MXPA00009542A - Intercambiador de calor - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una placa lateral para un intercambiador de calor, caracterizada porque comprende:una porción de cinta generalmente plana, alargada que define un plano y que tiene dos extremos opuestos, dos porciones de pared lateral interna y dos porciones de pared lateral externa, en donde dicha porción de cinta se extiende en cada uno de los extremos opuestos en una respectiva de las porciones de la pared lateral interna, cada porción de pared lateral interna se extiende a una extremidad de la misma en una respectiva de las porciones de la pared lateral externa, dichas porciones de la pared lateral interna y dichas porciones de la pared lateral externa se extienden hacia fuera del plano de la porción de cinta en una primera dirección, y al meno una de las porciones de la pared lateral externa se extiende más alládel plano de la porción de cinta en una segunda dirección.

Description

INTERCAMBIADOR DE CALOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una placa lateral para un intercambiador de calor así como a un intercambiador de calor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen intercambiadores de calor para vehículos que tienen un colector y un tanque conectado por medio de tubos, los tubos son interespaciados por aletas, y placas laterales que proporcionan rigidez. En este tipo de intercambiador de calor las aletas proveen un área de superficie extensa para transferir calor y proporcionar un soporte para los tubos. Dichos intercambiadores de calor pueden ser utilizados como radiadores o como condensadores, pero también en un número de otras aplicaciones incluyendo enfriadores de aire de carga. Las placas laterales son de particular importancia durante la construcción y manejo del intercambiador de calor. Las placas laterales pueden ser utilizadas para reunir las aletas y los tubos para formar un núcleo de ¡ntercambiador de calor antes de asegurarlo a los múltiples del colector y del tanque. Debido a que ésta es preferible para proveer tubos externos con aletas y sus bordes externos para asegurar una buena transferencia de calor, las placas laterales pueden ser añadidas a cada una de estas dos aletas externas. Después del montaje del ensamble central con múltiples del colector y el tanque, el ensamble resultante es soldado en un horno. En el horno, el revestimiento de soldadura que cubre los componentes se funde de tal manera que al enfriarse, los componentes son asegurados entre sí. Las placas laterales, como se conocen en la técnica, pueden estar dentro de una variedad de formas, por ejemplo una placa plana extensa o una placa curva en alguno de los lados de la superficie de unión. También pueden tener costillas de refuerzo. Los materiales adecuados son el aluminio y las mezclas de aluminio. Por razones de producción, los ensambles generalmente se colocan en el horno con los tubos horizontales. Un primer problema que puede presentarse es una "caída de aleta" que tiene lugar entre las aletas y la placa lateral durante el periodo de fundición en el horno. En esta condición, la aleta comienza a moverse desde una posición centrada simétricamente en relación con el centro de la placa lateral hacia una posición fuera de centro. El resultado es que el borde de la cara central de la aleta es inferior que la cara central normal en un lado y arriba de la cara normal en el lado opuesto. La caída de la aleta ocurre cuando la fuerza de gravedad es mayor que la fuerza de la fricción residual en el área de la punta de la aleta que conecta los tubos y la placa lateral.

