ITMI990439U1

ITMI990439U1 - Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato

Info

Publication number: ITMI990439U1
Application number: IT1999MI000439U
Authority: IT
Original assignee: Sierra S P A
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-01-06
Also published as: ITMI990439V0; IT250505Y1; EP0978702A1

Description

Descrizione

Il presente trovato riguarda un assieme per terminale di scambiatori di calore a pacco alettato che consente di semplificare l'attuale batteria alettata e di migliorare una parte del processo produttivo. Il presente trovato riguarda tutti i tipi di batterie, tra cui le batterie per fan-coil.

Attualmente tutte le batterie per fan-coil sono assemblate utilizzando componenti tradizionali quali: - tubi in rame, m seguito chiamati fascio tubiero; - alette in alluminio;

- tubetti di raccordo ad U (curvette) in rame;

- collettori in ottone pressofuso o in rame;

- altri particolari in lamiera d'acciaio zincata.

Il normale processo di assemblaggio dello scambiatore di calore prevede il fissaggio dell'insieme di alette m alluminio sulle tubazioni del fascio tubiero mediante espansione delle tubazioni (mandrinatura) ed il montaggio di un relativo supporto in acciaio. Viene quindi eseguito il montaggio delle curvette in rame che servono a congiungere le tubazioni per formare la circuitazione dello scambiatore di calore. Le tubazioni del fascio tubiero sono normalmente piegate ad U così da completare, unitamente alle curvette, la circuitazione.

Il terminale dello scambiatore di calore presenta inoltre dei condotti (collettori) di ingresso ed uscita del fluido, saldobrasati alle tubazioni del fascio tubiero.

Lo scambiatore di calore può essere ulteriormente completato mediante il montaggio di una protezione a copertura del terminale.

I principali svantaggi del processo produttivo consistono nelle operazioni, da eseguirsi pezzo per pezzo e con grande dispendio di tempo, di assemblaggio e saldatura dei collettori e delle curvette al fascio tubiero.

Ulteriori svantaggi derivano dall'uso di materiali costosi quali rame o ottone per curvette e collettori e dal fatto che l'insieme di particolari formante la testata dello scambiatore, essendo realizzato in parti metalliche, ha un notevole peso.

Lo scopo del presente trovato è quello di escogitare un assieme per terminale di scambiatore di calore che presenti peso e costo contenuti ed il cui assemblaggio risulti semplificato, permettendo quindi di ridurre i tempi di lavorazione.

Il presente trovato fornisce una soluzione ai problemi sopra esposti sostituendo il terminale tradizionale descritto in precedenza con un assieme per terminale come mostrato nei disegni, in cui il sistema curvette/collettori è sostituito da una calotta di estremità.

L'assieme per terminale di scambiatore di calore comprende :

(i) una testata comprendente una pluralità di fori atti ad alloggiare le tubazioni del fascio tubiero;

(ii) una calotta di estremità in impegno a tenuta con la testata;

detta calotta di estremità comprendendo una pluralità di canalizzazioni, ciascuna delle quali mette in comunicazione di fluido due o più tubi del fascio tubiero.

La testata viene montata all'imbocco delle tubazioni del fascio tubiero, ogni foro alloggiando una tubazione, e viene fissata ad esse mediante mandrinatura .

E' preferibile ottenere la calotta di estremità m un pezzo unico che comprenda una pluralità di canalizzazioni, aventi forma cava; tale forma viene ricavata nello spessore della calotta di estremità, iniziando dalla superficie della stessa destinata a venire in contatto con la testata. E' preferibile anche che la profondità delle canalizzazioni sia in rapporto col diametro del canale interno dei fori della testata.

