ITMI20121739A1

ITMI20121739A1 - PROCEDURE FOR THE CONSTRUCTION OF A HEAT EXCHANGER WITH DIE-CASTING ELEMENTS.

Info

Publication number: ITMI20121739A1
Application number: IT001739A
Authority: IT
Inventors: Mario Morini
Original assignee: Unical Ag Spa
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-17

Description

"PROCEDIMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI UNO SCAMBIATORE DI CALORE AD ELEMENTI PRESSOFUSI" "PROCEDURE FOR THE CONSTRUCTION OF A HEAT EXCHANGER WITH DIE-CAST ELEMENTS"

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

Il presente trovato ha come oggetto un procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi. The present invention relates to a method for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements.

Sono noti scambiatori di calore composti da elementi pressofusi di numero variabile a seconda delle potenze termiche che lo scambiatore di calore deve raggiungere. Heat exchangers are known consisting of die-cast elements of variable number according to the thermal powers that the heat exchanger must reach.

Nella sua configurazione minima, uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi Ã ̈ realizzato da un elemento pressofuso attraversato da una condotta nella quale scorre il fluido con il quale realizzare lo scambio termico. In its minimum configuration, a die-cast element heat exchanger is made from a die-cast element crossed by a duct through which the fluid with which to carry out the heat exchange flows.

Nella maggior parte degli scambiatori di calore di tipo noto, tale condotta Ã ̈ realizzata da una pluralitÃ di primi elementi tubolari metallici, dalla conformazione rettilinea, inseriti all'interno dell'elemento pressofuso in modo tale da risultare paralleli gli uni agli altri e da una pluralitÃ di secondi elementi tubolari metallici, dalla conformazione curvilinea, esterni rispetto all'elemento pressofuso e saldati ai primi elementi metallici, in corrispondenza delle loro estremitÃ , in modo tale da realizzare una condotta continua che attraversa ripetutamente l'elemento pressofuso. In most of the known types of heat exchangers, this duct is made up of a plurality of first metal tubular elements, with a rectilinear conformation, inserted inside the die-cast element in such a way as to be parallel to each other and by a plurality of second metal tubular elements, with a curvilinear conformation, external with respect to the die-cast element and welded to the first metal elements, at their ends, in such a way as to create a continuous duct that crosses the die-cast element repeatedly.

Generalmente, il procedimento di realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi di tipo noto, prevede la realizzazione del singolo elemento pressofuso per mezzo di una fase di pressofusione in uno stampo nel quale Ã ̈ inserita una pluralitÃ di anime atte a definire i fori di passaggio dei primi elementi tubolari. Generally, the process of manufacturing a heat exchanger with die-cast elements of the known type involves the production of the single die-cast element by means of a die-casting step in a mold in which a plurality of cores are inserted which are suitable for defining the holes of passage of the first tubular elements.

Ottenuta la pressofusione, tali anime vengono rimosse e, al loro posto, vengono inseriti i primi elementi tubolari che vengono successivamente messi in comunicazione tra loro con i secondi elementi tubolari e fissati agli stessi mediante saldatura. Once the die casting has been obtained, these cores are removed and, in their place, the first tubular elements are inserted which are subsequently put into communication with each other with the second tubular elements and fixed to them by welding.

Tali scambiatori di calore di tipo noto ad elementi pressofusi non sono scevri da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che, essendo la condotta attraversata da un fluido in pressione ed a volte anche corrosivo, i cordoni di saldatura presenti tra un tratto di condotta e l'altro non garantiscono una corretta tenuta idraulica della condotta stessa. These known type heat exchangers with die-cast elements are not free from drawbacks, including the fact that, since the duct is crossed by a pressurized and sometimes corrosive fluid, the welding seams present between a duct section and the other does not guarantee a correct hydraulic seal of the pipeline itself.

Inoltre, un altro inconveniente di questi scambiatori di calore di tipo noto consiste nel fatto di avere un'efficienza termica ridotta rispetto a quella ideale, in quanto la condotta prevede dei tratti esterni all'elemento pressofuso che non solo non contribuiscono allo scambio di calore ma sono causa della dispersione del calore stesso . Furthermore, another drawback of these known heat exchangers consists in the fact that they have a reduced thermal efficiency compared to the ideal one, since the duct includes sections external to the die-cast element which not only do not contribute to the heat exchange but they are the cause of the dispersion of the heat itself.

