ES2219957T3 - Procedimiento para la fabricacion de un intercambiador de calor del tipo de placas-aletas. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de un intercambiador de calor del tipo de placas-aletas.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un intercambiador de calor (100), cuyo procedimiento comprende las etapas de: formar una pluralidad de placas-aletas (110) cada una de las cuales tiene una porción de rebajo (112) en ambos laterales extremos de cada placa-aleta en una dirección longitudinal de dichas placas-aletas y un agujero (210) para la inserción de un tubo, teniendo la periferia exterior de dicha porción de rebajo una pared vertical (113) que sobresale de cada placa-aleta;laminar dichas placas-aletas en una dirección de laminación utilizando una herramienta de fijación (300) que tiene una porción en saliente (310) para fijar las posiciones de dichas placas-aletas, siendo fijadas las posiciones de dichas placas-aletas median -te el contacto de dicha porción en saliente de dicha herramienta de fijación con dicha pared vertical que sobresale en la dirección de laminación; insertar un tubo (120) en dichos orificios para la inserción de tubos de dichas placas-aletas, de manera que penetre a través de dichas placas-aletas en la dirección de laminación de dichas placas-aletas; y conectar dicho tubo con dichas placas-aletas me -diante la expansión de dicho tubo.
Description
Procedimiento para la fabricación de un
intercambiador de calor del tipo de
placas-aletas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor.
La US-A-3 182 481
describe un intercambiador de calor que tiene una pluralidad de
placas-aletas laminadas entre sí en la dirección de
laminación para disponer de un espacio de separación predeterminado
entre placas-aletas adyacentes, con lo que un primer
fluido puede pasar a través de dicho espacio de separación. El
intercambiador de calor comprende además una pluralidad de tubos,
por donde fluye un segundo fluido, penetrando dichos tubos a través
de dichas placas-aletas en dicha dirección de
laminación. Con el fin de separar las placas-aletas
se proporciona una pluralidad de separadores que presentan la forma
de paredes verticales, cuyos separadores sobresalen en la dirección
de laminación.
La US-A-4 756 361
describe otro intercambiador de calor que tiene placas colectoras
provistas de aros elásticos ranurados para recibir los bordes de las
placas colectoras. Entre las placas colectoras se extienden tubos
circulares y pasan a través de taladros centrales previstos en los
aros que hacen presión sobre los mismos hacia el interior. Unas
aletas se extienden transversalmente con respecto a los tubos que se
extienden a través de collarines previstos en las aletas. Además, el
documento muestra un método para la fabricación de un intercambiador
de calor, comprendiendo dicho método las etapas de:
formar una pluralidad de
placas-aletas cada una de las cuales tiene un
agujero para la inserción de un tubo;
laminar dichas placas-aletas en
la dirección de laminación mediante el uso de una herramienta de
fijación;
insertar un tubo en dichos orificios de inserción
de tubos de dichas placas-aletas de manera que
penetre a través de dichas placas-aletas en la
dirección de laminación de dichas placas-aletas;
y
conectar dicho tubo a dichas
placas-aletas mediante la expansión de dicho
tubo.
En un intercambiador de calor del tipo de
placas-aletas, convencional, ambos extremos
(referidos de aquí en adelante como "extremos longitudinales")
de cada placa-aleta, en la dirección longitudinal
de las placas-aletas, tienen rebajos para fijar
posiciones de acoplamiento de las placas-aletas
cuando estas últimas se laminan. Los rebajos se proporcionan
simplemente solo para fijar las posiciones de acoplamiento, de
manera que cada placa-aleta se extiende simplemente
desde un tubo adyacente a un extremo longitudinal de la
placa-aleta hacia el extremo longitudinal. Por
tanto, la superficie entera de cada placa-aleta no
puede ser utilizada de un modo eficaz para mejorar la capacidad de
intercambio térmico del intercambiador de calor.
