ITTO940872A1

ITTO940872A1 - HEAT EXCHANGER FOR VEHICLES AND PROCEDURE FOR THE ASSEMBLY OF A HEAT EXCHANGER NETWORK.

Info

Publication number: ITTO940872A1
Application number: IT94TO000872A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Parrino; Vittorio Bassignana
Original assignee: Borletti Climatizzazione
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-01
Also published as: EP0709641A2; EP0709641A3; ITTO940872A0; IT1267480B1

Abstract

Scambiatore di calore per veicoli. In particolare condensatore per impianti di climatizzazione. Lo scambiatore comprende un pacco di alette (12) sostanzialmente piane ed una pluralità di tubi (14) fissati alle alette (12) mediante espansione meccanica. Ciascun tubo (14) ha una sezione trasversale oblunga e presenta un setto di irrigidimento (18) che si estende lungo l'asse minore della sezione trasversale del tubo (14) ed è formato integralmente con la parete del tubo (14).(fig.1).Vehicle heat exchanger. In particular condenser for air conditioning systems. The exchanger comprises a pack of substantially flat fins (12) and a plurality of tubes (14) fixed to the fins (12) by mechanical expansion. Each tube (14) has an oblong cross section and has a stiffening septum (18) which extends along the minor axis of the tube cross section (14) and is integrally formed with the wall of the tube (14). (Fig .1).

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Scambiatore di calore per veicoli e procedimento per l'assemblaggio di una rete scambiatrice di calore” DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Heat exchanger for vehicles and procedure for the assembly of a heat exchanger network"

La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore per veicoli, in particolare un condensatore per impianti di climatizzazione. The present invention relates to a heat exchanger for vehicles, in particular a condenser for air conditioning systems.

Gli scambiatori di calore per uso automobilistico possono essere divisi in due categorie fondamentali in funzione della tecnologia impiegata pèr la loro produzione. Queste categorie sono: Heat exchangers for automotive use can be divided into two basic categories according to the technology used for their production. These categories are:

scambiatori di calore saldobrasati, e scambiatori di calore mandrinati o ad espansione meccanica. brazed heat exchangers, and expanded or mechanical expansion heat exchangers.

Le suddette categorie si riferiscono al modo in cui viene realizzato il collegamento fra i tubi al cui interno passa il liquido termovettore e le alette metalliche che cedono il calore al flusso di aria di raffreddamento. The aforesaid categories refer to the way in which the connection is made between the pipes inside which the heat-carrying liquid passes and the metal fins that transfer the heat to the flow of cooling air.

I condensatori saldobrasati sono formati in genere da tubi piatti piegati secondo una configurazione a serpentino e fra ciascuna coppia di rami adiacenti del tubo vengono inserite alette corrugate o ondulate. Il fissaggio fra le alette ed i rami del tubo viene ottenuto mediante un processo di saldobrasatura. Brazed condensers are generally formed of flat tubes bent in a serpentine configuration and corrugated or wavy fins are inserted between each pair of adjacent branches of the tube. The fixing between the fins and the branches of the tube is obtained by means of a brazing process.

Nei condensatori mandrinati o ad assemblaggio meccanico, la rete scambiatrice di calore è formata da una pluralità di tubi e da un pacco di alette sostanzialmente piane. I tubi vengono inseriti entro corrispondenti fori allineati delle alette e l'assemblaggio tubi-alette è realizzato mediante espansione dei tubi dopo che essi sono stati inseriti con gioco entro i fori delle alette. In expanded or mechanically assembled condensers, the heat exchange network is formed by a plurality of tubes and by a pack of substantially flat fins. The tubes are inserted into corresponding aligned holes of the fins and the tube-fins assembly is carried out by expanding the tubes after they have been inserted with play within the holes of the fins.

La presente invenzione riguarda specificamente gli scambiatori di calore del tipo ad assemblaggio meccanico e riguarda in particolar modo gli scambiatori destinati ad essere impiegati come condensatori negli impianti di condizionamento di veicoli. The present invention specifically relates to heat exchangers of the mechanically assembled type and in particular relates to exchangers intended to be used as condensers in vehicle air-conditioning systems.

