ES2217672T3 - Intercambiador de calor combinado, en particular para vehiculo automovil. - Google Patents
Intercambiador de calor combinado, en particular para vehiculo automovil.Info
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Abstract
La invención se refiere a un condensador y refrigerador de aceite combinados para un vehículo automóvil que tiene un haz de tubos por secciones con tubos de diferentes diámetros para distintos usos. El refrigerante de aceite de un vehículo a motor combinado comprende un manojo de tubos (10) conectados a una caja duplicada (16, 18). Está dividido en la parte (A) que forma el refrigerador de aceite de la caja de cambios que tiene los tubos (12a) a través de los cuales pasa el aceite (H), y una parte (P) que forma el condensador con los tubos (12b) a través de los cuales fluye el refrigerante. El mismo flujo de aire enfría tanto al aceite como al refrigerante. Los dos juegos de tubos tienen distintos diámetros hidráulicos (DHa, DHb) relacionados mediante la siguiente inecuación: 0,8 mm2<=DHa x DHb<= 3 mm2. El diámetro hidráulico de los tubos refrigeradores de aceite es mayor que el diámetro hidráulico de los tubos del condensador.
Description
Intercambiador de calor combinado, en particular
para vehículo automóvil.
La invención se refiere a un intercambiador de
calor combinado, en particular para vehículo automóvil, según el
preámbulo de la reivindicación 1. Un intercambiador de este tipo es
conocido por el documento
EP-A-0.361.358.
En un intercambiador de calor de este tipo, los
dos fluidos son refrigerados por un mismo flujo de aire que barre el
haz.
La invención se refiere más particularmente a un
intercambiador de calor combinado en el cual el haz de tubos se
divide en una parte que forma un refrigerador de aceite, cuyos tubos
son adecuados para ser recorridos por aceite, y en una parte que
forma un condensador, cuyos tubos son adecuados para ser recorridos
por un fluido refrigerante.
En un intercambiador de calor de este tipo, el
aceite es típicamente el aceite de transmisión, en particular para
una caja de cambios automática de vehículo automóvil. En cuanto al
condensador, sirve para refrigerar el fluido refrigerante de una
instalación de climatización de vehículo automóvil.
En el momento actual, la refrigeración del fluido
refrigerante y la refrigeración del aceite de transmisión son
realizadas por dos intercambiadores separados, habitualmente un
condensador de circulación paralela y un intercambiador de aceite,
del tipo de hojas, situado en la proximidad del condensador.
Es conocido, por otro lado, por el Modelo de
Utilidad japonés nº 61-167202 realizar un
intercambiador de calor combinado que comprende una parte que forma
condensador y una parte que forma intercambiador de calor. Este
intercambiador de calor comprende un haz común de tubos unido a dos
cajas colectoras tubulares.
La realización de un intercambiador de calor
combinado, que comprende una parte que forma un refrigerador de
aceite y una parte que forma un condensador, plantea numerosos
problemas debido a que los dos fluidos presentan características muy
diferentes. Así, la viscosidad del aceite es muy superior a la del
refrigerante y la pérdida de carga del aceite es por consiguiente
muy elevada.
Además, los dos fluidos circulan a temperaturas
muy diferentes, siendo la del aceite muy superior a la del fluido
refrigerante. Estas diferencias de temperaturas importantes son
susceptibles de producir fenómenos de dilatación diferencial que
pueden dañar al intercambiador de calor y conducir a fugas.
Además, puede suceder que el fluido refrigerante
sea calentado por el aceite, lo cual conduce entonces a una
degradación de los rendimientos de la parte condensador.
La invención aporta una solución a los problemas
indicados anteriormente.
La misma propone a este efecto un intercambiador
de calor combinado, según la reivindicación 1.
Así, el intercambiador de calor combinado de la
invención comprende tubos diferentes, es decir que los tubos de la
parte condensador están adaptados para la circulación del fluido
refrigerante, mientras que los tubos de la parte refrigerador de
aceite están adaptados para la circulación del aceite.
Además, es esencial que el producto de los
diámetros hidráulicos respectivos DHa y DHb de los tubos cumpla con
la relación de desigualdad precedente.
En efecto, se ha observado que cuando el producto
DHa x DHb es superior a 3,00 mm^{2}, la potencia térmica
intercambiada a nivel de cada uno de los dos fluidos cae de forma
significativa. Además, cuando este producto es inferior a 0,8
mm^{2}, la pérdida de carga del circuito de aceite aumenta muy
fuertemente.
