ITPD20070251A1 - Scambiatore di calore a mini e/o micro-canali - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto uno scambiatore di calore a mini e/o micro-canali, del tipo includente le caratteristiche menzionate nel preambolo della rivendicazione principale, e un metodo per la costruzione di tale scambiatore.

L'invenzione si propone principalmente, sebbene non esclusivamente, per applicazioni di scambiatori avente la funzione di evaporatore, oppure di condensatore, per un fluido liquido, quale, ad esempio, l'acqua, o per un gas compresso .

In tale ambito tecnico gli scambiatori sopra definiti si suddividono in scambiatori a mini-canali ed a micro-canali a seconda della misura della sezione di passaggio dei canali, la quale è ovviamente minore nei micro-canali rispetto alla sezione dei mini-canali. Essi sono altresì noti con la denominazione di scambiatori a flusso parallelo e sono principalmente impiegati per applicazioni nel settore automobilistico e termotecnico. Nel primo caso tali dispositivi trovano impiego per il raffreddamento dei fluidi circolanti nei motori e di scambiatori per l'impianto di condizionamento della vettura, mentre nel secondo sono impiegati come condensatori ad aria per macchine frigorifere.

I mini e/o micro-canali sono tipicamente realizzati in condotti a sezione trasversale appiattita, mediante rispettivi setti separatori longitudinali. Tali condotti, noti con la denominazione di tubi "multiport", nelle applicazioni sopra descritte sono percorsi da un mezzo di scambio termico, quale, ad esempio, un fluido refrigerante, e sono tipicamente raccordati a due tubi collettori, rispettivamente di ingresso e di uscita. I tubi multiport sono tra loro interconnessi mediante un'alettatura.

La tipica configurazione geometrica è quella di un radiatore in cui sono identificabili due superfici frontali, rispettivamente di ingresso e di uscita per un fluido di lavoro primario di tipo aeriforme, tipicamente aria ambiente, in contatto termico con le pareti esterne dei tubi multiport e con l'alettatura di interconnessione. Scambiatori del suddetto tipo sono noti, ad esempio, da US 2006/0102332 e US 2002/0066554.

Tale tipo di scambiatore si rivela inidoneo, dal punto di vista dell'efficienza termodinamica, ad applicazioni nelle quali il fluido primario è costituito da liquidi, ad esempio acqua, oppure da gas compressi. La geometria di tali scambiatori prevede infatti un rapporto elevato tra superficie frontale e lunghezza longitudinale, percorsa dal fluido primario. Di conseguenza per ottenere un valore conveniente per il coefficiente di scambio termico è necessario mantenere elevata la velocità del fluido primario attraverso 1'alettatura. Ciò nella maggioranza dei casi in cui il fluido primario è un incomprimibile oppure un gas compresso, comporterebbe il raggiungimento di valori di portata e/o di pressione del fluido primario attraverso la superficie frontale al di là dei limiti di fattibilità tecnologica o economica.

Una soluzione a tale problema potrebbe prevedere l'impiego di una pluralità di scambiatori a mini e/o micro-canali alettati con ridotta superficie frontale, disposti in serie. Tuttavia, essa non rappresenta un'opzione ottimale sia dal punto di vista degli ingombri, che della complessità realizzativa, che dei costi di realizzazione. Lo scopo principale della presente invenzione è quello di mettere a disposizione uno scambiatore di calore a mini e/o micro-canali strutturalmente e funzionalmente concepito per ovviare a tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Questo scopo ed altri ancora che meglio appariranno nel seguito sono affrontati e conseguiti dal trovato mediante uno scambiatore di calore a mini e/o micro-canali realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono. Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, sebbene non esclusiva, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

— la figura 1 è una vista schematica in assonometria di uno scambiatore di calore a mini e/o micro-canali realizzato in accordo con l'invenzione;

— le figure da 2 a 4 sono tre viste schematiche di tre rispettive varianti realizzativa dello scambiatore di figura 1;

— la figura 5 è una vista schematica in sezione della variante realizzativa di figura 4;

— la figura 6 è una vista schematica in sezione di una rispettiva variante realizzativa dello scambiatore di figura 1.

— La figura 7 è una sezione lungo la linea VII-VII di figura 6.