Ciascuna canalizzazione serve a mettere in comunicazione di fluido due o più tubi del fascio tubiero e conseguentemente la forma della canalizzazione dipende dal particolare tipo di circuitazione desiderata. Ad esempio, per mettere in comunicazione di fluido due tubazioni del fascio tubiero spazialmente prossime, un disegno vantaggioso della canalizzazione è quello riportato in figura 4b, in cui la cavità presenta un profilo allungato, avente due porzioni di estremità semicircolari, raccordate da rispettivi tratti rettilinei. E' opportuno che il raggio di curvatura di tali porzioni semicircolari corrisponda, o sia poco più ampio, al raggio dei fori della testata.

Potranno essere previste altre forme dei bordi delle canalizzazioni della calotta di estremità, con l'avvertenza che tali canalizzazioni abbiano comunque bordi atti a combaciare con ι fori presenti sulla testata.

E' auspicabile che le canalizzazioni della calotta di estremità abbiano pareti interne concave, così che il fluido tra l'ingresso e l'uscita dalla canalizzazione percorra una traiettoria curva, ovvero senza angoli a 90°, in modo da minimizzare le perdite di carico.

La calotta di estremità può comprendere aperture di ingresso e/o uscita del fluido. Tali aperture sono poste in comunicazione di fluido con uno o più fori della testata, a seconda del tipo di circuitazione desiderato. Ognuna di tali aperture è disegnata e dimensionata in modo da alloggiare una tubazione di ingresso nello scambiatore ed una di uscita.

La calotta di estremità e la testata possono essere vantaggiosamente formate in materiale plastico o alluminio pressofuso, così da poter essere realizzate per stampaggio in pezzi monoblocco. Il materiale plastico in generale associa gli ulteriori vantaggi di avere un costo contenuto e di essere un materiale leggero, adatto quindi anche a quelle applicazioni in cui basso costo e/o contenimento del peso dello scambiatore di calore sono essenziali,

il materiale plastico usato per la realizzazione della testata e della calotta di estremità secondo il presente trovato sarà un materiale termoresistente ed avrà buone capacità di resistenza meccanica, in modo da sopportare la temperatura e la pressione di esercizio. Il materiale plastico suggerito è il polipropilene, in particolare polipropilene incluso con fibra di vetro.

Nel caso in cui la testata sia realizzata in materiale plastico, la superficie anteriore di tale testata, ovvero la superficie opposta alla faccia che viene a contatto con la calotta di estremità (superficie posteriore) presenta nervature in corrispondenza dei fori, disposte radialmente ad essi, in modo da aumentare la resistenza meccanica della testata e garantirne la stabilità.

Alternativamente, la testata può essere formata m lamiera prestampata.

Con l'uso dell'assieme per terminale oggetto del presente trovato, il processo di montaggio dello scambiatore di calore viene notevolmente semplificato. Infatti, dopo la fase di fissaggio del sistema fascio tubiero/alette in alluminio sulla testata mediante mandrinatura, il successivo assemblaggio del sistema curvette/collettori viene sostituito dal montaggio della calotta di estremità. I due pezzi, testata e calotta, possono essere tenuti insieme da viti, a pressione o mediante opportuni mezzi di fissaggio reciproco. Vengono quindi evitate le operazioni di assemblaggio e di saldatura, pezzo per pezzo, di curvette e collettori con le tubazioni del fascio tubiero, con notevole risparmio di tempo e di costi.

Tra la testata e la calotta di estremità vengono interposti mezzi di guarnizione, preferibilmente realizzati in gomma, che possono essere montati unitamente alla testata prima della mandrinatura, o, qualora la realizzazione fosse proprio in gomma, prestampati sulla testata in corrispondenza dei fori. In un'altra forma di realizzazione del presente trovato, la calotta di estremità è formata di almeno due parti:

(a) una calotta di estremità come descritto m precedenza, e

(b) una piastra premiguarnizione avente una pluralità di fori posizionati in modo da mettere in comunicazione di fluido ciascuna canalizzazione della calotta di estremità con due o più fori della testata .

In particolare, i fori della piastra premiguarnizione sono posizionati e dimensionati in modo da corrispondere e combaciare con i rispettivi fori della testata.