Il brevetto GB 2.047.587 illustra un procedimento per realizzare scambiatori di calore secondo il quale, all'interno dello stampo di pressofusione, viene preventivamente disposta una condotta sagomata che viene inglobata dal materiale pressofuso durante la pressofusione. Per evitare che la pressione del metallo fuso contro la condotta durante la pressofusione, particolarmente qualora tale condotta sia costituita da un tubo di ridotto spessore e/o di scarsa resistenza alla deformazione, possa provocare la sua deformazione o addirittura il suo schiacciamento, tale brevetto suggerisce di pressurizzare, con un fluido in pressione, l'interno della condotta. Patent GB 2,047,587 illustrates a process for making heat exchangers according to which, inside the die-casting mold, a shaped duct is previously arranged which is incorporated by the die-cast material during die casting. To avoid that the pressure of the molten metal against the pipeline during die casting, particularly if this pipeline consists of a tube of reduced thickness and / or poor resistance to deformation, can cause its deformation or even its crushing, this patent suggests to pressurize the inside of the duct with a pressurized fluid.

Il procedimento descritto nel brevetto GB -2.047.587, benchÃ© sia in grado di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati in riferimento agli scambiatori tradizionali, denota a sua volta l'inconveniente di risultare di difficile attuazione, particolarmente per quanto riguarda le modalitÃ di pressurizzazione della condotta durante la pressofusione. The process described in patent GB -2.047.587, although it is able to obviate the above-mentioned drawbacks in reference to traditional exchangers, in turn denotes the drawback of being difficult to implement, particularly as regards the pressurization methods of the conducted during die casting.

Inoltre, qualora la condotta sia realizzata con un materiale che ha un punto di fusione prossimo al punto di fusione del metallo pressofuso nel quale deve essere inglobato, si possono verificare parziali fusioni della condotta o eccessive deformazioni della stessa durante l'esecuzione della pressofusione che portano ad un risultato non accettabile. Furthermore, if the pipeline is made of a material that has a melting point close to the melting point of the die-cast metal in which it is to be incorporated, partial melting of the pipeline or excessive deformations of the same may occur during the execution of the die-casting which lead to to an unacceptable result.

Compito precipuo del presente trovato Ã ̈ quello di mettere a punto un procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi che sia in grado di ovviare agli inconvenienti degli scambiatori di calore ad elementi pressofusi di tipo tradizionale e che risulti di semplice attuazione. The aim of the present invention is to provide a process for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements which is capable of obviating the drawbacks of heat exchangers with die-cast elements of the traditional type and which is easy to implement.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato Ã ̈ quello di mettere a punto un procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi che possa avere una condotta di passaggio del fluido con uno spessore ridotto e/o con una ridotta resistenza alla deformazione. Within the scope of this aim, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements which can have a fluid passage duct with a reduced thickness and / or with a reduced resistance to deformation.

Un altro scopo del trovato Ã ̈ quello di proporre un procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi nel quale la condotta di passaggio del fluido con il quale realizzare lo scambio termico possa essere realizzata con un materiale che presenta un punto di fusione uguale o prossimo al punto di fusione del materiale con il quale viene eseguita la pressofusione . Another object of the invention is to propose a method for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements in which the duct for the passage of the fluid with which to carry out the heat exchange can be made with a material that has a melting point equal to or close to the melting point of the material with which the die casting is performed.

Un ulteriore scopo del trovato Ã ̈ quello di proporre un procedimento che consenta di produrre scambiatori di calore ad elementi pressofusi economicamente competitivi. A further object of the invention is to propose a process which allows to produce economically competitive heat exchangers with die-cast elements.

Questo compito, nonchÃ© questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi, comprendente : This task, as well as these and other purposes which will appear better later, are achieved by a process for the realization of a heat exchanger with die-cast elements, comprising:

- una fase di preparazione di uno stampo con definita una cavitÃ di formatura presentante una conformazione corrispondente alla conformazione di almeno un elemento di uno scambiatore di calore da realizzare; - a step of preparing a mold with a defined molding cavity having a shape corresponding to the shape of at least one element of a heat exchanger to be made;

- una fase di posizionamento di almeno una condotta sagomata all'interno di detta cavitÃ di formatura dello stampo; - a step of positioning at least one shaped duct inside said mold forming cavity;