I condensatori per impieghi automobilistici sono sottoposti a condizioni di lavoro molto più gravose rispetto ad esempio ai radiatori raffreddamento motore od agli scambiatori per il riscaldamento dell 'abitacolo. Condensers for automotive use are subjected to much heavier working conditions than, for example, engine cooling radiators or cabin heat exchangers.

In particolare, i condensatori sono sottoposti a pressioni del liquido termovettore che possono raggiungere valori superiori a 25 bar e temperature di oltre 110°C. Specifiche di fornitura richiedono generalmente che il condensatore non debba subire deformazioni permanenti in alcuna parte con pressione interna i tubi dell'ordine di 40 bar (pressione di prova), mentre con pressioni pari a due volte la pressione di prova (circa 80 bar) il condensatore non deve scoppiare. In particular, the condensers are subjected to pressures of the heat-carrying liquid that can reach values higher than 25 bar and temperatures of over 110 ° C. Supply specifications generally require that the condenser must not undergo permanent deformation in any part with internal pressure in the pipes of the order of 40 bar (test pressure), while with pressures equal to twice the test pressure (about 80 bar) the condenser must not burst.

Condizioni di esercizio cosi gravose impongono molti limiti nella scelta della sezione dei tubi e nel dimensionamento generale della rete di scambio termico. In particolare, si è visto che è molto difficile realizzare condensatori del tipo ad assemblaggio meccanico impiegando tubi con sezione oblunga, i quali consentirebbero di ottenere una maggiore efficienza di scambio termico rispetto ai tubi a sezione circolare. Such severe operating conditions impose many limits in the choice of the section of the pipes and in the general sizing of the heat exchange network. In particular, it has been seen that it is very difficult to produce condensers of the mechanically assembled type using tubes with an oblong section, which would allow to obtain a greater heat exchange efficiency compared to tubes with a circular section.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire uno scambiatore di calore destinato in particolare ad essere impiegato come condensatore per impianti di climatizzazione di tipo automobilistico, realizzato secondo la tecnologia dell’assemblaggio meccanico e dotato di tubi con sezione oblunga. The present invention aims to provide a heat exchanger intended in particular to be used as a condenser for automotive-type air conditioning systems, made according to mechanical assembly technology and equipped with tubes with an oblong section.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto realizzando uno scambiatore di calore avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1. According to the present invention, this object is achieved by making a heat exchanger having the characteristics forming the subject of claim 1.

La presente invenzione riguarda inoltre un procedimento per l'assemblaggio di una rete scambiatrice di calore, le cui caratteristiche formano oggetto delle rivendicazioni 2, 3 e 4. The present invention also relates to a process for assembling a heat exchange network, the characteristics of which form the subject of claims 2, 3 and 4.

Ulteriori caratteristiche e 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: Further characteristics and advantages of the present invention will become evident in the course of the detailed description which follows, given purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la fig.l è una vista prospettica schematica di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione, Fig. 1 is a schematic perspective view of a heat exchanger according to the present invention,

la fig.2 è una vista prospettica schematica illustrante un utensile di mandrinatura utilizzato durante il procedimento secondo l’invenzione, e Fig. 2 is a schematic perspective view illustrating a rolling tool used during the process according to the invention, and

la fig.3 è una vista schematica in pianta secondo la freccia III della fig.2. Fig. 3 is a schematic plan view according to arrow III of Fig. 2.

Riferendosi inizialmente alla fig.l, con 10 è indicato nel suo insieme uno scambiatore di calore comprendente un pacco di alette metalliche 12 sostanzialmente piane munite di fori attraverso cui si estendono una pluralità di tubi 14 con sezione trasversale oblunga, nel caso specifico ovale. Nel seguito della descrizione e nelle rivendicazioni, per sezione trasversale "oblunga” si intende una qualunque sezione trasversale non circolare con un asse maggiore ed un asse minore e con questa dizione si intendono comprese sezioni trasversali ovali, ovoi-· dall, ellittiche ed anche sezioni piatte con due pareti parallele e due zone di raccordo semicircolari. Referring initially to Fig. 1, the number 10 indicates as a whole a heat exchanger comprising a pack of substantially flat metal fins 12 provided with holes through which a plurality of tubes 14 with an oblong cross section extend, in the specific case oval. In the following description and in the claims, by "oblong" cross section is meant any non-circular cross section with a major axis and a minor axis and by this term we mean including oval, oval, elliptical cross sections and also cross sections flat with two parallel walls and two semicircular connection areas.