A la vista de los problemas anteriores, un objeto
de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento
simplificado para la fabricación de un intercambiador de calor del
tipo de placas-aletas que tiene una pluralidad de
tubos y una pluralidad de placas-aletas, en donde la
superficie entera de cada placa-aleta puede ser
utilizada de un modo eficaz para mejorar la eficacia de intercambio
térmico.
Este objeto se consigue mediante las
características descritas en la reivindicación 1.
Un intercambiador de calor incluye una pluralidad
de placas-aletas laminadas entre sí en la dirección
de laminación para disponer de un espacio de separación
predeterminado entre placas-aletas adyacentes, y una
pluralidad de tubos que penetran a través de las
placas-aletas en la dirección de laminación. Cada
una de las placas-aletas tiene una porción de rebajo
para fijar una posición de acoplamiento cuando se ensamblan las
placas-aletas, y la porción de rebajo está prevista
en un lateral extremo de cada placa-aleta en la
dirección longitudinal de las placas-aletas. En la
periferia exterior de la porción de rebajo está formada una pared
vertical que sobresale en la dirección de laminación. De este modo,
el aire que pasa a través de las placas-aletas es
perturbado por la pared vertical de la porción de rebajo, impidiendo
con ello el agrandamiento de una capa térmica limítrofe. Como
resultado, se mejora la eficacia de transmisión de calor y también
se mejora la capacidad de intercambio de calor. Además, debido a la
formación de la pared vertical, se pueden mejorar la rigidez a la
flexión y la resistencia a la torsión de cada
placa-aleta. Por tanto, puede evitarse que las
placas-aletas se deformen cuando se ensamblan estas
últimas, y las placas-aletas pueden ser fijadas con
precisión en posiciones predeterminadas. Es decir, las posiciones de
acoplamiento de las placas-aletas se pueden fijar
con precisión mediante la porción de rebajo cuando se fabrica el
intercambiador de calor. Además, una vez fabricado el intercambiador
de calor, se puede mejorar la eficacia de transmisión de calor por
medio de la pared vertical de la porción de rebajo, de manera que la
superficie entera de cada placa-aleta puede ser
empleada eficazmente para mejorar la eficiencia de intercambio de
calor.
Preferentemente, la pared vertical de la porción
de rebajo tiene una superficie de pared sobre la cual cruza el aire
que pasa entre las placas-aletas. En consecuencia,
el aire que pasa a través de las placas-aletas puede
ser perturbado de un modo suficiente por la pared vertical de la
porción de rebajo.
Más preferentemente, la pared vertical se
proporciona íntegramente con cada placa-aleta
mediante la deformación plástica de una parte de cada
placa-aleta. Por tanto, la pared vertical de la
porción de rebajo se forma fácilmente.
Otros objetos y ventajas de la presente invención
resultarán más fácilmente evidentes a partir de la siguiente
descripción detallada de modalidades preferidas consideradas de
manera conjunta con los dibujos anexos, en donde:
La figura 1 es una vista frontal que muestra un
radiador.
La figura 2 es una vista frontal parcial que
muestra tubos y placas-aletas del radiador según la
modalidad.
La figura 3 es una vista en planta parcial que
muestra la placa-aleta según la modalidad.
Las figuras 4A, 4B son vistas frontal y lateral,
aumentadas, de la placa-aleta, respectivamente,
según la modalidad.
La figura 5A es una vista esquemática que explica
una etapa para la formación de un elemento de aleta y la figura 5B
es una vista en sección transversal tomada por la línea
VB-VB de la figura 5A.
La figura 6 es una vista frontal de una
herramienta de fijación.
La figura 7 es una vista lateral de la
herramienta de fijación.
Las figuras 8A, 8B son vistas frontal y lateral,
aumentadas, de una placa-aleta, respectivamente.
Las figuras 9A, 9B son vistas frontal y lateral,
aumentadas, de una placa-aleta, respectivamente.
