ES2926530T3 - Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor e intercambiador de calor - Google Patents
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Abstract
Método para producir un intercambiador de calor, en particular para un vehículo automóvil, que comprende los pasos de: aplicar una tira de adhesivo a un primer elemento de placa, después de lo cual la tira de adhesivo encierra una primera región superficial del primer elemento de placa, y aplicar una segunda elemento de la placa a la tira de adhesivo; curar la tira adhesiva formando un conjunto en el que la primera parte de la superficie, el segundo elemento laminar y la tira adhesiva definen colectivamente una cavidad accesible a través de una entrada de fluido del primer o segundo elemento laminar; recibir el conjunto en un molde; e hidroformar el conjunto aplicando una presión positiva a la entrada de fluido; por lo que la cavidad está diseñada como un canal de fluido para guiar un medio de control de temperatura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor e intercambiador de calor
La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor y a un intercambiador de calor. La invención se describe a continuación en relación con un vehículo de motor, pero también ofrece ventajas en caso de un uso estacionario del intercambiador de calor.
La empresa solicitante conoce un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor fundamentalmente en forma de placa, en el que dos carcasas se sueldan entre sí por secciones. En este caso, las carcasas se pretratan químicamente con un fundente. Es necesario calentar las carcasas y añadir una soldadura adecuada.
Por el documento US 3590917 A se conocen un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor de placas con uniones adheridas según el preámbulo de la reivindicación 1, así como un intercambiador de calor fabricado con el procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 14.
Tarea y solución
En ocasiones el procedimiento se considera demasiado costoso.
Un objetivo tomado como base consiste en poner a disposición un procedimiento menos costoso para la fabricación de un intercambiador de calor fundamentalmente en forma de placa.
La tarea se resuelve con un procedimiento no conforme a la invención según un primer aspecto, así como según la invención con otro procedimiento según la reivindicación 1 (segundo aspecto) y con un intercambiador de calor según la reivindicación 14 (tercer aspecto).
El procedimiento no conforme a la invención de acuerdo con el primer aspecto sirve para la fabricación de un intercambiador de calor especialmente configurado para un vehículo de motor, presentando los pasos:
51 aplicación de una tira adhesiva a un primer elemento de placa, especialmente a una segunda zona superficial del primer elemento de placa, bordeando o rodeando la tira adhesiva una primera zona superficial del primer elemento de placa, y aplicación de un segundo elemento de placa a la tira adhesiva, 52 endurecimiento de la tira adhesiva, formándose un módulo, limitando conjuntamente la primera zona superficial, el segundo elemento de placa y la tira adhesiva una cavidad del módulo a la que se puede acceder a través de una entrada de fluido del primer o del segundo elemento de placa,
53 recepción del módulo en un molde,
54 conformación bajo alta presión interna del módulo con aplicación de una sobrepresión en la entrada de fluido, formándose la cavidad, especialmente practicándose un hueco alargado en el primer y/o en el segundo elemento de placa,
configurándose y diseñándose la cavidad como un canal de fluido para el guiado de un elemento de regulación de la temperatura.
El procedimiento según la invención de acuerdo con el segundo aspecto también sirve para la fabricación de un intercambiador de calor, especialmente configurado para un vehículo de motor, y presenta los pasos:
511 preparación de un segundo elemento de placa con un hueco alargado configurado para limitar un canal de fluido y puesta a disposición de un primer elemento de placa,
512 aplicación de una tira adhesiva especialmente a una segunda zona superficial de uno de los elementos de placa, de manera que la misma bordee o rodee el hueco alargado o una primera zona superficial del primer elemento de placa, disponiéndose y configurándose la primera zona superficial para situarse frente al hueco alargado cuando los dos elementos de placa están plegados,
513 plegado de los dos elementos de placa, bordeando o rodeando la tira adhesiva el hueco alargado y/o la primera zona superficial,
514 endurecimiento de la tira adhesiva, formándose un módulo que presenta una cavidad,
limitando la cavidad con el hueco alargado, con la primera zona superficial y con la tira adhesiva y configurándose la cavidad como un canal de fluido para el guiado de un elemento de regulación de la temperatura.
Según el paso S13, el hueco alargado se extiende alejándose del primer elemento de placa hacia el entorno y la tira adhesiva se dispone entre los dos elementos de placa.
Ventajosamente, con los procedimientos citados se puede prescindir de un tratamiento químico previo de los primeros y segundos elementos de placa a unir con un fundente. De este modo es posible reducir el esfuerzo para la
fabricación del intercambiador de calor. Además se puede reducir el consumo de energía, especialmente porque se puede prescindir de un calentamiento de los elementos de placa hasta una temperatura de soldadura.
El intercambiador de calor según el tercer aspecto está concebido para un vehículo de motor, se fabrica especialmente según uno de los procedimientos antes descritos y presenta un primer elemento de placa, un segundo elemento de placa con un hueco alargado y una tira adhesiva. La tira adhesiva se dispone entre los dos elementos de placa bordeando o rodeando el hueco. Una cavidad del intercambiador de calor limita con el primer elemento de placa, con el hueco alargado y con la tira adhesiva. La cavidad está configurada como un canal de fluido para guiar un elemento de regulación de la temperatura. El intercambiador de calor presenta además una entrada de fluido dispuesta en uno de los dos elementos de placa y a través de la cual se puede acceder al canal de fluido. Preferiblemente, la cavidad del intercambiador de calor limita con una primera zona superficial del primer elemento de placa, con el hueco alargado y con la tira adhesiva con una primera zona superficial del primer elemento de placa, bordeando o rodeando la tira adhesiva la primera zona superficial.
El intercambiador de calor puede fabricarse sin un pretratamiento químico con un fundente. Así es posible reducir los costes de fabricación.
