ES2557191T3 - Elemento radiador de calentamiento hecho de aluminio fundido a presión - Google Patents

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ES2557191T3 ES12806676.8T ES12806676T ES2557191T3 ES 2557191 T3 ES2557191 T3 ES 2557191T3 ES 12806676 T ES12806676 T ES 12806676T ES 2557191 T3 ES2557191 T3 ES 2557191T3
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Abstract

Elemento radiador de calentamiento (1) hecho de aluminio fundido a presión, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (A) y que tiene una estructura monolítica (15) hecha de aluminio mediante fundición a presión, que comprende un cuerpo tubular (2) dotado de una cámara de agua interna principal (5) para el paso del agua, delimitada radialmente por una pared lateral (6) dispuesta alrededor del eje (A); conexiones (7) que se extienden desde lados laterales opuestos (20) del cuerpo (2) a lo largo de respectivos ejes centrales (X) para conectar el elemento (1) a otros elementos similares y/o a un sistema hidráulico externo; y un sistema (10) de aletas de intercambio de calor, que comprende un par de tabiques de división (11) que sobresalen de manera diametralmente opuesta desde la pared lateral (6) a lo largo de un plano central longitudinal del elemento (1), una placa delantera (12) y una placa trasera (13), dispuestas en respectivos extremos de los tabiques de división (11) y sustancialmente en perpendicular a los tabiques de división (11) y en paralelo al eje (A), y una pluralidad de aletas laterales (14) que sobresalen desde el cuerpo (2); al menos una conexión (7) dispuesta en un extremo superior (3) del elemento (1) que tiene una superficie lateral anular continua (21), sin salientes radiales y que define un canal anular (22) que rodea completamente la conexión (7) y está delimitado en la parte trasera por el lado (20) del elemento (1); estando el elemento (1) caracterizado por que al menos un elemento de desviación (25) está dispuesto enfrentado a una parte de la superficie lateral (21) de la conexión (7) y está separado radialmente de dicha superficie lateral (21) para definir una parte del canal (22); incluyendo el elemento de desviación (25) una aleta de intercambio de calor superior (26), dispuesta por encima de la conexión (7) y separada radialmente de la misma para definir una parte superior del canal (22) alrededor de la conexión (7); extendiéndose dicha aleta de intercambio de calor superior (26) desde el lado (20) del elemento (1) y no estando conectada a la superficie lateral (21) de la conexión (7).

Description

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DESCRIPCION
Elemento radiador de calentamiento hecho de aluminio fundido a presion Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un elemento radiador de calentamiento hecho de aluminio fundido a presion. Tecnica anterior
En general, un radiador para calentar edificios consiste en una batena de elementos de radiador situados unos al lado de otros, normalmente (aunque no necesariamente) producidos por separado y ensamblados despues para formar un radiador de dimensiones apropiadas. Normalmente, cada elemento radiador tiene un cuerpo principal que es esencialmente tubular y dotado de una camara interna en la que circula un fluido caliente (comunmente, agua).
Algunos tipos principales de elemento radiador estan particularmente extendidos, que estan caracterizados esencialmente por el material componente y por algunas caractensticas estructurales debido a la tecnologfa de produccion. De hecho, las tecnologfas de fabricacion y los materiales afectan directamente a la estructura de los elementos de radiador y a sus mecanismos de intercambio de calor.
En realidad, los requisitos de rendimiento tienen que compatibilizarse con los requisitos de produccion.
Por estos motivos, las soluciones adoptadas en elementos de radiador de un determinado tipo no pueden reproducirse inmediatamente en radiadores de otros tipos.
Los radiadores hechos de aluminio fundido a presion (en los que el elemento radiador consiste en un cuerpo monolftico hecho de aluminio o aleacion de aluminio obtenido mediante fundicion a presion) se caracterizan con respecto a otros tipos, por ejemplo radiadores de aluminio producidos mediante extrusion (que consisten en un cuerpo central extruido al que se fijan posteriormente dos colectores de extremo) o radiadores hechos de hierro fundido u otros materiales metalicos, no solo por las tecnologfas de produccion sino tambien por algunas caractensticas estructurales, que se deben a los materiales usados y las tecnicas de produccion.
