ITTO20010401A1

ITTO20010401A1 - Scambiatore di calore di materiale plastico.

Info

Publication number: ITTO20010401A1
Application number: IT2001TO000401A
Authority: IT
Inventors: Alberto Mannoni
Original assignee: Magneti Marelli Climat Srl
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-10-27
Also published as: BR0201426B1; US20020157817A1; PL353469A1; BR0201426A; ES2246358T3; EP1253395B1; DE60206440T2; DE60206440D1; EP1253395A1; ITTO20010401A0; JP2003019751A; PL200741B1; ATE306063T1; AR035457A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Scambiatore di calore di materiale plastico"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore di materiale plastico secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Sono già stati proposti scambiatori di calore per veicoli comprendenti una pluralità di tubi di materiale plastico disposti in una serie di schiere fra loro parallele ed una coppia di piastre collettrici di materiale plastico collegate a rispettive estremità dei tubi. Per quanto riguarda le piastre collettrici, le soluzioni che prevedono di realizzare le piastre in un unico pezzo sono affette da due ordini di problemi:

- stampare una piastra con molti fori (200-2000) di piccole dimensioni (diametro dei fori dell'ordine di 1,5-5 mm) ed elevata precisione, con conseguente controllo dei ritiri e delle deformazioni, evitando inoltre la presenza di bava di stampaggio nei fori; effettuare in modo automatico l'inserimento delle estremità dei tubi nei fori delle piastre collettrici.

Per superare tali inconvenienti sono già state proposte soluzioni che prevedono di realizzare ciascuna piastra collettrice mediante una pluralità di elementi terminali di materiale plastico fra loro sovrapposti e saldati fra loro. Ciascun elemento terminale ha una serie di sedi semicircolari separate fra loro da porzioni di fissaggio atte ad essere saldate a corrispondenti porzioni di fissaggio di un elemento terminale complementare. La procedura di assemblaggio degli scambiatori di calore di questo tipo prevede di disporre una prima coppia di elementi terminali, distribuire nelle sedi semicircolari degli elementi terminali le estremità di una prima schiera di tubi, posizionare una seconda coppia di elementi terminali al di sopra della schiera di tubi e saldare fra loro le porzioni di fissaggio degli elementi terminali. Questa sequenza operativa viene ripetuta un numero di volte pari al numero di schiere di tubi che formano lo scambiatore di calore finito. Il fissaggio fra gli elementi terminali adiacenti viene effettuato tramite saldatura, ad esempio ad ultrasuoni, facendo fondere parte delle porzioni di fissaggio a contatto reciproco. Questa operazione di saldatura è estremamente delicata e richiede una messa a punto particolarmente accurata dei parametri di saldatura. In particolare, se viene fusa una quantità di materiale troppo elevata, si forma della bava di materiale plastico che può invadere le estremità dei tubi e provocarne la foratura, il che produrrebbe la perdita di liquido di scambio termico nello scambiatore di calore finito. D'altro canto, se durante la saldatura non si chiude completamente lo spazio fra le superfici mutuamente affacciate delle porzioni di fissaggio degli elementi terminali non si ottiene una chiusura ermetica fra le estremità dei tubi e la piastra collettrice ed anche in questo caso si avrebbero perdite di fluido di scambio termico nello scambiatore di calore finito.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire dei perfezionamenti che consentano di superare i suddetti inconvenienti.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da uno scambiatore di calore avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione .

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica illustrante uno scambiatore di calore di materiale plastico secondo la presente invenzione,

- la figura 2 è una vista prospettica del gruppo di scambio termico indicato dalla freccia II nella figura 1,

la figura 3 è una vista frontale di un elemento terminale indicato dalla freccia III nella figura 2,

- la figura 4 è una vista schematica illustrante la fase di saldatura fra due elementi terminali, - la figura 5 è un dettaglio ingrandito della parte indicata dalla freccia V nella figura 4,

- la figura 6 è una vista schematica illustrante la zone di saldatura indicata dalla freccia VI nella figura 5, e

le figure 7 e 8 sono viste schematiche illustranti la zona di saldatura rispettivamente in condizioni di eccesso o di scarsità di materiale di saldatura fra le porzioni di fissaggio degli elementi terminali.

Con riferimento alla figura 1, con 10 è indicato uno scambiatore di calore per veicoli interamente costituito di materiale plastico. Lo scambiatore di calore 10 comprende un nucleo di scambio termico includente una pluralità di tubi 12 costituiti da cannucce di materiale plastico disposte secondo una pluralità di schiere fra loro parallele. Le estremità dei tubi sono fissate a tenuta ad una coppia di piastre collettrici 14, realizzate nel modo che verrà descritto nel seguito. Una coppia di vasche 16,18 sono fissate alle rispettive piastre collettrici 14. Una delle vasche 18 è munita di aperture 20 per l'ingresso e l'uscita del fluido di scambio termico.

Con riferimento alle figure 2 e 3, ciascuna piastra collettrice 14 è formata da una pluralità di elementi terminali 22 di materiale plastico. Ciascun elemento terminale 22 comprende una prima ed una seconda schiera di sedi semicircolari 24,26 separate fra loro da porzioni di fissaggio 28,30. Ciascun elemento terminale 22 è munito di una coppia di elementi distanziali 32 destinati ad appoggiare su una superficie 34 di un identico elemento terminale 22.

