IT202100000920A1 - Scambiatore di calore, in particolare condensatore interno per sistemi hvac con pompa di calore - Google Patents

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Fabio Sandri
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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 collettore e un secondo collettore e una pluralit? di tubi paralleli e complanari che interconnettono il primo collettore e il secondo collettore,
in cui il primo collettore del primo rango di scambio termico e il primo collettore del secondo rango di scambio termico sono racchiusi fra una prima piastra di collettore e una prima vasca di collettore fissate l?una all?altra,
in cui il secondo collettore del primo rango di scambio termico e il secondo collettore del secondo rango di scambio termico sono racchiusi fra una seconda piastra di collettore e una seconda vasca di collettore fissate l?una all?altra,
in cui in ciascuna di dette piastre di collettore ? ricavata una pluralit? di fenditure, in ciascuna delle quali ? inserita un?estremit? di un rispettivo tubo,
in cui uno di detti primo collettore e secondo collettore del primo rango di scambio termico presenta un ingresso dello scambiatore di calore e uno di detti primo collettore e secondo collettore del secondo rango di scambio termico presenta un?uscita dello scambiatore di calore,
in cui ciascuna vasca di collettore comprende due bordi laterali fissati a rispettivi bordi laterali della rispettiva piastra di collettore, e un bordo intermedio fissato a una porzione intermedia della rispettiva piastra di collettore per separare i rispettivi collettori del primo rango di scambio termico e del secondo rango di scambio termico l?uno dall?altro, e
in cui il bordo intermedio di una di dette prima vasca di collettore e seconda vasca di collettore presenta una pluralit? di rientranze che stabiliscono una comunicazione di fluido fra i rispettivi collettori del primo rango di scambio termico e del secondo rango di scambio termico.
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 da 2 a 4 sono rispettivamente una vista prospettica, una vista in pianta e una vista in sezione di una piastra di collettore dello scambiatore di calore di figura 1;
- le figure da 5 a 7 sono rispettivamente una vista prospettica, una vista in pianta e una vista in sezione di una prima vasca di collettore dello scambiatore di calore di figura 1;
- le figure da 8 a 10 sono rispettivamente una vista prospettica, una vista in pianta e una vista in sezione di una seconda vasca di collettore dello scambiatore di calore di figura 1;
- la figura 11 ? una vista in sezione che mostra la prima vasca di collettore assemblata alla rispettiva piastra di collettore 5;
- la figura 12 ? una vista in sezione che mostra la seconda vasca di collettore assemblata alla rispettiva piastra di collettore 5; e
- la figura 13 ? uno schema semplificato che riporta un esempio di sistema HVAC con pompa di calore.
Con riferimento alla figura 1, ? 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 13. 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 alla figura 1, 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 collettore 11 e un secondo collettore 12 e una pluralit? di tubi paralleli e complanari 13 che interconnettono il primo collettore 11 e il secondo collettore 12. Fra tubi 13 adiacenti sono interposte alettature 14, non rappresentate in dettaglio. Il secondo rango di scambio termico 20 comprende un primo collettore 21 e un secondo collettore 22 e una pluralit? di tubi paralleli e complanari (non visibili nelle figure) che interconnettono il primo collettore 21 e il secondo collettore 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.
Il primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 e il primo collettore 21 del secondo rango di scambio termico 20 sono racchiusi fra una prima piastra di collettore 41, mostrata nelle figure da 2 a 4, e una prima vasca di collettore 42, mostrata anche nelle figure da 5 a 7. La prima vasca di collettore 42 di fatto costituisce una doppia vasca. La prima piastra di collettore 41 e la prima vasca di collettore 42 sono fissate l?una all?altra, nel modo che verr? descritto nel seguito. Alle opposte estremit? sono previsti rispettivi coperchi 43 e 44 aggraffati sia alla prima piastra di collettore 41 sia alla prima vasca di collettore 42. L?unione mediante aggraffatura pu? essere consolidata mediante un successivo processo di accoppiamento di materiale, ad esempio di saldobrasatura.
