um trocador de calorautomotivo de acordo com a invenção.
FIG. 3. Vista tridimensional esquemática decomponentes de montagem para um trocador de calorautomotivo de acordo com a invenção.
FIG. 4. Vista elevacional lateral de um corpo coletorpara o uso em um trocador de calor automotivo de acordo coma invenção.
FIG. 5. Vista transversal de um corpo coletor para usoem um trocador de calor automotivo de acordo com ainvenção.
FIG. 6. Vista tridimensional esquemática de todas asetapas do processo de montagem para a montagem de umtrocador de calor automotivo de acordo com a invenção.
FIG. 7. Vista elevacional lateral de um corpo coletorcom uma região de borda compreendendo um limite, e umaplaca de inserção plástica para receber o mesmo.
FIG. 8. Vista transversal do corpo coletor e da placade inserção plástica da Fig. 7.FIG. 9. Vista transversal do corpo coletor e da placade inserção plástica da Fig. 7 montada de acordo com ainvenção, com os tubos de transferência de calor.
A FIG. 1 mostra uma vista tridimensional esquemáticade um núcleo de trocador de calor (2) . 0 núcleo de troca decalor compreende pacote de uma série de tubos de troca decalor (4) e aletas de resfriamento (6), o qual os tubos detroca de calor (4) e as aletas de resfriamento (6) sãoempilhadas alternadamente e são unidas juntas pelas placas(8) as quais as placas são conhecidas como placas base ouplacas de extremidade, bem como placas principais. O núcleode troca de calor (2) compreende duas partes principais(10), que compreende as placas base (8) e porções deextremidade (12) se estendendo para fora das placas base (8).
A FIG. 2 mostra uma vista tridimensional esquemáticade componentes de montagem do qual o trocador de calorautomotivo de acordo com a invenção pode ser montado. Oscomponentes compreendem um núcleo de troca de calor(2), umcorpo de vedação (14), um placa de inserção plástica (16) eum corpo coletor (18). 0 corpo coletor (18) compreendeparedes laterais (20) e uma parede base (22).
A FIG. 3 mostra uma vista tridimensional esquemáticados mesmos componentes de montagem da Fig. 2, vistos de umângulo diferente. Os componentes compreendem o núcleo detroca de calor (2), o qual é apenas mostrado em parte, ocorpo de vedação (14), a placa de inserção plástica (16) eo coletor (18) . A placa de inserção plástica (16)compreende uma série de aberturas (24), o número dasaberturas é idêntico ao número dos tubos de transferênciade calor(4) composto pelo núcleo de troca de calor(2). Aplaca de inserção plástica (16) ainda compreende um bordocircunferencial elevado localizado perifericamente (26) seprojetando na direção da parede base (22) do corpo coletor(18).
A FIG. 4 mostra uma vista elevacional lateral de umcorpo coletor (18) para ser utilizado em um trocador decalor automotivo de acordo com a invenção. 0 corpo coletor(18) compreende paredes laterais (20) e uma parede base(22). As paredes laterais (20) compreendem uma região deborda (28) oposta a parede base e compreende uma região deborda periférica (30) . A região de borda periférica (30)forma uma abertura (não mostrada) para receber porções deextremidade de tubos de transferência de calor de um núcleode trocador de calor (não mostrado).
A FIG. 5 mostra uma vista transversal do corpo coletorpara uso em um trocador de calor automotivo, de acordo coma invenção da Fig. 4 no plano Y-Y1 . O corpo coletor (18)compreende paredes laterais (20) e uma parede base (22). Asparedes laterais (20) compreendem uma região de borda (28)oposta a parede base e compreende uma região de bordaperiférica (30) , uma região de borda faceando o interior(32) e uma região de borda faceando o exterior (34).
A FIG. 6 mostra uma vista tridimensional esquemáticadas etapas (Fig. 6a-6F) de um processo de montagem para amontagem de um trocador de calor automotivo de acordo com ainvenção.
A Fig 6a mostra parte de um núcleo de troca decalor(2) compreendendo uma parte principal (10), a qualcompreende um placa (8) e porções de extremidade (12) dostubos de troca de calor(4) se estendendo para fora da placa (8).