Con referencia a las figuras 1-7
se describe ahora una modalidad preferida. En la modalidad, un
intercambiador de calor del tipo de placas-aletas se
aplica habitualmente en un radiador 100. El radiador 100 incluye una
pluralidad de placas-aletas 110 que se extienden en
una dirección horizontal perpendicular a la dirección de flujo del
aire, y una pluralidad de tubos planos 120 que se extienden en una
dirección de arriba-abajo. La pluralidad de
placas-aletas 110 se laminan en la dirección de
arriba-abajo para que tengan un espacio de
separación predeterminado fp entre dos placas-aletas
110 adyacentes. Como se muestra en la figura 3, la pluralidad de
tubos planos 120 por los cuales fluye un fluido (por ejemplo, agua
de refrigeración), se extienden en la dirección de
arriba-abajo (es decir, la dirección de laminación
de las aletas) para penetrar a través de las
placas-aletas 110, y están dispuestos en una línea
en la dirección horizontal.
Cada una de las placas-aletas 110
y cada uno de los tubos 120 son de un material de aluminio. Las
placas-aletas 110 se conectan a las periferias
exteriores de los tubos 120 mediante la expansión de los tubos 120
una vez que estos últimos han sido insertados en los agujeros 210
formados en las placas-aletas 110.
Como se muestra en las figuras 2 y 3, en las
placas-aletas 110, entre tubos adyacentes 120, están
formadas lamas 111 para mejorar la eficacia de intercambio de calor.
Una parte de cada placa-aleta 110 está cortada de
manera que las lamas 111 quedan formadas íntegramente con cada
placa-aleta 110. Piezas en saliente 130 sobresalen
de cada placa-aleta 110 hacia uno de los lados en la
dirección de laminación (es decir, la dirección longitudinal del
tubo) de las placas-aletas 110. Una parte de cada
placa-aleta 110 está cortada de manera que las
piezas en saliente 130 quedan formadas íntegramente con cada
placa-aleta 110.
Los extremos superiores de las piezas en saliente
130 que sobresalen de una placa-aleta 110 entran en
contacto con una placa-aleta adyacente 110, de
manera que se forma un espacio de separación predeterminado fp entre
placas-aletas adyacentes 110. Es decir, las piezas
en saliente 130 se emplean como un elemento de retención del espacio
de separación predeterminado fp. Debido a que las piezas en saliente
130 se forman mediante el corte de las placas-aletas
110, en estas últimas se forma un agujero 131.
Como se muestra en la figura 4A, están formadas
porciones de rebajo 112 en forma de U para fijar la posición de
acoplamiento de las placas-aletas 110, en ambos
extremos aguas arriba y aguas abajo en la dirección de flujo del
aire, en ambos laterales extremos longitudinales de cada
placa-aleta 110. En los laterales extremos
longitudinales de cada placa-aleta 110, no están
previstas las lamas 111. Están formadas porciones de paredes
verticales 113 en las porciones inferiores de las porciones de
rebajo 112 para que sobresalgan hacia uno de los lados de la
dirección de laminación de las placas-aletas 110. En
la modalidad, las porciones de paredes verticales 113 sobresalen en
la misma dirección que la dirección en la sobresalen las piezas en
saliente 130.
Cada una de las porciones de paredes verticales
113 tiene una superficie de pared 113a en forma de arco circular, de
manera que el aire que pasa a través de las
placas-aletas 110 es perturbado por la superficie de
pared 113a. En las figuras 4A y 4B, las porciones de paredes
verticales 113 están formadas en cada placa-aleta
110 sobre ambos extremos del aire aguas arriba y aguas abajo en
ambos laterales extremos longitudinales de cada
placa-aleta 110. Sin embargo, las porciones de
paredes verticales 113 pueden estar formadas en cada
placa-aleta 110 al menos sobre el extremo del aire
aguas arriba.
En la modalidad, la porción de pared vertical
113a está formada mediante una etapa de desbarbado. Es decir, una
parte de la placa-aleta 110 se deforma plásticamente
mediante desbarbado, de manera que se forme la porción de pared
vertical 113. Por ejemplo, durante el desbarbado, una porción de
pared periférica de un agujero formado en una placa se expansiona
mediante una herramienta, de manera que, alrededor del agujero, se
forma una porción de pared vertical que sobresale de la placa.