En el sector espedfico de los elementos de radiador de aluminio fundido a presion, la configuracion general del elemento radiador individual esta sustancialmente consolidada y consiste esencialmente en un cuerpo tubular dotado de una camara de agua interna y conexiones hidraulicas dispuestas en los extremos opuestos del elemento; desde la camara de agua, a lo largo de un plano central del elemento, se ramifican dos tabiques de division de aluminio opuestos, que soportan una placa delantera y una placa trasera, respectivamente; una pluralidad de aletas de intercambio de calor sobresalen del cuerpo tubular. Por ejemplo, el documento CH544920A da a conocer un elemento radiador segun el preambulo segun la reivindicacion 1.
Uno de los parametros de referencia usados comunmente para caracterizar un elemento radiador es la potencia espedfica por unidad de peso, es decir, la relacion entre la energfa termica emitida por el elemento radiador y transferida al entorno (medida segun normas espedficas, por ejemplo la norma EN 442) y el peso del elemento (que es el parametro fundamental que afecta directamente a los costes de produccion).
Es una creencia comun en el sector, que los elementos de radiador de aluminio fundido a presion disponibles actualmente han alcanzado ya los lfmites de su rendimiento y no pueden mejorarse adicionalmente, o solo de una manera minima.
Ademas, todas las soluciones que pueden mejorar potencialmente la eficiencia de un elemento radiador deben ser compatibles con las dimensiones globales de los elementos de radiador, que generalmente estan restringidas, dado que deben cumplirse los estandares consolidados en el mercado, en particular en cuanto a la anchura (anchura maxima del elemento, definida normalmente por la distancia entre los extremos libres de las conexiones hidraulicas dispuestas en el mismo extremo del elemento), la profundidad (distancia entre las placas delantera y trasera) y la distancia entre centros (distancia entre los centros de las conexiones hidraulicas).
Los criterios de diseno actuales para los elementos de radiador de aluminio fundido a presion han dado como resultado productos con potencias espedficas que en este momento se considera que son satisfactorias y que practicamente no pueden mejorarse.
Sin embargo, los tecnicos del solicitante han establecido que las soluciones conocidas todavfa tienen margenes significativos de mejora, que puede conseguirse cambiando completamente el enfoque del problema del aumento de la potencia espedfica.
Descripcion de la invencion
Un objeto de la presente invencion es proporcionar un elemento radiador de calentamiento de aluminio fundido a presion que tiene un alto rendimiento termico, superior al de un elemento radiador tradicional de dimensiones y peso comparables, y que cumple los estandares dimensionales del mercado.
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Por tanto, la presente invencion se refiere a un elemento radiador de calentamiento de aluminio fundido a presion tal como se define esencialmente en la reivindicacion 1 adjunta y, en sus realizaciones preferidas, en las reivindicaciones dependientes.
En comparacion con los elementos de radiador conocidos, el elemento radiador de la invencion tiene definitivamente un rendimiento superior, con las mismas dimensiones y espacio ocupado, y espedficamente una potencia espedfica superior.
La mejora en el rendimiento se obtiene mediante una forma particular de la zona de las conexiones hidraulicas del elemento, conformada para favorecer el intercambio de calor entre el aluminio y el aire con respecto al intercambio de calor entre el agua (que circula dentro del elemento radiador) y el aluminio, como en la tecnica conocida, que considera que el intercambio agua/aluminio es el aspecto cntico que debe mejorarse con el fin de aumentar el rendimiento del elemento radiador.
En un elemento radiador, el calor se transfiere al entorno que debe calentarse en tres fases sucesivas: en primer lugar, el calor se transfiere mediante el agua que circula dentro del elemento radiador (concretamente en la camara de agua) a las paredes de la camara de agua mediante conveccion forzada; el calor se transfiere entonces mediante conduccion al interior de la estructura de aluminio del elemento radiador, pasando de las paredes de la camara de agua a las otras partes del elemento (aletas, tabiques de division, placas); por ultimo, el calor se transfiere del aluminio al aire del entorno en el que esta instalado el elemento radiador, esencialmente mediante conveccion natural (ademas de radiacion, pero en un grado significativamente menor y sustancialmente insignificante).
Por tanto, el elemento radiador incluye un circuito de agua, definido por la camara de agua y por las conexiones hidraulicas que conectan el elemento a elementos adyacentes y/o a un sistema hidraulico externo, y un circuito de aire, definido por los volumenes disponibles para el paso del aire alrededor de la estructura de aluminio del elemento.
