ES2222414T3 - Intercambiador de calor. - Google Patents
Intercambiador de calor.Info
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Abstract
Intercambiador de calor con una red de refrigeración soldada (1) compuesta de tubos planos (2) y elementos de intercambio de calor (3), en donde los extremos (4) de los tubos planos (2) se comunican con aberturas (6) dispuestas en platos de tubos opuestos (5), de modo que un medio de intercambio de calor puede circular por los tubos planos (2) y las aberturas (6), y con cajas colectoras (7) de plástico cuyo borde (8) está unido mecánicamente con el borde periférico (9) de los platos de tubos (5), así como con platos intermedios (10) asociados a los platos de tubos (5), presentando cada plato intermedio (10) un borde periférico (11) que está unido metálicamente con el borde periférico (9) del plato de tubos asociado (5), en el que los platos intermedios (10) poseen una pluralidad de escotaduras (6.1) dispuestas en fila o únicamente una o unas pocas escotaduras (6.1), y en el que está presente entre el plato intermedio (10) y el plato de tubos (5) un espacio (12) recorrido por la corriente del medio de intercambio de calor que circula por los tubos planos (2).
Description
Intercambiador de calor.
La invención concierne a un intercambiador de
calor con una red de refrigeración soldada compuesta de tubos
planos y elementos de intercambio de calor, en donde los extremos
de los tubos planos se comunican con aberturas dispuestas en platos
de tubos opuestos, de modo que un medio de intercambio de calor
puede circular por los tubos planos y las aberturas, y con cajas
colectoras cuyo borde está unido mecánicamente con el borde
periférico de los platos de tubos, así como con platos intermedios
asociados a los platos de tubos y que presentan escotaduras.
Un intercambiador de calor de esta clase es
conocido por el documento US 4 903 389. Con el intercambiador de
calor conocido se consigue de manera ventajosa una flexibilidad
mejorada del diseño, ya que únicamente tienen que sustituirse los
platos intermedios a manera de placas allí previstos para
proporcionar un intercambiador de calor con un recorrido de flujo
modificado o con una potencia de intercambio de calor diferente.
Este intercambio de calor es un condensador cuyo modelo de flujo
del medio frigorífico presenta un recorrido en forma de
zig-zag.
Se conocen otros intercambiadores de calor por el
documento EP 479 012 B1. Los platos intermedios previstos en este
documento EP tienen el cometido de suprimir o evitar el
ensanchamiento de los tubos planos producido por presión
interior.
Los intercambiadores de calor de la clase
comentada requieren para su fabricación un coste considerable, las
llamadas prestaciones previas, por las cuales han de entenderse
útiles, dispositivos, etc. que son necesarios para la producción en
grandes series. Es fácilmente comprensible que los costes por
intercambiador de calor aumentan en tanta mayor medida cuanto más
pequeño es el número de unidades que ha de producirse.
Particularmente en intercambiadores de calor para vehículos
automóviles, los mismos han de diseñarse frecuentemente para
diferentes potencias de refrigeración, ya que el cliente demanda
vehículos automóviles de la misma serie de construcción con
diferentes potencias del motor. Una característica que se puede
encontrar con frecuencia en intercambiadores de calor de
aproximadamente el mismo espacio de montaje, pero de diferente
potencia de refrigeración, consiste en diseñar su red de
refrigeración con profundidad diferente, es decir, emplear tubos
planos cuyo diámetro grande sea mayor para una potencia de
refrigeración más alta, o, recíprocamente, sea más pequeño para una
potencia de refrigeración menor. Sin embargo, esta medida entraña
costes en sí y de por sí importantes para nuevos útiles y
dispositivos, puesto que en cualquier caso son necesarios nuevos
platos de tubos y eventualmente también nuevas cajas colectoras que
requieren nuevos útiles.
El cometido de la presenta invención consiste en
proporcionar intercambiadores de calor para mayores potencias de
refrigeración, con una red de refrigeración de mayor profundidad,
con reducido coste de modificación.
Según la invención, este problema se resuelve con
las características de la reivindicación 1. Dado que los platos
intermedios presentan un borde que está unido metálicamente con el
borde periférico de los platos de tubos, y dado que los platos
intermedios poseen una o más aberturas, de modo que entre el plato
intermedio y el plato de tubos asociados está presente un espacio
recorrido con el medio de intercambio de calor que circula por los
tubos planos, es posible proporcionar con poco coste de modificación
un intercambiador de calor cuya potencia de refrigeración sea mayor
o que presente una mayor profundidad de la red de refrigeración. El
espacio mencionado, apto para ser recorrido por la corriente,
proporciona la compensación de la diferencia de profundidad.