En el sentido de la invención, por un elemento de placa se entiende un cuerpo de paredes finas que puede unirse a otro elemento de placa de este tipo y limitar por secciones un canal de fluido del intercambiador de calor de orden superior. El elemento de placa puede presentar un metal, especialmente aluminio, cobre y/o acero. Puede configurarse como una chapa de metal. En el presente caso, el intercambiador de calor presenta al menos dos de estos elementos de placa. El elemento de placa puede extenderse a lo largo de un plano de placa.
En el sentido de la invención, por una tira adhesiva se entiende un adhesivo a aplicar o aplicado en forma de tira que sirve para la unión por adherencia de materiales a los segundos elementos de placa antes citados. La tira adhesiva aplicada o endurecida puede presentar una anchura B.
En el sentido de la invención, por canal de fluido se entiende un canal que puede guiar un elemento de regulación de la temperatura a enfriar o a calentar. El elemento de regulación de la temperatura guiado en el canal de fluido puede intercambiar energía térmica con el entorno. El canal de fluido puede extenderse a lo largo de un eje longitudinal A. El eje longitudinal puede presentar varias secciones rectilíneas. Dos de estas secciones rectilíneas pueden unirse a una sección curva. El canal de fluido puede presentar una superficie de sección transversal Q, al menos a lo largo de una sección S.
En el sentido de la invención, por una primera zona superficial se entiende una zona de una superficie de uno de los elementos de placa, configurándose la primera zona superficial para contribuir a limitar el canal de fluido o para limitar este canal de fluido, especialmente después de la finalización del procedimiento de fabricación.
En el sentido de la invención, por una segunda zona superficial se entiende una zona de la superficie de uno de los elementos de placa que puede apoyar la tira adhesiva y ser adyacente a la primera zona superficial.
El intercambiador de calor puede extenderse a lo largo de un plano principal. El plano principal puede estar dispuesto paralelo al plano de placa del primer y/o del segundo elemento de placa.
Formas de realización preferidas
A menos que se indique lo contrario, las formas de realización explicadas a continuación pueden combinarse ventajosamente entre sí.
Una forma de realización preferida presenta el siguiente paso S5: calentamiento del módulo, especialmente antes del paso S4, en especial hasta la temperatura ambiente. Tras el calentamiento, el módulo puede presentar una temperatura de al menos 150°C. Después del calentamiento del módulo, éste puede, durante la conformación bajo alta presión interna, solicitarse mecánicamente en menor medida. Se puede mejorar la fluidez del material del módulo.
En otra forma de realización preferida, el molde del paso S3 está configurado de manera que una primera sección del canal de fluido se extienda después del paso S4 desde el primer elemento de placa y de manera que una segunda sección del canal de fluido se extienda desde el segundo elemento de placa hacia el entorno. El molde puede presentar dos piezas de molde que se colocan una al lado de otra durante el paso S3 y que se separan de nuevo después del paso S2. Una o ambas piezas de molde presentan escotaduras en las que, durante el paso S4, uno de los elementos de placa se presiona o se puede deformar.
Preferiblemente, el adhesivo, que puede estar relleno de partículas metálicas, se irradia con microondas durante uno de los pasos S2, S14. Alternativamente, uno o ambos elementos de placa pueden calentarse inductivamente. Uno o ambos elementos de placa pueden solicitarse con ultrasonidos. De este modo se puede prescindir de un calentamiento de los elementos de placa en un horno. Además, la energía necesaria para unir los elementos de placa puede ser menor.
Según una forma de realización preferida, el primer elemento de placa también se prepara con un hueco alargado, especialmente antes del paso S11. Así se puede mejorar el intercambio de calor con el entorno.
En otra forma de realización preferida, el hueco alargado para el posterior canal de fluido se lamina en el primer o en el segundo elemento de placa durante el paso S11. Con esta finalidad, un saliente alargado puede extenderse desde una superficie perimetral de un primer rodillo utilizado durante el paso S11 hacia su entorno. Este saliente puede presentar secciones rectas y curvas y configurarse de manera que, durante el laminado del segundo elemento de placa, genere un hueco alargado con secciones rectas y curvas. El diámetro del primer rodillo puede dimensionarse en dependencia de los radios de las secciones curvas, de manera que el saliente se desarrolle a lo largo de una línea o curva cerrada. Durante el paso S11 puede generarse en primer lugar una pieza en bruto fundamentalmente en forma de banda o de tira a partir de la cual se corta a medida el primer o el segundo elemento de placa. De este modo es posible adaptar la longitud o la superficie del intercambiador de calor a las condiciones de uso. Los costes de fabricación del elemento de placa pueden reducirse.
En una forma de realización preferida, durante el paso S1 o S12 la tira adhesiva se aplica al elemento de placa, especialmente a una segunda zona superficial del elemento de placa, mediante un dispositivo de aplicación que se mueve a lo largo de una curva de trayectoria cerrada a lo largo del primer o segundo elemento de placa. El dispositivo de aplicación puede moverse a lo largo del primer o segundo elemento de placa con un brazo robótico o con un dispositivo. La curva de trayectoria cerrada puede desarrollarse fuera o en el borde del canal de fluido a formar. La curva de trayectoria puede desarrollarse por secciones a una distancia de 0,5 mm a 250 mm del eje longitudinal del canal de fluido a formar. Con este procedimiento de aplicación se puede mejorar la impermeabilización del posterior canal de fluido.
Para la realización de uno de los procedimientos explicados se puede utilizar un dispositivo de fabricación en el que se fija un dispositivo de aplicación. El dispositivo de fabricación puede presentar una mesa desplazable en dirección x e y, en la que se apoya o fija el primer o el segundo elemento de placa durante la aplicación de la tira adhesiva. El dispositivo de fabricación puede presentar una mesa y configurarse para desplazar el dispositivo de aplicación en dirección x e y relativamente con respecto a la mesa o al elemento de placa allí posicionado. El dispositivo de fabricación puede presentar un brazo robótico que puede guiar el dispositivo de aplicación. El dispositivo de fabricación puede disponer de un sistema de control electrónico y sensores y actuadores conectados al mismo para desplazar el dispositivo de aplicación o la mesa. El dispositivo de fabricación puede presentar un dispositivo de dosificación que proporciona adhesivo al dispositivo de aplicación en dependencia de la velocidad relativa de la mesa con respecto al dispositivo de aplicación.