Se han hecho aletas de radiador las cuales se rizan sobre el radio del extremo del tubo pero esto no es siempre efectivo. Otras aletas utilizan un miembro de estructura para hornear que corre junto a la superficie de la aleta pero ésta puede causar decoloración en la superficie central o desgaste si se presenta una acumulación de revestimiento. Un segundo problema es el de la "disolución de la aleta". El procedimiento de soldadura tiene que ser llevado a cabo en una atmósfera reducida para evitar la producción de óxidos de metal debido a que esto podría debilitar las juntas de la soldadura. Desafortunadamente, durante un procedimiento efectivo de soldadura en una atmósfera reducida, la naturaleza del revestimiento es tal que ésta causa difusión del material adyacente al mismo, es decir las aletas exteriores, las cuales debilitan el material de la aleta y por lo tanto la estabilidad estructural del intercambiador de calor. Un tercer problema es que los materiales de la estructura de horneado, con frecuencia traen correas metálicas o alambres, causan decoloración cuando están muy cerca de las superficies revestidas. Además, si el material de la estructura está en contacto con las placas laterales, éste tiende a causar que el material de revestimiento se una cerca del punto de contacto. Esta condición es conocida como "desgaste" y resulta en marcas sobre la superficie de las placas laterales. Este fenómeno reduce la calidad estética del intercambiador de calor. Esto se hace de acuerdo al objeto de la presente invención para mitigar al menos parcialmente las dificultades de la técnica anterior.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, existe una placa lateral proporcionada para un ¡ntercambiador de calor que comprende una porción de la cinta plana generalmente extensa, dos porciones de pared lateral interna y dos porciones de pared lateral externa, en donde dicha porción de la cinta se extiende hacia las porciones de la pared lateral interna, cada porción de la pared lateral interna se extiende en una extremidad respectiva de la misma dentro de una porción de la pared lateral externa respectiva, dichas porciones de la pared lateral interna y externa se extienden fuera del plano de dicha porción de la cinta, y al menos una de las porciones de la pared lateral externa se extiende detrás de dicha porción de la cinta. De preferencia cada porción de la pared lateral interna se extiende sustancialmente perpendicular hacia la porción de la cinta plana y tiene una cara externa, y cada porción de dicha pared externa descansa a lo largo de la cara externa de una porción de la pared lateral interna respectiva. De manera ventajosa, la cara externa de la porción de dicha pared lateral interna es contigua a una cara externa de dicha porción de la cinta, dicha placa lateral además tiene un material de revestimiento de soldadura que se coloca sobre la cara externa de la porción de la cinta. De preferencia, dicho material de revestimiento de soldadura se coloca sólo en la cara exterior de dicha porción de la cinta.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se provee un ¡ntercambiador de calor que comprende un colector, un tanque, una pluralidad de tubos listos para conectarse al colector y al tanque, una pluralidad de aletas para ¡nterespaciar los tubos, las aletas extendiéndose a lo largo de los tubos, en donde dichos tubos comprenden al menos un tubo externo, dicho tubo externo tiene un borde exterior, y tiene una primera aleta en su borde externo, una placa lateral extendiéndose entre el colector y el tanque y teniendo una porción de cinta que se acopla a la primera aleta, la placa lateral tiene un revestimiento de soldadura sobre una cara de dicha porción de la cinta, en donde la porción de la cinta tiene un espesor, y la placa lateral tiene una brida de doble espesor, dicha brida extendiéndose detrás de dicha porción de la cinta para formar una porción del soporte de la aleta. De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, existe un intercambiador de calor proporcionado que comprende un primer múltiple que tiene un largo y un ancho transverso, y un segundo múltiple, un núcleo del ¡ntercambiador de calor que tiene un espesor menor que el ancho, el núcleo comprende una pluralidad de tubos y una pluralidad de aletas, en donde dichos tubos comprenden al menos un tubo externo que tiene un borde externo, dicho tubo externo teniendo una primera aleta en su borde externo, una placa lateral colocada entre los múltiples y teniendo una porción de la cinta que tiene una cara que se acopla a la primera aleta, el revestimiento de soldadura se coloca sobre dicha cara, y en donde dicha placa lateral tiene una primera porción que tiene un primer ancho substancialmente igual al espesor del núcleo, y una segunda porción que tiene un segundo ancho más grande que el primer ancho en donde la porción de la cinta tiene un primer espesor y la segunda porción de la placa lateral tiene una brida de dos veces el primer espesor, dicha brida extendiéndose detrás de dicha porción de la cinta para formar una porción del soporte de la aleta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una parte de un intercambiador de calor con placas laterales de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La figura 2 es una vista en sección a través de la línea II— II" de la figura 1 que muestra la placa lateral vista hacia abajo sobre el colector. La figura 3 muestra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor con placas laterales que tienen una sección con brida desalineada de acuerdo con una segunda modalidad preferida de la presente invención. La figura 4 es una vista en sección a través de la línea IV-IV de la figura 3 que muestra la placa lateral con una brida fuera de centro y una lengüeta de posición, vista hacia abajo sobre el colector. La figura 5 es una vista en sección similar a la figura 4 que muestra una placa lateral alternativa con una brida fuera de centro y lengüetas de posición múltiple, vista hacia abajo sobre el colector.