A Fig 6b mostra a mesma parte de um núcleo de troca decalor (2) e um corpo de vedação (14) a ser colocado emvolta das porções de extremidade (12) dos tubos de troca decalor (4) e a ser confinado contra a placa (8).
A Fig. 6c mostra a mesma parte do núcleo de troca decalor (2) com o corpo de vedação (14) colocado em volta dasporções de extremidade (12) dos tubos de troca de calor(4)e confinado contra a placa (8). A Fig. 6c também mostra umaplaca de inserção plástica (16) compreendendo uma série deaberturas (24) e um bordo circunferencial elevadolocalizado perifericamente (26) a ser fixado ao núcleo detroca de calor (2).
A Fig. 6d mostra a mesma parte do núcleo de troca decalor (2) com o corpo de vedação (14) (não visível) da Fig.6c, e a placa de inserção plástica (16) posicionada contrao núcleo de troca de calor(2), de tal forma que as porçõesde extremidade (12) dos tubos de troca de calor (4) sejamrecebidas e se estendam através de aberturas da placa deinserção plástica (16 ).A Fig 6d também mostra uma série deespinhos (36), pelos quais partes extremas das porções deextremidade (12) dos tubos de transferência de calor (4)possam ser dobrados para o exterior.
A Fig. 6e mostra a parte do núcleo de troca de calor(2) com o corpo de vedação (14) (não visível) da Fig. 6c, ea placa de inserção plástica (16) posicionada contra onúcleo de troca de calor (2) , em que as partes extremas(38) das porções de extremidade (12) dos tubos detransferência de calor(4), o qual se estende através deaberturas da placa de inserção plástica (16), foi dobradopara o exterior. Fig 6e também mostra o corpo coletor (18)a ser fixado ã placa de inserção plástica (16).
A Fig. 6f mostra o núcleo de troca de calor (2) com ocorpo de vedação (14) (não visível), a placa de inserçãoplástica (16) fixada ao núcleo de troca de calor(2),através de partes extremas dobradas para o exterior (38)(não visível), e o corpo coletor (18) fixado a placa deinserção plástica(16).
A Fig. 7 mostra uma vista elevacional lateral de umcorpo coletor (18), compreendendo um limite (40) no lado daregião de borda faceando o exterior (34), e uma placa deinserção plástica (16) , compreendendo um bordocircunferencial elevado localizado perifericamente (26) comum limite (42) (não visível) no lado interno para receber omesmo.
A Fig.8 mostra uma vista transversal do corpo coletore da placa de inserção plástica da Fig. 7 no plano Y-Y1. Ocorpo coletor (18) compreende um limite (4 0) no lado daregião de borda faceando o exterior (34) . A placa deinserção plástica (16) compreende aberturas (24) parareceber os tubos de troca de calor (4) (não é mostrado) eum bordo circunferencial elevado localizado perifericamente(26) um limite (42) no lado interno do bordocircunferencial elevado localizado perifericamente (26).
A Fig.9 mostra uma vista transversal do corpo coletore da placa de inserção plástica da Fig.7 no plano Y-Y1 emontados de acordo com a invenção, com tubos detransferência de calor. O corpo coletor (18) compreende umlimite (40) no lado da região de borda faceando exterior(34). A placa de inserção plástica (16) compreendeaberturas (24) em um bordo circunferencial elevadolocalizado perifericamente (26) um limite (42) no ladointerno do bordo circunferencial elevado localizadoperifericamente (26). A região de borda do corpo coletor(18) com o limite (40) é recebida por e confinado contra obordo circunferencial elevado localizado perifericamente(26) com o limite (42) da placa de inserção plástica (16).
A montagem ainda compreende tubos de troca de calor (4) ,que são recebidos e porções de extremidade as quais seestendem através das aberturas (24), e partes extrema dasporções de extremidade foram dobradas para o exterior (38).
A invenção é ainda elucidada com os seguintesexemplos.