Según una forma de realización preferida, durante el paso S1 o S12 la tira adhesiva se aplica con un segundo rodillo. Un saliente alargado puede extenderse desde una superficie perimetral del segundo rodillo hacia su entorno. Preferiblemente, la tira adhesiva se imprime en el primer o segundo elemento de placa. Resultan especialmente adecuadas la tampografía, la impresión matricial y la estampación con rodillo. Alternativamente, el adhesivo puede pulverizarse. Una pulverización del adhesivo resulta especialmente ventajosa en caso de elementos de placa grandes.
Otra forma de realización preferida presenta el siguiente paso:
521 generación, especialmente punzonado, hincado o laminado, de una escotadura en el primer o segundo elemento de placa, especialmente antes del paso S1 o S13,
que presenta preferiblemente
522 introducción a presión de un manguito permeable al fluido en la escotadura, formándose la entrada de fluido o la salida de fluido preferiblemente antes del paso S4 o S14.
La escotadura puede alojar un elemento de centrado durante la fabricación o un elemento de fijación al practicarla en el vehículo de motor. La escotadura puede realizarse adyacente a un borde del elemento de placa. Una escotadura del primer elemento de placa y una escotadura del segundo elemento de placa pueden disponerse una al lado de otra o pueden superponerse si los dos elementos de placa se pliegan.
En otra forma de realización preferida, durante el paso S4 la entrada de fluido se conforma como un manguito permeable al fluido, preferiblemente después del paso S21. La salida de fluido también puede conformarse como un manguito permeable al fluido, especialmente mediante conformación bajo alta presión interna (IHU). Así es posible prescindir de un manguito separado. El manguito permeable al fluido puede simplificar una unión conductora de fluido del canal de fluido a un tubo de alimentación especialmente del vehículo de motor, a través del cual se puede intercambiar el elemento de regulación de la temperatura con el canal de fluido. La escotadura generada preferiblemente con anterioridad puede soportar la formación del manguito permeable al fluido. Un extremo libre del manguito conformado puede alinearse, a fin de facilitar una unión al tubo de alimentación del vehículo de motor. Otra forma de realización preferida presenta el paso: activación de una segunda zona superficial del primer elemento de placa o del segundo elemento de placa (S24) a la que se aplica la tira adhesiva durante el paso S1 o S12. La activación de la segunda zona superficial puede realizarse mediante rectificado, irradiación con partículas que contengan especialmente silicio, con un plasma o con una activación química de la superficie, especialmente con un ácido o lejía, o mediante fosfatado, especialmente en dependencia del tamaño constructivo del intercambiador de calor. De este modo se puede mejorar la durabilidad de la unión adhesiva o del intercambiador de calor.
Según una forma de realización preferida, durante el paso S25 se dispone un inserto adyacente al primer elemento de placa o entre los dos elementos de placa. El inserto puede configurarse como un elemento de refuerzo, un amortiguador de choques o un elemento de fijación. Si el inserto se configura como un amortiguador de choques, éste puede disponerse en el intercambiador de calor o entre los dos elementos de placas para ahorrar espacio. El inserto puede pegarse a al menos uno de los elementos de placa o a varios elementos de placa. Como consecuencia, el propio intercambiador de calor puede configurarse para ser mecánicamente más estable, puede fijarse en el vehículo de motor más fácilmente o puede absorber más energía en caso de accidente. Al menos uno de los elementos de placa puede conformarse de manera que, junto con el inserto, pueda limitar al menos una sección del canal de fluido, especialmente una de las secciones rectas o curvas del canal de fluido que se describen más adelante. El inserto puede presentar una sección transversal rectangular, triangular, poligonal, ovalada, circular o semicircular. El inserto puede comprender fibras de carbono, fibras de vidrio, acero y/u otro metal. Preferiblemente, un inserto configurado como un amortiguador de choques presenta fibras, acero y una matriz polimérica. Especialmente, en caso de una sección transversal triangular, ovalada o semicircular del inserto se requiere una menor conformación de uno de los elementos de placa. Al menos uno de los elementos de placa puede unirse al inserto por medio de varias secciones de tira adhesiva dispuestas con preferencia paralelamente unas a otras, de manera que una de estas secciones de tira adhesiva separe dos secciones especialmente rectas de uno de los canales de fluido. Así se puede mejorar el intercambio de calor con el entorno.
En una forma de realización preferida, el canal de fluido se configura con secciones rectas y curvas. Dos secciones rectas pueden unirse de forma conductora de fluido por medio de una sección curva. La entrada de fluido y la salida de fluido pueden configurarse en extremos opuestos del canal de fluido. Preferiblemente, el canal de fluido se configura en forma de meandro (canal de meandro). De este modo es posible aumentar la superficie para un intercambio de calor con el entorno.
En otra forma de realización preferida, para la tira adhesiva se ha elegido/se elige un adhesivo del siguiente grupo que incluye adhesivos de resina epoxi, de poliuretano, de éster de ácido metacrílico y de acrilato que presentan uno o dos o varios componentes, adhesivos que se endurecen a temperatura ambiente y a temperatura elevada (termoendurecibles), y adhesivos rellenos. Alternativamente se pueden utilizar adhesivos de silicona. Si el adhesivo está relleno con partículas metálicas, el adhesivo puede calentarse y endurecerse durante los pasos S2, S14 por medio de microondas, ondas ultrasónicas o inductivamente. El adhesivo puede estar libre de plastificantes. La tira adhesiva endurecida puede presentar un módulo de Young superior a 50 MPa, preferiblemente superior a 1000 MPa. El módulo de Young de la tira adhesiva endurecida puede determinarse con una pieza de ensayo en un ensayo de tracción de un solo eje o con una sección del intercambiador de calor similar a la norma DIN EN 1645. Con uno de estos adhesivos se puede mejorar la estabilidad mecánica del intercambiador de calor. Especialmente, estos adhesivos pueden apoyar una generación del canal de fluido durante la conformación bajo alta presión interna.
