ITMI20012266A1

ITMI20012266A1 - Scambiatore di calore di tipo modulare e metodo per la sua preparazione

Info

Publication number: ITMI20012266A1
Application number: IT2001MI002266A
Authority: IT
Inventors: Kazuhiro Watanabe; Hisae Nishikawa; Takashi Nohara
Original assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-04-26
Also published as: JP2002139290A; US20020050348A1; US6523607B2

Description

SCENARIO DELL’INVENZIONE

1. Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore di tipo modulare capace di adattarsi ad una produzione di tipo flessibile e ad un metodo per la sua produzione.

2. Descrizione dell’arte pertinente

Come si vede nella figura 10, si è finora costruito uno scambiatore di calore destinato a raffreddare il liquido di raffreddamento di un motore utilizzando un tipo di produzione convenzionale in serie.

In questo tipo di costruzione, entrambe le estremità di tubi piatti penetrano all'interno di una coppia di piastre tubiere 18, mentre le loro parti penetrate sono fissate mediante una brasatura per formare un nucleo e dei membri 12 sono disposti su porzioni terminali opposte del nucleo. Un’estremità aperta di un corpo a serbatoio 19 è fissata su ciascuna piastra tubiera 18 con la porzione di raccordo brasata formando un unico pezzo.

Il corpo a serbatoio 19 possiede un tubo di ingresso 7, un collo di riempimento 20 e un rubinetto di drenaggio 16 montati sul primo.

A seconda dei vari volumi e delle condizioni legate ai punti di montaggio negli autoveicoli, gii scambiatori di calore per autoveicoli avevano varie larghezze e altezze del nucleo dello scambiatore di calore e varie posizioni e orientamenti del tubo di ingresso e del rubinetto di drenaggio.

Per produrre gli scambiatori di calore corrispondenti alle condizioni di progetto, erano richiesti stampi separati in funzione di ciascuna condizione diversa. Questa molteplicità di stampi originava maggiori costi di produzione. In particolare, tra questi, gli investimenti necessari per gli stampi della piastra tubiera 18 e del corpo a serbatoio 19 hanno provocato un significativo aumento dei costi di produzione. Le condizioni di progettazione per gli scambiatori di calore hanno recentemente subito sempre maggiori variazioni richiedendo un tipo flessibile di produzione. Pertanto, il metodo convenzionale di produzione dello scambiatore di calore ha inevitabilmente provocato maggiori costi.

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire uno scambiatore di calore di tipo modulare capace di condividere quanti più componenti possibile in modo da non incorrere in maggiori costi in corrispondenza al tipo flessibile di produzione ed inoltre lo scopo è anche quello di fornire un metodo di produzione di tale scambiatore di calore di tipo modulare.

Per raggiungere questo scopo, secondo un primo aspetto della presente invenzione, si prevede uno scambiatore di calore di tipo modulare comprendente un nucleo, il nucleo comprendendo una coppia di tubi collettori formati ciascuno da un tubo circolare di lunghezza desiderata ed avente delle cavità di impegno ricavate in precedenza nelle superfici interne ad estremità aperte opposte del tubo circolare, la coppia di tubi collettori avente per ciascuno di essi una pluralità di fori piatti ricavati in parallelo e ad intervalli regolari nella superficie periferica, una pluralità di tubi piatti avendo estremità opposte inserite nei fòri piatti, con le loro porzioni di inserimento essendo unite a tenuta di liquido, nonché una pluralità di alette saldamente fissate alla superficie esterna di ciascun tubo piatto; nonché membri terminali quali porzioni terminali di un tubo di ingresso e un coperchio terminale fissati mediante anelli ad 0 di tenuta alle aperture dei tubi collettori a tenuta di liquido, in cui i membri terminali in corrispondenza delle loro porzioni di raccordo possiedono periferie esterne che corrispondono alle periferie interne dei tubi collettori, ciascuno dei membri terminali comprendendo una griffa ricavata in modo da sporgere sulla sua periferia esterna per impegnarsi con la cavità di impegno per impedire un disimpegno in direzione assiale, nonché una cavità anulare ricavata nella sua periferia esterna per accogliere l’anello ad O.

Nello scambiatore di calore di tipo modulare, la griffa ha preferibilmente una sezione rastremata per fornire un impedimento al disimpegno, con uno spazio definito tra la cavità di impegno e uno spigolo di apertura del tubo collettore rastremato verso lo spigolo dell’apertura, mentre una o più griffe e cavità di impegno sono preferibilmente di lunghezza inferiore rispetto al perimetro nella direzione circonferenziale in modo tale che ad esse sia impedita la rotazione nella direzione circonferenziale.