Preparação dos materiais
Para os experimentos foi usado um núcleo de troca decalor de um tipo comercial de trocador de calor, o qual emsua forma padrão compreende uma borda selante de 3,6 mm delargura e garras de engaste de 6,5 mm de largura. Semmudanças adicionais a construção do núcleo de troca decalor, duas partes centrais foram removidos do núcleo detrocador de calor compreendendo três tubos de transferênciade calor, duas camadas intermitentes de aletas deresfriamento, e duas partes pequenas da placa base, uma emcada extremidade dos tubos. O tamanho das partes de limiteda placa base foram de aproximadamente 45 χ 45 mm. Os tubosde transferência de calor tinham porções de extremidade decerca de 2-2,5 mm de comprimento se estendendo a partir daspartes da placa base.
Quatro placas de inserção plásticas foram preparadascomeçando com placas de plástico, cada uma de 80 χ 80 mm e2 mm de espessura. O plástico de que as placas foram feitasfoi Stanyl TW200F6, uma composição de moldagem depoliamida-4,6 da DSM, Holanda. Em cada uma das placas trêsfendas como aberturas com as dimensões de tubos detransferência de calor foram feitas. As aberturas foramcircunferencialmente cônicas com uma inclinação de 45°.
Além disso, quatro placas de alumínio, cada uma com 80χ 80 mm e 2 mm de espessura, foram utilizados. Duas dessasplacas de alumínio foram fornecidas com uma válvulaposicionada centralmente para conexão com a unidade depressão. As placas de alumínio são utilizadas aqui como umformato modelo para o corpo coletor.
Preparação dos modelos
Experimento 1
Duas das placas com aberturas cônicas foram deslizadassobre as extremidades dos tubos de transferência de calorde uma das duas partes de núcleo de troca de calor eposicionados contra as partes da placa base, uma placa emcada lado da parte, assim formando um primeiro conjunto.
Este primeiro conjunto foi colocado em um forno a 2000C por30 minutos. Depois que os tubos de transferência de calorforam fornecidos com um flange pela dobra para o exteriordas extremidades extrema dos tubos. Contra o lado exteriordas placas de alumínio das placas de inserção plásticas,uma com e outra sem uma válvula foram fixadas com pequenosparafusos e porcas e algum selante nas regiões exteriores.A parte resultante está aqui abaixo indicada como montagem A.
Experimento 2Todo o processo do experimento 1 foi repetido com asegunda parte de núcleo de trocador de calor, exceto queentre a placa base e a placa de inserção plástica, umadesivo foi aplicado antes de posicionar a placa deinserção plástica contra a placa base. O adesivo que foiutilizado foi o Loctite 5366, um adesivo a base de silíciodo Henkel Group, U.S.A. A parte resultante deste processoestá aqui abaixo indicada como montagem B.
Testes de Pressão
Montagens AeB foram submetidas a dois testes depressão diferentes, primeiro a um teste de pressão denitrogênio, então a um teste de pressão de água. Para essestestes as válvulas nas placas de alumínio foram conectadasa uma bomba de nitrogênio, respectivamente a uma bombad'água. A pressão em cada um dos testes foi gradualmenteaumentada e as montagens foram inspecionadas quanto avazamentos e outras formas de danos.
Com a montagem A, a pressão de nitrogênio poderia serelevada até 28 0 kPa sem qualquer problema. Em 28 0 kPaalguns vazamentos ocorreram, mas a construção das montagenspermaneceram intactas.
Com a montagem B, a pressão de nitrogênio pôde serelevada até 300 kPa, sem qualquer problema. Por razões desegurança, o teste foi continuado com pressão d'água. Apressão da água poderia ser elevada sem problema até 600kPa. Em 600 kPa alguns vazamentos ocorreram, mas aconstrução da montagem permaneceu intacto.
Os resultados para esse experimento modelo mostram quecoletor compreendendo o formato modelo para o corpo coletorfixado a placa de inserção plástica, e a placa de inserçãoplástica fixada a parte do núcleo de troca de calor, onde aplaca de inserção plástica é fixada apenas por meios dedobras para o exterior das extremidades dos tubos detransferência de calor e sem usar garras de engaste ououtros meios adicionais de fixação do corpo coletor aonúcleo de troca de calor, altas pressões de trabalho podemser atingidas, enquanto mantém a integridade da construção.É mostrado adicionalmente que usando um agente selante aspressões de trabalho podem ser ainda substancialmentereforçadas.

