IT9068071A1 - Radiatore per il raffreddamento di un motore a combustione interna. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Radiatore per il raffreddamento di un motore a combustione interna"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda ad un radiatore per il raffreddamento di un motore a combustione interna, comprendente :

un pacco radiante formato da una pluralità di piastre parallele e distanziate,

una pluralità di tubi àttraversanti il suddetto pacco di piastre in direzione sostanzialmente perpendicolare ai piani delle piastre e sfocianti in una camera collettrice adiacente ad una piastra d'estremità del pacco di piastre, detta camera collettrice essendo delimitata dalla suddetta piastra d'estremità e da un corpo di materiale plastico conformato a vaschetta allungata, fissato alla suddetta piastra d'estremità,

tale corpo a vaschetta presentando un setto interno che definisce uno scomparto d'ingresso ed uno scomparto d'uscita della camera collettrice, comunicanti rispettivamente con un raccordo d'ingresso ed un raccordo d'uscita per il fluido di raffreddamento del motore,

un vaso d'espansione comunicante con la camera collettrice, avente un corpo di materiale plastico unito al corpo a vaschetta, e

un condotto per il degasamento del fluido destinato a circolare nel radiatore, avente una prima estremità che sbocca nella camera collettrice ed una seconda estremità che sfocia nel vaso d'espansione.

Un radiatore del tipo sopra definito, è ad esempio illustrato nelle figure 3, 4 del documento FR-A-2 514 484. Tale radiatore noto comprende un pacco radiante che costituisce lo scambiatore di calore,una prima camera collettrice formata per stampaggio integralmente con un vaso d 'espansione,suddivisa da una paratia trasversale in due compartimenti separati allineati che nella condizione di impiego del radiatore risultano essere posti uno superiormente all'altro, e da una seconda camera collettrice disposta simmetricamente alla prima rispetto al radiatore.

Il fluido di raffreddamento del motore è immesso inizialmente nel compartimento superiore della prima camera collettrice, da questo passa in una zona superiore del pacco radiante e perviene quindi alla seconda camera collettrice. Di qui il liquido refrigerante fluisce nella zona inferiore dello scambiatore per poi giungere al compartimento inferiore della prima camera collettrice da cui è successivamente inviato al motore.

Il fluido attraversa lo scambiatore di calore seguendo un percorso ad U nel piano generale del pacco radiante e subisce un parziale raffreddamento per azione del flusso d'aria relativamente fresca che investe il pacco radiante .

In tale soluzione sono presenti sia nel compartimento superiore che nel compartimento inferiore della prima camera collettrice rispettivi condotti di degassamento, realizzati con fori comunicanti con il vaso d'espansione.

Sono peraltro noti scambiatori di calore, utilizzati ad esempio nei condizionatori d'aria, del tipo cosiddetto "funzionante in controcorrente", nei quali il liquido refrigerante fluisce seguendo una traiettoria ad U in un piano ortogonale al piano generale del pacco radiante.

In questo caso, il primo tratto della traiettoria ad U, sul lato dello scambiatore non direttamente esposto al flusso d'aria di raffreddamento, è percorso dal fluido caldo che giunge dal motore ed il secondo tratto, sul lato opposto del radiatore, è percorso dal fluido già parzialmente raffreddato. Questa configurazione permette di ottenere uno sscambio termico più efficiente di quello che è ricavabile con gli altri tipi di scambiatori.

lln ulteriore aspetto importante di cui occorre tener conto nella progettazione di un radiatore di autoveicolo consiste nella necessità di far lavorare il radiatore con un fluido di raffreddamento che sia privo di bolle gassose disciolte. Normalmente tali bolle sono invece presenti in piccola quantità a causa di inevitabili trafilamenti dei gas della combustione, causati dalle imperfette tenute delle guarnizioni della testa del motore. Il passaggio di tali bolle nel fluido di raffreddamento è favorito dall'alta pressione che si genera nel motore nelle fasi di compressione e combustione. Inizialmente nel fluido refrigerante si formano bollicine microscopiche che tendono ad espandersi quando la pressione del fluido diminuisce, ad esempio all'interno del radiatore. Tali bolle gassose, sono responsabili di fenomeni sgraditi come la formazione di "punti caldi" nel motore per la differente capacità termica delle bolle gassose rispetto al fluido, oppure possono innescare fenomeni di cavitazione nella pompa del circuito di raffreddamento. Per evitare tali inconvenienti è necessario realizzare nel radiatore un sistema di degassamento che favorisca la separazione e l'eliminazione dei gas disciolti nel liquido refrigerante. Nella maggior parte dei casi si sfrutta a tale scopo l'aspirazione causata dalla depressione presente nel vaso d'espansione rispetto alla sovrapressione del circuito di raffreddamento.

