IT202100000914A1 - Scambiatore di calore, in particolare condensatore interno per sistemi hvac con pompa di calore - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO: "Scambiatore di calore, in particolare condensatore interno per sistemi HVAC con pompa di calore"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce in generale ai sistemi HVAC degli autoveicoli, pi? specificamente ai sistemi HVAC dei veicoli elettrici.
Per la climatizzazione dei veicoli elettrici si fa un uso sempre pi? importante di sistemi a pompa di calore. Un elemento critico per quanto riguarda i requisiti di ingombro ? il condensatore interno.
Uno scopo dell?invenzione ? quello di rendere disponibile una soluzione il pi? possibile compatta per realizzare un condensatore interno per un sistema HVAC con pompa di calore.
Tale scopo ? raggiunto secondo l?invenzione da uno scambiatore di calore comprendente un primo rango di scambio termico e un secondo rango di scambio termico sovrapposti l?uno all?altro, in cui ciascun rango di scambio termico comprende un primo distributore e un secondo distributore e una pluralit? di tubi paralleli e complanari che interconnettono il primo distributore e il secondo distributore,
in cui ciascuno di detti distributori presenta un corpo tubolare, su una parete laterale del quale ? ricavata una pluralit? di fenditure, in ciascuna delle quali ? inserita un?estremit? di un rispettivo tubo,
in cui uno di detti primo distributore e secondo distributore del primo rango di scambio termico presenta un ingresso dello scambiatore di calore e uno di detti primo distributore e secondo distributore del secondo rango di scambio termico presenta un?uscita dello scambiatore di calore, in cui lo scambiatore di calore comprende inoltre un elemento di connessione fluidica che connette uno di detti primo distributore e secondo distributore del primo rango di scambio termico, nel seguito distributore di primo rango, con uno di detti primo distributore e secondo distributore del secondo rango di scambio termico, nel seguito distributore di secondo rango,
in cui detto elemento di connessione fluidica ? un elemento fissato alle pareti laterali del distributore di primo rango e del distributore di secondo rango, e nel quale ? ricavata una pluralit? di condotti che connettono fluidicamente il distributore di primo rango e il distributore di secondo rango, oppure ? un elemento fissato di testa a estremit? del distributore di primo rango e del distributore di secondo rango, e nel quale ? ricavato un condotto che connette fluidicamente il distributore di primo rango e il distributore di secondo rango.
Bench? la presente invenzione sia stata concepita in particolare per l?applicazione ai sistemi HVAC con pompa di calore, ? evidente come essa possa essere applicata pi? in generale agli scambiatori di calore a doppio rango, in particolare ove sia richiesta una particolare compattezza della struttura dello scambiatore.
Forme di realizzazione preferite dell?invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, che sono da intendersi come parte integrante della presente descrizione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione diverranno pi? chiari con la seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione del trovato, fatta con riferimento ai disegni allegati, forniti a titolo puramente illustrativo e non limitativo, in cui:
- la figura 1 ? una vista prospettica di uno scambiatore di calore secondo l?invenzione;
- le figure 2 e 3 sono rispettivamente una vista frontale e una vista in sezione dello scambiatore di calore di figura 1;
- la figura 4 ? una vista prospettica di un elemento di connessione fluidica dello scambiatore di calore di figura 1;
- la figura 5 ? una vista prospettica di uno scambiatore di calore secondo un?ulteriore forma di realizzazione dell?invenzione;
- le figure 6 e 7 sono rispettivamente una vista frontale e una vista in sezione dello scambiatore di calore di figura 5;
- le figura 8 e 9 sono rispettivamente una vista prospettica e una vista in sezione di un elemento di connessione fluidica dello scambiatore di calore di figura 5;
- le figure 10 e 11 sono viste prospettiche rispettivamente di una terza e di una quarta forma di realizzazione dell?invenzione;
- le figura 12 e 13 sono rispettivamente una vista prospettica e una vista in sezione di un elemento di connessione fluidica dello scambiatore di calore di figura 11;
- le figure 14 e 15 sono viste prospettiche rispettivamente di una quinta e di una sesta forma di realizzazione dell?invenzione; e
- la figura 16 ? uno schema semplificato che riporta un esempio di sistema HVAC con pompa di calore.