Riferendosi alle figg.2 e 3, ciascun tubo 14 è formato da una parete 16 e da un setto di irrigidimento longitudinale 18 che si estende lungo l'asse minore della sezione trasversale del tubo 14. Il tubo 14 viene ottenuto mediante estrusione ed è costituito di materiale metallico facilmente estrudibile, quale ad esempio alluminio o rame. Il setto di irrigidimento interno 18 è formato in modo integrale con la parete 16 durante l'estrusione del tubo. Referring to Figs. 2 and 3, each tube 14 is formed by a wall 16 and by a longitudinal stiffening partition 18 which extends along the minor axis of the cross section of the tube 14. The tube 14 is obtained by extrusion and consists of easily extrudable metal material, such as for example aluminum or copper. The internal stiffening septum 18 is formed integrally with the wall 16 during the extrusion of the tube.

Ciascun tubo 14 è inserito con leggero gioco entro una serie di fori allineati 20 delle alette 14. Di preferenza, in corrispondenza di ciascun foro 20 le alette 12 presentano un collare 22 che aderisce, a processo di assemblaggio completato, alla superficie esterna della parete del tubo. Each tube 14 is inserted with slight play within a series of aligned holes 20 of the fins 14. Preferably, in correspondence with each hole 20 the fins 12 have a collar 22 which adheres, once the assembly process is complete, to the external surface of the wall of the tube.

Il fissaggio dei tubi 14 alle alette 12 viene ottenuto impartendo ai tubi una deformazione permanente mediante mandr inatura , tale da recuperare i giochi esistenti fra la superficie esterna del tubo e la superficie interna dei collari 22 e da provocare una deformazione elastica delle alette in corrispondenza dei fori 20. La deformazione del tubo viene ottenuta mediante un utensile di mandrinatura 24 includente due teste simmetriche 26 portate da aste 28 spostabili all'unisono nella direzione indicata dalle frecce 30 mediante un attuatore di tipo convenzionale {non illustrato). Ciascuna testa si inserisce in un rispettivo canale del tubo 14 ed esercita sul tubo una forza di deformazione F diretta lungo l'asse maggiore della sezione trasversale del tubo 14 (vedere la fig.3). The fixing of the tubes 14 to the fins 12 is obtained by imparting to the tubes a permanent deformation by means of bending, such as to recover the play existing between the outer surface of the tube and the inner surface of the collars 22 and to cause an elastic deformation of the fins in correspondence with the holes 20. The deformation of the tube is obtained by means of a rolling tool 24 including two symmetrical heads 26 carried by rods 28 which can be moved in unison in the direction indicated by the arrows 30 by means of a conventional type actuator (not shown). Each head is inserted into a respective channel of the tube 14 and exerts on the tube a deformation force F directed along the major axis of the cross section of the tube 14 (see Fig. 3).

La forza di deformazione F viene applicata sulle zone 32 del tubo 14 aventi minore raggio di curvatura e provoca un’espansione del tubo dalla configurazione originale illustrata con linea a tratto e punto nella fig.3 alla configurazione finale illustrata nella stessa figura con linea a tratto continuo. La forza di deformazione F provoca una reazione che si scarica sul setto di irrigidimento 18. Dato che le forze di reazione prodotte dalle due tèste 26 sono di uguale ampiezza ed opposte fra loro, il setto 18 e la zona del tubo con maggiore raggio di curvatura risultano sostanzialmente indeformate al termine del processo di mandrinatura . The deformation force F is applied on the zones 32 of the tube 14 having a smaller radius of curvature and causes an expansion of the tube from the original configuration illustrated with dashed line and dot in fig. 3 to the final configuration illustrated in the same figure with dashed line continuous. The deformation force F causes a reaction which is discharged onto the stiffening partition 18. Since the reaction forces produced by the two rods 26 are of equal amplitude and opposite each other, the partition 18 is the area of the tube with the greatest radius of curvature they are substantially undeformed at the end of the rolling process.

