ES2322190T3 - Carcasa colectora para intercambiador de calor, particularmente para evaporador de climatizacion, intercambiador que comprende esta carcasa. - Google Patents
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Abstract
Carcasa colectora de intercambiador de calor, que comprende una placa colectora (26) y una tapa (52), estando provista dicha placa colectora (26) de aberturas de recepción (28) para la inserción de tubos (18) de intercambio de calor y al menos de una abertura de entrada/salida de fluido (34, 36), comprendiendo dicha carcasa colectora, por otro lado, al menos un manguito (40) que comprende un medio de retención (42), cuyo manguito (40) está dispuesto en una de dichas aberturas de entrada/salida (34, 36), y cooperando dicho medio de retención (42) con la placa colectora (26) para la sujeción de dicho manguito (40), siendo susceptible el manguito (40) de recibir un tubo de entrada/salida de fluido (22, 24), caracterizada por el hecho de que dicho medio de retención (42) queda interpuesto entre dicha placa colectora (26) y dicha tapa (52).
Description
Carcasa colectora para intercambiador de calor,
particularmente para evaporador de climatización, intercambiador que
comprende esta carcasa.
La invención se refiere al ámbito de los
intercambiadores de calor y, en particular, a los intercambiadores
destinados a ser recorridos por un fluido bajo alta presión.
En este respecto, la invención se refiere más
concretamente a evaporadores de climatización susceptibles de ser
recorridos por un fluido refrigerante en el estado supercrítico,
como es el caso de gas como, por ejemplo, el dióxido de carbono o
CO_{2}. Tales intercambiadores encuentran una aplicación
particular en los vehículos automóviles.
Se recordará que, en un circuito de
climatización recorrido por un fluido refrigerante en el estado
supercrítico, este fluido permanece esencialmente en el estado
gaseoso y bajo una presión muy elevada que actualmente se incluye
entre 100 y 150 bares. Se desprende que tales intercambiadores de
calor, y, en particular, sus carcasas colectoras, deben poder
resistir estas elevadas presiones, siendo las presiones de explosión
preconizadas generalmente de tres veces el valor de la presión
nominal de funcionamiento. Estas exigencias se extienden también a
los tubos de conexión de entrada y salida del fluido
refrigerante.
Ya se conocen carcasas colectoras, generalmente
obtenidas por soldadura, que se conciben para resistir estas
presiones elevadas.
En una primera solución, conocida a partir del
documento US 2004/211551, los tubos de entrada y salida son
insertados directamente en la carcasa colectora mediante unas
aberturas realizadas en la misma. Esta solución presenta problemas
importantes de fugas.
En una segunda solución, conocida a partir del
documento WO 02/066918, se mecaniza y se suelda un bloque de
conexión sobre la carcasa colectora mediante una placa intermedia.
Este bloque es susceptible de recibir los tubos de entrada y salida
de fluido refrigerante. Esta solución presenta el inconveniente de
utilizar un bloque de elevado peso que puede inducir problemas de
soldadura.
Existen otras soluciones para conectar tubos de
entrada y salida de fluido que refrigera la carcasa colectora en
una parte intermedia, conocidas por ejemplo a partir del documento
WO 01/88445, pero estas soluciones no se adaptan para soportar
presiones muy fuertes, como las encontradas en los evaporadores
antes citados.
Se conoce también el documento WO 01/97807, que
describe el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención tiene por objeto mejorar la
situación.
A tal efecto, la invención propone una carcasa
colectora de intercambiador de calor que incluye una placa
colectora y una tapa. La placa colectora está provista de unas
aberturas de recepción para la inserción de tubos de intercambio de
calor y al menos de una abertura de entrada/salida de fluido. La
carcasa colectora comprende, por otro lado, al menos un manguito que
comprende un medio de retención, cuyo manguito está dispuesto en una
de las aberturas de entrada/salida. El medio de retención coopera
con la placa colectora para la sujeción del manguito, siendo
susceptible el manguito de recibir un tubo de entrada/salida de
fluido. El medio de retención se encuentra insertado entre la placa
colectora y la tapa.
Esta carcasa colectora es especialmente
ventajosa porque el manguito puede soldarse con una superficie de
soldadura óptima sobre la placa colectora por su anillo. Eso
permite, en particular, evitar la presencia de chapado sobre el
manguito y limita los problemas de montaje.
Por otra parte, la disposición del manguito
permite realizar la conexión a los tubos de entrada/salida de fluido
en el espacio de la carcasa colectora, en una dirección
sensiblemente paralela a los tubos de intercambio de calor.