Scopo della presente invenzione è quello di proporre un radiatore che presenti una struttura relativamente semplice che consenta uno scambio termico efficiente e che sia provvisto di un efficace sistema per il degassamento del fluido refrigerante.

Tale scopo viene raggiunto costituendo il radiatore in modo tale che il suddetto setto interno è disposto longitudinalmente nel corpo a vaschetta, che i tubi attraversanti il pacco radiante sono tubi ad U aventi ciascuno le sue estremità sfocianti nella suddetta camera collettrice e che il condotto per il degassamento del fluido è un tubo avente la prima estremità disposta in corrispondenza del setto in modo tale da comunicare sia con lo scomparto di ingresso sia con lo scomparo d'uscita della camera collettrice.

Il principale vantaggio ottenibile secondo la presente invenzione consiste essenzialmente nel fatto che un radiatore così costituito è provvisto di un unico corpo a vaschetta e presenta un'elevata compattezza costruttiva, lavora in controcorrente e assicura il degassamento con mezzi semplici.

Ulteriori caratteristiche e vantàggi secondo l'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, con riferimento ai disegni annessi, forniti a titolo di esempio non limitativo, che ne illustrano una forma di attuazione preferita in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica e schematica del radiatore secondo l'invenzione,

- la figura 2 è una vista in elevazione laterale parzialmente sezionata ed in scala maggiore del radiatore di figura 1,

- la figura 3 è una vista secondo le frecce III di figura 2,

- le figure 4, 5, 6, 7 sono sezioni trasversali in corrispondenza delle frecce IV, V, VI, VII della figura 1,

- la figura 8 è una vista secondo la freccia Vili di figura 2,

- la figura 9 è una vista in elevazione laterale parzialmente sezionata secondo le frecce IX di figura 8,

- la figura 10 illustra schematicamente il funzionamento del radiatore secondo l'invenzione,

- la figura 11 è una vista in elevazione secondo le frecce XI di figura 2,

la figura 12 illustra in maggiore scala un particolare di figura 11, e

- la figura 13 è una vista in elevazione parzialmente sezionata ed in maggiore scala secondo le frecce XIII di figura 2.

Con riferimento alle figure, un radiatore 1, che è illustrato nella figura 1 con l'orientamento che esso assume nella posizione montata, comprende un pacco radiante 2 formato da una pluralità di piastre parallele 3 fra loro distanziate ed attraversate da tubi ad U indicati genericamente con il numero di riferimento 4.

Ogni tubo 4 comprende un ramo d'andata 5 ed un ramo di ritorno 6, fra loro paralleli e collegati ad una loro estremità da un gomito di raccordo 7 di forma semicircolare. I rami 5 e 6 di ogni tubo 4 sono posti a livelli differenti (vedere anche fig. 8) in modo tale che da U di ogni tubo 4 giace su di un piano inclinato rispetto all'orizzontale, parallelo ai piani sui quali giaccioni gli altri tubi ad U.

All'estremità opposta ai gomiti di raccordo 7 dei tubi 4 si apre una camera collettrice 8 delimitata da un corpo allungato a vaschetta 9 di materiale plastico, e comprendente un setto interno 10 che si estende longitudinalmente nel corpo a vaschetta 9 suddividendolo in due scomparti verticali paralleli, uno d'ingresso 11 ed un altro attiguo d'uscita 12.

Tutte le porzioni d'estremità 13 dei rami di andata 5 dei tubi 4 si affacciano nello scomparto d'ingresso 11, mentre tutte le porzioni d'estremità 14 dei rami di ritorno dei tubi 4 si affacciano nello scomparto 12.

Lo scomparto d'ingresso 11 comunica con un raccordo d'ingresso 15 così come lo scomparto 12 comunica con un rispettivo raccordo d'uscita 16.

Una piastra d'estremità 3a del pacco radiante 2 si affaccia sulla camera collettrice 8 con l'interposizione di una guarnizione di tenuta IOa (vedere in particolare figure 2, 13).

Tutti i tubi 4 sono mantenuti bloccati rispetto alla piastra d'estremità 3a ed alle altre piastre 3 del pacco radiante 2 con un'operazione di mandrinatura eseguita durante la costruzione del pacco 2, che permette di allargare leggermente ogni tubo fino a portarlo a contatto con i bordi laterali dei fori praticati nelle piastre 3 e 3a.

Un canale 17 (figure 2, 7, 10) pone in collegamento lo scomparto 12 con un vaso d'espansione 18 ricavato per stampaggio integralmente con il corpo a vaschetta 9.

