MX2007011575A

MX2007011575A - Enfriador de aire de carga de bimetal resistente a la corrosion.

Info

Publication number: MX2007011575A
Application number: MX2007011575A
Authority: MX
Inventors: Nirmal M Tolani
Original assignee: Int Truck Intellectual Prop Co
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-02-05
Also published as: CA2603028A1; EP1906127A2; EP1906127A3; US20080078536A1

Abstract

Un conjunto de intercambiador térmico para un vehículo automotor incluye cuando menos un tubo que tiene una capa interna y una capa externa. La capa externa es un material a base de aluminio, y la capa interna es un material a base de acero inoxidable. Cuando menos un dispositivo que proporciona corriente turbulenta está dispuesto dentro del tubo y se forma de un material a base de acero inoxidable.

Description

ENFRIADOR DE AIRE DE CARGA DE BIMETAL RESISTENTE A LA CORROSIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente con intercambiadores térmicos en vehículos de tierra. Más específicamente, la presente invención se relaciona con un Enfriador de Aire de Carga (CAC) de peso ligero con resistencia mejorada a la corrosión necesario para motores que compilen con la emisión de descarga nueva/futura. Los vehículos automotores con motores de combustión interna comúnmente tienen intercambiadores térmicos tales como radiadores, enfriadores de aire de carga, condensadores, núcleos de calentador, y evaporadores para proporcionar transferencia de calor para el vehículo. Generalmente, estos tipos de intercambiadores térmicos emplean los mismos principios termodinámicos para transferir calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido, en donde los fluidos están físicamente separados, usualmente por tubería de metal. En un vehículo, el enfriador de aire de carga es una parte del sistema de admisión de aire de motor que utiliza aire ambiental para enfriar el aire de admisión, lo que mejora la eficiencia de combustión del motor. Un enfriador de aire de carga típicamente tiene pilas de tubos, dos distribuidores, aletas y dos tapas dee extremo. Los tubos sirven como pasajes para flujo de aire. Dentro de cada uno de los tubos se encuentran dispositivos que proporcionan corriente turbulenta, que son dispositivos de mejora de transferencia térmica. Los dispositivos que proporcionan corriente turbulenta generalmente tienen una forma ondulante para hacer turbulento el flujo de fluido a través del tubo de manera que el calor se pueda transferir más efectivamente. Los distribuidores, los tubos, los dispositivos que proporcionan corriente turbulenta y las aletas están hechos típicamente de aleaciones de aluminio forjado. Los distribuidores, dispositivos que proporcionan corriente turbulenta y aletas están generalmente hechos de chapa de aluminio con aleación de cobresoldadura para formar juntas cobresoldadas entre los componentes coincidentes. Convencionalmente, los dispositivos que proporcionan corriente turbulenta se colocan dentro de los tubos, y los tubos y aletas se apilan juntos junto con distribuidores para formar un conjunto de núcleo. El conjunto de núcleo se procesa en un horno de cobresoldadura para formar enlaces entre los dispositivos que proporcionan corriente turbulenta y las paredes interiores de tubo, aletas y las paredes exteriores de tubo, y los tubos y distribuidores. Después de que el núcleo se forma, se sueldan las tapas de extremo al núcleo para formar el conjunto de enfriador de aire de carga. Los beneficios de un CAC incluyen obtener aire de admisión más frío, potencia de caballos aumentada, emisiones inferiores, y millaje de combustible aumentado. Los nuevos reglamentos federales para reducir las emisiones de vehículos requieren modificación muy significativa al sistema de admisión de aire de los motores, tales como uso de Recirculación de Gas de Descarga (EGR) . Estas modificaciones al sistema de aire dee admisión en muchos casos da lugar a un condensado altamente corrosivo dentro del enfriador de aire de carga. Como resultado del condensado altamente corrosivo, el CAC de aluminio tradicional es susceptible a falla interna, prematura. Para resistencia aumentada a la corrosión, los CACs hechos totalmente de subcomponentes inoxidables se están considerando para algunos vehículos comerciales. Los CACs hechos de acero inoxidable son mucho más pesados y más costosos. Adicionalmente, el CAC más pesado requiere de estructuras más pesadas y más costosas para soportar el CAC en el vehículo. Esto aumenta adicionalmente el peso y el costo del vehículo, y reduce la cantidad de peso que se puede transportar en el vehículo automotor. Un aumento significativo en peso asi como un aumento en el costo hace al CAC de acero inoxidable menos deseable. De esta manera, existe la necesidad de un enfriador de aire de carga que sea altamente resistente a la corrosión y no aumente significativamente el peso y costo. BREVE COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Las necesidades arriba enumeradas se llenan o exceden mediante el presente conjunto de intercambiador térmico para un vehículo automotor, que incluye cuando menos un tubo que tiene una capa interna y una capa externa. La capa externa es un material a base de aluminio, y la capa interna es un material a base de acero inoxidable. Cuando menos un dispositivo que proporciona corriente turbulenta se dispone dentro