Los tubos del haz son ventajosamente tubos de
canales múltiples.
De preferencia, el diámetro hidráulico de los
tubos de la parte refrigerador de aceite es superior al diámetro
hidráulico de los tubos de la parte condensador.
Resulta particularmente ventajoso que el número
de canales de los tubos de la parte refrigerador de aceite sea
inferior al número de canales de los tubos de la parte condensador.
Ello significa, en otras palabras, que los tubos de la parte
refrigerador de aceite comprenden menos tabiques que los tubos de la
parte condensador. Esto permite aumentar el diámetro hidráulico y
reducir así de forma importante la pérdida de carga generada por la
circulación del aceite en estos tubos.
Los tubos del haz son ventajosamente obtenidos
por extrusión.
Según otra característica de la invención, los
tubos del haz están unidos a dos cajas colectoras de las cuales cada
una comprende un tabique de separación para aislar el aceite que
circula por la parte refrigerador de aceite y el fluido refrigerante
que circula por la parte condensador.
Habida cuenta de las diferencias de temperatura
entre estos dos fluidos, se tiene interés por utilizar tabiques que
forman aislante térmico.
Según aún otra característica de la invención, el
intercambiador de calor comprende medios que forman barrera térmica
entre los tubos de la parte refrigerador de aceite y los tubos de la
parte condensador.
Estos medios permiten limitar las tensiones
debidas a los fenómenos de dilatación diferencial e impedir un
calentamiento del fluido refrigerante por el aceite, que se
encuentra a una temperatura muy superior.
En una forma de realización de la invención, los
medios que forman barrera térmica comprenden un tubo del haz,
denominado "tubo inactivo" o "tubo muerto", que no es
recorrido por fluido alguno y que desemboca entre dobles tabiques de
cada una de las cajas colectoras.
En otra forma de realización de la invención, en
la cual elementos de intercalación están previstos entre los tubos
del haz, los medios que forman barrera térmica comprenden una región
desprovista de elementos de intercalación ondulados, que se extiende
entre dos tubos adyacentes pertenecientes respectivamente a la parte
refrigerador de aceite y a la parte condensador.
Según otra característica de la invención, el haz
y las cajas colectoras se ensamblan por soldadura.
Así, el intercambiador de calor combinado de la
invención puede ser realizado según la tecnología bien conocida de
los intercambiadores soldados, tal como la utilizada por ejemplo en
la realización de los condensadores.
En la descripción que sigue, realizada a título
de ejemplo, se hace referencia al dibujo adjunto, en el cual:
- la figura 1 es una vista en sección
longitudinal de un intercambiador de calor combinado según una
primera forma de realización de la invención;
- la figura 2 es una vista en sección, a escala
ampliada, de un tubo de la parte refrigerador de aceite;
- la figura 3 es una vista en sección, a escala
ampliada, de un tubo de la parte condensador;
- la figura 4 es una vista parcial en sección
longitudinal de un intercambiador combinado según una segunda forma
de realización de la invención; y
- la figura 5 es una vista parcial en sección
longitudinal de un intercambiador del intercambiador de calor
combinado según una tercera forma de realización según la
invención.
El intercambiador de calor combinado representado
en la figura 1 comprende un haz 10, también llamado cuerpo,
compuesto por una multiplicidad de tubos 12 que se extienden
paralelamente entre sí y entre los cuales están dispuestos elementos
de intercalación ondulados 14 que forman aletas de refrigeración.
Los extremos de los tubos 12 desembocan, por un extremo, en una
caja colectora común 16 y, por el otro extremo, en otra caja
colectora común 18. Estas dos cajas colectoras son de configuración
tubular y se extienden paralelamente entre sí.
Los diferentes componentes del intercambiador de
calor, es decir los tubos 12, las aletas y las cajas colectoras 16 y
18 son metálicas y ensambladas entre sí por soldadura.
El haz está dividido en dos partes, a saber una
parte A que forma refrigerador de aceite y compuesta por tubos 12a y
una parte B que forma condensador y compuesta por tubos 12b. Los
tubos 12a son adecuados para ser recorridos por aceite H, tal como
aceite de transmisión para una caja de cambios automática de
vehículo automóvil. Los tubos 12b son adecuados para ser recorridos
por un fluido refrigerante R de una instalación de climatización de
vehículo automóvil. Se comprenderá que estos dos fluidos circulan
por dos partes diferentes del haz y están destinados para ser
barridos por un mismo flujo de aire que barre el haz 10.