Con riferimento alle figure da 1 a 3, ? rappresentato uno scambiatore di calore, indicato complessivamente con 1. Nell?esempio illustrato lo scambiatore di calore 1 ? uno scambiatore di calore fluido termovettore-aria, in particolare un condensatore interno di un sistema HVAC con pompa di calore per un veicolo elettrico. Un esempio di tale sistema ? riportato in figura 16. Con IC ? indicato un condensatore interno al quale ? associato un ventilatore B, previsto per l?alimentazione di aria riscaldata all?interno dell?abitacolo del veicolo. Con C ? indicato un compressore per la circolazione del fluido termovettore all?interno del circuito della pompa di calore. Con EV ? indicata una valvola di espansione, mentre con OC ? indicato un condensatore esterno previsto per assorbire energia dall?aria esterna. Con WHE ? infine indicato uno scambiatore di calore di recupero, il quale ? previsto per il recupero del calore di scarto dai componenti elettronici e dalla batteria del veicolo. Tornando alle figure da 1 a 3, lo scambiatore di calore 1 ? uno scambiatore di calore a doppio rango; esso pertanto comprende un primo rango di scambio termico 10 e un secondo rango di scambio termico 20 sovrapposti l?uno all?altro. La relazione di sovrapposizione ? riferita alla direzione dell?aria che attraversa lo scambiatore di calore 1 ed effettua uno scambio termico con il fluido termovettore all?interno dello scambiatore di calore 1; tale direzione ? ortogonale alle facce maggiori dello scambiatore di calore 1. Il primo rango di scambio termico 10 comprende un primo distributore 11 e un secondo distributore 12 e una pluralit? di tubi paralleli e complanari 13 che interconnettono il primo distributore 11 e il secondo distributore 12. Fra tubi 13 adiacenti sono interposte alettature 14, non rappresentate in dettaglio. Il secondo rango di scambio termico 20 comprende un primo distributore 21 e un secondo distributore 22 e una pluralit? di tubi paralleli e complanari (non visibili nelle figure) che interconnettono il primo distributore 21 e il secondo distributore 22. Fra tubi adiacenti sono interposte alettature, non visibili nelle figure. Ai lati opposti della massa formata dai tubi 13 del primo rango di scambio termico 10 e dai tubi del secondo rango di scambio termico 20 sono fissate due piastre laterali 31 e 32.
Gli elementi sopra descritti sono uniti fra loro in modo di per s? noto, ad esempio mediante saldobrasatura.
Ciascuno dei distributori 11, 12, 21, 22 presenta un corpo tubolare, ad esempio a sezione circolare, su una parete laterale 11a, 12a, 21a, 22a del quale ? ricavata una pluralit? di fenditure, in ciascuna delle quali ? inserita un?estremit? di un rispettivo tubo 13.
Il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 presenta un ingresso I dello scambiatore di calore 1. Il secondo distributore 22 del secondo rango di scambio termico 20 presenta un?uscita OUT dello scambiatore di calore 1. Nel seguito si far? per comodit? riferimento solo a tale disposizione. La disposizione di ingresso e uscita pu? essere tuttavia differente da quella qui descritta.
Lo scambiatore di calore 1 comprende inoltre un elemento di connessione fluidica 40 che connette il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 con il primo distributore 21 del secondo rango 20. Nel seguito si far? per comodit? riferimento solo a tale disposizione. La disposizione dell?elemento di connessione fluidica pu? essere tuttavia differente da quella qui descritta.