del tubo y se forma de un material a base de acero inoxidable. Se proporciona un método para hacer un intercambiador térmico e incluye los pasos de proporcionar una hoja de aluminio chapado de acero inoxidable que tiene un primer y segundo extremos, y que proporcionar un dispositivo que proporciona corriente turbulenta de material a base de acero. La hoja de aluminio de chapa de acero inoxidable se doble hacia un tubo de manera que una superficie interior del tubo sea acero inoxidable. El dispositivo que proporciona corriente turbulenta está colocado dentro del tubo y el tubo está sellado. También se proporciona un tubo que es un alojamiento generalmente cilindrico que tiene una capa interna que comprende un material a base de acero inoxidable y una capa externa que comprende un material a base de aluminio. Cuando menos un dispositivo que proporciona corriente turbulenta se dispone dentro del alojamiento, el dispositivo que proporciona corriente turbulenta comprendiendo un material a base de acero inoxidable. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva detallada de un conjunto de enfriador de aire de carga de conformidad con la presente invención; La Figura 2 es una vista en perspectiva parcial de una aleta y un tubo colocados en un núcleo del conjunto de enfriador de aire de carga; La Figura 3 es una vista en sección transversal de un conjunto de tubo convencional; y La Figura 4 es una vista en sección transversal de un conjunto de tubo de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo ahora referencia a las Figuras 1 y 2, se muestra una modalidad de un conjunto de intercambiador térmico. En este ejemplo, el intercambiador térmico es un conjunto de enfriador de aire de carga (CAC) para un vehículo automotor, que se indica generalmente en 10. Mientras que el presente intercambiador 10 térmico es un enfriador de aire de carga, se contempla que la presente invención se puede usar con otros conjuntos de intercambiador térmico. El conjunto 10 de enfriador de aire de carga incluye un conjunto 12 de núcleo y dos tapas 14 de extremo. El conjunto 12 de núcleo incluye una pluralidad de tubos 16 y aletas 18. Cada tubo 16 de preferencia se extiende a través de la anchura "w" del conjunto 12 de núcleo. Adicionalmente, cada aleta 18 de preferencia se extiende a lo largo de la anchura del conjunto 12 de núcleo. De preferencia, limitando la periferia del conjunto 12 de núcleo se encuentran miembro 20 laterales que corren a través de la anchura "w" y espesor "t" del conjunto de núcleo, y los miembros 22 de distribuidor que corre3n en la dirección longitudinal "1" del conjunto de núcleo. Las dos tapas 14 de extremo de preferencia están soldadas a los miembros 22 de distribuidor. Como se ve en la Figura 2, dentro de cada uno de los tubos 16 se encuentra un dispositivo 26 que proporciona corriente turbulenta. El dispositivo 26 que proporciona corriente turbulenta de preferencia es una hoja de metal que tiene una serie de ondas u ondulaciones que están configurados para romper o hacer turbulento el flujo de fluido a través del tubo 16 para transferir calor más efectivamente. En la presente invención, el dispositivo 26 que proporciona corriente turbulenta está hecho de material a base de acero inoxidable. Haciendo ahora referencia a la figura 3, el tubo 16P del ramo anterior está hecho de aluminio extruido y el dispositivo 26P que proporciona corriente turbulenta del ramo anterior está hecho de chapa de aluminio de hoja con una aleación de cobresoldadura . Adicionalmente, las tapas de extremo (no mostradas) se forman de aluminio fundido, las aletas y el distribuidor (no mostrado) se forman de chapa de aluminio de hoja con aleación de cobresoldadura, y los lados (no mostrados) se forman de aluminio de hoja, como es sabido en el ramjo. El conjunto de núcleo (no mostrado) del ramo anterior está generalmente cobresoldado al vacio, y las tapas de extremo de aluminio fundido (no mostradas) están soldadas a los distribuidores de núcleo. Haciendo referencia a la Figura 4, un conjunto 48 de tubo está hecho de un tubo 16 que tiene un alojamiento 16a y un dispositivo 26 que proporciona corriente turbulenta. El alojamiento 16a tiene dos capas, una capa 28 externa y una capa 30 interna. La capa 28 externa del tubo 16 está de preferencia formada de un material a base de aluminio convencional, y la capa 30 interna de preferencia está formada de un material a base de acero inoxidable. La capa 28 externa tiene una superficie 32 externa, que define la superficie externa del tubo, y una superficie 34 interna, que hace contacto con la capa 30 interna. La capa 30 interna pone en contacto la capa 28 externa con una superficie 36 exterior. La capa 30 interna también incluye una superficie 38 interna. Hay más de setenta tipos convencionales de aleaciones de acero inoxidable y muchas aleaciones especiales. Generalmente, todo el acero inoxidable está basado en hierro con 12 a 30 por ciento de cromo (Cr) , 0 a 22 por ciento de níquel (Ni) , y cantidades inferiores de carbono, niobio, cobre, molibdeno, selenio, tantalio y titanio. Generalmente, las aleaciones de acero inoxidable son resistentes al calor y la corrosión, no contaminantes y se fabrican fácilmente. Además, las aleaciones de acero inoxidable generalmente están agrupadas en tres grupos: (1) Martensítica) , (2) Ferrítica, y (3) Austenítica.