Un manicotto 19 (figure 2, 4, 10) pone in collegamento una zona superiore della camera collettrice 8 con una rispettiva zona superiore del vaso d'espansione 18. Internamente al manicotto 19 è inserito un tubo 20 per il degassamento del fluido di raffreddamento. Il tubo 20 ha un'estremità 21 che sfocia nella camera collettrice 8 e comunica contemporaneamente con lo scomparto d'ingresso 11 e con lo scomparto d'uscita 12. L'altra estremità 22 del tubo 20 sfocia inferiormente al livello del liquido contenuto nel vaso d'espansione 18 ed in prossimità di tale estremità 22 è ricavata internamente al vaso d'espansione 18 una parete verticale 23 (figure 2, 6) con funzione di deflettore delle bolle di gas che fuoriescono dal tubo 20.

Superiormente al vaso d'espansione 18 è riportato un coperchio 24 di materiale plastico sostanzialmente trasparente attraverso il quale è possibile valutare il livello del liquido di raffreddamento presente internamente al radiatore.

E' inoltre prevista la possibilità di munire il vaso d'espansione 18 di un sensore interno (non illustrato) per il rilevamento del livello del liquido di raffreddamento, collegato alla strumentazione del cruscotto dell'autoveicolo.

Il coperchio 24 comprende un raccordo inclinato 24a recante una porzione d'estremità filettata 24b per l'avvitamento di un tappo di chiusura (non illustrato).

Un termostato (non illustrato) è inserito in una sede 25 del corpo a vaschetta 9 in posizione affacciata sullo scomparto d'uscita 12 per il rilevamento della temperatura del fluido refrigerante in uscita dal radiatore.

All'estremità opposta del pacco radiante 2 rispetto alla camera collettrice 8, il radiatore comprende un elemento 26 di protezione delle porzioni di raccordo a gomito 7 dei tubi 4. Tale elemento di protezione 26 è costituito in un solo pezzo di materiale plastico ed ha principalmente la funzione di proteggere i raccordi a gomito 7 durante il trasporto ed il maneggiamento del radiatore.

L'elemento di protezione 26 (figure 2, 8, 9, 11, 12 )comprende internamente delle alette elastiche 29a e delle alette fisse 29b, associate fra loro a coppie per permettere di bloccare in modo disaccoppiabile l'elemento 26 sui raccordi a gomito 7.

Le alette 29a, 29b sono disposte su piani inclinati con inclinazione uguale a quella dei tubi 4.

Le alette elastiche 29a comprendono una porzione d'estremità 30 che presenta un rilievo atto ad inserirsi nella cavità definita dalla porzione di raccordo semicircolare 7. Sulle alette 29a sono ricavate due feritoie passanti 31 per consentire la flessibilità della porzione in rilievo 30 e per permettere così l'ancoraggio a scatto delle alette sulle porzioni a gomito 7.

Sia l'elemento di protezione 26 che il corpo a vaschetta 9 includono sporgenze 27 per il fissaggio di un gruppo di sopporto (non illustrato) di una ventola di raffreddamento ed elementi di collegamento 28 che sporgono inferiormente al radiatore per il bloccaggio su una struttura per il sopporto del radiatore (non illustrata).

In alternative, l'elemento di. protezione 26 può essere costituito in un unico corpo con il suddetto gruppo di sopporto di una ventola di raffreddamento.

Nel funzionamento, con riferimento alle figure 1 e 10, il fluido per la refrigerazione del motore giunge al radiatore attraverso il raccordo d'ingresso 15 secondo la direzione indicata dalla freccia A, passa quindi nello scomparto 11 e seguendo la direzione della freccia B attraversa i tubi ad U (passando prima sul lato posteriore, poi sul lato frontale del radiatore, la direzione del flusso d’aria che investe il radiatore essendo indicata dalla freccia E nella figura l)fino a giungere nello scomparto 12 della camera collettrice 8. Il fluido refrigerante che contiene disciolte bolle di gas tende a salire verso l'alto nella camera collettrice 8 sia dallo scomparto d'ingresso 11 che dallo scomparto d'uscita 12, e per la depressione relativa che si determina nel vaso di espansione, che è in collegamento diretto con la pressione esterna, tende a seguire la direzione delle frecce D ed a fluire nel tubo 20 fino ad uscire dalla sua estremità 22 in prossimità della quale ha luogo la separazione delle bolle gassose che si espandono per effetto della minore pressione presente nel vaso di espansione 18 e che sono deflesse verso l'alto dalla parete 23. Il fluido refrigerante così depurato ritorna in ciclo attraversando il canale 17 in direzione del raccordo di uscita 16.