- una fase di pressofusione di metallo in detta cavitÃ di formatura dello stampo per la realizzazione di detto almeno un elemento dello scambiatore di calore; - a step of die-casting of metal in said mold forming cavity for the realization of said at least one element of the heat exchanger;

caratterizzato dal fatto che detta condotta sagomata, prima del suo posizionamento in detta cavitÃ di formatura dello stampo, viene sottoposta ad una fase di riempimento con un liquido e ad una fase di congelamento di detto liquido. characterized in that said shaped conduit, before its positioning in said mold forming cavity, is subjected to a phase of filling with a liquid and to a phase of freezing said liquid.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi, secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli allegati disegni, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the method for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements, according to the invention, illustrated, by way of non-limiting example, in the attached drawings, in which:

la figura 1 Ã ̈ uno schema a blocchi rappresentante il procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi, secondo il trovato; Figure 1 is a block diagram representing the process for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements, according to the invention;

la figura 2 Ã ̈ una vista schematica in esploso dello stampo impiegato dal procedimento schematizzato in figura 1 per la realizzazione di un elemento pressofuso di uno scambiatore di calore, secondo il trovato; Figure 2 is a schematic exploded view of the mold used by the method schematized in Figure 1 for the production of a die-cast element of a heat exchanger, according to the invention;

la figura 3 illustra, in vista prospettica, uno scambiatore di calore composto da piÃ¹ elementi pressofusi ottenuti con il procedimento secondo il trovato . Figure 3 is a perspective view of a heat exchanger composed of a plurality of die-cast elements obtained with the method according to the invention.

Con riferimento alle figure citate, il procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi, indicato globalmente con il numero di riferimento 100, comprende una fase di preparazione di uno stampo 1 nel quale Ã ̈ definita una cavitÃ di formatura 6 la cui conformazione corrisponde alla conformazione di un elemento 21 dello scambiatore di calore 20 da realizzare. Tale stampo 1 Ã ̈ composto, in modo di per sÃ© noto, da almeno due parti, ad esempio due semistampi 2 e 3, rispettivamente, uno superiore ed uno inferiore, in modo tale da poter essere chiuso in occasione della pressofusione ed aperto per consentire l'accesso alla cavitÃ di formatura 6. With reference to the aforementioned figures, the process for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements, globally indicated with the reference number 100, comprises a step of preparing a mold 1 in which a forming cavity 6 is defined whose conformation corresponds to the conformation of an element 21 of the heat exchanger 20 to be made. Said mold 1 is composed, in a per se known way, of at least two parts, for example two half-molds 2 and 3, respectively, an upper and a lower one, so that it can be closed during die casting and opened for allow access to the molding cavity 6.

Il procedimento in oggetto comprende anche una fase di posizionamento 101, all'interno della cavitÃ di formatura 6, di una condotta sagomata 4 ed una fase di pressofusione 102 nella quale un metallo allo stato fuso viene immesso sotto pressione all'interno della cavitÃ di formatura 6 riempiendola e quindi circondando ed imprigionando la condotta sagomata 4. The process in question also comprises a step of positioning 101, inside the forming cavity 6, of a shaped duct 4 and a die-casting step 102 in which a molten metal is introduced under pressure into the forming cavity. 6 filling it and then surrounding and imprisoning the shaped duct 4.

Secondo il trovato, la condotta sagomata 4, prima del suo posizionamento all'interno della cavitÃ di formatura 6, viene sottoposta ad una fase di riempimento 103 con un liquido chiudendo le sue estremitÃ , ad esempio mediante tappi 7, 8 e, successivamente, viene sottoposta ad una fase di congelamento 104 del liquido con il quale Ã ̈ stata riempita . According to the invention, the shaped pipe 4, before its positioning inside the forming cavity 6, is subjected to a filling step 103 with a liquid, closing its ends, for example by means of caps 7, 8 and, subsequently, it is subjected to a phase of freezing 104 of the liquid with which it was filled.

In questo modo, si incrementa la rigidezza della condotta sagomata 4 che Ã ̈ cosÃ¬ in grado di resistere alla pressione del metallo durante la fase di pressofusione 102 all'interno della cavitÃ di formatura 6 anche qualora la condotta sagomata 4 presentasse uno spessore ridotto e/o una ridotta resistenza alla deformazione. In this way, the stiffness of the shaped pipe 4 is increased, which is thus able to resist the pressure of the metal during the die casting step 102 inside the forming cavity 6 even if the shaped pipe 4 has a reduced thickness and / or reduced resistance to deformation.