El adhesivo puede presentar uno o varios monómeros del siguiente grupo: dialcoholes, polioles, diisocianatos, poliisocianatos, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de tolueno (TDI), di(fenil isocianato) de metileno (MDI), diisocianato de difenilmetano polimérico (PMDI), diisocianato de naftalina (NDI), diisocianato de isoforona (IPDI), 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano (H12MDI), acrilatos, acrilatos de alquilo, metacrilatos, monómeros secundarios copolimerizables o monómeros con grupos funcionales, seleccionándose los grupos funcionales de OH, NH2 o ambos, acrilato de metoxietilo, acrilato de etilo, acrilato de butilo, metacrilato de butilo, acrilato de hexilo, metacrilato de hexilo, acrilato de 2-etilbutilo, metacrilato de 2-etilbutilo, acrilato de isooctilo, metacrilato de isooctilo, acrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de 2-etilhexilo, acrilato de decilo, metacrilato de decilo, acrilato de dodecilo, metacrilato de dodecilo, acrilato de tridecilo, metacrilato de tridecilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo, acrilamida, dimetilacrilamida, acrilonitrilo, acrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de dimetilaminoetilo, acrilato de terc-butilaminoetilo, metacrilato de terc-butilaminoetilo, acrilato de metoxietilo, metacrilato de metoxietilo, dialcoholes, diepóxidos, haloepóxidos, bisfenol-A, epiclorhidrina, tris(2,3-epoxipropil) isocianurato, tris(4-hidroxifenil) metano triglicidil éter y resina de metacrilato de uretano epoxi.
Según una forma de realización preferida, después de juntar los dos elementos de placa, se encuentran entre éstos una primera sección de tira adhesiva (sección de tira adhesiva) y una segunda sección de tira adhesiva adyacente. Una vez completados los procedimientos, los bordes orientados unos hacia otros de las dos secciones de tira adhesiva entre las que se extiende el canal de fluido pueden estar separados unos de otros de 0,5 a 250 mm aproximadamente. Tras finalizar los procedimientos, la distancia D entre los bordes orientados unos hacia otros de las dos secciones de tira adhesiva entre las que se extiende el canal de fluido con una anchura B [mm] puede dimensionarse de acuerdo con la siguiente relación: 1,02 < D/B < 1,15.
En otra forma de realización preferida, durante el paso S1 se aplican al primer o al segundo elemento de placa varias tiras adhesivas a lo largo de diferentes curvas de trayectoria. Durante el paso S2 se crean varias cavidades a las que se puede acceder a través de la misma entrada de fluido y que forman múltiples canales de fluido. De este modo se puede aumentar la superficie para un intercambio de calor con el entorno.
Según otra forma de realización preferida, el segundo elemento de placa presenta varios huecos alargados. Durante el paso S12 se aplican al primer o al segundo elemento de placa varias tiras adhesivas a lo largo de diferentes curvas de trayectoria. Después del paso S14 se forman varios canales de fluido accesibles a través de la misma entrada de fluido. Así se puede aumentar la superficie para un intercambio de calor con el entorno.
En una forma de realización preferida del intercambiador de calor, la entrada de fluido se configura con un manguito permeable al fluido que se extiende desde uno de los elementos de placa hacia el entorno y a través del cual se puede acceder al canal de fluido. El manguito permeable al fluido puede introducirse a presión en una escotadura de uno de los elementos de placa o puede conformarse mediante una conformación bajo alta presión interna. El manguito puede transformarse con un radio en la superficie exterior del elemento de placa desde el que se extiende el manguito. El manguito puede simplificar una unión conductora de fluido del canal de fluido a un tubo de alimentación especialmente del vehículo de motor, a través del cual se puede intercambiar el elemento de regulación de la temperatura con el canal de fluido. Un extremo del manguito conformado puede estar alineado, a fin de simplificar una unión al tubo de alimentación del vehículo de motor.
Una forma de realización preferida puede presentar una escotadura que se extiende a través del primer y del segundo elemento de placa. La escotadura puede configurarse para alojar un elemento de fijación para la unión a un vehículo de motor o para alojar un elemento de centrado durante la fabricación.
En una forma de realización preferida, uno de los dos elementos de placa presenta una salida de fluido a través de la cual es posible acceder al canal de fluido. La entrada de fluido y/o la salida de fluido pueden configurarse con uno de los manguitos permeables al fluido que se extiende desde uno de los elementos de placa hacia el entorno. El manguito puede introducirse a presión en una escotadura de uno de los elementos de placa. Alternativamente, el manguito permeable al fluido puede conformarse a partir del material del elemento de placa, especialmente mediante conformación bajo alta presión interna. El manguito puede transformarse con un radio en una superficie exterior del elemento de placa. El manguito puede simplificar una unión conductora de fluido del canal de fluido a un tubo de alimentación especialmente del vehículo de motor, a través del cual se puede intercambiar el elemento de regulación de la temperatura con el canal de fluido.