La figura 6 es una vista en sección parcial a través de un intercambiador de calor con una placa lateral de acuerdo a la técnica anterior.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En los dibujos, los números de referencia similares indican partes similares. La figura 6 muestra una sección transversal parcial de un intercambiador de calor de la técnica anterior. Esto comprende una placa lateral 1 en forma de C que generalmente se forma a partir de una sola hoja de material la cual se dobla en un solo espesor en cualquiera de los lados. Así la placa lateral tiene dos paredes laterales opuestas separadas por una pared de base derecha. Esto también puede comprender una costilla de refuerzo 3, la cual se forma al doblar el material hacia fuera del intercambiador de calor. Refiriéndose a las figuras 1 y 2, un núcleo 2 del ¡ntercambiador de calor para un vehículo se muestra asegurado en la parte superior de un múltiple 4 y un múltiple 6 inferior. El núcleo consiste de una pluralidad de tubos 8 separados por aletas 12, 14 y placas laterales opuestas 18. Los dos múltiples están colocados en forma paralela, los tubos 8 se conectan entre sí siendo perpendiculares a ellos. Los tubos tienen una sección transversal rectangular estrecha (con esquinas redondeadas) de tal manera que tienen dos lados planos 10. Interespaciadas entre los lados planos 10 de los tubos adyacentes substancialmente a todo lo largo de los tubos hay una pluralidad de aletas serpentinas 12. Existen dos tubos externos 14, en donde ambos tienen un grupo de aletas 16 en sus lados planos exteriores. Estos dos conjuntos de aletas 16 están asegurados a las placas laterales 18, y las placas laterales están aseguradas a los múltiples superior e inferior 4, 6. Durante el uso, el refrigerante fluye a través de los tubos 8 desde un colector formado en parte por un múltiple superior 4 hacia un tanque formado en parte por un múltiple inferior 6. Las aletas 12, 16 están en contacto con los tubos para proveer un área de superficie mayor para conducir el calor desde el refrigerante. Además, proveen un soporte estructural para los tubos 8, que es importante debido que se puede presurizar el refrigerante. Se entenderá que la invención es también aplicable a los intercambiadores de calor utilizados como enfriadores de aire de carga, donde el aire presurizado de por ejemplo un turbocargador, es enfriado al pasar a través del intercambiador de calor. Al continuar refiriéndose a la figura 2, cada placa lateral comprende una porción de la cinta generalmente plana, alargada, como una pared de base 20, la cual se extiende, en sus extremidades laterales opuestas, hacia las porciones de la pared lateral interna 30, 31 las cuales se extienden substancialmente perpendicular hacia el plano de la pared de base 20. Ambas porciones de pared lateral interna 30, 31 extienden substancialmente la misma cantidad desde el plano de la pared de base 20 antes que se extiendan hacia atrás por sí mismas para formar las porciones de la pared lateral externa respectivas 32, 33. Las porciones de la pared lateral externa 30, 31 tienen superficies externas y las porciones de la pared lateral externa descansan a lo largo de la superficie externa de la porción de la pared lateral interna respectiva. Así, la placa lateral tiene una pared de base de un solo espesor con unas porciones de brida de doble espesor 24, 22 que se extienden a ambos lados de la misma. La pared de base tiene una cara externa 23 que hace contacto con la aleta 16, y una cara interior 21. Como se verá por la referencia adicional a la figura 2, una de las porciones de la pared lateral externa 32 sólo va tan lejos como el nivel de la cara interna 21 de la pared de base 20, mientras que la otra porción de la pared lateral 31 se extiende más allá de la cara exterior 23 de la pared de base 20 para formar una porción de soporte 26 de la aleta la cual corre a lo largo del lado de la aleta 16. Cada placa lateral 18 se construye a partir de una sola pieza de material de preferencia aluminio o mezcla de aluminio, cubierto sólo en uno de los lados con revestimiento de soldadura. Ese lado corresponde a la cara exterior 23 de la pared de base 20, la cara exterior de las porciones de la pared interna, la cara interna de las porciones de la pared externa y la porción de soporte de la aleta; en otras palabras, aquellas caras que tienen contacto con otras caras de la placa lateral o aquéllas que tienen contacto con la aleta 16. Aquellas caras de la placa lateral que son expuestas a la vista son descubiertas a la izquierda.