Asimismo, el espacio apto para ser recorrido por la corriente sirve
para compensar diferencias de presión en toda la longitud de las
cajas colectoras.
El plato intermedio puede presentar únicamente
una o unas pocas escotaduras provistas de nervios de rigidización.
Esto es lo que ocurre cuando el plato intermedio está dispuesto por
encima del plato de tubos asociado. Sin embargo, preferiblemente, el
plato intermedio posee escotaduras con embocaduras correspondientes
a los extremos de los tubos planos para poder soltar dichos
extremos de los tubos planos en dichas embocaduras. En estos casos
preferidos, el plato intermedio está dispuesto por debajo del plato
de tubos asociado.
Las cajas colectoras del intercambiador de calor
con la menor potencia de refrigeración pueden ser empleadas sin
tener que realizar modificaciones de ninguna clase. Además, puede
seguirse utilizando el útil de transformación para fabricar los
platos de tubos, no siendo necesaria en el mismo ninguna
modificación o necesitándose -en determinadas variantes explicadas
más abajo- sólo insignificantes modificaciones. En principio, el
único coste adicional consiste en la preparación un útil para los
platos intermedios, siendo relativamente pequeñas las exigencias
referentes a la exactitud de los platos intermedios, por lo que el
coste necesario en útiles es bajo. En cualquier caso, el grado de
transformación de los platos intermedios es más pequeño que el de
los platos de tubos, lo que contribuye también a unos costes
relativamente bajos en útiles. Por tanto, la invención hace posible
diseñar los útiles y dispositivos para las series grandes. Dado que
los vehículos de una serie de construcción de éstos con potencia
del motor y demanda de refrigeración algo más bajas son con
frecuencia aquéllos que se producen en mayor número de unidades,
los útiles pueden ser acomodados a los componentes necesarios para
ello. Por ejemplo, un intercambiador de calor acomodado a éstos
presenta una profundidad de la red de refrigeración de
aproximadamente 30 mm, lo que corresponde aproximadamente el
diámetro grande de los tubos planos de la red de refrigeración. En
un número menor de unidades se necesitan para vehículos automóviles
de la misma serie de construcción, pero con mayor potencia del
motor, intercambiadores de calor de mayor potencia que han de
presentar una profundidad de la red de refrigeración de, por
ejemplo, aproximadamente 40 mm. Esto tiene lugar debido a que se
fabrica y se inserta en el intercambiador de calor un plato
intermedio que está construido en la forma caracterizada con
detalle en las reivindicaciones 2 a 5 y que se desprende también de
la descripción de los ejemplos de ejecución siguientes, para lo
cual se hace referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 es un alzado frontal del
intercambiador de calor;
La figura 2 es un detalle ampliado de la figura
1;
La figura 3 es una sección transversal parcial
(entre los tubos planos) del intercambiador de calor de un primer
ejemplo de ejecución;
La figura 4 es como la figura 3, pero con el
plano de sección en un tubo plano;
La figura 5 es una sección transversal parcial (a
través del tubo plano) de un segundo ejemplo de ejecución;
La figura 6 es una sección transversal parcial (a
través del tubo plano) de un tercer ejemplo de ejecución;
La figura 7 es una sección transversal parcial
del intercambiador de calor del estado de la técnica;
La figura 8 es una vista en planta esquemática
del plato de tubos de la figura 5; y
La figura 9 es una vista en planta esquemática
del plato intermedio de la figura 5.
Se desprende de la figura 7 una configuración
usual del intercambiador de calor en la zona de unión entre el
borde periférico 8 de la caja colectora 7 y el borde periférico 9
del plato de tubos 5. Intercalando una junta 30 se crea una unión
estanca a los líquidos, por ejemplo por doblado de orejetas 15 en
el borde 9. Los extremos 4 de los tubos planos 2 se enchufan en los
platos de tubos 5, en aberturas correspondientes 6 en el caso
mostrado en la figura 7, y están soldados en dichos platos. El
diámetro grande D (antiguo) de los tubos planos 2 es aquí de, por
ejemplo, 30 mm, lo que corresponde a la profundidad de la red de
refrigeración 1. La red de refrigeración 1 consta de tubos planos 2
con aletas onduladas intercaladas 3, tal como se muestra
esquemáticamente en las figuras 1 y 2. El intercambiador de calor
consiste en el radiador de aire-líquido de
refrigeración un vehículo automóvil, en el que el aire de
refrigeración circula por las aletas onduladas 3 y el líquido de
refrigeración circula por los tubos planos 2. Las cajas colectoras
7 son de plástico y se fabrican en un número grande de unidades en
un útil de fundición inyectada relativamente caro. Cuando la red de
refrigeración 1 está soldada con los platos de tubos 5, se inserta
una junta 30 en el borde 9 de forma de U del plato de tubos 5 y se
asienta la caja colectora 7 con su borde 8 sobre la junta 30 en el
borde 9 del plato de tubos 5. En un útil especial se realiza
después, como ya se ha consignado más arriba, el doblado de las
orejetas 15 en el borde 9 del plato de tubos 5, estableciéndose la
mencionada unión sólida y estanca a los líquidos con la caja
colectora 7.