La parte del fluido che passa nella camera collettrice e che non contiene gas disciolti prosegue lungo la direzione indicata con B, e ritorna incielo al motore attraversando il raccordo d'uscita 16.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato le forme di attuazione ed i particolari di costruzione potranno essere ampiamente variati senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione; cosi, ad esempio, il coperchio 24 riportato sul vaso di espansione 18, potrà essere saldato o incollato oppure collegato al vaso di espansione 18 con un qualunque sistema di collégamento noto.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Radiatore per il raffreddamento di un motore a combustione interna, comprendente: - un pacco radiante (2) formato da una pluralità di piastre (3) parallele e distanziate, - una pluralità di tubi (4) attraversanti il suddetto pacco (2) di piastre (3) in direzione sostanzialmente perpendicolare ai piani delle piastre (3) e sfocianti in una camera collettrice (8) adiacente ad una piastra d'estremità (3a ) del pacco (2) di piastre (3), -detta camera collettrice (8) essendo delimitata dalla suddetta piastra d'estremità (3a) e da un corpo di materiale plastico conformato a vaschetta allungata (9),. fissato alla suddetta piastra d'estremità (3a), -tale corpo a vaschetta (9) presentando un setto interno (10) che definisce uno scomparto d'ingresso (11) ed uno scomparto d'uscita (12) della camera collettrice (8), comunicanti rispettivamente con un raccordo d'ingresso (15) ed un raccordo d'uscita (16) per il fluido di raffreddamento del motore, -un vaso d'espansione (18) comunicante con la camera collettrice (8), avente un corpo (18) di materiale plastico unito al corpo a vaschetta (9), e -un condotto (20) per il degassamento del fluido destinato a circolare nel radiatore, avente una prima estremità (21) che sbocca nella camera collettrice (8) ed una seconda estremità (22) che sfocia nel vaso d'espansione (18) , caratterizzato dal fatto che il suddetto setto interno (10) è disposto longitudinalmente nel corpo a vaschetta (9) , che i tubi (4) attraversanti il pacco radiante (2) sono tubi ad U aventi ciascuno le sue estremità (13, 14) sfocianti nella suddetta camera collettrice (8) e che il condotto (20) per il degassamento del fluido è un tubo avente la suddetta prima estremità (21) disposta in corrispondenza del setto (10) in modo tale da comunicare sia con lo scomparto d'ingresso (11) sia con lo scomparto d'uscita (12) della camera collettrice (8). 2. - Radiatore secondo la ·rivendicazione 1,·caratterizzato dal fatto che i tubi ad U (4) comprendono ciascuno due rami rettilenei paralleli di andata (5) e di ritorno (6) ed una porzione intermedia a gomito (7) di raccordo fra detti rami (5, 6), sporgente dalla piastra (3a) del pacco radiante (2) situata all'estremità opposta rispetto alla suddetta camera collettrice (8), detto radiatore comprendendo inoltre un elemento di protezione (26) delle suddette porzioni a gomito (7) che è sopportato da queste ultime ed è connesso ad esse mediante mezzi di bloccaggio disaccoppiabili (29a, 29b, 30). 3. - Radiatore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi di bloccaggio sono alette elastiche (29a) associate ad alette fisse (29b) facenti parte dell'elemento di protezione .(26), dette alette elastiche (29a) comprendendo una parte in rilievo (30) per l'ancoraggio a scatto dell'elemento di protezione (26) su almeno una porzione a gomito (7). 4. - Radiatore secondo la rivendicazione 2 oppure 3, caratterizzato dal fatto che detto elemento di protezione (26) è costituito da un solo pezzo di materiale plastico. 5. - Radiatore secondo la rivendicazion 3 oppure 4, caratterizzato dal fatto che i tubi ad U (4) .giacciono su piani fra loro paralleli ed inclinati rispetto alla direzione definita dal setto interno (10) del corpo a vaschetta (9), essendo le suddette alette (29a,29b) dell'elemento di protezione (26) disposte su piani ugualmente paralleli ed inclinati. 6. - Radiatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 5, caratterizzato dal fatto che l'elemento di protezione (26) è ottenuto in un solo pezzo con un gruppo di sopporto di una ventola di raffreddamento. 7. - Radiatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 5, caratterizzato dal fatto che il corpo a vaschetta (9) e l'elemento di protezione (26) includono mezzi di fissaggio (27) per un gruppo di sopporto di una ventola di raffreddamento. 8. - Radiatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 7 ,caratterizzato dal fatto che il corpo a vaschetta (9) e l'elemento di protezione (26) comprendono mezzi di collegamento (28) ad una struttura per il sopporto del radiatore. 9. - Radiatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sul vaso d’espansione (18) è riportato un coperchio (24) di materiale plastico sostanzialmente trasparente recante un raccordo (24a) per un tappo. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.