BRPI0900535A2 - trocador de calor - Google Patents

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Abstract

TROCADOR DE CALOR. A presente invenção refere-se a um trocador de calor para refrigeração (1) dotado de um corpo na forma de placa (5) formado a partir da união entre duas lâminas (4), dita placa (5) dotada de um circuito tubular (6) formado entre as lâminas (4) para a passagem de um fluido refrigerante, sendo da placa (5) dobrada na forma de espiral achatada.

Description

TROCADOR DE CALOR
A presente invenção refere-se a um trocador de calor pararefrigeração, usado particularmente em refrigeradores e freezeres, por exemplo,com sistema de degelo automático.
São conhecidos da técnica os trocadores de calor usados emsistemas de refrigeração de equipamentos como refrigeradores, freezeres ecâmaras frias, cujo objetivo é a retirada de calor de um local fechado,transportando-o para o exterior, produzindo assim o efeito desejado, tal comocongelamento ou resfriamento.
Dos tipos de trocadores de calor conhecidos, pode-se citar o tipotubo sobre chapa utilizados em caixa freezer, o roll-bond, e o trocador de caloraletado para sistema de degelo automático (no frost ou frost free).
O sistema de degelo automático no frost se destaca dentre osdemais porque apresenta uma tecnologia que dispensa o degelo doequipamento pelo usuário, pois ele degela automaticamente.
Ele é basicamente formado a partir de uma serpentina de tubo dealumínio com aletas encaixadas, sendo elas planas ou picotadas. Quandopicotadas, forma uma espécie de estrela, e por isso são conhecidas por star fínou spin fín.
Os trocadores de calor com aletas planas compreendem recortesem placas que formam as aletas, para posteriormente serem encaixadas nostubos dobrados em serpentina. Essas aletas aumentam a área de contato do arque passa entre elas para melhor absorver calor do ar. O gás refrigerante fluipela serpentina, enquanto que o ar o ambiente flui pelas aletas, cedendo calor, eentão retorna ao ambiente para refrigerar os alimentos.
Os trocadores de calor tipo star fín ou spin fín exercem a mesmafunção dos aletados, mas suas aletas são em forma de barbatanas delgadas epicotadas, que ao serem enroladas em volta da serpentina, apresentam umaconfiguração circular estrelada.
Tanto os trocadores de calor aletados quanto os do tipo star ouspin fín são normalmente construídos com tubo e aletas de alumínio, no entantopara outras aplicações podem ser de configuração mista, ou seja: aletas dealumínio e tubo em cobre.Apesar da eficiência desses trocadores de calor eles apresentamalgumas desvantagens. Eles demandam uma tecnologia sofisticada,equipamentos especiais para sua fabricação, necessitam de prensa, deequipamento para cortar as chapas e para fazer as aletas, etc.
Além disso, esses trocadores de calor aletados ou spin fín sãodelicados e qualquer impacto pode amassar as aletas, que são de espessurafina, prejudicando a passagem do ar no sistema de refrigeração.
Outra desvantagem é que o desempenho do trocador de calordepende do contato do tubo com as aletas, e se houver qualquer folga entreeles, a aleta não terá a mesma temperatura do tubo, e assim o arrefecimentonão ocorre de forma adequada.
Diferentemente desses trocadores de calor, o do tipo roll-bond éformado a partir de duas placas de alumínio caldeadas com os tubos depassagem para o fluido refrigerante incorporado. Para tanto as placas sãopintadas com o desenho dos tubos antes de sua união, de forma que ocaldeamento não una as chapas no local onde se tem a tinta. Assim, ao seinjetar ar comprimido no local do desenho, promove-se a expansão dos tubos oucanais que formam o circuito de refrigeração.
Esse processo é totalmente automatizado e o trocador de calorassim formado tem uma estrutura mais rígida que os anteriormente citados. Noentanto, seu formato não é adequado para ser utilizado em sistemas derefrigeração com degelo automático pois, sua estrutura é plana e o espaçodisponível para o trocador de calor é limitado ao tamanho do equipamento, eassim a troca de calor torna-se limitada.