Preferibilmente, una pluralità di cavità di impegno è disposta ad intervalli regolari sulla superficie periferica interna in corrispondenza della porzione terminale del tubo collettore e il membro terminale comprende almeno una coppia di tubi di ingresso, la direzione dell’estremità del tubo essendo capace di una scelta in più direzioni per la presenza della pluralità di cavità di impegno.

Il tubo collettore può essere prodotto tagliando un tubo circolare allungato e il membro terminale può essere formato da una fusione o da un'unica forma di resina sintetica.

Per raggiungere lo scopo indicato più sopra, in conformità con un secondo aspetto della presente invenzione, si prevede un metodo di produzione dello scambiatore di calore di tipo modulare, il metodo comprendendo le fasi di taglio di un tubo circolare allungato avente lo stesso diametro in una lunghezza appropriata e tagliando le sue superfici interne in estremità aperte e fon piatti; la produzione di un nucleo della coppia di tubi collettori di lunghezza desiderata, da tubi piatti e da alette; nonché la preparazione di membri terminali quali i tubi di ingresso che si adattano alle superfici interne in corrispondenza delle estremità aperte del tubo collettore e raccordando i membri terminali alle estremità opposte del tubo collettore mediante anelli ad O di tenuta, in modo da creare una tenuta a prova di liquido.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Questi altri scopi, aspetti, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari dalla seguente descrizione dettagliata, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una vista prospettica esplosa di uno scambiatore di calore di tipo modulare, secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista frontale in alzato, parzialmente in sezione, dello scambiatore di calore nel suo stato montato;

la figura 3 è una vista planare dall’alto dello scambiatore di calore;

la figura 4 è una vista in sezione longitudinale di un collo 20 di riempimento destinato all’impiego nello scambiatore di calore;

la figura 5 è una vista frontale in alzato dello stesso;

la figura 6 è una vista planare dal fondo del medesimo;

la figura 7 è una vista frontale in alzato, parzialmente in sezione, di un tubo collettore 3 destinato all’impiego nello scambiatore di calore di tipo modulare della presente invenzione;

la figura 8 è una vista planare dall’alto dello stesso;

la figura 9 è una vista in alzato frontale di un rubinetto 16 di drenaggio destinato all’impiego nello scambiatore di calore di tipo modulare della presente invenzione; e

la figura 10 è una vista frontale in alzato di uno scambiatore di calore convenzionale.

DESCRIZIONE DELLA FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA Si descriverà ora, con riferimento ai disegni allegati, una forma di realizzazione preferita della presente invenzione.

La figura 1 è una vista prospettica esplosa di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione, la figura 2 è una vista frontale in alzato del medesimo quando è assemblato, la figura 3 è una vista planare dall’alto dello stesso, quando è assemblato, la figura 4 è una vista longitudinale in sezione di un collo 20 di riempimento destinato all’impiego nello scambiatore di calore, la figura 5 è una vista frontale in alzato dello stesso e la figura 6 è una vista planare dal fondo del medesimo. La figura 7 è una vista frontale in alzato, in sezione parziale, di un tubo collettore 3 destinato all’impiego nello scambiatore di calore della presente invenzione e la figura 8 è una vista planare dall’alto dello stesso.

Con riferimento alle figure da 1 a 7, il tubo collettore 3 è ricavato tagliando un tubo circolare allungato in una lunghezza prestabilita, tagliando le sue estremità aperte opposte e formando ad uguali distanze una pluralità di fori piatti 2 sulla sua periferia esterna. Le estremità aperte del tubo collettore 3 possiedono sulle loro superfici periferiche interne quattro cavità di impegno 1 allungate circonferenzialmente disposte equiangolarmente a 90 gradi. La cavità di impegno 1 ha una forma ad U, in sezione longitudinale, e possiede una superficie rastremata 13 per la guida di una griffa che è rastremata dallo spigolo della U verso lo spigolo libero.

Un tubo piatto 4 è ricavato tagliando un tubo allungato saldato elettricamente in una lunghezza prestabilita e le sue estremità opposte sono inserite nel foro piatto 2 del tubo collettore 3. Delle alette 5 sono disposte tra tubi piatti 4 adiacenti, con membri 12 disposti in corrispondenza di spigoli opposti dei tubi piatti 4 nella loro direzione giustapposta per assiemare un nucleo. Il nucleo è caricato in un forno ad alta temperatura per fondere e poi solidificare un materiale di brasatura applicato in precedenza sulle superfici di componenti oppure con il materiale di brasatura che interviene tra i componenti, allo scopo di ottenere infine un nucleo integrato 6.