All?interno del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 ? disposto un setto 50 che ripartisce il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 in una camera d?ingresso 11b e una camera d?uscita 11c. Nel seguito si far? per comodit? riferimento solo a tale disposizione. La disposizione del setto pu? essere tuttavia differente da quella qui descritta, o addirittura il setto pu? essere assente.
L?elemento di connessione fluidica 40 connette la camera d?uscita 11c del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 con il primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Nel seguito si far? per comodit? riferimento solo a tale disposizione. La disposizione dell?elemento di connessione fluidica pu? essere tuttavia differente da quella qui descritta.
Nello scambiatore di calore 1 sopra descritto, il fluido termovettore compie un percorso a U nel primo rango di scambio termico 10, entrando dall?ingresso IN del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e passando attraverso la camera d?ingresso 11b del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10, i tubi 13 ad essa collegati, il secondo distributore 12 del primo rango di scambio termico 10 e i tubi 13 che collegano il secondo distributore 12 del primo rango di scambio termico 10 con la camera d?uscita 11c del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10. Dalla camera d?uscita 11c del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 il fluido termovettore passa, attraverso l?elemento di connessione fluidica 40, al primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Il fluido termovettore compie quindi un percorso a singolo passaggio nel secondo rango di scambio termico 20, passando attraverso il primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20, i tubi del secondo rango di scambio termico 20, il secondo distributore 22 del secondo rango di scambio termico 20, e uscendo infine dall?uscita OUT del secondo distributore 22 del secondo rango di scambio termico 20.
Con riferimento anche alla figura 4, l?elemento di connessione fluidica 40 ? un elemento monolitico di materiale metallico fissato alle pareti laterali 11a e 21a dei relativi distributore di primo rango e distributore di secondo rango, che nell?esempio illustrato sono il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e il primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Nell?elemento di connessione fluidica 40 ? ricavata una pluralit? di condotti 41 che connettono fluidicamente il distributore di primo rango 11 e il distributore di secondo rango 21.
L?elemento di connessione fluidica 40 ? unito mediante accoppiamento di materiale, ad esempio mediante saldobrasatura, alle pareti laterali 11a e 21a del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. A tal fine l?elemento di connessione fluidica 40 comprende due superfici d?unione 42 e 43 che combaciano rispettivamente con la parete laterale 11a del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e con la parete laterale 21a del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Le opposte estremit? di ciascuno dei condotti 41 sfociano rispettivamente in corrispondenza di una e dell?altra delle superfici d?unione 42 e 43, e combaciano con rispettivi fori ricavati sulle pareti laterali 11a e 21a del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20.
Con riferimento alle figure da 5 a 7, ? rappresentato uno scambiatore di calore secondo un?altra forma di realizzazione dell?invenzione. A elementi corrispondenti a quelli della forma di realizzazione precedente sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici; tali elementi non verranno ulteriormente descritti. In figura 7 si possono vedere anche i tubi del secondo rango di scambio termico, che sono stati indicati con il riferimento 23.
Lo scambiatore di calore delle figure da 5 a 7 differisce da quello delle figure da 1 a 3 nella struttura dell?elemento di connessione fluidica, che ? ora designato con il riferimento 40? ed ? rappresentato anche nelle figure 8 e 9.
L?elemento di connessione fluidica 40? ? un blocco monolitico cavo di materiale metallico fissato di testa a estremit? 11e e 12e rispettivamente del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Nell?elemento di connessione fluidica 40? ? ricavato un condotto o cavit? 41? che con-nette fluidicamente il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 con il primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20.
L?elemento di connessione fluidica 40? ? unito mediante accoppiamento di materiale, ad esempio mediante saldobrasatura, alle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. A tal fine, nell?elemento di connessione fluidica 40? sono ricavate due aperture o sedi 42? e 43? collegate al condotto 41?, nelle quali sono rispettivamente inserite le estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Il condotto o cavit? 41? dell?elemento di connessione fluidica 40? ? inoltre chiuso da un coperchio 44?, mostrato nelle figure da 5 a 7.