Un modo de realización prevé que el medio de
retención sea un anillo.
En otro modo de realización, la placa colectora
se presiona en la abertura de entrada/salida de fluido para formar
un alojamiento de forma homóloga a la del anillo, y se coloca el
anillo del manguito en este alojamiento. Ventajosamente, el
alojamiento tiene una profundidad sensiblemente igual al grosor del
anillo.
Este modo de realización permite optimizar el
espacio ocupado por la carcasa colectora y no modificar la
disposición interior de ésta.
La carcasa colectora puede comprender una placa
de distribución unida con la placa colectora, entre ésta y la tapa,
y puede colocarse el manguito entre la placa colectora y la placa de
distribución.
El manguito puede soldarse con la placa
colectora en su anillo y la abertura de entrada/salida de
fluido.
Estos modos de realización se adaptan
especialmente a los intercambiadores de calor, y más concretamente a
los evaporadores recorridos por fluidos refrigerantes en el estado
supercrítico.
Finalmente, el manguito puede realizarse
mediante estampado y la carcasa colectora puede comprender dos
aberturas de entrada/salida.
La invención se refiere también a un
intercambiador de calor que incluye un haz de tubos y al menos una
carcasa colectora, tal como se ha descrito anteriormente.
En un modo de realización, este intercambiador
se realiza en forma de un evaporador para un circuito de
climatización recorrido por un fluido refrigerante a alta presión,
en particular un fluido que funciona en el estado supercrítico.
Otras ventajas y características de la invención
se apreciarán mejor a partir de la lectura de la descripción, como
ejemplo no limitativo, extraída a partir de los dibujos, en los
cuales:
- La figura 1 muestra una vista en perspectiva
de un intercambiador de calor según la invención;
- La figura 2 muestra una vista parcial en
perspectiva en despiece de una carcasa colectora del intercambiador
de la figura 1;
- La figura 3 muestra la carcasa colectora de la
figura 2 una vez montada; y
- La figura 4 muestra una vista en sección
esquemática de la carcasa colectora de la figura 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Se hace referencia en primer lugar a la figura
1, que muestra un intercambiador de calor 10 que comprende un haz 12
montado entre una carcasa colectora superior 14 y una carcasa
colectora inferior 16, considerándose el intercambiador de calor 10
en posición vertical.
El haz 12 está formado por dos hileras de tubos
18 (de las cuales solamente una es visible en la figura 1) y de
guías onduladas comunes a las dos hileras de tubo (no representadas
en la figura 1). La carcasa colectora 14 está provista de dos tubos
22 y 24 que sirven respectivamente para la admisión y para la
evacuación del fluido que recorre los tubos del haz 12.
En el ejemplo, el intercambiador de calor 10 se
realiza en forma de un evaporador susceptible de ser recorrido por
un fluido refrigerante que funciona en el estado supercrítico, en
particular de CO_{2}, cuya presión puede alcanzar valores de
aproximadamente 100 a 150 bares. Este fluido intercambia el calor
con un flujo de aire que barre el haz de tubos para producir un
flujo de aire climatizado, en particular en un vehículo
automóvil.
Se hace referencia ahora a la figura 2, que
representa una vista en despiece de una parte del intercambiador de
la figura 1. Se aprecia que la carcasa colectora 14 comprende una
placa colectora 26 provista de aberturas 28 de recepción de los
tubos del haz 12. Las aberturas 28 son de forma alargada y están
dispuestas según dos hileras en correspondencia con las dos hileras
de tubos 18. La placa colectora 26 es de forma general rectangular y
comprende, a lo largo de sus dos lados mayores, bordes 30 cuyo papel
se precisará a continuación. Comprende una prolongación 32 en la
cual se colocan algunos orificios 34 y 36 para el montaje respectivo
de los tubos 22 y 24. Los orificios 34 y 36 están cada uno bordeados
por un embutido 38 que se realiza hacia el lado de la placa
colectora 26 que recibe el haz 12.
Sobre la placa colectora 26, se colocan dos
manguitos 40, comprendiendo cada uno un medio de retención (42),
siendo aquí el medio de retención un anillo 42.
Los manguitos y sus anillos 42 están realizados
por embutición o por mecanizado. Los manguitos 40 son de forma
sensiblemente cilíndrica y presentan un diámetro externo
sensiblemente igual al de los orificios 34 y 36. Su diámetro interno
es sensiblemente igual al diámetro externo de los tubos 22 y 24. El
anillo 42 tiene unas dimensiones y una forma homólogas con las de la
embutición 38, es decir la embutición 38 tiene una profundidad
sensiblemente igual al grosor del anillo 42. Así pues, la embutición
38 constituye un alojamiento para el anillo 42 cuando el manguito 40
se aloja en uno de los orificios 34 ó 36. Por otra parte, las
dimensiones respectivas del alojamiento 38 y del anillo 42 hacen que
la cara de la placa colectora 26 que recibe los manguitos parezca
plana.