Le teste 26 presentano superfici interne di reazione dotate di uno scarico 34, in modo da concentrare la forza di reazione sulle zone di raccordo fra il setto di irrigidimento 18 e la parete 16 allo scopo di ridurre l'attrito di scorrimento durante la fase di mandrinatura. The heads 26 have internal reaction surfaces equipped with a relief 34, so as to concentrate the reaction force on the connection areas between the stiffening baffle 18 and the wall 16 in order to reduce the sliding friction during the rolling step. .

Un tubo realizzato secondo la presente invenzione risulta particolarmente adatto per la fabbricazione di condensatori, in quanto presenta una forte resistenza ad alte pressioni interne. Questo consente una libera scelta delle dimensioni del tubo della sezione ovale in fase di dimensionamento dello scambiatore di calore. Grazie all’azione di irrigidimento del setto 18, è possibile, a parità di altre condizioni, ottenere una riduzione degli spessori della parete del tubo e quindi una riduzione del peso. Conseguentemente, essendo minore lo spessore della parete-dei tubo, il processo di espansione risulta più agevole. A tube made according to the present invention is particularly suitable for the manufacture of condensers, since it has a strong resistance to high internal pressures. This allows a free choice of the dimensions of the oval section tube when sizing the heat exchanger. Thanks to the stiffening action of the septum 18, it is possible, under the same conditions, to obtain a reduction in the thickness of the pipe wall and therefore a reduction in weight. Consequently, since the thickness of the pipe wall is smaller, the expansion process is easier.

Inoltre, mentre nei condensatori di tipo tradizionale le alette avevano una funzione strutturale, nel senso che dovevano contribuire a contenere la tendenza del tubo ad espandersi sotto l'azione della pressione del fluido, con la struttura secondo la presente invenzione è possibile ottenere una riduzione dei costi delle alette, poiché è sufficiente utilizzare per tali alette materiali con proprietà meccaniche più scadenti e di minore spessore. Furthermore, while in the condensers of the traditional type the fins had a structural function, in the sense that they had to contribute to containing the tendency of the tube to expand under the action of the pressure of the fluid, with the structure according to the present invention it is possible to obtain a reduction of costs of the fins, since it is sufficient to use materials with poorer mechanical properties and less thickness for these fins.

Claims

CLAIMS 1. Heat exchanger for vehicles, in particular condenser for air conditioning systems, comprising a pack of substantially flat fins (12) and a plurality of tubes (14) each of which is inserted in a series of aligned tors (20) of the fins (12), in which the tubes (14) -aletté (12) assembly is achieved by expanding the tubes (14) after they have been inserted with play within the holes (20) of the fins (12), characterized by the fact that each tube (14) has an oblong cross section and has a longitudinal stiffening baffle (18) which extends along the minor axis of the tube cross section and is integrally formed with the wall (16) of the tube (14).

2. Process for assembling a heat exchange network including a pack of substantially flat fins (12) and a plurality of tubes (14) each of which is inserted in a series of aligned holes (20) of the fins ( 12) and is fixed to the pack of fins (12) by mechanical expansion, characterized in that: a plurality of tubes (14) with oblong cross-section are arranged, each having a longitudinal stiffening partition (18) which extends along the minor axis of the cross-section of the tube and is integrally formed with the wall (16) of the tube ( 14), the tubes (14) are inserted with play within a series of aligned holes (20) of the fins (12), and a plastic deformation force (F) is exerted on the tubes (14) concentrated along the major axis of the cross section of each tube is applied between the stiffening partition (18) and the two areas (32) of the tube (14) with the smallest radius of curvature.

Method according to claim 2, characterized in that the plastic deformation force (F) for each tube (14) is applied by means of a rolling tool (24) equipped with two symmetrical heads (26) movable in unison within respective channels of the tube (14) separated from the aforementioned septum (18).

4. Process according to claim 3, characterized in that each of said heads (26) of the rolling tool (24) exerts a reaction force on the aforementioned 3 (18) which is concentrated on the connection areas between said partition (18 ) and the wall (16) of the tube (14).