Con riferimento alla figura 10, ? rappresentata un?ulteriore forma di realizzazione dell?invenzione. A elementi corrispondenti a quelli delle forme di realizzazione precedenti sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici; tali elementi non verranno ulteriormente descritti. In figura 10 ? rappresentato per semplicit? il solo dettaglio del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20 connessi di testa all?elemento di connessione fluidica, ora indicato con 40??.
L?elemento di connessione fluidica 40?? ? un tappo monolitico cavo di materiale metallico e in forma di forcella, inserito nelle estremit? 11e e 12e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. L?elemento di connessione fluidica 40?? ? unito mediante accoppiamento di materiale, ad esempio mediante saldobrasatura, alle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Nell?elemento di connessione fluidica 40?? ? ricavato un condotto o cavit? (non visibile in figura 10) che connette fluidicamente il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 con il primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Tale condotto o cavit? ? chiuso, sul lato opposto rispetto alle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20, da un coperchio 44??.
Con riferimento alle figure da 11 a 13, ? rappresentata un?ulteriore forma di realizzazione dell?invenzione. A elementi corrispondenti a quelli delle forme di realizzazione precedenti sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici; tali elementi non verranno ulteriormente descritti. In figura 11 ? rappresentato per semplicit? il solo dettaglio del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20 connessi di testa all?elemento di connessione fluidica, ora indicato con 40???.
L?elemento di connessione fluidica 40??? ? un tappo monolitico cavo di materiale metallico e in forma di forcella, inserito nelle estremit? 11e e 12e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. L?elemento di connessione fluidica 40??? ? unito mediante accoppiamento di materiale, ad esempio mediante saldobrasatura, alle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Nell?elemento di connessione fluidica 40??? ? ricavato un condotto o cavit? 41??? che connette fluidicamente il primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 con il primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Tale condotto o cavit? 41??? ? chiuso, sul lato opposto rispetto alle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20, da un coperchio 44???.
Sulle pareti laterali 11a e 21a del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20 in corrispondenza delle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20 sono ricavati rispettivi intagli 11n e 21n nei quali ? inserito l?elemento di connessione fluidica 40???. Tale accorgimento permette di avere un?estensione assiale della giunzione fra elemento di connessione e distributori minore rispetto alla forma di realizzazione della figura 10, o addirittura pari a zero nel caso in cui l?elemento di connessione fluidica 40??? sia completamente inserito entro l?ingombro dei distributori 11 e 21, come nell?esempio illustrato.
Con riferimento alla figura 14, ? rappresentata un?ulteriore forma di realizzazione dell?invenzione. A elementi corrispondenti a quelli delle forme di realizzazione precedenti sono stati assegnati gli stessi riferimenti numerici; tali elementi non verranno ulteriormente descritti. In figura 14 ? rappresentato per semplicit? il solo dettaglio del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20 connessi di testa all?elemento di connessione fluidica, ora indicato con 40????.
L?elemento di connessione fluidica 40???? ? un tubo a gomito di materiale metallico, avente opposte estremit? inserite nelle estremit? 11e e 12e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20. L?elemento di connessione fluidica 40???? ? unito mediante accoppiamento di materiale, ad esempio mediante saldobrasatura, alle estremit? 11e e 21e del primo distributore 11 del primo rango di scambio termico 10 e del primo distributore 21 del secondo rango di scambio termico 20.
Nella figura 15 ? rappresentata un?ulteriore forma di realizzazione dell?invenzione, analoga a quella di figura 14, nella quale l?elemento di connessione fluidica 40????, invece di essere monolitico, ? formato da due gusci 42???? e 43???? fissati fra loro, ad esempio mediante aggraffaggio.