Claims (10)

1. Trocador de calor automotivo caracterizado pelofato de compreender:a) um núcleo de troca de calor compreendendo uma parteprincipal compreendendo uma série de tubos de transferênciade calorb) um corpo coletor plástico compreendendo paredeslaterais e uma parede base, as paredes laterais tendo umaregião de borda oposta à parede base compreendendo umaregião de borda faceando o interior, uma região de bordafaceando o exterior e uma região de borda periférica eformando uma abertura para receber porções de extremidadede tubos de transferência de calor, ec) uma placa de inserção plástica tendo uma série deaberturas, o número de aberturas sendo idêntico ao númerode tubos de transferência de calor compostos pelo núcleo detroca de calorondei) porções de extremidade dos tubos de transferênciade calor são recebidos e se estendem através de aberturasda placa de inserção plástica e partes extremas das porçõesde extremidade dos tubos de transferência de calor foramdobradas para o exterior, Assim formando uma conjuntaapertada pressurizada entre o núcleo de troca de calor e aplaca de inserção plástica,ii) a placa de inserção plástica está fixada à paredeslaterais do corpo coletor de tal forma que a placa deinserção plástica tem contato pleno com as paredeslaterais,iii) e o corpo coletor é unido ao núcleo de troca decalor apenas através do aperto de placa de inserçãoplástica ao corpo do coletor.
2. Trocador de calor automotivo, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato da placa deinserção plástica ser fixada as paredes laterais do corpocoletor ou perto da região de borda do corpo coletor.
3. Trocador de calor automotivo, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelofato da placa de inserção plástica ser fixada as paredeslaterais por uma união mecânica, uma ligação química ou umacombinação das mesmas.
4. Trocador de calor automotivo, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizadopelo fato da placa de inserção plástica ter um bordocircunferencial elevado localizado perifericamente seprojetando na direção da parede base.
5. Trocador de calor automotivo, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizadopelo fato das aberturas terem pelo menos um formatoparcialmente cônico, de tal modo que as aberturas ficammaiores quando vistas na direção da parede base.
6. Trocador de calor automotivo, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5,caracterizado pelo fato do corpo coletor ser feito de ummaterial plástico.
7. Trocador de calor automotivo, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6,caracterizado pelo fato do trocador de calor compreender umcoletor de entrada e um coletor de saída compreendendo umaplaca de inserção plástica e um corpo coletor unidos aonúcleo de troca de calor apenas através da fixação da placade inserção plástica ao corpo coletor.
8. Processo para fazer um trocador de calorcaracterizado por compreendera) um núcleo de troca de calor compreendendo uma parteprincipal composta por uma série de tubos de transferênciade calor,b) um corpo coletor compreendendo paredes laterais euma parede base, as paredes laterais com uma região deborda oposta à parede base compreendendo uma região deborda faceando o interior, uma região de borda faceando oexterior, e uma região de borda periférica e formando umaabertura para receber as porções de extremidade dos tubosde transferência de calor, ec) uma placa de inserção plástica tendo uma série deaberturas, o número de aberturas sendo idêntico ao númerode tubos de transferência de calor composto pelo núcleo detroca de calorcompreendendo as etapas, onde, nessa ordem,(i) a placa de inserção plástica está fixada à parteprincipal, pela extensão das porções de extremidade dostubos de transferência de calor através das aberturas daplaca de inserção seguido por(ii) dobrar para o exterior das partes extremas dasporções de extremidade dos tubos de transferência de calor,e, em seguida,(iii) fixar a placa de inserção plástica as paredeslaterais de um corpo coletor ou perto da região de bordadas paredes laterais
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato da placa de inserção plástica estarfixada ao corpo coletor por pinçamento, colagem, ligação ousoldagem adesiva, ou uma combinação dos mesmos.
10. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato do trocadorde calor ser um trocador de calor de qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7.
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