ITTO950673A1

ITTO950673A1 - Procedimento per la produzione di uno scambiatore di calore, in particolare per la produzione di un condensatore per sistemi di

Info

Publication number: ITTO950673A1
Application number: IT95TO000673A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Parrino; Andrea Parola; Luigi Dentis; Vittorio Bassignana
Original assignee: Borletti Climatizzazione
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-07
Also published as: EP0757928B1; ITTO950673A0; JPH09119795A; CN1114815C; CN1151017A; BR9604065A; DE69611640D1; AR004504A1; TR199600651A1; IT1280900B1; PL315538A1; EP0757928A1; ES2155552T3; DE69611640T2

Abstract

Lo scambiatore di calore (10) comprende una coppia di distributori fra loro paralleli (12, 14) ed una pluralità di tubi (16) per il passaggio di fluido. Ciascun distributore (12, 14) comprende un elemento tubolare (20) ed una pluralità di setti divisori (22) che suddividono il volume interno dell'elemento tubolare (20) in una pluralità di camere fra loro allineate lungo l'asse del distributore (12, 14). I setti divisori (22) sono inseriti a partire da un'estremità aperta dell'elemento tubolare (20) e vengono posizionati in punti prestabiliti mediante scorrimento lungo l'asse longitudinale dell'elemento tubolare. Successivamente, nella parete dell'elemento tubolare si ricavano una serie di aperture (42) che servono per l'accoppiamento di porzioni di estremità di tubi (16) per il paesaggio di fluido.(fig. 1)

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per la produzione di uno scambiatore di calore, in particolare per la produzione di un condensatore per sistemi di climatizzazione per veicoli"

La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di uno scambiatore di calore, in particolare per la produzione di un condensatore per sistemi di climatizzazione di veicoli.

Più precisamente, l’invenzione riguarda un procedimento per la produzione di uno scambiatore di calore comprendente una coppia di distributori fra loro paralleli ed una pluralità di tubi per il passaggio di fluido disposti fra i distributori, in cui ciascun distributore presenta al suo interno una pluralità di setti divisori per suddividere il volume interno del distributore in una pluralità di camere fra loro allineate lungo l'asse del distributore .

Scambiatori di calore di questo tipo vengono normalmente utilizzati come condensatori nei sistemi di climatizzazione di veicoli e sono conosciuti nel settore come condensatori del tipo "PARALLEL FLOW”. I setti divisori all’interno dei distributori hanno lo scopo di creare dei passaggi obbligati in modo che l’intera portata di fluido attraversi in successione varie schiere di tubi nel percorso che va dall’ingresso all'uscita dello scambiatore di calore. La presenza dei setti divisori all'interno dei distributori fa sì che i tubi che intercollegano i due distributori siano suddivisi in una serie di schiere disposte in serie fra loro, mentre i tubi appartenenti a ciascuna schiera risultano collegati in parallelo fra loro.

Un primo sistema noto per disporre i setti di separazione all'interno di un distributore prevede di partire da due semigusci, ciascuno dei quali ha sostanzialmente la forma di un tubo tagliato secondo un piano passante per il proprio asse longitudinale. I setti di separazione vengono disposti in uno dei due semigusci in posizioni prestabilite ed i due semigusci vengono poi accoppiati fra loro e saldati lungo la loro linea di giunzione perimetrale.

Il principale inconveniente di questo sistema è la necessità di disporre di due semigusci distinti per ciascun distributore, che non sono in genere disponibili come componenti standardizzati. Inoltre, questo sistema è difficilmente automatizzabile e la saldatura lungo la linea di accoppiamento dei due semigusci rappresenta un aspetto critico ai fini dell ’affidabilità dello scambiatore di calore, poiché aumenta il rischio di perdite di fluido, soprattutto nel caso di condizioni di impiego con pressioni e temperature alquanto gravose.