A fim de eliminar esses problemas a presente invenção trata de umtrocador de calor para refrigeradores e freezer domésticos, especialmente parasistemas no frost ou frost free, utilizando tecnologia simplificada, e assimreduzindo os custos de fabricação.
É portanto, um objetivo da presente invenção um trocador de calorfabricado a partir do conhecido processo roll-bond e dobrado em um formatosemelhante a uma espiral, propiciando uma eficiente troca de calor no mesmoespaço dos sistemas com evaporadores aletados ou spin fin.
É também um objetivo da presente invenção um trocador de calorque compreende uma quantidade de peças significativamente reduzidas emrelação aos trocadores de calor aletados, além de ser um produto mais robustoquanto ao manuseio, transporte e segurança e que, de maneira vantajosa, reduztambém o Iead time, e a mão de obra de fabricação.
É ainda um objetivo da presente invenção um trocador de calorformado a partir de uma peça única, cujas aletas são formadas a partir damesma chapa que forma os tubos, o que de maneira vantajosa elimina oproblema de falta de contato entre os tubos e as aletas como ocorre com ostrocadores de calor aletados, evitando-se assim a queda de desempenho dosprodutos devido ao afrouxamento das aletas sobre os tubos.
É ainda outro objetivo da presente invei içãu am Liucadm de calorfabricado a partir do sistema tipo roll-bond, e que é dobrado na forma de umaespiral achatada, e as aletas são formadas nos espaços entre os tubos docircuito.
O presente trocador de calor é formado a partir de uma placaplana, que é enrolada ou dobrada sobre si mesma, e é dotada de aletas naforma de venezianas formadas a partir da própria placa, funcionando como umcorpo único de aletas e tubos de fluido refrigerante, em um só conjunto.
O presente trocador de calor pode ser fabricado em diversostamanhos sem necessidade de altos investimentos. Além disso não está sujeitoàs variações de processo, aceita conformação de circuito de refrigeração seminterferência ou troca de calor entre a entrada e a saída; pode ser montado comintercambiador de calor coaxial ou paralelo; possibilita a formação de aletas dequalquer tipo ou formato.
O trocador de calor oferece ainda outras vantagens. É uma peçaúnica inflada, com venezianas ou aletas no sentido horizontal e/ou vertical quepromovem uma perturbação no fluxo de ar adequado ao desempenho desejado.Por ser uma peça obtida pelo processo roll-bond, compreende venezianasduplas nas áreas de recorte, aumentando a área de troca térmica.
Além disso, o presente trocador de calor não compreende partesmóveis, e a entrada e saída do refrigerante pode ser pelo mesmo lado para usocom linhas coaxiais; ou por extremos opostos para eliminar a interferência detemperatura de entrada e de saída.A evaporação do gás refrigerante pode ser pelo centro do trocadorde calor e a sucção por fora; ou pode ser montado com evaporação do gásrefrigerante por fora e sucção pelo centro do trocador de calor.
São apresentadas a seguir figuras esquemáticas da presenteinvenção, cujas dimensões e proporções não são necessariamente as reais,pois elas têm a finalidade de apresentar didaticamente seus diversos aspectos,cuja abrangência de proteção está determinada apenas pelo escopo dasreivindicações anexas.
A figura 1 representa uma vista em perspectiva esquemática dotrocador de calor (1) da presente invenção.
A figura 2 representa uma vista lateral esquemática do trocador decalor (1) tomada segundo indicado pela seta Il da figura 1.
A figura 3 representa uma vista frontal esquemática do trocador decalor (1) tomada segundo indicado pela seta I da figura 1.
A figura 4 representa uma vista superior esquemática do trocadorde calor (1).
A figura 5 representa um exemplo de uma vista em corte de umtrocador de calor a fim de ilustrar o fluxo de ar entre as aletas (2) e (3).
A figura 6A representa uma vista ampliada do detalhe A da figura 5.
A figura 6B representa uma vista ampliada de uma variante daabertura das lâminas (41) e (42) da veneziana ou aleta (2).