Según otra forma de realización preferida, entre los dos elementos de placa se encuentran una primera sección de la tira adhesiva (sección de tira adhesiva) y una segunda sección de tira adhesiva adyacente a la misma. Los bordes orientados unos hacia otros de las dos secciones de tira adhesiva, entre las que se extiende el canal de fluido, pueden estar separados por una distancia de entre 0,5 y 250 mm. La distancia D entre los bordes orientados unos hacia otros de las dos secciones de tira adhesiva, entre las que se extiende el canal de fluido con una anchura B [mm], puede dimensionarse conforme a la siguiente relación: 1,02 < D/B < 1,15.
Según una forma de realización preferida, el intercambiador de calor presenta varios canales de fluido accesibles a través de la misma entrada de fluido. Los canales de fluido pueden ser accesibles a través de la misma salida de fluido. Así se puede mejorar el intercambio de calor con el entorno.
El intercambiador de calor puede configurarse para su disposición debajo del suelo del vehículo, a fin de formar una piel exterior por el lado del suelo de un vehículo de motor o un capó de motor del vehículo de motor. El intercambiador de calor puede disponerse adyacente al capó de motor y quedar expuesto al viento relativo. De este modo es posible mejorar el intercambio de calor con el entorno.
Una forma de realización preferida del intercambiador de calor presenta al menos un inserto unido mecánicamente, especialmente pegado, a al menos uno de los dos elementos de placa. El inserto puede configurarse como un elemento de refuerzo, un amortiguador de choques o un elemento de fijación. Como consecuencia, el propio intercambiador de calor puede ser mecánicamente más estable, puede fijarse más fácilmente en el vehículo de motor o puede absorber más energía en caso de accidente. Si el inserto se configura como un amortiguador de choques, éste puede disponerse en el intercambiador de calor o entre los dos elementos de placa para ahorrar espacio. Al menos uno de los elementos de placa puede conformarse de manera que, junto con el inserto, pueda limitar al menos una de las secciones rectas de uno de los canales de fluido.
El inserto puede presentar una sección transversal rectangular, triangular, poligonal, ovalada, circular o semicircular y componerse de diferentes materiales como, por ejemplo, fibra de carbono, fibra de vidrio, acero y/u otro metal. Preferiblemente, un inserto configurado como amortiguador de choques presenta fibras, acero y una matriz polimérica. Especialmente en caso de una sección transversal triangular, ovalada y semicircular del inserto se requiere una menor conformación de uno de los elementos de placa. Al menos uno de los elementos de placa puede unirse al inserto por medio de varias secciones de tira adhesiva dispuestas preferiblemente paralelas, separando una de estas secciones de tira adhesiva dos secciones rectas de uno de los canales de fluido. Así es posible mejorar el intercambio de calor con el entorno.
De acuerdo con otra forma de realización preferida, el inserto se configura como un amortiguador de choques y se integra en el intercambiador de calor de manera que el amortiguador de choques pueda absorber, en parte mediante deformación, un componente de fuerza que actúa sobre el intercambiador de calor especialmente en un ángulo con respecto al plano principal del mismo. El ángulo puede ser mayor que cero hasta un máximo de 90°. Con esta finalidad, el amortiguador de choques puede extenderse localmente, axialmente y/u ortogonalmente a uno de los planos de placa. Al menos uno de estos amortiguadores de choques puede dimensionarse de manera que sus dimensiones medidas paralelamente al plano de placa sean inferiores a 1/5 de las dimensiones del intercambiador de calor. Dos de los amortiguadores de choques pueden estar separados uno de otro. Al menos uno de los amortiguadores de choques puede disponerse en el intercambiador de calor o entre los dos elementos de placa para ahorrar espacio. Al menos uno de los elementos de placa puede conformarse de manera que, junto con el inserto,
pueda limitar al menos una de las secciones rectas de uno de los canales de fluido. El amortiguador de choques puede tener forma de placa o de varilla.
Según una forma de realización preferida, el canal de fluido se configura con secciones rectas y curvas. Dos de las secciones rectas pueden unirse de forma conductora de fluido mediante una de las secciones curvas. La entrada de fluido y la salida de fluido pueden disponerse y configurarse en extremos opuestos del canal de fluido. Preferiblemente, el canal de fluido se configura en forma de meandro (canal de meandro). De este modo se puede aumentar la superficie para un intercambio de calor con el entorno.
En otra forma de realización preferida, una primera sección del canal de fluido se extiende desde el primer elemento de placa hacia el entorno y una segunda sección del canal de fluido se extiende desde el segundo elemento de placa hacia el entorno. Así se puede mejorar el intercambio de calor con el entorno.
En una forma de realización preferida, el material metálico del primer elemento de placa es diferente del material del segundo elemento de placa. La tira adhesiva puede aislar eléctricamente los elementos de placa unos de otros. Para uno de los elementos de placa se puede elegir un material mecánicamente más resistente, en especial el acero, y para el otro elemento de placa se puede elegir un material térmicamente más conductor, como Al o Cu. Para reducir el peso del intercambiador de calor, uno de los elementos de placa puede presentar principalmente Al o Mg y el otro elemento de placa puede presentar Cu o acero. Alternativamente, uno de los elementos de placa puede presentar principalmente Al y el otro elemento de placa puede presentar principalmente Cu. En principio, son posibles diferentes combinaciones de materiales en una construcción tipo sándwich. Las fibras sintéticas y las fibras de carbono/vidrio también pueden combinarse con uno de los elementos de placa, especialmente para ahorrar peso y/o aumentar la rigidez del elemento de placa.