Con riferimento alla figura 1, uno scambiatore 1 di calore a mini e/o micro-canali comprende una pluralità di tubi 2 multiport a sezione trasversale appiattita, percorsi da un fluido refrigerante. I tubi 2 sono tra loro sostanzialmente paralleli ed estesi tra un collettore 3 di ingresso e un collettore 4 di uscita per il fluido refrigerante, con una distribuzione sostanzialmente longitudinale, definita dall'asse X di ciascun tubo 2. La distribuzione dei tubi 2 identifica due superfici 5, 6 contrapposte, sostanzialmente parallele all'asse X, ciascuna delle quali è tangente a ciascuno dei tubi 2. I tubi 2 sono reciprocamente distanziati da rispettivi interspazi 7, percorsi da un fluido di scambio termico primario. Il fluido di scambio termico primario è, ad esempio, acqua da raffreddare oppure un gas compresso.

Lo scambiatore 1 comprende una pluralità di partitori 8 trasversali rispetto alla direzione longitudinale X, ciascuno dei quali è esteso tra una coppia di tubi multiport 2 adiacenti. I partitori 8 suddividono ciascun interspazio in una pluralità di sezioni 9. Le sezioni 9 individuano una pluralità di rispettivi percorsi di flusso 10 attraverso i quali il fluido di scambio termico primario è condotto dall'una all'altra delle superfici 5, 6. Il fluido percorre le sezioni 9, passando da una sezione ad un'altra, ad essa contigua, mediante mezzi (non rappresentati) di trasferimento e inversione del flusso posti in corrispondenza delle superfici 5, 6. Tali mezzi possono comprendere, ad esempio, una pluralità di collettori.

Secondo la variante realizzativa di figura 2, in aggiunta ai partitori trasversali 8, lo scambiatore 1 comprende una pluralità di partitori 11, estesi longitudinalmente, in direzione parallela all'asse X. Le pluralità di partitori 8, 11 suddividono lo scambiatore 1 in una pluralità di sezioni 12, di profilo sostanzialmente rettangolare, attraversate dal fluido di scambio termico, secondo una pluralità di percorsi di flusso contigui m maniera analoga a quanto descritto per l'esempio di figura 1. Nell'esempio di figura 2, lo scambiatore 1 comprende altresì un'alettatura 13, includente una pluralità di alette 13a estese negli interspazi 7,

Secondo la variante realizzativa della figura 3, uno scambiatore 15 di calore a mini e/o micro-canali comprende una pluralità di batterie 16a,b,c,d (quattro batterie nell'esempio rappresentato), identiche, sostanzialmente identiche allo scambiatore di figura 1, ovvero allo scambiatore di figura 2.

Il fluido percorre le batterie 16a,b,c,d in serie, passando da una batteria ad un'altra mediante mezzi (non rappresentati) di trasferimento del flusso, quali, ad esempio, una pluralità di collettori.

Secondo la variante realizzativa delle figura 4 e 5, uno scambiatore 20 di calore a mini e/o micro-canali comprende una pluralità di partitori 21 sostanzialmente paralleli alla direzione longitudinale definita dall'asse X. In ogni interspazio 7, privo di alettatura, in posizione intermedia tra i due tubi multiport 2 che delimitano tale interspazio, è previsto un corrispondente partitore 21. Ai partitori 21 sono associati mezzi e contromezzi di tamponamento delle superfici 5, 6 così da ripartire ciascun interspazio 7 in rispettivi canali 24a,b contigui e posti da parti opposte rispetto al corrispondente partitore 21. I canali 24a,b sono percorsi dal fluido di scambio termico in direzioni opposte, rispettivamente di andata e ritorno. I mezzi di tamponamento comprendono una piastra 22 metallica, parallela e adiacente alla superficie 5, sostanzialmente ortogonale rispetto ai partitori 21 e ad essi solidale. Tra la piastra 22 e ciascuno dei tubi 2 è previsto un passaggio 23 di comunicazione tra interspazi 7 adiacenti.

I contromezzi comprendono una piastra 26 metallica, contrapposta rispetto alla piastra 22. La piastra 26 è posta sulla superficie di tamponamento 5, in modo tale da essere in contatto con la pluralità di tubi 2. I canali 24a,b sono posti in comunicazione attraverso una rispettiva bocca 25 estesa dall'estremità libera del corrispondente partitore 21 alla piastra 26. Il fluido di scambio termico primario attraversa lo scambiatore 20 in senso trasversale rispetto all'asse longitudinale X, attraversando in sequenza i canali 24a,b secondo il percorso 27, schematicamente raffigurato nelle figure 4 e 5.