Sobre los manguitos 40 se coloca una placa de
distribución 44 que comprende dos hileras de ranuras 46 que se
comunican cada una con un tubo 18. Estas ranuras 40 contribuyen a
definir alojamientos que permiten la distribución del fluido y su
circulación en los tubos del haz según un curso definido. La placa
de distribución 44 comprende, por otro lado, una prolongación 48 y
dos orificios 50 y 52 que corresponden a los orificios 34 y 36 de la
placa colectora 26.
Así, los anillos 42 se colocan entre dicha placa
colectora 26 y dicha placa de distribución (44). El anillo 42 está
vinculado mediante soldadura a la vez con la placa colectora (26) y
con la placa de distribución 44.
Sobre la placa de distribución 44 se coloca una
tapa 52 destinada a colocarse contra la placa colectora, lo que
permite encerrar la placa de distribución 44, en particular, gracias
a la soldadura de los bordes 30 sobre los bordes laterales de la
tapa 52. La tapa 52 se realiza en forma de una placa (extrudida o
presionada) que comprende un borde periférico 54 soldado con el
borde 30. Esta tapa comprende, además, una serie de almohadillas 56,
en número de seis en el ejemplo representado, según la anchura,
delimitando respectivamente unos alojamientos 58 que se comunican
con los alojamientos de la placa de distribución 44.
Estas almohadillas están dispuestas
convenientemente para permitir que el fluido refrigerante penetre
dentro de la carcasa colectora 14 mediante el tubo 22, circular a
continuación en los tubos 18 del haz 12 entre la carcasa colectora
14 y la carcasa colectora 16 después de dejar el intercambiador 10
por el tubo de salida 24. La manera en que la circulación del fluido
se efectúa en el haz no se describirá con todo detalle, ya que es
una disposición conocida por sí misma para el experto en la
materia.
La carcasa colectora 16 es similar a la carcasa
colectora 14, con la diferencia de que no comprende prolongaciones
32 y 48.
En el ejemplo aquí descrito, la placa colectora
26 comprende un borde de soldadura sobre el borde periférico de la
tapa y la placa intermedia. Sin embargo, cualquier otro dispositivo
de conexión de estos elementos es posible por parte del experto en
la materia.
Los componentes de las carcasas colectoras se
realizan a partir de una placa metálica, preferiblemente en aleación
de aluminio, con un grosor suficiente para resistir las presiones
importantes del fluido refrigerante.
Las almohadillas 56 permiten formar los
alojamientos 58 de volumen limitado, que limita el efecto de la
presión del fluido sobre los componentes de la placa colectora
16.
Estos componentes están destinados a ser
montados mediante soldadura una vez se ha realizado un montaje
provisional. Es pues necesario prever un chapado de soldadura.
Este montaje provisional se muestra más adelante
en la figura 3. Tal como apreciarse en esta figura, los manguitos
40 se alojan en los orificios 34 y 36 y están cubiertos por la placa
de distribución 44, que está ella misma recubierta con la tapa 52.
La realización del alojamiento 38 de forma y dimensión homólogos con
las del anillo 42 de los manguitos 40 permite obtener una sujeción y
una estanqueidad óptima de la placa de distribución 44 sobre la
placa colectora 26.
Del mismo modo, los bordes 30 son de una
dimensión prevista para cubrir la totalidad de los bordes 54 de la
tapa 52.
La figura 4 es una vista en sección parcial de
la figura 3, que permite mostrar la distribución de los chapados de
soldadura necesarios para el buen comportamiento del intercambiador
10. El tubo 22 representa en esta figura para precisar mejor esta
distribución.
Generalmente, el conjunto de la cara de la placa
colectora 26 que recibe los manguitos y que está cubierta por la
placa de distribución 44 y por la tapa 52 aloja un chapado de
soldadura 60. Se calificará esta cara de cara interior. Este chapado
permite vincular el borde 30 con el borde 54, así como con la placa
de distribución 44. Además, el alojamiento 38 permite ofrecer una
mayor superficie de soldadura al manguito 40 mediante la soldadura,
no solamente a lo largo de la periferia del manguito 40 en los
orificios 32 y 34, sino también sobre la superficie de contacto del
anillo 42 y de estos últimos.