Según la invención, el intercambiador de calor presenta tres de estos elementos de placa. El segundo de estos elementos de placa se dispone entre los elementos de placa exteriores y dos de cada uno de los elementos de placa se pegan entre sí (construcción en sándwich). El material del segundo elemento de placa se diferencia del material de los elementos de placa exteriores. Los huecos alargados, que contribuyen respectivamente a limitar uno de los canales de fluido, pueden extenderse desde ambos elementos de placa exteriores hacia el entorno. El segundo elemento de placa puede separar dos canales de fluido del intercambiador de calor preferido. Los dos canales de fluido pueden unirse de forma conductora de fluido a la misma entrada de fluido del intercambiador de calor preferido. El segundo elemento de placa central puede presentar un material mecánicamente más estable, en especial acero, mientras que los elementos de placa exteriores se configuran con materiales térmicamente más conductores, como especialmente Al o Cu. De este modo, el intercambiador de calor puede intercambiar mayores flujos de calor con el entorno y, a pesar de ello, mejorar la estabilidad. Si los elementos de placa exteriores se configuran con aluminio, se puede reducir el peso del intercambiador de calor preferido. En principio, son posibles diferentes combinaciones de materiales en una construcción tipo sándwich. También se pueden combinar fibras sintéticas, fibras de carbono y fibras de vidrio. El intercambiador de calor puede presentar cuatro o más elementos de placa que tienen materiales distintos o iguales.
Según el tercer aspecto, un vehículo de motor presenta uno de los intercambiadores de calor antes descritos. El intercambiador de calor puede disponerse debajo del suelo del vehículo. El intercambiador de calor puede formar parte de un circuito para la regulación de la temperatura de un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímico del vehículo de motor. La salida de fluido del intercambiador de calor puede disponerse delante de la entrada de fluido del intercambiador de calor, visto en la dirección de marcha del vehículo de motor.
En un vehículo de motor preferido, el intercambiador de calor se dispone y fija en el vehículo de motor de manera que varias de las secciones rectas del canal de fluido formen con la dirección del viento relativo respectivamente un ángulo inferior a 30°, preferiblemente inferior a 5°. De este modo se puede mejorar el intercambio de calor con el entorno.
Ejemplos de realización
La figura 1 muestra dos ejemplos de realización de un procedimiento de fabricación de un intercambiador de calor. El procedimiento no conforme a la invención representado a la izquierda presenta los pasos S1, S2, S3 y S4, incluida la conformación bajo alta presión interna. Durante el procedimiento según la invención representado a la derecha se suceden los pasos S11, S12, S13 y S14.
La figura 2 muestra de forma parcialmente esquemática cómo se fabrica una pieza en bruto 6 para un segundo elemento de placa de un intercambiador de calor a modo de ejemplo. El primer rodillo 16 tiene un saliente en forma de meandro 17. Durante el paso S11 se lamina en una tira de chapa un hueco alargado en forma de meandro 4 y se produce la pieza en bruto determinada para el segundo elemento de placa. Durante el paso S11, el segundo elemento de placa puede cortarse a la medida de la pieza en bruto. Durante el paso S24 se puede activar la segunda zona superficial del segundo elemento de placa. A continuación, la tira adhesiva puede aplicarse a la segunda zona superficial, véase paso S12.
La figura 3 muestra de forma parcialmente esquemática un intercambiador de calor 1 a modo de ejemplo que se fabrica con los pasos S1-S4. Desde el segundo elemento de placa 2b se extiende un hueco alargado 4 que contribuye a limitar el canal de fluido 5 o canal de meandro. La entrada de fluido 8a y la salida de fluido 8b están dispuestas en los extremos opuestos del canal de fluido y permiten una aportación y una evacuación del elemento
de regulación de la temperatura. El intercambiador de calor presenta varios insertos 13, 13a dispuestos respectivamente entre los elementos de placa y unidos mecánicamente a uno de los elementos de placa, preferiblemente a uno o a ambos elementos de placa. Los insertos pueden diseñarse como elementos de refuerzo y amortiguadores de choques. Por medio de otras figuras se explican algunos detalles del intercambiador de calor. El detalle D se explica en la figura 9.
La figura 4 muestra una sección a través del intercambiador de calor de la figura 3. Ambos elementos de placa presentan huecos alargados 4a, 4b y están pegados el uno al otro. Durante el paso S4, la entrada de fluido 8a y la salida de fluido 8b se conforman como manguitos permeables al fluido 12a, 12b. Éstos pueden simplificar una unión conductora de fluido del canal de fluido a un tubo de alimentación especialmente del vehículo de motor, a través del cual se puede intercambiar el elemento de regulación de la temperatura con el canal de fluido. Una escotadura previamente practicada puede apoyar la conformación del manguito permeable al fluido. Tanto el primer elemento de placa, como también el segundo elemento de placa, presentan huecos alargados 4a, 4b que sirven como canales de fluido 5a, 5b. Ambos canales de fluido se desarrollan desde la entrada de fluido hasta la salida de fluido y están conectados en paralelo. Los canales de fluido 5a, 5b están separados uno de otro especialmente por medio de la sección de tira adhesiva 18a, como se muestra en detalle en la figura 5. En la primera zona superficial de la figura 5 se indican además los detalles A-C.
La figura 6 muestra el detalle A indicado en la figura 4. En esta sección del intercambiador de calor, el segundo elemento de placa 2b presenta un hueco alargado 4a que forma el canal de fluido 5a. El segundo elemento de placa está pegado al primer elemento de placa 2a que en esta sección no presenta ningún hueco.
La figura 7 muestra el detalle B indicado en la figura 4. Los canales de fluido 5a, y 5b están desplazados en esta sección del intercambiador de calor y sus ejes longitudinales son paralelos unos a otros. Este desplazamiento, que también existe en otras secciones del intercambiador de calor, mejora el intercambio de calor con el entorno. Gracias al desplazamiento es posible disponer secciones rectas de dos canales de fluido más cerca unas de otras. La figura 8 muestra el detalle C. El manguito permeable al fluido 12b se forma a partir del primer elemento de placa 2a mediante el paso S4 o conformación bajo alta presión interna (IHU), hincado, punzonado y/o laminado. Así es posible prescindir de un manguito separado. Un extremo del manguito conformado puede alinearse para simplificar una unión a un tubo de alimentación del vehículo de motor.