A figura 7 representa uma vista superior esquemática do trocadorde calor (1) antes de ser dobrado.
A figura 8 representa uma vista em perspectiva esquemática de umtrocador de calor (10) da arte anterior.
A figura 9 representa uma vista em perspectiva esquemática de umoutro trocador de calor (100) da arte anterior.
Descrição das configurações ilustradas
Conforme ilustrado nas figuras 1 a 7, o trocador de calor (1) dapresente invenção compreende um corpo na forma de placa (5) formado a partirda união entre duas lâminas (4), dita placa (5) dotada de um circuito tubular (6)entre as lâminas (4) para a passagem de um fluido refrigerante, sendo a placa(5) dobrada na forma de espiral achatada.
Referida placa (5) compreende ainda uma pluralidade de aletas (2e 3) na forma de venezianas, formadas nos espaços vazios entre os canais docircuito tubular (6).
As aletas (2 e 3) podem ser dispostas na horizontal (2) e/ou navertical (3), dependendo da necessidade. As figuras 1 a 4 ilustram um trocadorde calor (1) com aletas (2 e 3) nos dois sentidos, horizontal (2) e vertical (3), quese assemelham a venezianas pela forma como são formadas.
Os sentidos horizontal e vertical das aletas (2 e 3), sãomencionados aqui somente como referências de orientação das aletas (2) e (3)entre si. Elas são nomeadas dessa forma considerando a vista superior dotrocador de calor (1), conforme ilustrado na figura 4, em que as aletas (2) estãoposicionadas no sentido horizontal e as aletas (3) na vertical.
Segundo ilustrado na figura 7, o trocador de calor (1) se apresentaainda na forma de uma placa (5) plana, antes de ser dobrado. Pode-se ver osespaços (21 e 31) entre os canais do circuito tubular (6) onde as aletas (2 e 3)podem ser formadas. As aletas (2 e 3) têm a finalidade de provocar o aumentode área de troca térmica, além da necessária turbulência no fluxo de ar (seta III,figura 5) que passa pelo trocador de calor.
Além das aletas (2 e 3) formadas a partir da própria placa (5),pode-se ainda, havendo necessidade, fazer extensões de venezianas emcamadas, de materiais como alumínio ou outro metal, fixadas à placa (5) porqualquer método adequado, como solda, spot clinch, rebite, adesivo, etc.
As aletas (2 e 3) podem ser obtidas por qualquer processoconhecido na arte anterior, como estampagem ou embutimento (repuxadas);podendo o estampo ou embutimento ser simultâneo em toda a área da chapa,ou puncionada individualmente em qualquer área livre ao redor e nasproximidades dos canais do circuito (6). Quanto à forma, as aletas podem terdiferentes formatos, tais como retangular, oblongo, circular, ou qualquer outraforma poligonal desejada.
A figura 5 ilustra um corte transversal de um exemplo de trocadorde calor em que o fluxo de ar (indicado pela seta Ill e linhas tracejadas) passapelos espaços entre as camadas da placa (5) dobrada, desviando-se aoencontrar as aletas (2 ou 3), até sua saída.
Sendo a placa (5) formada de duas lâminas (4), as áreasdestinadas à formação das aletas são preparadas de forma que, ao puncioná-las ou estampá-las, elas desfolham-se, aumentando-se de área de trocatérmica. Pode-se desfolhar ou dobrar as lâminas (41 e 42) das aletas (2 ou 3)para um mesmo lado (figura 6A) ou para lados opostos (figura 6B), dependendoda necessidade de turbulência e de fluxo de ar requerido.
No caso de serem embutidas, não há necessidade de preparaçãopara o desfolhamento. As aletas (2 e 3) ao serem estampadas, podem serpicotadas em uma mesma operação (em forma de pente), de modo atransformar as lâminas (4) em pequenas aletas (2 e 3) para reforçar aturbulência e melhorar a troca térmica.
Pode-se ainda inserir entre as placas (4) outras partes em metal,compósito ou plástico, destinadas a provocar turbulência, perturbação ouredirecionamento do fluxo de ar para obtenção de melhores níveis de trocatérmica.