E' opportuno che la calotta di estremità e la piastra premiguarnizione siano realizzate in due pezzi distinti, associati a tenuta fra loro, ad esempio per termosaldatura, incollaggio o avvitatura.

La piastra premiguarnizione può essere realizzata vantaggiosamente nello stesso materiale in cui è formata la calotta di estremità. In tal caso i due pezzi possono essere eventualmente termosaldati.

I mezzi di guarnizione possono essere realizzati in diverse forme e materiali; sono preferibilmente costituiti da una piastra m gomma avente una pluralità di fori, posizionati in corrispondenza dei fori della testata.

L'assieme per terminale può essere montato su scambiatori di calore in cui il fascio tubiero è costituito da tubi piegati ad U. In tal caso, l'assieme per terminale verrà montato su una sola estremità del fascio tubiero e la calotta di estremità comprenderà aperture di ingresso ed uscita del fluido.

Alternativamente, lo scambiatore di calore potrà essere composto da un fascio di tubi sostanzialmente rettilinei e l'assieme per terminale verrà montato alle due estremità del fascio tubiere, m modo da permettere la circuitazione del fluido.

In tal caso, una delle due calotte di estremità comprenderà le aperture di ingresso ed uscita del fluido o, alternativamente, una calotta di estremità comprenderà l'apertura di ingresso, mentre l'altra comprenderà l'apertura di uscita del fluido, a seconda del tipo di circuitazione desiderato.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'assieme per terminale di scambiatore di calore oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcuni esempi di realizzazione, fatta qui di seguito a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle seguenti figure:

figura 1 rappresenta una vista prospettica in parziale sezione dell'assieme per terminale di scambiatore di calore secondo il trovato;

figura 2 rappresenta una vista prospettica in esploso dell'assieme di figura 1;

figura 3 rappresenta una vista prospettica della testata dell'assieme di figura 2;

figura 3a rappresenta una vista prospettica della testata di figura 3 secondo un diverso punto di vista;

figura 3b rappresenta una vista in sezione secondo la linea IIIb - IIIb di figura 3;

figura 3c rappresenta una vista secondo la direzione Al del particolare di figura 3b;

figura 4 rappresenta una vista prospettica della calotta di estremità dell'assieme di figura 2;

figura 4a rappresenta una vista prospettica della calotta di estremità di figura 4 secondo un diverso punto di vista;

figura 4b rappresenta una vista in sezione secondo la linea IVb - IVb di figura 4a;

- figura 5 rappresenta una vista prospettica in parziale sezione di una seconda forma di realizzazione dell'assieme per terminale di scambiatore di calore secondo il trovato;

figura 6 rappresenta una vista prospettica in esploso dell'assieme di figura 5,

figura 6a rappresenta una vista in sezione secondo la linea VIa - Via della figura 6;

figura 7 rappresenta una vista prospettica della piastra premiguarnizione dell'esploso di figura 6; - figura 7a rappresenta una vista in sezione secondo la linea VIIa - Vlla di figura 7;

figura 7b rappresenta una vista secondo la direzione A2 del particolare di figura 7a.

Una prima forma di realizzazione dell'assieme per terminale di scambiatore di calore in accordo al presente trovato è mostrato nelle figure 1, 2, 3, 3a, 3b, 3c, 4, 4a e 4b.

L'assieme per terminale comprende una testata 1 m impegno a tenuta con la calotta di estremità 3. Tra la testata 1 e la calotta di estremità 3 è interposta una guarnizione prestampata 5.

Nell'esempio, la testata 1 ha forma di parallelepipedo avente contrapposte superfici di estremità posteriore 101 ed anteriore 102, di forma rettangolare. La testata 1 comprende una pluralità di fori 2 passanti che individuano rispettivi canali 105 nella testata 1. Ciascun foro 2 è conformato e dimensionato in modo da impegnarsi a tenuta con una estremità di una tubazione del fascio tubiero (non rappresentato) .