Para emplear ahora tubos planos 2 de mayor
diámetro "grande" D (nuevo) con un coste de modificación muy
pequeño o, en otras palabras, para equipar el intercambiador de
calor con una red de refrigeración más profunda y más potente, sin
prescindir del plato de tubos 5 fabricado también con un útil
costoso, en el ejemplo de ejecución mostrado en las figuras 1 a 4
un plato intermedio 10 está unido metálicamente mediante su borde
11 con el borde 9 del plato de tubos 5. En esta variante el plato
intermedio 10 está dispuesto por debajo del plato de tubos 5, es
decir, entre el plato de tubos 5 y la red de refrigeración 1. En
los ejemplos de ejecución mostrados cada plato intermedio 10 es una
pieza embutida, pero en cuya precisión -con excepción de las
escotaduras 6.1 con las embocaduras 20- no han de imponerse
exigencias espacialmente altas. El plato intermedio 10 tiene que
poseer únicamente un borde periférico adecuado 11 para que pueda
ser soldado con el borde periférico 9 del plato de tubos 5. El
plato intermedio 10 no tiene que estar configurado ineludiblemente
a manera de bandeja como en las figuras 1 a 4. Por ejemplo, se
puede suprimir sustancialmente en el plato intermedio 10 el borde
vertical exterior 40 que puede apreciarse de forma óptima en las
figuras 3 y 4, de modo que el borde periférico 11 del plato
intermedio 10 esté aplicado y soldado al borde periférico 9 del
plato de tubos 5 únicamente desde abajo, pero no lateralmente. Por
tanto, el plato intermedio 10, con excepción de las embocaduras 20,
puede ser una pieza sustancialmente plana. Por este motivo, el útil
se puede fabricar a coste relativamente bajo.
La figura 2 muestra la parte superior derecha del
intercambiador de calor de la figura 1 en una representación
ampliada. Las figuras 3 y 4 son secciones transversales a través de
la caja colectora 7 de las figuras 1 y 2, incluyendo el plato de
tubos 5 y el plato intermedio 10. El plano de sección en la figura
3 está situado en este caso entre los tubos planos 2, de modo que
pueden apreciarse en su perímetro las embocaduras 20 dirigidas
hacia la red de refrigeración 1. En estas embocaduras 20 se
insertan y se sueldan los extremos 4 de los tubos planos 2. Dado
que en la figura 4 el plano de sección está situado en un tubo
plano 2, se puede apreciar también en la sección la embocadura
asociada 20, la cual rodea a la escotadura 6.1.
En el ejemplo de ejecución de la figura 6, que
consiste también en una sección transversal a través de una caja
colectora 7, se ha mostrado un plato intermedio 10 sustancialmente
más plano que en las figuras 1 a 4, estando situado el plano de
sección en uno de los tubos planos 2. En cualquier caso, entre el
plato intermedio 10 y el plato de tubos 5 está presenta un espacio
12 recorrido con el líquido de refrigeración, a través del cual
puede tener lugar la transición o la compensación entre la
profundidad originalmente más pequeña de la red de refrigeración y
la profundidad agrandada de dicha red de refrigeración. El espacio
12 apto para ser recorrido por la corriente se ha mostrado
únicamente en las secciones transversales de las figuras 3 a 6. Se
sobrentiende que este espacio 12 se extiende aproximadamente por
toda la longitud de las cajas colectoras 7 o de los platos de tubos
5, lo que se desprende también de la descripción de los bordes 9 y
11, que son periféricos, es decir que rodean al perímetro de los
platos de tubos 5 y de los platos intermedios 10, respectivamente.
El plato de tubos 5 pueden mantenerse completamente inalterado en
los ejemplos de ejecución de las figuras descritas hasta ahora. Sin
embargo, cuando el útil para fabricar el plato de tubos 5 es un
útil secuencial de varias etapas, se puede retirar de este útil
secuencial, sin un gran coste, el inserto que está previsto como
troquel de formación de agujeros-embocaduras, y se
puede sustituir este inserto por un sencillo útil de formación de
agujeros, de modo que la serie de aberturas 6 en el plato de tubos
5 esté presente únicamente como una o unas pocas aberturas 6 del
plato de tubos 5 para hacer pasar a su través del medio de
intercambio de calor. El que se prevea esta medida (variación en el
útil del plato de tubos) depende de si se puede aceptar o no una
pérdida de presión algo mayor.