Inoltre, il liquido congelato all'interno della condotta sagomata 4 mantiene la condotta sagomata 4 ad una temperatura sensibilmente inferiore a quella del metallo fuso e quindi puÃ² resistere senza subire danneggiamenti o deformazioni eccessive anche qualora fosse realizzata con lo stesso materiale che viene utilizzato per la pressofusione o con un materiale che ha un punto di fusione prossimo o addirittura inferiore a quello del materiale che viene utilizzato per la pressofusione. Furthermore, the frozen liquid inside the shaped duct 4 keeps the shaped duct 4 at a temperature significantly lower than that of the molten metal and therefore can resist without suffering damage or excessive deformations even if it is made of the same material that is used for the die casting or with a material that has a melting point close to or even lower than that of the material that is used for die casting.

Preferibilmente, il liquido che viene immesso all'interno della condotta sagomata 4 Ã ̈ costituito semplicemente da acqua. Preferably, the liquid which is introduced into the shaped duct 4 is simply constituted by water.

PiÃ¹ dettagliatamente, la condotta sagomata 4 Ã ̈ ottenuta mediante una fase di curvatura 108, preceduta da una fase di taglio 107, di un tubo metallico 5 in alluminio ottenuto mediante una fase di estrusione 105 o di trafilatura 106. More specifically, the shaped duct 4 is obtained by means of a bending step 108, preceded by a cutting step 107, of an aluminum metal pipe 5 obtained by means of an extrusion step 105 or a drawing step 106.

In questo modo, la condotta sagomata 4 Ã ̈ completamente alloggiata internamente all'elemento 21 pressofuso ed Ã ̈ realizzata prima di effettuare la pressofusione cosÃ¬ da non necessitare di ulteriori lavorazioni di completamento effettuate successivamente alla fase di pressofusione 102. In this way, the shaped duct 4 is completely housed inside the die-cast element 21 and is made before carrying out the die-casting so as not to require further completion operations carried out after the die-casting phase 102.

PiÃ¹ precisamente, l'impiego dell'alluminio sia per la realizzazione del tubo metallico 5, che puÃ² presentare alette interne per l'aumento della superficie di scambio termico, sia per la fase di pressofusione 102 implica alcuni accorgimenti nella progettazione dello stampo 1, nonchÃ© durante la stessa fase di pressofusione 102. More precisely, the use of aluminum both for the realization of the metal tube 5, which can have internal fins due to the increase of the heat exchange surface, and for the die-casting phase 102 implies some precautions in the design of the mold 1, as well as © during the same die casting phase 102.

Innanzitutto i due semistampi 2 e 3 dovranno avere piÃ¹ attacchi di colata alternati al tubo metallico 5, in quanto il materiale fuso sotto pressione non deve investirlo direttamente, per non intaccarlo, deformarlo o fonderlo. First of all, the two half-molds 2 and 3 must have several casting connections alternating with the metal tube 5, since the molten material under pressure must not hit it directly, in order not to damage it, deform it or melt it.

Ottenuto l'elemento 21 pressofuso che, a seconda della potenza termica richiesta allo scambiatore di calore 20, puÃ² essere destro 21a, sinistro 21b o intermedio 21c, si passa alla fase di assemblaggio 109 di una pluralitÃ di elementi 21 pressofusi di numero variabile a seconda delle specifiche di progetto della potenze desiderate. Once the die-cast element 21 has been obtained which, depending on the thermal power required from the heat exchanger 20, can be right 21a, left 21b or intermediate 21c, one passes to the assembly step 109 of a plurality of die-cast elements 21 of varying numbers depending on of the design specifications of the desired powers.