Como se muestra en la figura 1, una placa de
machos 140 hecha de material de aluminio está conectada a ambos
extremos de cada tubo 120. La placa de machos 140 se conecta a los
tubos 120 mediante la expansión de los tubos 120 una vez que estos
últimos se han introducido en agujeros formados en la placa de
machos 140. Al interior de cada tubo 120 se distribuye agua de
refrigeración contenida en un tanque superior 141 hecho de resina y
se envía a un tanque inferior 142 también hecho de resina después de
haber entrado en contacto de intercambio de calor con aire. Ambos
tanques superior e inferior 141, 142 están sujetos y fijos en la
placa de machos 140 por medio de un elemento de junta, tal como una
empaquetadura, mediante la deformación plástica de un saliente de la
placa de machos 140.
En el tanque superior 141 está formada una
entrada 143 que está acoplada a una salida de agua de refrigeración
del motor. En el tanque inferior 142 está formada una salida 144 que
está acoplada a una entrada de agua de refrigeración del motor. El
tanque superior 141 tiene un agujero a través del cual se introduce
agua de refrigeración en el tanque superior 141 y el agujero está
cerrado mediante un tapón 145.
Con referencia a las figuras 5A y 5B se
describirá ahora un método de fabricación de la
placa-aleta 110. En la figura 5A, la dirección
longitudinal de cada placa-aleta 110 se encuentra en
una dirección a lo ancho perpendicular a una dirección de
distribución S de un material de tipo película 200 para las aletas.
Como se muestra en la figura 5A, mientras se distribuye el material
200 para las aletas en la dirección de distribución S, se forman
simultáneamente, mediante embutición en la prensa, los agujeros 210
en los cuales se introducen los tubos 120 y los agujeros 220
correspondientes a los agujeros de las porciones de rebajo 112.
Además, mientras se distribuye el material 200 para las aletas en la
dirección de distribución S, se efectúa el desbarbado con respecto a
los agujeros 220 y los agujeros 210 para los tubos, de manera que
las porciones de paredes verticales 113 y las porciones de paredes
211, alrededor de los agujeros 210 para los tubos, se forman
simultáneamente en el material 200 para las aletas, para que
sobresalgan en la misma dirección. A continuación, se corta el
material 200 para las aletas para que tenga una longitud
predeterminada, formándose así cada una de las
placas-aletas 110.
Con referencia a las figuras 6 y 7, se describirá
ahora un método de fabricación del radiador 100. Como se muestra en
la figura 6, una herramienta de fijación 300 tiene dos porciones en
saliente 310 para fijar la posición de acoplamiento de cada
placa-aleta 110 y las dos porciones en saliente 310
se insertan en dos porciones de rebajo 112, respectivamente, que
están situadas en un lado superior, en la figura 6, dentro de
porciones de rebajo 112 formadas en ambos laterales extremos
longitudinales de cada placa-aleta 110. Además, como
se muestra en la figura 7, cada extremo superior de las piezas en
saliente 130 entra en contacto con una placa-aleta
adyacente 110, mientras que las porciones de paredes verticales 113
entran en contacto con las porciones en saliente 310 de la
herramienta de fijación 300, de manera que todas las
placas-aletas 110 se laminan en la dirección de
laminación. Las porciones en saliente 310 de la herramienta de
fijación 300 se extienden de forma similar a un carril en la
dirección de laminación de las placas-aletas 110. El
lado superior de la herramienta de fijación 300, en la figura 6, en
donde están previstas las porciones en saliente 310, se fija a un
soporte de base 320. Por otro lado, el lado inferior de la
herramienta de fijación 300, en la figura 6, opuesto a las porciones
en saliente 310, es presionado por un muelle helicoidal 340 a través
de un porta-aletas 330, de manera que las
placas-aletas 110 quedan presionadas hacia las
porciones en saliente 310 de la herramienta de fijación 300.