Il secondo collettore 12 del primo rango di scambio termico 10 e il secondo collettore 22 del secondo rango di scambio termico 20 sono racchiusi fra una seconda piastra di collettore 51, identica alla prima piastra di collettore 41 e quindi rappresentata anche dalle figure 2-4, e una seconda vasca di collettore 52, mostrata anche nelle figure da 8 a 10. La seconda vasca di collettore 52 di fatto costituisce una doppia vasca. La seconda piastra di collettore 51 e la seconda vasca di collettore 52 sono fissate l?una all?altra, nel modo che verr? descritto nel seguito. Alle opposte estremit? sono previsti rispettivi coperchi 53 e 54 aggraffati sia alla seconda piastra di collettore 51 sia alla seconda vasca di collettore 52. L?unione mediante aggraffatura pu? essere consolidata mediante un successivo processo di accoppiamento di materiale, ad esempio di saldobrasatura.
In ciascuna delle piastre di collettore 41 e 51 ? ricavata una pluralit? di fenditure 61, pi? precisamente due schiere di fenditure 61 parallele. In ciascuna di tali fenditure 61 ? inserita un?estremit? di un rispettivo tubo 13.
Il primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 presenta un ingresso I dello scambiatore di calore 1. Il secondo collettore 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.
? prevista una connessione fluidica fra il primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 e il primo collettore 21 del secondo rango di scambio termico 20. Nel seguito si far? per comodit? riferimento solo a tale disposizione. La disposizione della connessione fluidica pu? essere tuttavia differente da quella qui descritta.
All?interno del primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 ? disposto un setto 70 (rappresentato solo in figura 6) che ripartisce il primo collettore 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.
La connessione fluidica, che verr? descritta nel seguito, connette in particolare la camera d?uscita 11c del primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 con il primo collettore 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.
Ciascuna vasca di collettore 42, 52 comprende due bordi laterali 42a-42b e 52a-52b fissati a rispettivi bordi laterali della rispettiva piastra di collettore 41, 51. In particolare, ciascuno dei bordi laterali 42a-42b e 52a-52b di ciascuna vasca di collettore 42, 52 presenta una pluralit? di linguette 81 aggraffate sul rispettivo bordo laterale della rispettiva piastra di collettore 41, 51. L?unione mediante aggraffatura pu? essere consolidata mediante un successivo processo di accoppiamento di materiale, ad esempio di saldobrasatura.
Ciascuna vasca di collettore 42, 52 comprende inoltre un bordo intermedio 42c, 52c che separa i rispettivi primi collettori 11, 21 o secondi collettori 12, 22. Ciascun bordo intermedio 42c, 52c ? fissato a una porzione intermedia 41c, 51c della rispettiva piastra di collettore 41, 51 per separare i rispettivi collettori del primo rango di scambio termico 10 e del secondo rango di scambio termico 20 l?uno dall?altro. In particolare, la porzione intermedia 41c, 51c di ciascuna piastra di collettore 41, 51 presenta una pluralit? di linguette 91 aggraffate in rispettive finestre 92 ricavate nel bordo intermedio 42c, 52c della rispettiva vasca di collettore 42, 52 (si vedano in particolare le figure 11 e 12). L?unione mediante aggraffatura pu? essere consolidata mediante un successivo processo di accoppiamento di materiale, ad esempio di saldobrasatura.
Il bordo intermedio di una fra prima vasca di collettore 42 o seconda vasca di collettore 52, nell?esempio illustrato il bordo intermedio 42c della prima vasca di collettore 42, presenta una pluralit? di rientranze 93 che stabiliscono una comunicazione di fluido fra i rispettivi collettori del primo rango di scambio termico 10 e del secondo rango di scambio termico 20, nell?esempio illustrato fra la camera d?uscita 11c del primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 e il primo collettore 21 del secondo rango di scambio termico 20.