Il canale interno 105 definito dai fori 2 è interrotto, in prossimità del bordo del foro 2 sulla superficie posteriore 101, da una spalla che definisce una circonferenza interna 106 ed una circonferenza esterna 107 tra cui sono comprese le sedi di guarnizione 11 complementari ai mezzi di guarnizione. Tali sedi di guarnizione 11 sono conformate in modo da favorire la tenuta di detti mezzi di guarnizione quando la testata 1 e la calotta di estremità 3 sono in impegno.

La testata l comprende una pluralità di fori passanti 103 destinati ad essere impegnati da mezzi di fissaggio in sé noti. Ad esempio, tali fori 103 possono essere adattati a ricevere viti di fissaggio. La superficie posteriore 101 comprende un bordo perimetrale in rilievo 104 che delimita sulla stessa superficie una sede di guarnizione 6.

In una realizzazione del presente trovato (figura 3a), la testata 1, anziché essere piena, comprende in corrispondenza dei fori 2 rispettivi elementi tubolari aggettanti dalla superficie 101 e collegati fra loro da nervature di irrigidimento, così da formare una struttura sostanzialmente alveolare. Tale struttura della superficie anteriore 102 è particolarmente vantaggiosa quando la testata 1 è in materiale plastico.

La guarnizione in gomma prestampata 5 è costituita da una pluralità di anelli 501, sostanzialmente toroidali. Lo spessore degli anelli 501 è sostanzialmente corrispondente all'ampiezza della sede di guarnizione 11 dei fori 2 della testata 1. Gli anelli 501 possono essere uniti fra loro da segmenti di congiunzione 502, per facilitarne la posa m opera.

Come mostrato in figura 4, la calotta di estremità 3 ha la forma di un parallelepipedo avente contrapposte superfici di estremità rispettivamente anteriore 301 e posteriore 302. Sulla superficie anteriore 301 sono presenti delle canalizzazioni 4 cave, ricavate nello spessore della calotta di estremità a partire dalla superficie anteriore 301 della stessa. La profondità di tali canalizzazioni 4 è sostanzialmente corrispondente al diametro della circonferenza interna 106 dei fori 2 della testata 1.

Le canalizzazioni 4 presentano un profilo allungato, avente due porzioni di estremità semicircolari, raccordate da rispettivi tratti rettilinei. Il raggio di curvatura di tali porzioni semicircolari sostanzialmente corrisponde al raggio della circonferenza interna 106 dei fori 2 della testata 1. Le canalizzazioni 4 della calotta di estremità 3 hanno preferibilmente pareti interne concave ed atte ad assicurare un flusso con traiettoria curva al fluido tra l'ingresso e l'uscita dalla canalizzazione, in modo da minimizzare le perdite di carico.

La calotta di estremità 3 può comprendere aperture 14 di ingresso e/o uscita del fluido. Tali aperture 14 sono in comunicazione di fluido con uno o più fori 2 della testata 1, preferibilmente con due o con tre fori 2, a seconda del tipo di circuitazione desiderato. Ognuna di tali aperture è conformata e dimensionata in modo da alloggiare una tubazione di ingresso o uscita del fluido (non mostrata) nel o dallo scambiatore, rispettivamente. Nell'esempio, in corrispondenza di ciascuna apertura 14, la testata 3 comprende dei manicotti cilindrici 303 aggettanti dalla superficie posteriore 302, ι quali sono destinati ad impegnare le tubazioni di ingresso o uscita del fluido.

La calotta di estremità 3 comprende una pluralità di fori passanti 304 in corrispondenza con gli analoghi fori 103 della testata 1. Tali fori 304 sono destinati ad essere impegnati da mezzi di fissaggio in sé noti. Ad esempio, tali fori 304 possono essere adattati a ricevere viti di fissaggio.

La calotta di estremità 3 può inoltre presentare, in corrispondenza delle aperture 14 di ingresso e/o uscita del fluido, dei condotti di sfiato 305 che mettono in comunicazione la relativa canalizzazione 4 con l'esterno. Tali condotti di sfiato 305 presentano pareti interne filettate atte ad accogliere opportune valvole a vite.