La placa lateral tiene varias ventajas. En primer lugar, puesto que las bridas son de doble espesor, proveen una mejor rigidez a la placa lateral de lo que lo haría una brida de un solo espesor. Esto significa que se puede escoger un menor espesor de material de la placa lateral, mientras se provee la misma rigidez y soporte que una placa lateral más gruesa que tenga bridas de un sólo espesor. El espesor reducido da origen a reducciones en los costos del material. También será posible reducir la cantidad de revestimiento de soldadura. Primeramente, donde se aplique la capa de recubrimiento por medio de un procedimiento de enrollado caliente, se acepta que el espesor mínimo del recubrimiento sea de 3% a 5% del espesor del material al que se aplica el revestimiento; por lo tanto, la reducción del espesor de material permite la reducción del espesor del revestimiento. Sin embargo, el espesor mínimo del revestimiento no se determina asimismo por medio del peso del material, sino por la necesidad de mantener un revestimiento suficiente durante el procedimiento de soldadura del núcleo. En cualquier caso, la reducción en el espesor del revestimiento se puede reducir para la disolución de la aleta. Cuando el ensamble del núcleo es sostenido por una estructura de soldadura, entonces se verá a partir las figuras 2 y 3 que la estructura es probable que haga contacto sólo con las superficies externas 21 , 32, 33 de la placa lateral, y se recordará que éstas no son recubiertas. Como resultado, los defectos cosméticos y mecánicos que están asociados con las estructuras de soldadura son reducidos al mínimo. Sin embargo, el revestimiento sobre la superficie de acoplamiento de las porciones de la pared lateral externa e interna que empalman las bridas significa que durante el procedimiento de soldadura estas porciones de pared lateral llegan a conectarse integralmente entre reforzando más las bridas. Haciendo referencia ahora a la figura 3, un segundo ¡ntercambiador de calor tiene un espesor central que es menor que el ancho de los múltiples. El intercambiador de calor tiene una placa de múltiple superior 104 y una placa de múltiple inferior 106 que están conectadas por una pluralidad de tubos 108. Los tubos tienen una sección transversal rectangular estrecha (con esquinas redondeadas) que tienen dos lados planos 110. Interespaciadas entre los lados planos 110 de los tubos adyacentes de manera sustancial a todo lo largo de los tubos hay una pluralidad de aletas de serpentina 112. Existen dos tubos exteriores 114, los cuales tienen un conjunto de aletas 116 en sus lados externos. Estos dos conjuntos de aletas 116 también se añaden a las placas laterales las cuales se indican generalmente por medio del número 118. La placa lateral tiene una pared de base 120 y dos bridas 124, 128. El núcleo es desviado hacia atrás, como se muestra en la figura 3, sobre los múltiples. Cada placa lateral 118 tiene una primera brida posterior 124 la cual se extiende en una línea recta entre la parte posterior del múltiple superior 104 y la parte posterior del múltiple inferior 106. La brida frontal 128 tiene una primera región 122 la cual corre generalmente paralela a la brida posterior 124 a casi cuatro-quintas partes de la longitud de la placa lateral, el espacio aquí entre las bridas y la pared de base son el ancho del núcleo. Sin embargo, desde ese punto, la pared de base de la placa lateral se ahusa hacia afuera a un ancho sustancialmente correspondiente al del múltiple superior 104 y se extiende a aquel múltiple sobre una región de ancho constante. De esta manera la brida frontal 128 tiene una región angulada hacia fuera 130 la cual se extiende hacia la región superior 132 paralela a la brida posterior 124 pero separada de ésta sustancialmente por el ancho del múltiple superior. La brida posterior 124 tiene doble espesor, similar a las bridas 24 de la primera modalidad. La primera región 122 de la brida frontal tiene una porción posterior doblada la cual se extiende para formar una porción del soporte de la aleta, como se describe con respecto a la figura 2. La región superior 132 de la brida frontal es de un solo espesor del material de la placa, y en esta región la pared de base 120 se extiende hacia delante, como se muestra, de las aletas 116. Cada área extendida tiene una porción cortada doblada hacia atrás para proveer una lengüeta de soporte de la aleta 134. Durante la soldadura, cuando el núcleo se sostiene en una posición horizontal con las bridas frontales 122 por debajo, las lengüetas 134 soportan las aletas 116 hacia un extremo y la porción del soporte de la aleta de la brida 128 las soporta hacia el otro extremo. La región angulada 130 es también de un sólo espesor, plegada para proporcionar el ángulo requerido.