In questo modo, Ã ̈ possibile realizzare uno scambiatore di calore 20 comprendente una pluralitÃ di elementi 21 pressofusi associati tra loro, o almeno un elemento 21 pressofuso, presentanti ciascuno al suo interno almeno una condotta sagomata 4 realizzata da un unico tubo metallico 5. Un esempio di scambiatore di calore ottenibile con il procedimento secondo il trovato Ã ̈ illustrato nella figura 3 ed Ã ̈ indicato globalmente con il numero di riferimento 20. Tale scambiatore di calore 20 Ã ̈ composto da quattro elementi 21, rispettivamente un elemento destro 21a, un elemento sinistro 21b e due elementi intermedi 21c, realizzati con il procedimento secondo il trovato ed assemblati tra loro, ad esempio mediante tiranti 22. Nello scambiatore di calore 20 sono visibili un condotto di ingresso 23 del fluido da riscaldare che Ã ̈ collegato ad un'estremitÃ delle condotte sagomate 4 dei vari elementi 21, un condotto di uscita del fluido 24 riscaldato che Ã ̈ collegato all'altra estremitÃ delle condotte sagomate 4 dei vari elementi 21, un imbocco 25 collegabile ad un bruciatore, non illustrato, ed un condotto di uscita 26 dei fumi. In this way, it is possible to realize a heat exchanger 20 comprising a plurality of die-cast elements 21 associated with each other, or at least one die-cast element 21, each having inside it at least one shaped duct 4 made from a single metal tube 5. A example of a heat exchanger obtainable with the method according to the invention is illustrated in Figure 3 and is globally indicated with the reference number 20. This heat exchanger 20 is composed of four elements 21, respectively a right-hand element 21a, a left element 21b and two intermediate elements 21c, made with the method according to the invention and assembled together, for example by means of tie rods 22. In the heat exchanger 20 there is an inlet duct 23 for the fluid to be heated which is connected to a end of the shaped pipes 4 of the various elements 21, an outlet pipe for the heated fluid 24 which is connected to the other end of the in the shaped ducts 4 of the various elements 21, an inlet 25 which can be connected to a burner, not shown, and an outlet duct 26 for the fumes.

Si Ã ̈ in pratica constatato come il procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi, secondo il presente trovato, assolva pienamente il compito e gli scopi prefissati in quanto consente di ottenere, in modo semplice ed economicamente conveniente, scambiatori di calore composti da elementi pressofusi alloggianti al loro interno condotte sagomate prive di saldature, anche di ridotto spessore e/o con una ridotta resistenza meccanica . In practice it has been found that the process for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements, according to the present invention, fully achieves the intended aim and objects since it allows to obtain, in a simple and economically convenient way, heat exchangers composed of die-cast elements housing inside them shaped pipes without welding, even of reduced thickness and / or with reduced mechanical resistance.

Un altro vantaggio del procedimento secondo il trovato Ã ̈ quello di poter utilizzare, per le condotte sagomate, un materiale avente un punto di fusione uguale o addirittura inferiore rispetto al punto di fusione del materiale utilizzato nella pressofusione . Another advantage of the method according to the invention is that of being able to use, for the shaped pipes, a material having a melting point equal to or even lower than the melting point of the material used in the die casting.

Il procedimento per la realizzazione di uno scambiatore di calore ad elementi pressofusi, cosÃ¬ concepito, Ã ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo . The process for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti . Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

In pratica, i materiali impiegati, purchÃ© compatibili con l'uso specifico, nonchÃ© le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica . In practice, the materials employed, so long as compatible with the specific use, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to the requirements and the state of the art.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Process for manufacturing a heat exchanger with die-cast elements, comprising: -a step of preparing a mold (1) with defined a forming cavity (6) having a conformation corresponding to the conformation of at least one element (21) of a heat exchanger (20) to be made; - a positioning step (101) of at least one shaped duct (4) inside said forming cavity (6) of the mold (1); -a step of die-casting (102) of metal in said forming cavity (6) of the mold (1) for making said at least one element (21) of the heat exchanger (20); characterized in that said shaped duct (4), before its positioning in said forming cavity (6) of the mold (1), is subjected to a filling phase (103) with a liquid and to a freezing phase (104 ) of said liquid.

2. Process (100), according to claim 1, characterized in that said liquid is constituted by water.

3. Process (100), according to claim 1, characterized in that said shaped duct (4) is obtained by means of an extrusion step (105) of a metal tube (5).

4. Process (100), according to claim 1, characterized in that said shaped duct (4) is obtained by means of a drawing step (106) of a metal tube (5).

5. Process (100), according to claim 3 or 4, characterized in that it comprises a cutting step (107) of said extruded or drawn metal tube (5), said cutting step (107) being carried out after said step of extrusion (105) or to said drawing step (106) and previously to said filling step (103).

6. Process (100), according to claim 5, characterized in that it comprises a bending step (108) of said cut metal tube (5), said bending step (108) being carried out subsequently to said cutting step (107 ) and prior to said filling step (103).

7. Process (100), according to claims 5 and 6, characterized in that it comprises an assembly step (109) of a plurality of die-cast elements (21) obtained from said die-casting step (102) for manufacturing said exchanger heat (20).

8. Process (100), according to one or more of the preceding claims, characterized in that said metal tube (5) is made of aluminum.