Ao se ter as lâminas (41) e (42) das aletas (2 ou 3) dobradas paradireções opostas (figura 6B) provoca-se uma maior turbulência do fluxo ar queatravessa o trocador de calor (1) melhorando a troca de calor, o que aumenta aeficiência do trocador de calor (1).
O trocador de calor (1) é obtido pelo processo roll-bond acrescidode etapas de recorte de suas aletas (2 e 3) tal como as etapas a seguir
a) pintura de um circuito tubular (6) em uma placa de alumínio (4);
b) sobreposição da placa de alumínio (4) com outra placa de alumínio (4) demesma dimensão;
c) calandragem das placas (4);
d) posicionamento em um limitador de tamanho;
e) aplicação de ar comprimido no circuito tubular (6), com inflagem docircuito até atingir o limitador de tamanho;
f) recorte de aletas (2) e (3) nos espaços vazios entre os canais do circuitotubular (6);
g) dobradura das lâminas (41 e 42) das aletas (2) e (3);
h) dobradura da placa (5) na forma de espiral achatada.O processo usa duas placas (4) que, após receberem uma pinturado desenho desejado do circuito tubular (6) da refrigeração, são submetidas acalandragem.
As placas (4) são então posicionadas em um limitador de tamanho(não ilustrado) para que, ao ser aplicado ar comprimido no circuito (6) para serinflado, tenha a abertura dos canais do circuito (6) restringida pelo limitador. O arintroduzido no circuito entre as placas segue as linhas do desenho, expandindoas placas (4) até as dimensões predefinidas pelo referido limitador. Isso resultaem uma placa com os canais integrados para a passagem do fluido refrigerante.
As aletas (2) e (3) são então recortadas nos espaços vazios entreos canais do circuito tubular (6), após o que são dobradas suas lâminas (41 e42) para um lado ou para os dois lados. Então a placa (5) é dobrada em espiralformando o trocador de calor (1).
A figura 8 ilustra um trocador de calor (10) da arte anterior utilizadoem sistemas frost free. Tal trocador de calor (10) é dotado de uma serpentina detubo (11) com aletas planas (12) encaixadas.
A figura 9 ilustra um outro trocador de calor (100) da arte anterior,cujas aletas (102) são picotadas, e ao serem enroladas ao redor do tubo (101)adquirem um aspecto de estrela, e assim são conhecidas por star fin ou spin fin.
As aletas (12) e (102) desses dois trocadores de calor (10 e 100),respectivamente, precisam ser posicionadas ao redor dos tubos (11) e (101) deforma a manter sempre o contato com eles, pois do contrario não adquirem suatemperatura, o que diminui o desempenho do trocador de calor (10 ou 100).
O homem da técnica prontamente perceberá, a partir da descrição,várias maneiras de realizar a presente invenção sem fugir do escopo dasreivindicações em anexo.

Claims (7)

1. - TROCADOR DE CALOR dotado de um corpo na forma deplaca (5) formado a partir da união entre duas lâminas (4), dita placa (5) dotadade um circuito inflatado (6) entre as lâminas (4) para a passagem de um fluidorefrigerante, caracterizada pelo fato da placa (5) ser dobrada na forma de espiralachatada.
2. - TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 1caracterizada pelo fato da placa (5) compreender uma pluralidade de aletas (2 e-3) na forma de venezianas, formadas de lâminas (41 e 42) a partir do corte daslâminas (4), nos espaços vazios (21 e 31) entre os canais do circuito inflatado (6).
3. - TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 2caracterizada pelo fato das aletas serem horizontais (2).
4. - TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 2caracterizada pelo fato das aletas serem verticais (3).
5. - TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 2caracterizada pelo fato das aletas serem horizontais (2) e verticais (3).
6. - TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 2caracterizada pelo fato das lâminas (41 e 42) das aletas (2 e 3) seremdesfolhadas para um mesmo lado.
7. - TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 2caracterizada pelo fato das lâminas (41 e 42) das aletas (2 e 3) seremdesfolhadas para lados opostos.
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