En la figura 9 se muestra el detalle D de la figura 3. El inserto 13, configurado aquí como un elemento de refuerzo y como un amortiguador de choques, se encuentra entre los dos elementos de placa 2a, 2b, véase figura 9a. El inserto está pegado a los dos elementos de placa, estando marcadas algunas de las secciones de tira adhesiva 18, 18a, 18b, 18c, 18d que también limitan y separan los canales de fluido. Ambos elementos de placa presentan huecos alargados que limitan los canales de fluido 5a, 5b. El canal de fluido 5a presenta secciones rectas 14a, 14b, 14c que están unidas de forma conductora de fluidos por medio de secciones curvas no representadas. El inserto tiene una sección transversal fundamentalmente rectangular y tres de sus superficies laterales están en contacto con el primer elemento de placa 2a aquí plegado varias veces. La cuarta superficie lateral está en contacto con el segundo elemento de placa 2b. Junto con el respectivo elemento de placa o sus huecos alargados, el inserto limita los canales de fluido 5a, 5b. De este modo, el intercambio de calor a través de la superficie del respectivo elemento de placa adyacente al inserto apenas disminuye. Por el contrario, esta configuración del primer elemento de placa junto con el inserto permite una extensión del canal de fluido 5a en dos secciones rectas adicionales.
En la figura 9b se muestra que un inserto con una sección transversal circular se inserta entre elementos de placa adaptados. Varias secciones de tira adhesiva 18, 18a, 18b, 18c, 18d separan las secciones rectas del canal de fluido unas de otras y se disponen entre los elementos de placa. Aquí, el inserto junto con el respectivo elemento de placa o sus huecos alargados también limitan los canales de fluido 5a, 5b.
La figura 10 muestra de forma parcialmente esquemática otro intercambiador de calor a modo de ejemplo. Éste presenta tres elementos de placa 2a, 2b, 2c, estando el segundo elemento de placa 2b pegado a los otros elementos de placa (construcción en sándwich). También se representan las tiras adhesivas 3, pero no los canales de fluido que están limitados respectivamente por dos de los elementos de placa. El elemento de placa central 2b presenta acero y sirve especialmente para la estabilidad mecánica del intercambiador de calor. En caso de accidente, el mismo puede absorber más energía que los elementos de placa exteriores 2a, 2c. Gracias a su material, Al o Cu, los elementos de placa exteriores mejoran el intercambio de calor con el entorno. En caso de configuración de los elementos de placa exteriores con Al, se puede reducir el peso total del intercambiador de calor. Ventajosamente, el intercambiador de calor se monta en el vehículo de motor de manera que el viento relativo llegue a ambos elementos de placa exteriores especialmente a una distancia mínima del suelo del vehículo. El intercambiador de calor puede presentar cuatro o más elementos de placa que tienen materiales diferentes o iguales.
Lista de referencias
1 Intercambiador de calor
2a, 2b Elemento de placa
, 3a Tira adhesiva
Hueco alargado
, 5a, 5b Cavidad, canal de fluido
Pieza en bruto para un elemento de placa Módulo con dos elementos de placa y tiras adhesivas a, 8b Entrada de fluido, salida de fluido
Primera zona superficial
0 Segunda zona superficial
1 Escotadura de uno de los elementos de placa 2 Manguito permeable al fluido
3,13a Inserto, amortiguador de choques
4, 14a, 14b, 14c Sección recta de canal de fluido
5 Sección curva del canal de fluido
6 Primer rodillo
7 Saliente en la superficie perimetral del primer rodillo 8, 18a, 18b, 18c, 18d Sección de tira adhesiva
Claims (29)
1. Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor, especialmente para un vehículo de motor, que presenta los pasos,
511 preparación de un segundo elemento de placa (2b) con un hueco alargado (4) configurado para limitar un canal de fluido (5), y puesta a disposición de un primer elemento de placa (2a),
512 aplicación de una tira adhesiva (3) de manera que ésta bordee o rodee el hueco o una primera zona superficial (9) del primer elemento de placa, disponiéndose y configurándose la primera zona superficial para situarse frente al hueco cuando los dos elementos de placa se pliegan,
513 plegado de los dos elementos de placa, bordeando o rodeando la tira adhesiva el hueco,
514 endurecimiento de la tira adhesiva, formándose un módulo (7) que presenta una cavidad (5), estando la cavidad limitada con el hueco alargado, con la primera zona superficial y con la tira adhesiva endurecida, y configurándose la cavidad como un canal de fluido para guiar un elemento de regulación de la temperatura,
caracterizado por que el hueco alargado se lamina en el segundo elemento de placa durante el paso S11, especialmente con un primer rodillo (16), de manera que el canal de fluido se configure en forma de meandro.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, preparándose el primer elemento de placa también con un hueco alargado, especialmente antes del paso S11 y/o laminándose el hueco alargado en el primer elemento de placa durante el paso S11, especialmente con un primer rodillo (16).
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, calentándose uno o ambos elementos de placa por inducción o solicitándose los mismos con ultrasonidos.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, generándose durante el paso S11 en primer lugar una pieza en bruto en forma de banda o de tira, a partir de la cual se corta a medida el segundo elemento de placa.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, aplicándose durante el paso S12 la tira adhesiva al primer o al segundo elemento de placa con un dispositivo de aplicación que puede moverse a lo largo de una curva de trayectoria cerrada a lo largo del primer o del segundo elemento de placa, o aplicándose la misma con un segundo rodillo, pulverizándose con un dispositivo de pulverización o imprimiéndose con un procedimiento de impresión.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores que presenta además el paso
521 generación, especialmente punzonado, hincado o laminado, de una escotadura (11) en el primer o en el segundo elemento de placa, pudiendo alojar la escotadura un elemento de centrado durante la fabricación o un elemento de fijación durante la colocación en el vehículo de motor,
que presenta preferiblemente
522 introducción a presión de un manguito permeable al fluido (12) en la escotadura, formándose la entrada de fluido (8a) o una salida de fluido (8b), preferiblemente antes del paso S14.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, conformándose la entrada de fluido (5a) después del paso S21 como un manguito permeable al fluido (12).