Una seconda forma di realizzazione dell'assieme per terminale di scambiatore di calore oggetto del presente trovato è mostrata nelle figure 5, 6, 6a, 7, 7a e 7b.

In accordo a tale forma di realizzazione, la calotta di estremità 3 comprende una piastra premiguarnizione 7 in impegno con la superficie anteriore 301 della calotta 3. Preferibilmente, la calotta di estremità 3 e la piastra premiguarnizione 7 sono formati in due pezzi distinti, accoppiati fra loro per termosaldatura, incollaggio o avvitatura

La piastra premiguarnizione 7 comprende una pluralità di fori 8 posizionati in modo da mettere in comunicazione di fluido ciascuna canalizzazione 4 della calotta di estremità 3 con due o più fori 2 della testata 1.

Sulla piastra premiguarnizione 7 sono definite una superficie posteriore 702, in impegno con la superficie anteriore 301 della calotta di estremità 3, ed una superficie anteriore 701, in impegno con la superficie posteriore 101 della testata 1. Tra la superficie 101 della testata 1 e la superficie 701 della piastra premiguarnizione 7 sono interposti i mezzi di guarnizione 9.

Il canale interno 703 definito dai fori 8 è interrotto, in prossimità del bordo del foro 8 sulla superficie inferiore 701, da una spalla che definisce una circonferenza interna 704 ed una circonferenza esterna 705 tra cui sono comprese le sedi di guarnizione 12 complementari ai mezzi di guarnizione. Tali sedi di guarnizione 12 assicurano il centraggio ed il posizionamento dei mezzi di guarnizione fra la testata 1 e piastra premiguarnizione 7.

I fori 8 della piastra premiguarnizione 7 hanno un diametro sostanzialmente corrispondente al diametro della circonferenza interna 106 dei fori 2 della testata 1.

La piastra premiguarnizione 7 comprende una pluralità di fori passanti 706 destinati ad essere impegnati da mezzi di fissaggio in sé noti e che sono in corrispondenza con gli analoghi fori 103, 304 della testata 1 e della calotta di estremità 3. Ad esempio, tali fori 706 possono essere adattati a ricevere viti di fissaggio.

La guarnizione 9 può essere piana in gomma, avente una pluralità di fori 10 posizionati in corrispondenza dei fori 2, 8 della testata 1 e della piastra premiguarnizione 7. Il diametro di tali fori 10 è sostanzialmente corrispondente al diametro della circonferenza interna 106 dei fori 2 della testata 1. La guarnizione piana 9 è conformata e dimensionata in modo da essere alloggiata sulla superficie interna 6 definita sulla superficie superiore 101 della testata 1.

Inoltre, la guarnizione piana 9 comprende, in corrispondenza di ciascun foro 10, un bordo in rilievo 13, atto ad essere alloggiato nelle rispettive sedi di guarnizione complementari 11, 12 dei fori 2 della testata 1 e dei fori 8 della piastra premiguarnizione 7.

La guarnizione piana 9 può comprendere una pluralità di fori 901 m corrispondenza degli analoghi fori 103, 706 della testata 1 e della piastra premiguarnizione 7, in modo da alloggiare mezzi di fissaggio .

In alternativa, in entrambe le forme di realizzazione, la calotta di estremità 3 e la piastra premiguarnizione 7 possono essere sagomate e dimensionate in modo da impegnarsi con la sede di guarnizione 6 della superficie posteriore 101 della testata 1, rimanendo quindi trattenute dal bordo in rilievo 104. In questo modo, sia il fissaggio dei vari pezzi dell'assieme che la tenuta vengono facilitati .

Nella prima forma di realizzazione del presente trovato l'assieme per terminale viene montato sul fascio tubiero dello scambiatore di calore nel modo qui di seguito descritto.