De preferencia, el tubo 16 se forma de una chapa de hoja de aluminio con acero inoxidable austenitico o ferritico. Los dispositivos 26 que proporcionan corriente turbulenta se disponen dentro del tubo 16 y de preferencia están fijados a la superficie 38 interna de la capa 30 interna. Los dispositivos 26 que proporcionan corriente turbulenta están hechos de preferencia de acero inoxidable, y más preferentemente, están hechos de un acero inoxidable de hoja austenitico o uno ferritico. En esta modalidad, el tubo 16 está hecho de preferencia de hoja de aluminio chapada con acero inoxidable. Las bobinas de tira de aluminio de chapa de acero inoxidables están comercialmente disponibles y generalmente se producen soldando mecánicamente la hoja de aluminio y la hoja de acero inoxidable usando un molino de laminación, como es sabido en el ramo. La tira de chapa de acero inoxidable se forma en rollo en un molino de tubo tradicional para formar un tubo 16, con la capa de acero inoxidable formando la capa 30 interna, y el aluminio formando la capa 28 externa. El tubo 16 se forma a partir de la tira y tiene una costura 44 que se forma ya sea por laminación hacia una costura 46 de sujeción o una costura unida por cobresoldadura . Se pueden emplear métodos alternos de fabricación de tubo para hacer el tubo 16, tal como cobresoldando dos canales en C con una junta de solape. El dispositivo 26 que proporciona corriente turbulenta se coloca dentro del tubo 16 y se cobresuelda en cada cresta 40 y rebajo 42 para unir el dispositivo que proporciona corriente turbulenta al tubo 16 usando procesos tradicionales de cobresoldadura de acero inoxidable. Haciendo referencia nuevamente a la Figura 1, los tubos 16 que contienen los dispositivos 26 que proporcionan corriente turbulenta se pueden usar para hacer conjuntos 12 de núcleo de CAC usando métodos de fabricación convencionales. Específicamente, los conjuntos 48 de tubo, junto con las aletas 18, se pueden colocar en un conjunto 12 de núcleo, como se sabe convencionalmente . El conjunto 12 de núcleo tendrá superficies de acero inoxidable altamente resistentes a la corrosión para los pasajes de aire. Puesto que los miembros 22 de distribuidor y las tapas 14 de extremo son miembros relativamente gruesos comparados con los tubos 16 y los dispositivos 26 que proporcionan corriente turbulenta, una cierta cantidad de corrosión de estos componentes se puede tolerar sin afectar la integridad o funcionamiento del enfriador 10 de aire de carga. Debido a esta razón, materiales convencionales (aleaciones de aluminio), aluminio forjado) y procesos se pueden utilizar para producir el enfriador de carga de aire con el presente conjunto de tubo. Sin embargo, para mejorar adicionalmente la resistencia a la corrosión del enfriador 10 de aire de carga, los miembros 22 de distribuidor y las tapas 14 de extremo se pueden formar de material de chapa de acero inoxidable o con una capa de acero inoxidable en la superficie interior de las superficies de aluminio. La ventaja de utilizar un tubo 16 de aluminio de chapa de acero inoxidable, en oposición a un tubo formado completamente de acero inoxidable, es que la resistencia a la corrosión interior está dirigida por la capa 30 interna del acero inoxidable, pero el peso se reduce significativamente puesto que la capa 28 externa se forma de aluminio. El aluminio es más ligero que el acero inoxidable y ofrece transferencia térmica más eficiente debido a su conductividad térmica superior. Además, puesto que la capa 28 externa se forma de aluminio, las aletas 18 también se pueden formar de aluminio, que reduce adicionalmente peso y costo. Mientras que se han mostrado y descrito modalidades particulares del presente CAC, se apreciará por aquellos expertos en el ramo que se pueden hacer cambios y modificaciones a la misma sin abandonar la invención en sus aspectos más amplios y como se expone en las siguientes reivindicaciones .