In questo esempio, una coppia di tubi di ingresso 7, che fungono da membri terminali preparati in precedenza, è montata sul nucleo finito 6 dalla parte inferiore dei corrispondenti tubi collettori 3, mentre il collo di riempimento 20 è adattato all’estremità superiore di uno dei tubi collettori 3 e un coperchio terminale 8 è fissato all’estremità superiore dell’altro tubo collettore 3, per completare uno scambiatore di calore.

I membri terminali possiedono su uno dei loro lati terminali le stesse geometrie periferiche esterne. In particolare, ciascuna delle periferie esterne su un lato terminale dei membri è provvista di una cavità anulare 11 e di una griffa 10 aventi le stesse geometrie. Un anello ad O 9 di tenuta è adattato alla cavità anulare 11 in modo da fornire una tenuta a prova di liquido con il tubo collettore 3. La griffa 10 si adatta nella cavità di impegno 1 attraverso la superficie rastremata 13 per impedire un disimpegno nella direzione assiale estema e fornire un arresto alla rotazione nella direzione circonferenziale.

Come si vede nelle figure da 4 a 6, la griffa 10 sporge per esempio attorno alla periferìa esterna del collo di riempimento 20 e combacia con la cavità di impegno 1 del tubo collettore 3. La griffa 10 è rastremata nella sezione trasversale, cosicché la rastrematura è guidata lungo la superficie rastremata in corrispondenza della superficie interna dello spigolo del tubo collettore 3.

Il collo di riempimento 20 possiede una filettatura interna 22 ricavata sulla sua periferìa interna e possiede un foro 21 ricavato nella sua periferìa esterna. Un tubo 14 di piccole dimensioni è fissato mediante brasatura al foro 21 , come mostra la figura 1. In questo esempio, il collo di riempimento 20 è ricavato da una fusione di alluminio o simile. In alternativa, esso può essere formato da un pezzo stampato di resina sintetica, in questo caso, il collo di riempimento può essere stampato in un sol pezzo con il tubo di piccole dimensioni. La filettatura interna 22 del collo di riempimento 20 accoglie con la filettatura una filettatura esterna 23 ricavata sulla periferìa esterna di un tappo a pressione 15.

Analogamente, il coperchio terminale 8 e il tubo di ingresso 7 possono essere ricavati da una fusione o da un pezzo stampato di resina sintetica. La griffa 10 e la cavità anulare 11 sulle loro periferìe esterne sono realizzate allo stesso modo del collo di riempimento 20.

In questo esempio, il coperchio terminale 8 è adattato all’estremità superiore del tubo collettore 3 di sinistra, con il tubo di ingresso 7 fissato alla sua estremità inferiore. In alternativa, il tubo di ingresso 7 può essere fissato all’estremità superiore del tubo collettore 3 a sinistra, mentre un rubinetto 16 di drenaggio mostrato nella figura 9 può essere fissato alla sua estremità inferiore. Anche il rubinetto di drenaggio 16, in corrispondenza della sua porzione di fissaggio, possiede la griffa 10 e la cavità anulare 11 ricavate in precedenza. La cavità anulare 1 1 accoglie l’anello ad O 9 di tenuta che a sua volta è adattato al tubo collettore 3.

Va notato che la direzione assiale del tubo di ingresso 7 e la direzione assiale del tubo 14 di piccole dimensioni possono essere orientate in una direzione desiderata fissandoli scegliendo una delle quattro diverse direzioni a 90 gradi.

Nell’ambito di questi componenti, il membro 12 è prodotto e preparato per ciascuna diversa larghezza del nucleo 6. Il tubo collettore 3 è tagliato e allestito in una lunghezza richiesta partendo da un materiale tubolare allungato come descritto più sopra. Gli altri componenti sono allestiti in precedenza come quelli che possiedono delle porzioni di fissaggio che sono conformi al tubo collettore 3.

In questo modo, secondo lo scambiatore di calore della presente invenzione, è possibile produrre scambiatori di calore aventi varie diverse larghezze e altezze ed è possibile scegliere appropriatamente il tubo d’ingresso 7, il collo di riempimento 20, il coperchio terminale 8, il rubinetto di drenaggio 16, ecc. destinati all’impiego con gli scambiatori di calore. Si può pertanto prevedere uno scambiatore di calore avente un ampio grado di libertà di progettazione e che richiede costi inferiori per gli stampi.