Secondo una variante realizzativa dell'invenzione, (non rappresentata) sono previsti dei partitori 21 sono in alcuni degli interspazi 7. Gli interspazi 7 privi di partitore 21 sono, come ulteriore variante realizzativa dell'invenzione non rappresentata, provvisti di una rispettiva alettatura.

Secondo la variante realizzativa della figura 6 uno scambiatore 30 a fascio tubiero 31, per il resto convenzionale, comprende una pluralità di tubi 32 multiport, a mini e/o micro-canali, percorsi da un fluido refrigerante.

Le estremità dei tubi 31 sono resi solidali, mediante incollaggio a due rispettive piastre tubiere 33, 34 come collante può essere convenientemente impiegata una resina bi-componente.

In alternativa all'incollaggio può essere i tubi 31 sono resi solidali alle piastre tubiere 33, 34 mediante marinatura.

Il fascio tubiero 31 è alloggiato in un serbatoio 35, nel quale circola un fluido di scambio termico primario, ad esempio acqua da raffreddare oppure un gas compresso, secondo un percorso 36 che si sviluppa da un collettore di ingresso 37 a un collettore di uscita 38. Lo scambiatore 30 comprende una pluralità di setti 39, interni al serbatoio 35 e ortogonali ai tubi 32, in modo da rendere il percorso 36 prevalentemente trasversale rispetto ai tubi 32.

Attraverso i tratti del percorso 36 compresi tra setti 39 adiacenti, il fluido di scambio termico primario è condotto dall'una all'altra di due superfici semicilindriche 35a,b, rispettivamente inferiore e superiore, che complessivamente individuano la parete interna del serbatoio 35 .

La presente invenzione, attraverso la disposizione delle pluralità di passaggi a mini e/o micro-canali e degli interspazi 7, offre uno scambiatore privo di alettatura, avente una elevata efficienza termica anche quando il fluido di lavoro primario è un liquido oppure un gas compresso.

L'invenzione risolve quindi il problema lamentato con riferimento alla tecnica nota citata, realizzando al contempo molteplici vantaggi.

Tra questi quello di poter impiegare la tecnologia multiport per realizzare un evaporatore per refrigerare un liquido, con eventuale possibilità di funzionamento a ciclo inverso, come pompa di calore.

L'impiego della soluzione a fascio tubiero determina la possibilità di evitare le operazioni di brasatura, sostituendole con più pratiche ed economiche operazioni di incollaggio e/o mandrinatura.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore, a mini e/o micro-canali, comprendente una pluralità di tubi multiport, estesi tra rispettivi collettori con una distribuzione sostanzialmente longitudinale, detti tubi multiport essendo reciprocamente distanziati da rispettivi interspazi e distribuiti così da identificare superfici contrapposte dello scambiatore sostanzialmente parallele alla direzione longitudinale di detti tubi, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di partitori disposti in detti interspazi e suscettibili di determinare una pluralità di percorsi di flusso contigui, attraverso i quali un fluido di scambio termico è condotto dall'una all'altra di dette superfici contrapposte.
2. 2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui detti partitori sono disposti trasversalmente rispetto alla direzione longitudinale di detti tubi multiport .
3. 3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui in almeno uno di detti interspazi è prevista una alettatura.
4. 4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui detti partitori sono sostanzialmente paralleli alla direzione longitudinale di detti tubi multiport.
5. 5. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 4, in cui a detti partitori sono associati mezzi e contromezzi di tamponamento di dette superfici così da ripartire gli interspazi in rispettivi canali di andata e di ritorno contigui ed in sequenza.
6. 6. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi e contromezzi comprendono rispettive piastre solidali a detti partitori e ad essi sostanzialmente ortogonali.
7. 7. Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui detta pluralità di tubi multiport è disposta secondo un fascio tubiero.
8. 8. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 8, in cui detti tubi multiport sono fissati, alle contrapposte estremità, a due rispettive piastre tubiere mediante incollaggio e/o mandrinatura.
9. 9. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 8, in cui detto incollaggio è ottenuto mediante una resina bi-componente .
10. 10. Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto fluido di scambio termico comprende acqua.
11. 11.Scambiatore di calore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto fluido di scambio termico comprende un gas compresso.