Claims (8)
1. Scambiatore di calore comprendente un primo rango di scambio termico (10) e un secondo rango di scambio termico (20) sovrapposti l?uno all?altro, in cui ciascun rango di scambio termico (10, 20) comprende un primo distributore (11, 21) e un secondo distributore (12, 22) e una pluralit? di tubi paralleli e complanari (13, 23) che interconnettono il primo distributore (11, 21) e il secondo distributore (12, 22),
in cui ciascuno di detti distributori (11, 21, 12, 22) presenta un corpo tubolare, su una parete laterale (11a, 21a, 12a, 22a) del quale ? ricavata una pluralit? di fenditure, in ciascuna delle quali ? inserita un?estremit? di un rispettivo tubo (13, 23),
in cui uno di detti primo distributore e secondo distributore del primo rango di scambio termico presenta un ingresso (IN) dello scambiatore di calore e uno di detti primo distributore e secondo distributore del secondo rango di scambio termico presenta un?uscita (OUT) dello scambiatore di calore,
in cui lo scambiatore di calore comprende inoltre un elemento di connessione fluidica (40; 40?; 40??; 40???; 40????) che connette uno di detti primo distributore e secondo distributore del primo rango di scambio termico, nel seguito distributore di primo rango (11), con uno di detti primo distributore e secondo distributore del secondo rango di scambio termico, nel seguito distributore di secondo rango (21),
in cui detto elemento di connessione fluidica ? un elemento (40) fissato alle pareti laterali (11a, 21a) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21), e nel quale ? ricavata una pluralit? di condotti (41) che connettono fluidicamente il distributore di primo rango (11) con il distributore di secondo rango (21), oppure ? un elemento (40?; 40??; 40???; 40????) fissato di testa a estremit? (11e, 21e) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21), e nel quale ? ricavato un condotto (41?; 41???) che connette fluidicamente il distributore di primo rango (11) con il distributore di secondo rango (21).
2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui il primo distributore (11) del primo rango di scambio termico (10) presenta l?ingresso (IN) dello scambiatore di calore,
in cui il secondo distributore (22) del secondo rango di scambio termico (20) presenta l?uscita (OUT) dello scambiatore di calore,
in cui all?interno del primo distributore (11) del primo rango di scambio termico (10) ? disposto un setto (50) che ripartisce il primo distributore (11) del primo rango di scambio termico (10) in una camera d?ingresso (11b) e una camera d?uscita (11c),
in cui il distributore di primo rango ? il primo distributore (11) del primo rango di scambio termico (11) e il distributore di secondo rango ? il primo distributore (21) del secondo rango di scambio termico (20), e in cui l?elemento di connessione fluidica (40; 40?; 40??; 40???; 40????) connette la camera d?uscita (11c) del primo distributore (11) del primo rango di scambio termico (10) con il primo distributore (21) del secondo rango di scambio termico (20).
3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?elemento di connessione fluidica (40) comprende due superfici d?unione (42, 42) che combaciano rispettivamente con le pareti laterali (11a, 21a) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21).
4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?elemento di connessione fluidica (40?) ? realizzato come un blocco cavo nel quale sono ricavate due aperture (42?, 43?), nelle quali sono rispettivamente inserite le estremit? (11e, 21e) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21).
5. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?elemento di connessione fluidica (40??; 40???) ? realizzato come un tappo cavo inserito nelle estremit? (11e, 21e) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21).
6. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 5, in cui sulle pareti laterali (11a, 21a) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21) in corrispondenza delle estremit? (11e, 21e) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango (21) sono ricavati rispettivi intagli (11n, 21n) nei quali ? inserito l?elemento di connessione fluidica (40???).
7. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?elemento di connessione fluidica (40????) ? realizzato come un tubo a gomito avente opposte estremit? rispettivamente inserite nelle estremit? (11e, 21e) del distributore di primo rango (11) e del distributore di secondo rango
8. Sistema HVAC con pompa di calore comprendente un condensatore interno (IC), in cui detto condensatore interno ? uno scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni precedenti.
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