En el ejemplo de ejecución que se muestra en las
figuras 5, 8 y 9 se ha cambiado únicamente en el útil secuencial
para fabricar el plato de tubos 5 el inserto ya mencionado de
formación de agujeros y de embocaduras para las aberturas 6, por
ejemplo el de la medida de 30 mm, por otra unidad con la medida más
profunda de, por ejemplo, 40 mm. La figura 8 muestra en el lado
izquierdo las aberturas 6, que presentan el diámetro grande D
(nuevo) y con las cuales es provisto todo el plato de tubos 5. En
el lado derecho se han indicado algunas de las aberturas antiguas 6
con el diámetro D (antiguo), únicamente para aclarar la diferencia.
Como plato intermedio 10 se ha insertado entonces por encima del
plato de tubos 5 una pieza conformada a manera de bandeja sencilla
de fabricar. En este plato intermedio 10 pueden estar troqueladas
unas pocas (tres) escotaduras grandes 6.1 o una escotadura
rectangular 6.1, eventualmente con nervios intermedios 50 (figura
9), para dejar que circule el líquido de refrigeración. El plato
intermedio 10 conformado a manera de bandeja de este ejemplo de
ejecución se ha colocado dentro del borde periférico 9 del plato de
tubos 5, con el borde periférico 11 mirando hacia abajo. De este
modo, el plato intermedio 10 ó su enmarcado vertical 60 forma un
apoyo interior para la junta 30. Se asegura o favorece así el
proceso de engrapado de la caja colectora 7 con su borde 8 en el
borde 9 del plato de tubos 5, que tiene lugar después del proceso
de soldadura.
Otra ventaja esencial de todas las variantes
consiste en que se mantiene inalterado en cualquier caso el
contorno exterior del plato de tubos 5, por lo que el útil de
engrapado puede ser empleado sin modificaciones.
Claims (5)
1. Intercambiador de calor con una red de
refrigeración soldada (1) compuesta de tubos planos (2) y elementos
de intercambio de calor (3), en donde los extremos (4) de los tubos
planos (2) se comunican con aberturas (6) dispuestas en platos de
tubos opuestos (5), de modo que un medio de intercambio de calor
puede circular por los tubos planos (2) y las aberturas (6), y con
cajas colectoras (7) de plástico cuyo borde (8) está unido
mecánicamente con el borde periférico (9) de los platos de tubos
(5), así como con platos intermedios (10) asociados a los platos de
tubos (5), presentando cada plato intermedio (10) un borde
periférico (11) que está unido metálicamente con el borde
periférico (9) del plato de tubos asociado (5),
en el que los platos intermedios (10) poseen una
pluralidad de escotaduras (6.1) dispuestas en fila o únicamente una
o unas pocas escotaduras (6.1), y
en el que está presente entre el plato intermedio
(10) y el plato de tubos (5) un espacio (12) recorrido por la
corriente del medio de intercambio de calor que circula por los
tubos planos (2).
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque el plato intermedio
(10) está dispuesto entre el plato de tubos asociado (5) y la red
de refrigeración (1), y porque la dimensión de las escotaduras
(6.1) en el plato intermedio (10) -visto en la dirección del
diámetro grande (D nuevo) de los tubos planos (2)- es mayor que las
aberturas (6, D antiguo) de los platos de tubos (5),
correspondiendo las escotaduras (6.1) al número y configuración de
los extremos (4) de los tubos planos.
3. Intercambiador de calor según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las escotaduras
(6.1) en los platos intermedios (10) poseen embocaduras (20) que
miran preferiblemente en dirección a la red de refrigeración (1)
para soldar en ellas los extremos (4) de los tubos planos.
4. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque el plato intermedio
(10) está dispuesto por encima del plato de tubos asociado (5) o
entre el plato de tubos (5) y la caja colectora (7), y porque el
plato intermedio (10) posee una o varias escotaduras (6.1) cuyo
diámetro pequeño (D_{k}) es menor que el diámetro grande (D
nuevo) de las aberturas (6) de los platos de tubos (5) que dan
alojamiento a los extremos (4) de los tubos planos, y porque el
plato intermedio (10) está conformado a manera de bandeja y soporta
desde dentro el borde (8) de las cajas colectoras (7) en su unión
mecánica con el borde (9) de los platos de tubos (5).
5. Intercambiador de calor según las
reivindicaciones 1 y 4, caracterizado porque las escotaduras
(6.1) de los platos intermedios (10) presentan una sección
transversal aproximadamente rectangular que está atravesada por
nervios de rigidización (50) que miran en la dirección
(D_{k}).
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