Claims

REIVINDICACIONES 1. - Un conjunto de intercambiador térmico para un vehículo automotor, que comprende: cuando menos un tubo que tiene una capa interna y una capa externa, la capa externa comprendiendo un material a base de aluminio, y la capa interna comprendiendo un material a base de acero inoxidable.
2. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además: cuando menos un dispositivo que proporciona corriente turbulenta dentro del tubo, el dispositivo que proporciona corriente turbulenta comprendiendo un material a base de acero inoxidable.
3. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, en donde el cuando menos un tubo está hecho de bobina de tira de aluminio de chapa de acero inoxidable .
4. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, en donde el material a base de acero inoxidable comprende un acero en los grados austenítico o ferrítico .
5. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, en donde el tubo y el dispositivo que proporciona corriente turbulenta están cobresoldados juntos en cada pico y rebajo del dispositivo que proporciona corriente turbulenta a la supe3rficie interior del tubo.
6. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, en donde el tubo es formado en rollo hacia una costura de sujeción.
7. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además un distribuidor formado de chapa de aluminio con aleación de cobresoldadura.
8.- El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además un distribuidor formado de chapa de aluminio con un material a base de acero inoxidable .
9. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además cuando menos una tapa de extremo formada de aluminio.
10. - El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además cuando menos una tapa de extremo formada de acero inoxidable.
11.- El intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además cuando menos una tapa de extremo formada de chapa de aluminio con acero inoxidable .
12. - Un método para hacer un intercambiador térmico, que comprende: proporcionar una hoja de aluminio de chapado de acero inoxidable que tiene un primero y un segundo extremo; proporcionar un dispositivo que proporciona corriente turbulenta material a base de acero inoxidable; formar la hoja de aluminio de chapa de acero inoxidable hacia un tubo de manera que una superficie interior del tubo es acero inoxidable; colocar el dispositivo que proporciona corriente turbulenta dentro del tubo; y colocar el tubo en un conjunto de núcleo.
13. - El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde la hoja se forma hacia el tubo para formar un pasaje de fluido mediante formación de rollo de los extremos primero y segundo de la hoja.
14. - El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde la hoja comprende dos canales en C cobresoldados juntos para formar el tubo.
15.- El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde el dispositivo que proporcionar corriente turbulenta está cobresoldado a la superficie interior del tubo.
16. - Un tubo para un intercambiador térmico, que comprende : un alojamiento generalmente cilindrico que tiene una capa interna que comprende un material a base de acero inoxidable y una capa externa que comprende un material a base de aluminio.
17. - El tubo para un intercambiador térmico de conformidad con la reivindicación 16, que comprende además: cuando menos un dispositivo que proporciona corriente turbulenta dispuesto dentro del alojamiento, el dispositivo que proporciona corriente turbulenta comprendiendo un material a base de acero inoxidable.