Con riferimento alla figura 4, l'assemblaggio del nucleo di scambio termico illustrato nella figura 2 viene effettuato per singoli stati e ciascuno strato viene realizzato mediante la sequenza operativa che prevede di:

- disporre un primo elemento terminale 22',

- disporre le estremità di una schiera di tubi 12 nelle sedi 26 del primo elemento terminale 22',

- disporre un secondo elemento terminale 22" in modo che le estremità dei tubi 22 siano disposte nelle sedi 24 del secondo elemento terminale 22",

saldare fra loro le porzioni di fissaggio 28,30 degli elementi di fissaggio 22' 22" lungo un piano di saldatura 34.

La saldatura viene effettuata utilizzando un'apparecchiatura di saldatura ad ultrasuoni di per sé nota. Il piano di saldatura 34 rappresenta un piano di giunzione ideale che permette di unire fra loro le sedi semicircolari affacciate 24,26 in modo da definire sedi circolari con un diametro pari al diametro esterno delle estremità dei tubi 12.

Nella figura 5 sono illustrate in modo ingrandito due porzioni di fissaggio complementari 28,30 che sono destinate ad essere fissate fra loro mediante saldatura. Nella figura 5 è illustrata la posizione del piano di saldatura 34 rispetto ai due elementi terminali 22' e 22". Ciascuna porzione di fissaggio 28 dell'elemento terminale 22' ha una superficie di testa 36 che è arretrata rispetto al piano di saldatura 34. Il volume compreso fra il piano di saldatura 34 e la superficie di testa 36 dell'elemento terminale 22' è indicato con V'. Sempre con riferimento alla figura 5, ciascuna porzione di fissaggio 30 dell'elemento terminale 22" ha una porzione di saldatura 38 sporgente oltre il piano di saldatura 34. Il volume del materiale di ciascuna porzione di fissaggio 30 sporgente oltre il piano di saldatura 34 è indicato con V".

Si definisce come rapporto di riempimento R il rapporto fra i volumi V" e V'. Secondo la presente invenzione, il rapporto di riempimento R è compreso fra 0,8 ed 1,3:

La figura 6 illustra la zona di fissaggio fra le porzioni di fissaggio 28,30 al termine della saldatura. Il fatto di avere un rapporto di riempimento R prossimo all'unità, consente di riempire il volume V' con il materiale proveniente dalla fusione del volume V" . Questo consente di ottenere un fissaggio ideale fra gli elementi terminali 22' e 22". In particolare, si evita che un eccesso di materiale fuso interferisca con le estremità dei tubi e si evita inoltre che dopo la saldatura ci siano zone non perfettamente chiuse a causa di un'insufficiente quantità di materiale fuso .

La figura 7 illustra le condizioni che si ottengono al termine di una saldatura con un rapporto di riempimento troppo elevato, superiore ad 1,3. In questo caso, il materiale fuso in eccesso esce lateralmente dalle superfici a contatto reciproco delle porzioni di fissaggio ed invade le sedi dei tubi. Come è stato schematicamente illustrato nella figura 7, il materiale fuso può danneggiare le pareti dei tubi e produrre perdite di fluido di scambio termico. La figura 8 illustra la situazione opposta, in cui la saldatura avviene con una rapporto di riempimento troppo basso, inferiore a 0,8. In questo caso il materiale che si fonde non è sufficiente a riempire lo spazio vuoto esistente fra le superfici affacciate delle porzioni di fissaggio e si formano delle aperture che possono produrre perdite di fluido attraverso la piastra collettrice .

Le condizioni di fissaggio ottimali si ottengono con una rapporto di riempimento R compreso fra 0,8 ed 1,3, che permette di ottenere un fissaggio ottimale fra gli elementi terminali evitando entrambi i problemi schematizzati nelle figure 7 ed 8 .

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione così come definita dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore (10) comprendente una pluralità di tubi di materiale plastico (12) disposti in una serie di schiere fra loro parallele ed una coppia di piastre collettrici (14) di materiale plastico fissate a rispettive estremità di detti tubi (12), ciascuna piastra collettrice (14) essendo formata da una pluralità di elementi terminali di materiale plastico (22) ciascuno dei quali ha almeno una serie di sedi semicircolari (24,26) atte a ricevere le estremità di una schiera di tubi (12) ed in cui le sedi semicircolari (24, 26) di ciascun elemento terminale (22) sono separate fra loro da porzioni di fissaggio (28, 30) atte ad essere saldate a corrispondenti porzioni di fissaggio di un elemento terminale complementare lungo un piano di saldatura (34), caratterizzato dal fatto che le porzioni di fissaggio (28) di un primo elemento terminale (22') hanno superfici di testa (36) arretrate rispetto al suddetto piano di saldatura (34), dal fatto che le porzioni di fissaggio (30) di un secondo elemento terminale (22") destinato ad essere fissato al primo elemento terminale (22') presentano porzioni di saldatura (38) sporgenti oltre detto piano di saldatura (34) e dal fatto che il rapporto (R) fra il volume di dette porzioni di saldatura (38) ed il volume compreso fra dette porzioni di testa (36) e detto piano di saldatura (34) è compreso fra 0,8 e 1,3. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.