Un altro sistema noto per introdurre setti divisori all'interno di un distributore consiste nel partire da un tubo tondo estruso e nel ricavare dei tagli nella parete del tubo in corrispondenza dei punti in cui devono essere disposti i setti divisori. I setti vengono introdotti nel tubo attraverso questi tagli, i quali vengono successivamente chiusi mediante saldatura.

L’inconveniente di questo secondo sistema è che nel distributore finito esistono un numero relativamente elevato di possibili punti di perdita in corrispondenza dei tagli attraverso i quali sono stati inseriti i setti divisori.

Il brevetto US-A-4762 152 descrive un sistema in cui i setti divisori vengono inseriti a partire da un’estremità aperta del distributore e vengono fatti scorrere assialmente fino a raggiungere una posizione prestabilita. I tubi di passaggio del fluido vengono fissati ad appendici integrali sporgenti dalla superficie esterna del distributore, ricavate mediante lavorazioni ad asportazione di truciolo o di deformazione plastica. Sebbene il sistema di fissaggio dei setti divisori descritto nel documento US-A-4.762.152 riduca efficacemente il rischio di perdite di fluido, il fatto di dover ricavare appendici integrali al distributore per il fissaggio dei tubi comporta un costo di produzione inaccettabile.

Allo scopo di superare i suddetti inconvenienti, la presente invenzione ha per oggetto un procedimento avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione principale.

Secondo la presente invenzione, il distributore è formato da un elemento tubolare estruso o trafilato di tipo standardizzato, nel quale vengono inseriti i setti divisori a partire da una sua estremità aperta. I setti divisori vengono posizionati in punti prestabiliti mediante scorrimento lungo l'asse longitudinale dell'elemento tubolare. Dopo aver posizionato i setti divisori si ricavano nella parete dell'elemento tubolare una pluralità di aperture entro cui vengono inserite le estremità dei tubi per la circolazione del fluido . Le aperture vengono formate mediante risvoltatura di materiale verso l'interno del distributore, senza produzione di sfridi, in modo da formare collari che svolgono la funzione di ritegno delle estremità dei tubi e di trattenimento in senso assiale dei setti divisori.

Il procedimento secondo l'invenzione consente di ottenere una forte riduzione del costo di produzione dello scambiatore di calore finito e permette una forte riduzione delle aree di perdita del fluido. Di conseguenza, si ottengono minori scarti per perdite di fluido dal distributore ed una maggiore affidabilità dello scambiatore di calore.

Sebbene l’invenzione sia stata sviluppata nel caso particolare di un condensatore per sistemi di climatizzazione, si intende che il procedimento secondo l'invenzione può essere applicato per la produzione di distributori per scambiatori di calore di varia natura.

Ulterior 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:

la fig.1 è una vista prospettica schematica parzialmente esplosa di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione,

la fig.2 è uno schema illustrante la ripartizione dei flussi di fluido in uno scambiatore di calore con distributori a camere allineate, e

le figg.3-6 sono viste schematiche illustranti alcune fasi del procedimento secondo l’invenzione.

Riferendosi inizialmente alla fig.l, con 10 è indicato nel suo insieme uno scambiatore di calore, ad esempio un condensatore per sistemi di climatizzazione per veicoli, comprendente una coppia di distributori 12 e 14 disposti parallelamente fra loro. Fra i due distributori 12, 14 si estendono una pluralità di tubi 16, le cui estremità comunicano con i volumi interni dei distributori 12, 14. I tubi 16 sono fissati ad un pacco di alette metalliche 18 e formano una rete di scambio termico fra il fluido che circola all’interno dei tubi e l'aria che lambisce le alette 18. Di preferenza, i tubi 16 hanno una sezione trasversale oblunga e sono fissati alle alette 18 mediante un procedimento di espansione meccanica: i tubi sono cioè inseriti con gioco entro fori allineati del pacco di alette 18 ed il collegamento meccanico fra i tubi 16 e le alette 18 viene ottenuto mediante espansione radiale dei tubi ottenuta con un procedimento di mandrinatura.