Las cajas colectoras 16 y 18 comprenden tabiques
aislantes respectivos 20 y 22 para aislar uno del otro los dos
fluidos.
El tabique 20 divide la caja colectora 16 en un
compartimiento 24 para el aceite (aquí situado en la parte superior)
y un compartimiento 26 para el fluido refrigerante (aquí colocado en
la parte inferior). De forma correspondiente, el tabique 22 divide
la caja colectora 18 en un compartimiento 28 para el aceite (aquí
situado en la parte superior) y un compartimiento 30 para el fluido
refrigerante (aquí situado en la parte inferior).
El aceite a refrigerar penetra en el
compartimiento 24 por un conducto de entrada 32, circula
seguidamente por los tubos 12a por una circulación paralela para
penetrar en el compartimiento 28. El mismo deja seguidamente el
compartimiento 28 por un conducto de salida 34.
El compartimiento 26 está así mismo dividido en
dos partes, a saber una parte superior 36 y una parte inferior 38,
mediante un tabique 40. De igual modo, el compartimiento 30 de la
caja colectora 18 está dividido en dos partes, a saber una parte
superior 42 y una parte inferior 44, por un tabique 46. El fluido
refrigerante R penetra en el compartimiento 36 por un conducto 48,
circula por una parte de los tubos 12b para penetrar en el
compartimiento 42, luego circula en sentido inverso para penetrar en
el compartimiento 38. Seguidamente, el fluido refrigerante penetra
en el compartimiento 44, circulando de nuevo en sentido inverso, y
deja el intercambiador de calor por un conducto de salida 50. Así,
en este ejemplo, el fluido refrigerante R circula de forma alterna
según un modo de tres pases.
Es importante que los tabiques de separación 20 y
22 constituyan un aislamiento térmico dado que el aceite H se
encuentra a una temperatura muy superior a la del fluido
refrigerante R.
Los tubos 12a y 12b (figuras 2 y 3) son tubos
planos de canales múltiples, obtenidos por extrusión a partir de una
aleación metálica apropiada, generalmente a base de aluminio.
En el ejemplo, cada tubo 12a (figura 2) comprende
dos canales 52 separados por un tabique 54, mientras que cada tubo
12b (figura 3) comprende cuatro canales 56 separados por tres
tabiques 58.
Sin embargo, los tubos 12a y 12b tienen la misma
sección transversal exterior, lo cual permite una estandarización de
fabricación, en el sentido de que los extremos de los tubos son
recibidos en orificios idénticos previstos en las cajas colectoras
16 y 18.
Los tubos 12a y 12b tienen diámetros hidráulicos
DH, respectivamente DHa y DHb.
Se recordará aquí que el diámetro hidráulico DH
de un tubo está definido por la fórmula DH = 4S/P, en la cual S
designa el área de la sección interna del tubo (expresada aquí en
mm^{2}) y P el perímetro interno, también llamado "perímetro
mojado", del tubo (aquí expresado en mm).
Los tubos 12a y 12b tienen así características
propias que permiten adaptarlos respectivamente a la refrigeración
de aceite y a la refrigeración del fluido refrigerante. Debido a que
los tubos 12a tienen menos canales (y por consiguiente menos
tabiques) que los tubos 12b, el diámetro hidráulico de los tubos 12a
se aumenta, lo cual permite reducir de forma importante la pérdida
de carga generada por la circulación del aceite en los tubos
12a.
Conforme a la invención, el producto DHa X DHb
presenta un valor que cae en un intervalo definido por la
desigualdad siguiente:
0,8 mm^{2} \leq DHa x DHb
\leq 3,00
mm^{2}.
Cuando se respeta esta desigualdad, se obtiene un
intercambiador de calor combinado en el cual la potencia térmica
intercambiada a nivel de cada uno de los dos fluidos es óptimo,
limitando la pérdida de carga del circuito de aceite.
Como se ha indicado anteriormente, debido a que
los tubos 12a y 12b son recorridos por fluidos a temperaturas
diferentes, fenómenos de dilatación diferencial corren el riesgo de
aparecer y producir tensiones, particularmente a nivel de las juntas
de soldadura entre los tubos y las cajas colectoras.