La disposición de la segunda modalidad se puede ver como una vista en sección parcial desde arriba en la figura 4. Esto muestra claramente la posición de la lengüeta 134 para proporcionar soporte a la aleta. Los expertos en la técnica entenderán que la modalidad de las figuras 3 y 4 es soldada con el núcleo separado de cualquier estructura de soldadura. Esta modalidad permite que se usen grandes tanques, la placa lateral con ancho ahusado proporciona un soporte estructural adicional para aquellos tanques, en cuyo caso se considere el ahusamiento en los dos extremos. De manera alternativa, sólo un tanque puede ser sustancialmente más ancho que el núcleo. Una tercera modalidad de la invención se puede ver como una sección transversal parcial en la figura 5. Esta modalidad es similar a la segunda modalidad, pero ahí se provee de una lengüeta adicional 136. Esta lengüeta es añadida a la cara 120 de la placa lateral 118 y es situada en un repliegue de la aleta. Este diseño tiene la ventaja sobre la técnica anterior de que así como se provee de soporte estructural para el núcleo, también se provee de un soporte de la aleta para evitar la caída de la aleta.

Claims (11)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una placa lateral para un ¡ntercambiador de calor que comprende: una porción de cinta generalmente plana, alargada, dos porciones de pared lateral interna y dos porciones de pared lateral externa, en donde dichas porciones de la cinta se extienden hacia las porciones de la pared lateral interna, cada porción de pared lateral interna se extiende a una extremidad de la misma hacia una porción de la pared lateral externa respectiva, las porciones de la pared lateral interna y externa se extienden hacia afuera del plano de dicha porción de la cinta y al menos una de las porciones de la pared lateral externa se extiende más allá de la porción de la cinta.

2.- La placa lateral de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque cada porción de la pared lateral interna se extiende sustancialmente perpendicular al plano de dicha porción de la cinta y tiene una cara exterior, y cada porción de la pared lateral externa descansa a lo largo de la cara exterior de una porción de pared lateral interna respectiva.

3.- La placa lateral de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque dicha cara exterior de la porción de la pared lateral interna se extiende hacia una cara exterior de dicha porción de la cinta, y en donde la placa lateral comprende un material de revestimiento de soldadura que se coloca sobre la cara exterior de dicha porción de la cinta.

4.- La placa lateral de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque cada porción de la pared lateral externa tiene una cara respectiva alejada de la porción de la pared lateral interna respectiva, y no se coloca material de revestimiento de soldadura en dicha cara.

5.- Un intercambiador de calor que comprende: un colector; un tanque; una pluralidad de tubos dispuestos a conectarse al colector y al tanque; una pluralidad de aletas para interespaciar los tubos, las aletas se extienden a lo largo de los tubos, en donde dichos tubos comprenden al menos un tubo exterior, dicho tubo exterior tiene un borde externo, y tiene una primera aleta en su borde externo; una placa lateral que se extiende entre el colector y el tanque y que tiene una porción de la cinta que se acopla a la primera aleta, la placa lateral tiene un revestimiento de soldadura en una de las caras de dicha porción de la cinta; en donde la porción de la cinta tiene un espesor, y la placa lateral tiene una brida de doble espesor, dicha brida se extiende más allá de la porción de la cinta para formar una porción de soporte de la aleta.

6.- El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 5, que tiene una segunda brida opuesta a dicha brida, la segunda brida teniendo un espesor que es el doble del espesor de la porción de la cinta.

7.- El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque dicha placa lateral está formada de una sola hoja de material, y dicha brida comprende dos capas del material conectado a una línea de doblez.

8.- El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho intercambiador de calor es un radiador.

9.- El intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho intercambiador de calor es un enfriador de aire de carga.

10.- El intercambiador de calor comprende: un primer múltiple que tiene una longitud, un ancho transversal y un segundo múltiple; el núcleo del ¡ntercambiador de calor tiene un grosor menor que dicho ancho, dicho núcleo comprende una pluralidad de tubos y una pluralidad de aletas, en donde dichos tubos comprenden al menos un tubo exterior que tiene un borde externo, dicho tubo externo tiene una primera aleta sobre su borde externo; una placa lateral colocada entre dichos múltiples y que tiene una porción de la cinta que tiene una cara que se acopla a la primera aleta, el revestimiento de soldadura está colocado en una de las caras, y donde dicha placa lateral tiene una primera porción que tiene un primer ancho sustancialmente igual a dicho grosor del núcleo, y una segunda porción que tiene un segundo ancho mayor que el primer ancho; en donde la porción de la cinta tiene un primer grosor y en la segunda porción de la placa lateral tiene una brida de dos veces el primer espesor, dicha brida se extiende más allá de la porción de la cinta para formar una porción de soporte d a aleta.

11.- Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado además porque una lengüeta de soporte de la aleta se extiende desde dicha porción de la cinta en una primera porción de la placa lateral.