Segun el conocimiento comun actual de los fenomenos de intercambio de calor en un elemento radiador, y espedficamente un elemento radiador de aluminio fundido a presion, se considera que la parte de intercambio de calor mas efectiva es la parte de alta temperatura entre el agua y el aluminio. En consecuencia, la tecnica conocida recomienda un aumento en la temperatura y las dimensiones de las superficies de intercambio agua/aluminio.
Este enfoque en global es desfavorable para el intercambio de calor entre la estructura de aluminio del elemento radiador y el aire circundante, dado que limita el espacio disponible y por tanto la velocidad y la eficiencia del intercambio de calor aluminio/aire.
Los tecnicos del solicitante se han dado cuenta de que en realidad el aspecto cntico para aumentar la eficiencia del elemento radiador (su potencia espedfica) es el intercambio de calor entre el aluminio y el aire, y no el intercambio de calor entre el agua y el aluminio.
Por tanto, segun la invencion, se aumenta la transmision de calor entre el aluminio del elemento radiador y el aire que circula alrededor de sus superficies, espedficamente en la zona cntica alrededor de las conexiones hidraulicas, en particular aquellas en el extremo superior del elemento.
La invencion se deriva de la adopcion de un nuevo enfoque para el problema de aumentar la potencia espedfica de un elemento radiador hecho de aluminio fundido a presion.
En lugar de intentar aumentar el intercambio de calor a alta temperatura entre el agua que circula en el elemento y la estructura de aluminio (por ejemplo, aumentando las superficies metalicas a alta temperatura, y/o aumentando las dimensiones de la camara de agua), como en las ensenanzas comunes de la tecnica conocida, segun la invencion se da prioridad al intercambio de calor entre la estructura de aluminio y el aire circundante.
De hecho, se ha descubierto sorprendentemente que es el intercambio de calor aluminio/aire el que representa la fase cntica en el intercambio de calor global del elemento radiador.
En particular, se ha reconocido que un elemento radiador tradicional tiene zonas cnticas en las que la velocidad del aire que circula alrededor de las superficies del elemento es relativamente baja, y en estas zonas el intercambio de calor puede mejorarse.
Espedficamente, una zona cntica para el intercambio de calor aluminio/aire es la zona que rodea las conexiones hidraulicas, especialmente aquellas dispuestas en el extremo superior del elemento.
Segun los criterios de diseno aceptados generalmente en el sector, para aumentar la potencia de un elemento radiador es necesario aumentar las superficies de intercambio de calor en contacto con el agua caliente, y por tanto en particular proporcionar superficies de intercambio (aletas, tabiques de division, etc.) que se desarrollan desde la camara de agua y desde las conexiones hidraulicas.
De hecho, los elementos de radiador tradicionales tienen elementos de intercambio de metal que se extienden desde la superficie lateral externa de las conexiones y la conectan en particular a una aleta superior que tambien
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puede tener (y principalmente tiene) funciones esteticas.
En las figuras 1 y 2 se ilustran ejemplos de soluciones conocidas de este tipo, disponibles en el mercado.
En realidad, se ha establecido que este tipo de solucion aumenta el peso y las dimensiones de la conexion hidraulica sin un aumento significativo en la superficie de intercambio eficaz.
Por otro lado, el elemento radiador segun la invencion permite una utilizacion mas uniforme y completa de las superficies de intercambio disponibles, tambien una utilizacion mejorada de la aleta estetica situada normalmente en la parte superior del elemento y una utilizacion mejorada de la superficie lateral de la conexion, ademas de la zona del tabique de division por encima de la conexion.
De esta manera se consiguen ventajas significativas en cuanto al rendimiento y la eficiencia del intercambio de calor, confirmadas mediante datos experimentales: el conjunto de la superficie lateral de la conexion se aprovecha de manera mas eficiente para el intercambio de calor aluminio/aire; toda la superficie del tabique de division por encima de la conexion hidraulica puede usarse para el intercambio de calor; el espacio liberado alrededor de la conexion hidraulica puede usarse para desarrollar superficies con aletas adicionales (que no interrumpen el canal alrededor de la conexion).