En la forma de realización de la figura 1, se
prevén tabiques 20 y 22 particularmente aislantes que,
ventajosamente, pueden ser dobles tabiques.
Se hace ahora referencia a la figura 4 que
muestra otra forma de realización de la invención con medios que
forman barrera térmica entre los tubos 12a y los tubos 12b.
En esta forma de realización, el haz 10 comprende
un tubo inactivo 12i, también llamado "tubo muerto", que no es
recorrido por fluido alguno y que desemboca entre un doble tabique
20 de la caja colectora 16 y un doble tabique 22 de la caja
colectora 18.
El intercambiador de calor de la figura 5
comprende otros medios que forman barrera térmica. Para ello, el haz
está previsto con el fin de comprender una región 60 desprovista de
elemento de intercalación ondulados, que se extiende entre las
partes A y B del haz, es decir entre dos tubos adyacentes 12a y 12b
pertenecientes a estas dos partes A y B.
En un ejemplo de realización, los tubos 12a y 12b
tienen cada uno una longitud de 600 mm. El diámetro hidráulico DHa
de cada uno de los tubos 12a es igual a 1,6, mientras que el
diámetro hidráulico DHb de cada uno de los tubos 12b es igual a
1,313, siendo así el producto DHa x DHb igual a 2,1.
Bien entendido, la invención no se limita a las
formas de realización descritas anteriormente y se extiende a otras
variantes.
Claims (11)
1. Intercambiador de calor combinado que
comprende un haz (10) de tubos (12) conectados a unas cajas
colectoras (16, 18) y dividido en una parte (A) que forma un
refrigerador de aceite de la cual los tubos (12a) son adecuados para
ser recorridos por un primer fluido, a saber aceite (H), por una
parte, y en una parte (B) de la cual los tubos (12b) son adecuados
para ser recorridos por un segundo fluido, por otra parte, siendo
los tubos (12a) de la parte (A) y los tubos (12b) de la parte (B)
diferentes,
caracterizado por el hecho de que la parte
(B) es un condensador de la cual los tubos (12b) son adecuados para
ser recorridos por un fluido refrigerante (R) y por el hecho de que
los tubos (12a) de la parte refrigerador de aceite (A) y los tubos
(12b) de la parte condensador (B) tienen diámetros hidráulicos
respectivos (DHa, DHb) relacionados por las desigualdades
siguientes:
donde el diámetro hidráulico (DH) de un tubo está
definido por la fórmula DH = 4S/P, en la cual S designa el área de
la sección del tubo, expresada en mm^{2}, y P el perímetro
interno, o "perímetro mojado", del tubo, expresado en
mm.
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende
solamente dos cajas colectoras (16, 18).
3. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que los
tubos (12a, 12b) del haz (10) son tubos de canales múltiples.
4. Intercambiador de calor según la
reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que el número
de canales (52) de los tubos (12a) de la parte refrigerador de
aceite (A) es inferior al número de canales (56) de los tubos (12b)
de la parte condensador (B).
5. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que los
tubos (12a, 12b) del haz son obtenidos por extrusión.
6. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que las
cajas colectoras (16, 18) comprenden cada una un tabique de
separación (20, 22) para aislar el aceite (H) que circula por la
parte refrigerador de aceite (A) y el fluido refrigerante (R) que
circula por la parte condensador (B).
7. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que
medios que forman barrera térmica están previstos entre los tubos
(12a) de la parte refrigerador de aceite (A) y los tubos (12b) de
la parte condensador (B).
8. Intercambiador de calor según la
reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que los
medios que forman barrera térmica comprenden un tubo (12i) del haz,
llamado "tubo inactivo" o "tubo muerto", que no es
recorrido por fluido alguno y que desemboca entre dobles tabiques
(20, 22) de cada una de las cajas colectoras (16, 18).
9. Intercambiador de calor según la
reivindicación 7, en el cual elementos de intercalación ondulados
(14) están previstos entre los tubos del haz, caracterizado
por el hecho de que los medios que forman barrera térmica comprenden
una región (60) desprovista de elementos de intercalación ondulados,
que se extiende entre dos tubos adyacentes (12a, 12b) pertenecientes
respectivamente a la parte refrigerador de aceite y a la parte
condensador.
10. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que el
haz (10) de tubos (12) y las cajas colectoras (16, 18) se ensamblan
mediante soldadura.
11. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que el
primer intercambiador es un refrigerador de aceite de transmisión de
caja de cambios automática.
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