A continuación, como se muestra en la figura 7,
se inserta cada tubo 120 en cada agujero 210 para que penetren a
través de las placas-aletas 110, durante una etapa
de inserción de los tubos. Debido a que cada tubo 120 tiene la misma
forma, el método de conexión se explicará empleando únicamente un
solo tubo 120. Cuando el tubo 120 se inserta en el agujero 210, el
tubo 120 es guiado por un elemento de guía 350. A continuación, se
introduce un elemento de expansión, tal como una varilla metálica,
en el tubo 120 para expansionarlo de manera que la pared exterior
del tubo 120 quede ajustada a presión en la porción de pared
vertical 211, conectando así las placas-aletas 110 y
el tubo 120 durante una etapa de conexión de las aletas.
A continuación, se dispone la placa de machos 140
en ambos extremos de cada tubo 120 en la dirección longitudinal y se
introducen ambos extremos de cada tubo 120 en los agujeros formados
para ese fin en la placa de machos 140. Ambos extremos insertados de
cada tubo 120 se expansionan de nuevo, de manera que la placa de
machos 140 y los tubos 120 se conectan durante una etapa de conexión
de la placa de machos.
Se forma entonces una porción de machos mediante
la conexión de las placas-aletas 110 y los tubos
120, y se retira la placa de machos 140 de la herramienta de
fijación 300, y los tanques superior e inferior 141, 142 se fijan en
la placa de machos 140.
De acuerdo con la modalidad de la presente
invención, la porción de pared vertical 113 se forma sobre una
porción periférica exterior de la porción de rebajo 112 para fijar
la posición de acoplamiento, con lo que el aire que pasa a través de
las placas-aletas 110 es perturbado por la porción
de pared vertical 113. De este modo, puede impedirse que una capa
térmica limítrofe se agrande, mejorando con ello la eficacia de
transmisión de calor y la capacidad de intercambio de calor (por
ejemplo, capacidad de enfriamiento). Es decir, las porciones de
rebajo 112 se proporcionan en cada placa-aleta 110
en ambos laterales extremos longitudinales en donde no están
previstas las lamas 111, y las porciones de paredes verticales 113
se proporcionan en las porciones de rebajo 112. Por tanto, mediante
la porción de pared vertical 113 se puede mejorar la eficacia de
intercambio de calor del radiador 100. De acuerdo con los
experimentos realizados por los inventores de la presente invención,
la capacidad de intercambio de calor del radiador 100 se mejora en
1-2% aproximadamente, en comparación con un radiador
que carece de la porción de pared vertical 113.
Además, debido a la formación de la porción de
pared vertical 113, se mejoran la rigidez a la flexión y la
resistencia a la torsión de cada placa-aleta 110.
Por tanto, cuando se fijan las placas-aletas 110
empleando las porciones en saliente 310, puede impedirse que las
placas-aletas 110 se deformen, y las
placas-aletas 110 pueden ser fijadas de forma
precisa en posiciones predeterminadas, respectivamente.
Debido a la porción de rebajo 112, la posición de
acoplamiento de cada placa-aleta 110 se fija con
precisión durante una de las etapas de fabricación. Por otro lado,
debido a que el aire que pasa a través de las
placas-aletas 110 es perturbado por las porciones de
paredes verticales 113 de las porciones de rebajo 112, se mejora la
eficacia de transmisión de calor de manera que puede utilizarse de
un modo eficaz la totalidad de la superficie de las
placas-aletas 110. Como resultado, se mejora la
capacidad de intercambio de calor en el radiador 100.
Además, las porciones de paredes verticales 113 y
las porciones de paredes verticales 211 para los tubos 120 se forman
de manera simultánea mediante desbarbado en la etapa de fabricación
de las placas-aletas 110. Por tanto, se puede
establecer de manera precisa una posición relativa entre las
porciones de rebajo 112 y los agujeros 210 para los tubos. De este
modo, cuando las placas-aletas 110 se fijan en la
herramienta de fijación 300, los tubos 120 se introducen con
precisión en los agujeros 220 para los tubos, respectivamente.