Breve descripcion de los dibujos
Caractensticas y ventajas adicionales de la presente invencion resultaran evidentes a partir de la descripcion de los siguientes ejemplos de realizacion no limitativos, con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, en los que:
- las figuras 1 y 2 son vistas laterales parciales esquematicas de elementos de radiador conocidos;
- la figura 3 es una vista en perspectiva esquematica de un elemento radiador de calentamiento hecho de aluminio fundido a presion segun la invencion;
- la figura 4 es una vista lateral esquematica de una parte de extremo superior del elemento radiador de la figura 3;
- la figura 5 es una vista lateral esquematica de un elemento de radiador que no forma parte de la invencion reivindicada.
Mejor modo de llevar a cabo la invencion
Con referencia a las figuras 3 y 4, un elemento radiador de calentamiento 1 hecho de aluminio fundido a presion comprende un cuerpo monolttico sustancialmente tubular 2 hecho de aluminio (comprendiendo dicho termino tambien aleaciones de aluminio) por medio de un proceso de fundicion a presion.
El elemento 1 y el cuerpo 2 se extienden sustancialmente a lo largo de un eje longitudinal A (en uso, sustancialmente vertical) entre dos extremos axialmente opuestos 3, 4; el cuerpo 2 esta dotado de una camara de agua interna principal 5 para el paso del agua, delimitada radialmente por una pared lateral 6 dispuesta alrededor del eje A y cerrada axialmente en respectivos extremos longitudinales opuestos; ventajosamente, pero no necesariamente, el cuerpo 2 tiene una seccion transversal (en perpendicular al eje A) sustancialmente ovalada, elfptica o en cualquier caso alargada a lo largo de un eje, y la pared lateral 6 del cuerpo 2 que delimita la camara 5 se estrecha hacia uno de los extremos 3, 4.
Los extremos 3, 4 del elemento 1 estan dotados de respectivos pares de conexiones 7 que sobresalen desde lados opuestos del cuerpo 2 a lo largo de respectivos ejes centrales X en paralelo entre sf y sustancialmente en perpendicular al eje A para conectar el elemento 1 a otros elementos similares y/o a un sistema hidraulico externo; las conexiones 7 estan conformadas por ejemplo (pero no necesariamente) como manguitos cilmdricos con seccion circular y estan dotadas internamente de conductos pasantes transversales 8, que comunican con la camara 5.
El elemento 1 comprende un sistema 10 de aletas de intercambio de calor.
En particular, el sistema 10 comprende: un par detabiques de division 11 que sobresalen de manera diametralmente opuesta desde la pared lateral 6 a lo largo de un plano central longitudinal del elemento 1; una placa delantera 12 y una placa trasera 13, dispuestas en respectivos extremos de los tabiques de division 11 y sustancialmente en perpendicular a los tabiques de division 11 y en paralelo al eje A, formadas opcionalmente por varios sectores o partes de placa separadas por ranuras y/o aberturas; una pluralidad de aletas laterales 14 que sobresalen desde el cuerpo 2, concretamente desde la pared lateral 6 y/o desde los tabiques de division 11.
El elemento 1 tiene una anchura L (anchura maxima del elemento 1, dada por la distancia entre los extremos libres opuestos de cada par de conexiones 7 alineadas a lo largo de un eje X), una profundidad P (distancia entre las placas 12, 13) y una distancia entre centros I (distancia entre los ejes centrales X de las conexiones 7).
El cuerpo 2, incluyendo las conexiones 7, y el sistema 10 definen en conjunto una estructura de aluminio 15 del elemento 1. Toda la estructura 15 constituye una pieza monolttica producida mediante fundicion a presion.
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El elemento 1 incluye un circuito de agua 16, definido por la camara principal 5 delimitada por la pared 6 y por los conductos 8 de las conexiones 7; y un circuito de aire 17, definido por los volumenes disponibles para el paso del aire alrededor de la estructura 15.
Con referencia espedfica a la figura 4, las conexiones 7 sobresalen desde los lados laterales opuestos 20 del cuerpo 2 a lo largo de los ejes X; cada una de las conexiones 7 dispuestas en el extremo superior 3 del elemento 1 tiene una superficie lateral anular continua 21 cerrada en un anillo, que se extiende desde el lado 20 y no tiene interrupciones y/o salientes radiales que sobresalen de la misma y define un canal anular 22 que rodea completamente la conexion 7 y esta delimitado en la parte trasera por el lado 20 del elemento.