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores que presenta además el paso de activación de una segunda zona superficial del primer elemento de placa (S24) al que se aplica la tira adhesiva durante el paso S12.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores que presenta además el paso de disposición de un inserto adyacente al primer elemento de placa o entre los dos elementos de placa (S25), configurándose el inserto como un elemento de refuerzo, un amortiguador de choques o un elemento de fijación.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el inserto, configurado como un amortiguador de choques, fibras, acero y una matriz polimérica.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, configurándose el canal de fluido con secciones rectas y curvas, configurándose especialmente en forma de meandro, configurándose la entrada de fluido y la salida de fluido en extremos opuestos del canal de fluido.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, eligiéndose para la tira adhesiva un adhesivo del siguiente grupo que incluye adhesivos de resina epoxi, de poliuretano, de éster de ácido metacrílico, de acrilato, adhesivos con uno, dos o más componentes, adhesivos que se endurecen a temperatura ambiente y a temperatura elevada (termoendurecibles) y adhesivos rellenos.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, estando el adhesivo relleno con partículas metálicas y calentándose y endureciéndose el mismo durante el paso S14 mediante microondas, ondas ultrasónicas o inductivamente.
14. Intercambiador de calor (1) configurado para un vehículo de motor, especialmente fabricado según el procedimiento de una de las reivindicaciones anteriores, presentando el intercambiador de calor un primer elemento de placa (2a), un segundo elemento de placa (2b) con un hueco alargado (4), y una tira adhesiva (3) que está dispuesta entre los dos elementos de placa y que bordea o rodea el hueco alargado, una cavidad (5) limitada con el primer elemento de placa, con el hueco alargado y con la tira adhesiva, configurándose la cavidad como un canal de fluido para el guiado de un elemento de regulación de la temperatura, que presenta además una entrada de fluido (8a) dispuesta en uno de los elementos de placa y a través de la cual se puede acceder al canal de fluido, caracterizado por que el intercambiador de calor presenta tres de estos elementos de placa, disponiéndose el segundo (2b) de estos elementos de placa entre los elementos de placa exteriores (2a, 2c), diferenciándose el material del segundo elemento de placa del material de los elementos de placa exteriores (2a, 2c).
15. Intercambiador de calor según la reivindicación 14, configurándose la entrada de fluido con un manguito permeable al fluido (12), extendiéndose el manguito desde uno de los elementos de placa hacia el entorno.
16. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 15, extendiéndose una escotadura (11) a través del primer y/o del segundo elemento de placa, pudiendo alojar la escotadura un elemento de centrado durante la fabricación o un elemento de fijación durante la colocación en el vehículo de motor.
17. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 16, eligiéndose para la tira adhesiva un adhesivo del siguiente grupo que incluye adhesivos de resina epoxi, de poliuretano, de acrilato, adhesivos con uno o dos componentes, adhesivos que se endurecen a temperatura ambiente y a temperatura elevada (termoendurecibles) y adhesivos rellenos.
18. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 17 que presenta además una salida de fluido (8b) que está dispuesta en uno de los dos elementos de placa y a través de la cual se puede acceder al canal de fluido (5).
19. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 18 que presenta además un inserto (13) unido mecánicamente a al menos uno de los dos elementos de placa, configurándose el inserto como un elemento de refuerzo, un amortiguador de choques o un elemento de fijación.
20. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 19, integrándose el inserto configurado como un amortiguador de choques en el intercambiador de calor, de manera que el amortiguador de choques pueda absorber, en parte mediante deformación, un componente de fuerza que actúa sobre el intercambiador de calor en un ángulo con respecto a su plano principal.
21. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 19 y 20, presentando el inserto, configurado como un amortiguador de choques, fibras, acero y una matriz polimérica.
22. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 21, configurándose el canal de fluido (5) con secciones rectas (14) y secciones curvas (15), extendiéndose especialmente el canal de fluido en forma de meandro a lo largo del intercambiador de calor, configurándose la entrada de fluido (8a) y la salida de fluido (8b) en extremos opuestos del canal de fluido.
23. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 19 a 22, conformándose al menos uno de los elementos de placa de manera que pueda limitar junto con el inserto al menos una de las secciones rectas del canal de fluido.
24. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 23, extendiéndose una primera sección del canal de fluido desde el primer elemento de placa hacia el entorno y extendiéndose una segunda sección del canal de fluido desde el segundo elemento de placa hacia el entorno.
25. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 24, diferenciándose el material del segundo elemento de placa del material del primer elemento de placa, eligiéndose para uno de los elementos de placa un material mecánicamente más resistente, especialmente acero, y eligiéndose para el otro elemento de placa un material térmicamente más conductor como Al o Cu.
26. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 25, presentando el segundo elemento de placa central un material mecánicamente más estable, especialmente acero, mientras que los elementos de placa exteriores se configuran con materiales térmicamente más conductores como especialmente Al o Cu.
27. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 14 a 26, rellenándose el adhesivo con partículas metálicas y pudiendo calentarse el mismo mediante microondas, ondas ultrasónicas o inductivamente.
28. Vehículo de motor que presenta un intercambiador de calor (1) según una de las reivindicaciones anteriores, disponiéndose y fijándose el intercambiador de calor en el vehículo de motor de manera que el viento relativo pueda llegar al mismo.
29. Vehículo de motor según la reivindicación 28, disponiéndose y fijándose el intercambiador de calor en el vehículo de motor de manera que el eje longitudinal de una o varias de las secciones rectas (14) del canal de fluido (5) forme con la dirección del viento relativo un ángulo inferior a 30°.
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