La forma de las porciones de rebajo 112 puede
alterarse tal como se muestra en las figuras 8A, 8B, 9A, 9B. En la
modalidad anteriormente descrita, cada una de las porciones de
rebajo 112 tiene una configuración en U aproximadamente. Sin
embargo, cada una de las porciones de rebajo 112 se puede formar con
una configuración rectangular como se muestra en la figura 8A, o
bien se puede formar con una configuración como la mostrada en la
figura 9A.
En la modalidad anteriormente descrita, la
porción de rebajo 112 se forma en los extremos aguas arriba y aguas
abajo de la placa-aleta 110 en la dirección de flujo
del aire sobre ambos laterales extremos longitudinales de la
placa-aleta 110. Sin embargo, la porción de rebajo
112 se puede proporcionar al menos en el extremo aguas arriba de la
placa-aleta 110 sobre ambos laterales extremos
longitudinales de la placa-aleta 110.
En la modalidad anteriormente descrita, la
placa-aleta 110 se ajusta a presión en las porciones
en saliente 310 de la herramienta de fijación 300 mediante el muelle
helicoidal 340. Sin embargo, en lugar del muelle helicoidal 340, se
puede emplear otro elemento para efectuar el ajuste a presión.
Además, la etapa de conexión de las aletas y la etapa de conexión de
la placa de machos se pueden realizar en una sola etapa de
conexión.
Claims (7)
1. Procedimiento de fabricación de un
intercambiador de calor (100), cuyo procedimiento comprende las
etapas de:
formar una pluralidad de
placas-aletas (110) cada una de las cuales tiene una
porción de rebajo (112) en ambos laterales extremos de cada
placa-aleta en una dirección longitudinal de dichas
placas-aletas y un agujero (210) para la inserción
de un tubo, teniendo la periferia exterior de dicha porción de
rebajo una pared vertical (113) que sobresale de cada
placa-aleta;
laminar dichas placas-aletas en
una dirección de laminación utilizando una herramienta de fijación
(300) que tiene una porción en saliente (310) para fijar las
posiciones de dichas placas-aletas, siendo fijadas
las posiciones de dichas placas-aletas mediante el
contacto de dicha porción en saliente de dicha herramienta de
fijación con dicha pared vertical que sobresale en la dirección de
laminación;
insertar un tubo (120) en dichos orificios para
la inserción de tubos de dichas placas-aletas, de
manera que penetre a través de dichas placas-aletas
en la dirección de laminación de dichas
placas-aletas; y
conectar dicho tubo con dichas
placas-aletas mediante la expansión de dicho
tubo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde dicha etapa de formación incluye una etapa para formar dicha
pared vertical (113) de dicha porción de rebajo (112) mediante
desbarbado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde cada una de dichas placas-aletas tiene un
primer extremo en un lado aguas arriba y un segundo extremo en un
lado aguas abajo en una dirección de flujo del primer fluido
perpendicular a la dirección longitudinal de dichas
placas-aletas, y en donde dicha porción de rebajo
(112) se proporciona en ambos lados de dichos primero y segundo
extremos de cada placa-aleta (110).
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde dicha pared vertical (113) tiene una forma de arco circular
aproximadamente.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en donde dicha pared vertical (113) se
proporciona de forma íntegra con cada una de dichas
placas-aletas mediante la deformación plástica de
una parte de cada placa-aleta.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en donde dicha pared vertical (113) de dicha
porción de rebajo (112) prevista en una de dichas
placas-aletas (110) entra en contacto con otra
placa-aleta adyacente a dicha
placa-aleta.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en donde cada una de dichas
placas-aletas (112) tiene una pluralidad de lamas
previstas entre tubos adyacentes (120).
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