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 collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 e passando attraverso la camera d?ingresso 11b del primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10, i tubi 13 ad essa collegati, il secondo collettore 12 del primo rango di scambio termico 10 e i tubi 13 che collegano il secondo collettore 12 del primo rango di scambio termico 10 con la camera d?uscita 11c del primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10. Dalla camera d?uscita 11c del primo collettore 11 del primo rango di scambio termico 10 il fluido termovettore passa, attraverso i passaggi fra piastra e vasca definiti dalle rientranze 93, al primo collettore 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 collettore 21 del secondo rango di scambio termico 20, i tubi del secondo rango di scambio termico 20, il secondo collettore 22 del secondo rango di scambio termico 20, e uscendo infine dall?uscita OUT del secondo collettore 22 del secondo rango di scambio termico 20.

Claims (5)

RIVENDICAZIONI
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 collettore (11, 21) e un secondo collettore (12, 22) e una pluralit? di tubi paralleli e complanari (13) che interconnettono il primo collettore (11, 21) e il secondo collettore (12, 22),
in cui il primo collettore (11) del primo rango di scambio termico (10) e il primo collettore (21) del secondo rango di scambio termico (20) sono racchiusi fra una prima piastra di collettore (41) e una prima vasca di collettore (42) fissate l?una all?altra,
in cui il secondo collettore (12) del primo rango di scambio termico (10) e il secondo collettore (22) del secondo rango di scambio termico (20) sono racchiusi fra una seconda piastra di collettore (51) e una seconda vasca di collettore (52) fissate l?una all?altra,
in cui in ciascuna di dette piastre di collettore (41, 51) ? ricavata una pluralit? di fenditure (61), in ciascuna delle quali ? inserita un?estremit? di un rispettivo tubo (13),
in cui uno di detti primo collettore e secondo collettore del primo rango di scambio termico (10) presenta un ingresso (IN) dello scambiatore di calore e uno di detti primo collettore e secondo collettore del secondo rango di scambio termico (20) presenta un?uscita (OUT) dello scambiatore di calore,
in cui ciascuna vasca di collettore (42, 52) comprende due bordi laterali (42a-42b, 52a-52b) fissati a rispettivi bordi laterali della rispettiva piastra di collettore (41, 51), e un bordo intermedio (42c, 52c) fissato a una porzione intermedia (41c, 51c) della rispettiva piastra di collettore (41, 51) per separare i rispettivi collettori del primo rango di scambio termico (10) e del secondo rango di scambio termico (20) l?uno dall?altro, e
in cui il bordo intermedio (42c, 52c) di una di dette prima vasca di collettore e seconda vasca di collettore presenta una pluralit? di rientranze (93) che stabiliscono una comunicazione di fluido fra i rispettivi collettori del primo rango di scambio termico (10) e del secondo rango di scambio termico (20).
2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui il primo collettore (11) del primo rango di scambio termico (10) presenta l?ingresso (IN) dello scambiatore di calore,
in cui il secondo collettore (22) del secondo rango di scambio termico (20) presenta l?uscita (OUT) dello scambiatore di calore,
in cui all?interno del primo collettore (11) del primo rango di scambio termico (10) ? disposto un setto (70) che ripartisce il primo collettore (11) del primo rango di scambio termico (10) in una camera d?ingresso (11b) e una camera d?uscita (11c),
in cui dette rientranze (93) stabiliscono una comunicazione di fluido fra la camera d?uscita (11c) del primo collettore (11) del primo rango di scambio termico (10) e il primo collettore (21) del secondo rango di scambio termico (20).
3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ciascuno dei bordi laterali (42a-42b, 52a-52b) di ciascuna vasca di collettore (42, 52) presenta una pluralit? di linguette (81) aggraffate sul rispettivo bordo laterale della rispettiva piastra di collettore (41, 51).
4. Scambiatore di calore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la porzione intermedia (41c, 51c) di ciascuna piastra di collettore (41, 51) presenta una pluralit? di linguette (91) aggraffate in rispettive finestre (92) ricavate nel bordo intermedio (42c, 52c) della rispettiva vasca di collettore (42, 52).
5. 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.
IT102021000000920A 2021-01-20 2021-01-20 Scambiatore di calore, in particolare condensatore interno per sistemi hvac con pompa di calore IT202100000920A1 (it)

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