Come è visibile nello schema della fig.2, ciascun distributore 12, 14 comprende un elemento tubolare 20, al cui interno sono disposti una pluralità di setti divisori 22, in modo da suddividere il volume interno dell’elemento tubolare 20 in una serie di camere allineate fra loro lungo l'asse longitudinale del distributore.

Nella vista schematica esemplificativa della fig.2, ciascun distributore 12, 14 è munito di due setti divisori che suddividono il volume interno dell’elemento tubolare 20 in tre camere indicate con 24a, 24b e 24c, nel caso del distributore 12 e con 26a, 26b e 26c, nel caso del distributore 14. I setti divisori 22 suddividono i tubi 16 in una serie di schiere, indicate con 16a, 16b, 16c, 16d e 16e, che risultano in serie fra di loro con riferimento al verso di circolazione del fluido. I tubi appartenenti a ciascuna schiera sono invece collegati in parallelo fra loro. Il numero di tubi appartenenti a ciascuna schiera diminuisce progressivamente passando da una schiera all’altra nel verso di attraversamento del fluido, perché nel caso di un condensatore il fluido entra sotto forma di vapore ed esce allo stato liquido e durante il passaggio di stato si ottiene una sostanziale riduzione del volume.

Riferendosi ora alle figg.3-6, verrà descritta la sequenza di assemblaggio dei distributori 12, 14. Con riferimento inizialmente alla fig.3, la realizzazione di un distributore avviene inizialmente mediante taglio ad una lunghezza definita di un elemento tubolare 20 da una barra estrusa di lunghezza commerciale. L’elemento tubolare 20 è generalmente costituito di alluminio e può ad esempio avere un diametro di 20 mm con uno spessore di parete di 1,5 mm. Naturalmente, i parametri dimensionali dell’elemento tubolare 20 potranno variare in funzione delle applicazioni. La fig.3 illustra che i setti divisori 22 sono inseriti all'interno dell'elemento tubolare 20 a partire da una sua estremità aperta 28 e vengono fatti scorrere lungo l'asse longitudinale 30 nel verso indicato dalla freccia 32, fino a raggiungere una posizione assiale prestabilita.

Ciascun setto divisorio 22 potrà avere una sezione trasversale sostanzialmente a C, come illustrato nella fig.3, oppure potrà essere costituito da un disco pieno. Nel caso di elemento con sezione a C, la parete laterale 34 del setto divisorio 22 costituisce una guida avente una sufficiente lunghezza nella direzione dell'asse longitudinale 30 per evitare impuntamenti durante lo scorrimento. Questa forma a C consente pertanto di utilizzare una lamiera di spessore ridotto per la formazione del setto {ad esempio 1 mm). Nel caso in cui il setto 22 fosse costituito da un disco pieno, lo spessore dovrebbe essere maggiore (ad esempio 3-4 mm), in modo da avere una superficie laterale di appoggio sufficientemente ampia.

Ciascun setto divisorio 22 ha una parete laterale 34 che è in rapporto di tolleranza stretta con la superficie interna 36 dell’elemento tubolare 20 e viene spinto lungo l’asse 30 mediante un’asta 38 fino al raggiungimento della posizione definitiva. Naturalmente, verranno inseriti per primi i setti divisori che devono essere posizionati ad una maggiore distanza dall’apertura 28.