La testata 1 e la guarnizione 5 vengono montate sulle estremità dei tubi dello scambiatore in modo tale che ogni tubo si impegni con i fori 2 e con gli anelli 501 della testata 1 e della guarnizione 5, rispettivamente. La testata 1 e la guarnizione 5 vengono fissate ai tubi per mandrinatura.

La calotta di estremità 3 viene quindi fissata alla testata 1, ad esempio per mezzo di viti.

Nella seconda forma di realizzazione del presente trovato, lo schema di montaggio prevede il fissaggio della testata 1 sui tubi dello scambiatore di calore come sopra descritto e l'alloggiamento della guarnizione 9 nell'apposita sede 6. Quindi, la piastra premiguarnizione 7 viene posta sulla guarnizione 9 e su tutto viene fissata, ad esempio per mezzo di viti, la calotta di estremità 3.

La piastra premiguarnizione 7 può anche essere preventivamente fissata, ad esempio per termosaldatura, alla calotta 3 prima del montaggio di quest'ultima sulla testata 1.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato, comprendente: una testata (1) comprendente una pluralità di fori (2) atti ad alloggiare rispettive tubazioni del fascio tubiero; una calotta di estremità (3) in impegno a tenuta con la testata (1); detta calotta di estremità (3) comprendendo una pluralità di canalizzazioni (4), ciascuna delle quali mette m comunicazione di fluido due o più tubi del fascio tubiero.
2. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 1, in cui detta testata (1) è di materiale plastico termoresistente o alluminio pressofuso.
3. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 2, in cui il materiale plastico è polipropilene o polipropilene incluso con fibra di vetro.
4. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 1, in cui dette canalizzazioni (4) hanno una profondità sostanzialmente corrispondente al diametro del canale interno (105) dei fori (2) della testata (1).
5. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 1, comprendente mezzi di guarnizione da interporre tra la testata (1) e la calotta di estremità (3) .
6. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi di guarnizione sono una guarnizione prestampata (5) di gomma.
7. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 6, in cui la testata (1) comprende sedi di guarnizione (6,11) ed in cui detti mezzi di guarnizione sono sagomati per essere alloggiati in dette sedi di guarnizione (6,11) .
8. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 1, in cui detta calotta di estremità (3) comprende una piastra premiguarnizione (7) avente una pluralità di fori (8) posizionati in modo da mettere in comunicazione di fluido ciascuna canalizzazione (4) della calotta di estremità (3) con due o più fori (2) della testata (1).
9. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 8, in cui i fori (8) della piastra premiguarnizione (7) sono posizionati in corrispondenza dei fori (2) della testata (1).
10. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi di guarnizione comprendono una guarnizione piana (9) avente una pluralità di fori (10) posizionati in corrispondenza dei fori (2) della testata (1).
11. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 10, in cui detta guarnizione piana (9) è accolta in una sede di guarnizione (6) della testata (1).
12. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 10, m cui la guarnizione piana (9) comprende, in corrispondenza dei fori (10), bordi in rilievo (13) atti ad essere alloggiati in sedi di guarnizione complementari (11,12) dei fori (2) della testata (1) e dei fori (8) della piastra premiguarnizione (7).
13. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 8, in cui detta piastra premiguarnizione (7) è termosaldata alla calotta di estremità (3).
14 . Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo le rivendicazioni 1 o 8, in cui la calotta di estremità (3) comprende aperture di ingresso e/o uscita fluidi (14), ognuna di tali aperture (14) essendo in comunicazione di fluido con una o più tubazioni del fascio tubiero.
15. Assieme per terminale di scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 14, in cui ognuna di dette aperture di ingresso e/o uscita fluidi (14) è m comunicazione di fluido con due o con tre tubazioni del fascio tubiero.
16. Scambiatore di calore a pacco alettato, caratterizzato dal fatto che almeno un'estremità del fascio tubiero è connessa ad un assieme per terminale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15.
17. Scambiatore di calore a pacco alettato secondo la rivendicazione 16, in cui il fascio tubiero è composto da tubi ad U.