Los manguitos 40 se mantienen así en posición de
manera muy fuerte y propia, que debe resistirse a las presiones del
fluido refrigerante.
Se observará que el tubo 22 está dispuesto en el
manguito 40 sin soldadura y que el manguito 40 generalmente no se
cubre mediante el chapado de soldadura. En efecto, el chapado de
soldadura induce efectos dañinos para el montaje con los tubos.
Después de la soldadura del intercambiador 10, los tubos 22 y 24
pueden conectarse al manguito 40 mediante un dispositivo mecánico o
también mediante soldadura.
Otro modo de realización, donde se omite la
placa de distribución, propone una carcasa colectora en la cual el
anillo se aprisiona entre una placa colectora y una tapa. En esta
alternativa, el anillo estará vinculado mediante soldadura con la
placa colectora y dicha tapa.
La carcasa colectora de la invención es
susceptible de numerosas alternativas de realización diferentes. Es
posible, en particular, distribuir los manguitos y los orificios de
recepción de los tubos de entrada/salida sobre las dos carcasas
colectoras. Se encuentra una aplicación principal a los
intercambiadores de calor recorridos por un fluido refrigerante bajo
alta presión, en particular a los evaporadores de climatización
recorridos por un fluido en el estado supercrítico como el CO_{2},
como destinados a vehículos automóviles.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el
máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
\bullet US 2004211551 A [0005]
\bullet WO 02066918 A [0006]
\bullet WO 0188445 A [0007]
\bullet WO 0197807 A [0008]
Claims (13)
1. Carcasa colectora de intercambiador de calor,
que comprende una placa colectora (26) y una tapa (52), estando
provista dicha placa colectora (26) de aberturas de recepción (28)
para la inserción de tubos (18) de intercambio de calor y al menos
de una abertura de entrada/salida de fluido (34, 36), comprendiendo
dicha carcasa colectora, por otro lado, al menos un manguito (40)
que comprende un medio de retención (42), cuyo manguito (40) está
dispuesto en una de dichas aberturas de entrada/salida (34, 36), y
cooperando dicho medio de retención (42) con la placa colectora (26)
para la sujeción de dicho manguito (40), siendo susceptible el
manguito (40) de recibir un tubo de entrada/salida de fluido (22,
24), caracterizada por el hecho de que dicho medio de
retención (42) queda interpuesto entre dicha placa colectora (26) y
dicha tapa (52).
2. Carcasa colectora según la reivindicación
anterior, en la que dicho medio de retención (42) está vinculado
mediante soldadura con dicha placa colectora (26) y dicha tapa
(52).
3. Carcasa colectora de intercambiador de calor
según una de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho medio
de retención es un anillo (42).
4. Carcasa colectora según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que la placa colectora (26) se
presiona en la abertura de entrada/salida de fluido (34, 36) para
formar un alojamiento (38) de forma homóloga con la del medio de
retención (42), y en la que el medio de retención (42) del manguito
(40) se coloca en dicho alojamiento (38).
5. Carcasa colectora según las reivindicaciones
3 y 4, en la que el alojamiento (38) tiene una profundidad
sensiblemente igual al grosor del anillo (42).
6. Carcasa colectora según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que dicha carcasa colectora
comprende, por otro lado, una placa de distribución (44) unida a la
placa colectora (26), entre ésta y la tapa (52).
7. Carcasa colectora según las reivindicaciones
3 y 6, en la que dicho anillo (42) está interpuesta entre dicha
placa colectora (26) y dicha placa de distribución (44).
8. Carcasa colectora según las reivindicaciones
3 y 6, en la que dicho anillo (42) está vinculado mediante soldadura
con dicha placa colectora (26) y dicha placa de distribución
(44).
9. Carcasa colectora según una de las
reivindicaciones 3 a 8, en la que el manguito (40) se suelda con la
placa colectora (26) en su anillo (42) y la abertura de
entrada/salida de fluido (34, 36).
10. Carcasa colectora según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que el manguito (40) se realiza
mediante embutición.
11. Carcasa colectora según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que dicha carcasa colectora
comprende dos aberturas de entrada/salida (34, 36).
12. Intercambiador de calor que comprende un haz
(12) de tubos y al menos una carcasa colectora (14) según una de las
reivindicaciones 1 a 11.
13. Intercambiador de calor según la
reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que se
realiza en forma de un evaporador para un circuito de climatización
recorrido por un fluido refrigerante a alta presión, en particular
un fluido que funciona en el estado supercrítico.
Applications Claiming Priority (2)
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| FR0511132 | 2005-10-28 | ||
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