La conexion 7 esta unida al respectivo lado 20 por medio de un borde de rafz 23 y el lado 20 se extiende alrededor de todo el borde de rafz 23; por tanto, el canal 22 tiene una pared de extremo 24 definida por la parte del lado 20 que rodea el borde de rafz 23.
Preferiblemente, pero no necesariamente, la conexion 7 tiene simetna central con respecto al eje central X y tiene una pared lateral de grosor uniforme alrededor del eje central X.
Al menos un elemento de desviacion 25 esta dispuesto enfrentado a una parte de la superficie lateral 21 de la conexion 7 y esta separado radialmente de la superficie lateral 21 para definir una parte del canal 22.
En el ejemplo de la figura 4, el elemento de desviacion 25 incluye una aleta de intercambio de calor superior 26, dispuesta por encima de la conexion 7 y separada radialmente de la misma para definir una parte superior del canal 22 alrededor de la conexion 7; la aleta 26 se extiende desde el lado 20 y no esta conectada a la superficie lateral 21 de la conexion 7.
En la figura 5, en la que los detalles similares o identicos a los ya descritos se indican con los mismos numeros, se representa un elemento radiador que no forma parte de la invencion reivindicada; el elemento de desviacion 25 incluye una o mas aletas de intercambio de calor laterales 27, dispuestas en uno o respectivos lados de la conexion 7 para definir respectivas partes del canal 22 alrededor de la conexion 7; las aletas laterales 27 se extienden desde el lado 20 del elemento 1 y no estan conectadas a la superficie lateral 21 de la conexion 7.
Por ultimo, se entiende que pueden hacerse modificaciones y variaciones adicionales al elemento radiador descrito e ilustrado en el presente documento que no se apartan del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. 5
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    15
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    25
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    REIVINDICACIONES
    Elemento radiador de calentamiento (1) hecho de aluminio fundido a presion, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (A) y que tiene una estructura monolttica (15) hecha de aluminio mediante fundicion a presion, que comprende un cuerpo tubular (2) dotado de una camara de agua interna principal (5) para el paso del agua, delimitada radialmente por una pared lateral (6) dispuesta alrededor del eje (A); conexiones (7) que se extienden desde lados laterales opuestos (20) del cuerpo (2) a lo largo de respectivos ejes centrales (X) para conectar el elemento (1) a otros elementos similares y/o a un sistema hidraulico externo; y un sistema (10) de aletas de intercambio de calor, que comprende un par de tabiques de division (11) que sobresalen de manera diametralmente opuesta desde la pared lateral (6) a lo largo de un plano central longitudinal del elemento (1), una placa delantera (12) y una placa trasera (13), dispuestas en respectivos extremos de los tabiques de division (11) y sustancialmente en perpendicular a los tabiques de division (11) y en paralelo al eje (A), y una pluralidad de aletas laterales (14) que sobresalen desde el cuerpo (2); al menos una conexion (7) dispuesta en un extremo superior (3) del elemento (1) que tiene una superficie lateral anular continua (21), sin salientes radiales y que define un canal anular (22) que rodea completamente la conexion (7) y esta delimitado en la parte trasera por el lado (20) del elemento (1); estando el elemento (1) caracterizado por que al menos un elemento de desviacion (25) esta dispuesto enfrentado a una parte de la superficie lateral (21) de la conexion (7) y esta separado radialmente de dicha superficie lateral (21) para definir una parte del canal (22); incluyendo el elemento de desviacion (25) una aleta de intercambio de calor superior (26), dispuesta por encima de la conexion (7) y separada radialmente de la misma para definir una parte superior del canal (22) alrededor de la conexion (7); extendiendose dicha aleta de intercambio de calor superior (26) desde el lado (20) del elemento (1) y no estando conectada a la superficie lateral (21) de la conexion (7).
    Elemento segun la reivindicacion 1, en el que la conexion (7) esta conectada al lado (20) por medio de un borde de rafz (23) y el lado (20) del elemento (1) se extiende alrededor de dicho borde de rafz (23) en su totalidad.
    Elemento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la conexion (7) tiene simetna central con respecto al eje central (X).
    Elemento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la conexion (7) tiene una pared lateral que tiene un grosor uniforme alrededor del eje central (X).
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