Secondo lo scambiatore di calore di tipo modulare della presente invenzione, la cavità di impegno 1 è ricavata in precedenza nelle estremità aperte opposte della coppia di tubi collettori 3 che formano il nucleo 6 e accoglie i membri terminali quali il tubo di ingresso 7 e il coperchio terminale 8 attraverso l’anello ad O a tenuta di liquido, per cui la griffa 10 prevista in modo da sporgere dalla periferia esterna del membro terminale può impegnarsi con la cavità di impegno 1 per impedire un disimpegno. E’ perciò possibile condividere facilmente i membri terminali fornendo degli scambiatori di calore aventi volumi molto diversi cambiando la lunghezza del tubo collettore 3.

Quando si dispone una pluralità di cavità di impegno 1 ad intervalli regolari lungo la superficie periferica interna terminale del tubo collettore 3, è possibile scegliere arbitrariamente la direzione assiale del tubo di ingresso quando si adatta il tubo di ingresso e di fornire uno scambiatore di calore di tipo modulare avente un elevato grado di libertà.

Secondo il metodo di produzione dello scambiatore di calore di tipo modulare della presente invenzione, è possibile effettuare una produzione flessibile degli scambiatori dì calore a basso costo con un minore investimento negli stampi per i componenti.

Benché qui si sia descritto in dettaglio, a titolo illustrativo, una forma di realizzazione al momento preferita della presente invenzione, si intende che i concetti inventivi possono trovare varie fórme di realizzazione diverse e possono essere utilizzati in vari altri modi e che le rivendicazioni allegate vanno interpretate e intese nel senso di comprendere tali varianti tranne per quanto concerne le limitazioni imposte dall’arte anteriore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Scambiatore di calore di tipo modulare comprendente: un nucleo; detto comprendendo una coppia di tubi collettori formati ciascuno da un tubo circolare di lunghezza desiderata ed avente delle cavità di impegno ricavate in precedenza nelle superfici interne ad estremità aperte opposte di detto tubo circolare, detta coppia di tubi collettori avente per ciascuno di essi una pluralità di fori piatti ricavati in parallelo e ad intervalli regolari nella superficie periferica; una pluralità di tubi piatti aventi estremità opposte inserite in detti fori piatti, con le loro porzioni di inserimento collegate a tenuta di liquido; e una pluralità di alette saldamente fissate alla superficie esterna di ciascuno di detti tubi piatti; e membri terminali quali porzioni terminali di un tubo di ingresso e un coperchio terminale fissati mediante anelli ad O di tenuta alle aperture di detti tubi collettori a tenuta di liquido, in cui detti membri terminali in corrispondenza delle loro porzioni di raccordo possiedono periferie esterne che corrispondono alle periferie interne di detti tubi collettori, ciascuno di detti membri terminali comprendendo una griffa ricavata in modo da sporgere sulla sua periferia esterna per impegnarsi con detta cavità di impegno per impedire un disimpegno in direzione assiale, nonché una cavità anulare ricavata nella sua periferia esterna per accogliere detto anello ad O.
2) Scambiatore di calore di tipo modulare secondo la rivendicazione 1 , in cui detta griffa possiede una sezione rastremata allo scopo di impedire un disimpegno, con uno spazio definito tra detta cavità di impegno e uno spigolo di apertura di detto tubo collettore essendo rastremato verso detto spigolo di apertura, e in cui una o più griffe e cavità di impegno hanno una lunghezza inferiore al perimetro nella direzione circonferenziale in modo da impedirne la rotazione nella direzione circonferenziale.
3) Scambiatore di calore di tipo modulare secondo la rivendicazione 2, in cui una pluralità di cavità di impegno è disposta ad intervalli regolari sulla superficie periferica interna in corrispondenza della porzione terminale di detto tubo collettore, e in cui detto membro terminale comprende almeno una coppia di tubi di ingresso, con la direzione dell’estremità di detto tubo essendo capace di essere scelta in una pluralità di direzioni attraverso la presenza di detta pluralità di cavità di impegno.
4) Scambiatore di calore di tipo modulare, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto tubo collettore è prodotto tagliando un tubo circolare allungato ed in cui detto membro terminale è ricavato da una fusione o da una forma in un sol pezzo di resina sintetica.
5) Metodo di produzione di uno scambiatore di calore di tipo modulare, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, detto metodo comprendendo le seguenti fasi: taglio di un tubo circolare allungato avente lo stesso diametro in una lunghezza appropriata e taglio delle sue superfici interne in estremità aperte e fori piatti; produzione di un nucleo da detta coppia di tubi collettori di lunghezza desiderata, da tubi piatti e da alette; e preparazione di detti membri terminali quali detti tubi di ingresso che si adattano alle superfici interne in corrispondenza delle estremità aperte di detto tubo collettore; e raccordando detti membri terminali alle estremità opposte di detto tubo collettore mediante anelli ad O di tenuta, in modo da creare una tenuta rispetto ad un liquido.