Dopo che tutti i setti divisori 22 sono stati posizionati all’interno dell’elemento tubolare 20, si eseguono nella parete del tubo una serie di intagli costituenti le aperture per il collegamento delle estremità dei tubi 16. La fig.4 illustra schematicamente la fase durante la quale vengono ricavati tali intagli. L'elemento tubolare 20 viene trattenuto stazionario in un’attrezzatura apposita, munita di una serie di punte a scalpello 40 dotate di un movimento di avanzamento in senso ortogonale all'asse longitudinale 30 dell'elemento tubolare 20. Le punte a scalpello 40 effettuano il taglio e la risvoltatura verso l’interno del materiale senza produrre sfridi o trucioli, cosa che è particolarmente importante perché la presenza dei setti divisori 22 non permetterebbe l’evacuazione degli sfridi. Per evitare un collassamente del tubo, le aperture 42 possono essere ricavate in due o più fasi. Ad esempio, in un primo momento potrebbero essere ricavate tutte le aperture pari mediante avanzamento delle relative punte a scalpello 40 e successivamente potrebbe essere comandato l’avanzamento delle rimanenti punte a scalpello per ricavare le aperture dispari. Le punte 40 eseguono una risvoltatura verso l’interno dei bordi di lamiera tagliata in modo da formare dei collari 43 (fig.5) aventi forma e dimensioni atte ad alloggiare la porzione di estremità dei tubi 16.

La fig.5 illustra l'elemento tubolare 20 al termine della fase di formazione dei tagli 42. Si nota che ciascun setto divisorio 22 è alloggiato nello spazio definito fra due aperture 42 adiacenti ed è vincolato in .senso assiale rispetto all'elemento tubolare 20 dai risvolti di materiale costituenti i collari 43.

Nelle fasi successive, come illustrato nella fig.6, le estremità dei tubi 16 vengono inserite nei tagli 42 e si esegue una saldobrasatura alla fiamma lungo il perimetro dei tagli 42 per collegare in modo stabile i tubi 16 all’elemento tubolare 20.

Infine , per completare il distributore, si applica ad un'estremità dell’elemento tubolare 20 un raccordo di ingresso/uscita del fluido e si sigilla l'estremità opposta in qualunque modo noto. In alternativa, i raccordi di ingresso ed uscita del fluido potrebbero essere ricavati in corrispondenza della parete laterale del distributore ed in questo caso verrebbero sigillate entrambe le estremità del distributore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di uno scambiatore di calore, in particolare per la produzione di un condensatore per sistemi di climatizzazione di veicoli, in cui lo scambiatore di calore (10) comprende una coppia di distributori (12, 14) fra loro paralleli ed una pluralità di tubi (16) per il passaggio di fluido disposti fra i distributori (12, 14), in cui ciascun distributore (12, 14) comprende un elemento tubolare (20) ed una pluralità di setti divisori (22) che suddividono il volume interno dell’elemento tubolare (20) in una pluralità di camere (24a, 24b, 24c; 26a, 26b, 26c) fra loro allineate lungo l’asse del distributore (12, 14), in cui i setti divisori (22) sono inseriti a partire da un’estremità aperta (28) dell’elemento tubolare (20) e vengono posizionati in punti prestabiliti mediante scorrimento lungo l’asse longitudinale (30) dell’elemento tubolare (20) caratterizzato dal fatto che dopo l'inserimento dei setti divisori (22), si ricavano nella parete dell’elemento tubolare (20) una pluralità di aperture (42) con pareti risvoltate formanti dei collari che trattengono in posizione in senso longitudinale i setti divisori, ed quindi si inseriscono porzioni di estremità dei tubi (16) per il passaggio di fluido nelle rispettive aperture (42) e si collegano dette porzioni di estremità al distributore mediante saldatura.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i setti divisori (22) sono in rapporto dimensionale di tolleranza stretta con il diametro interno (36) dell’elemento tubolare (20).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2 , caratterizzato dal fatto che le suddette aperture (42) vengono ricavate mediante utensili con punta a scalpello (40) mobili ortogonalmente all'asse longitudinale dell'elemento tubolare (20) atti ad effettuare il taglio e la risvoltatura del materiale senza produzione di trucioli.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le suddette aperture (42) sono suddivise in almeno due gruppi che vengono ricavati in fasi successive.