MXPA99010744A - Intercambiador de calor combinado, en particular para vehiculo automotriz - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor combinado que comprende un conjunto de tubos que se conectan a recipientes recolectores y se divide en una parte (A) que forma un enfriador de aceite, los tubos de la cual siendo adecuados para ser recorridos por un primer fluido, es decir aceite (H), por una parte, y en una parte (B), los tubos de la cual siendo adecuados para ser recorridos por un segundo fluido, por otra parte, los tubos de la parte (A) y los tubos de la parte (B) son diferentes, dicho intercambiador estácaracterizado porque la parte (B) es un condensador, los tubos de la cual siendo adecuados para ser recorridos por un refrigerante (R) y porque los tubos de la parte del enfriador de aceite (A) y los tubos de la parte (B) del condensador poseen diámetros hidráulicos respectivos (DHa, DHb) relacionados por las desigualdades siguientes:0.8 mm2DHb;en donde el diámetro hidráulico (DH) de un tubo se define por la fórmula DH=4S/P, en la que S define alárea de la sección transversal del tubo expresada en mm2, y P define al perímetro interno, o"perímetro humedecido", del tubo expresado en mm.

Description

INTERCAMBIADO! DE CALOR COMBINADO. EN PARTICULAR PARA VEHÍCULO AUTOMOTRIZ MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a un intercambiador de calor combinado, en particular para vehículo automotriz, que comprende un conjunto de tubos unido a recipientes recolectores y dividido en dos partes adecuadas para ser recorridos por dos fluidos diferentes. En un intercambiador de calor de este tipo, los dos fluidos se enfrían por un mismo flujo de aire que limpia al conjunto. La invención se refiere además particularmente a un intercambiador de calor combinado en el que el conjunto de tubos se divide en una parte que forma un enfriador de aceite, en la que los tubos son adecuados para ser recorridos por el aceite, y en una parte que forma un condensador, en la que los tubos son adecuados para ser recorridos por un fluido refrigerante. En dicho intercambiador de calor, el aceite es típicamente aceite de transmisión, en particular para una caja de velocidades automática de vehículo automotriz. En cuanto al condensador, éste es útil para enfriar el fluido refrigerante de una instalación de climatización de vehículo automotriz. Actualmente, el enfriamiento del fluido refrigerante y el enfriamiento del aceite de transmisión se llevan a cabo por dos intercambiadores separados, usualmente un condensador de flujo paralelo y un intercambiador de aceite, del tipo de láminas, colocado cerca del condensador. Se conoce además, a partir del modelo de utilidad japonés No. 61-167202, como producir un intercambiador de calor combinado que comprenda una parte que forma un condensador y una parte que forma un intercambiador de calor. Dicho intercambiador de calor comprende un conjunto común de tubos unido a dos recipientes recolectores tubulares. La realización de un intercambiador de calor combinado, que comprende una parte que forma un enfriador de aceite y una parte que forma un condensador, tiene numerosos problemas debido a que los dos fluidos presentan características muy diferentes. De igual manera, la viscosidad del aceite es muy superior a la del refrigerante y la pérdida de carga del aceite entonces es muy elevada. Además, los dos fluidos circulantes tienen temperaturas muy diferentes, la del aceite siendo muy superior a la del fluido refrigerante. Dichas diferencias de temperatura importantes son susceptibles de generar fenómenos de dilatación diferencial que puede dañar al intercambiador de calor y provocar fugas. Además, puede suceder que el fluido refrigerante se caliente por el aceite, lo que conduce entonces a una degradación del rendimiento de la parte del condensador. La invención aporta una solución a los problemas siguientes.- La invención propone para este efecto un intercambiador de calor combinado del tipo antes mencionado, en el que los tubos de la parte del refrigerante de aceite y los tubos de la parte del condensador son diferentes y poseen diámetros hidráulicos respectivos DHa y DHb tales como : 0.8 mm2 < DHa x Dhb < 3.00 mm2 en donde el diámetro hidráulico DH de un tubo se define por la fórmula DH=4S/P, en la que S designa al aire de la sección interna del tubo (expresado en mm2) y p es el perímetro interno, o "perímetro humedecido", del tubo (expresado en mm). De igual manera, el intercambiador de calor combinado de la invención comprende tubos diferentes, es decir, que los tubos de la parte del condensador se adaptan a la circulación del fluido refrigerante, en tanto que los tubos de la parte refrigerante del aceite se adaptan a la circulación del aceite. Además, es esencial que el producto de los diámetros hidráulicos respectivos DHa y DHb de los tubos satisfaga a la relación de desigualdad precedente. Se ha constatado, evidentemente, que en tanto que el producto DHa x DHb sea superior a 3.00 mm2, la energía térmica intercambiada al nivel de cada uno de los dos fluidos cae de manera significativa. Además, en donde el producto es inferior a 0.8 mm2, la pérdida de carga de la circulación de aceite aumenta considerablemente.

En la invención, los tubos del conjunto son ventajosamente tubos con canales múltiples. De preferencia, el diámetro hidráulico de los tubos de la parte del enfriador de aceite es superior al diámetro hidráulico de los tubos de la parte del condensador. Es particularmente ventajoso que el número de canales de los tubos de la parte del enfriador de aceite sea inferior al número de los canales de los tubos de la parte del condensador. Lo anterior significa, en otros términos, que los tubos de la parte del enfriador de aceite comprenden menos mamparas que los tubos de la parte del condensador. Lo anterior permite aumentar el diámetro hidráulico y reducir también de manera importante la pérdida de carga generada por la circulación del aceite en dichos tubos. Los tubos del conjunto se obtienen ventajosamente por extrusión. De acuerdo con una otra característica de la invención, los tubos del conjunto se unen a dos recipientes recolectores en donde cada uno comprende una mampara de separación para aislar al aceite que circula en la parte del enfriador de aceite y el fluido refrigerante que circula en la parte del condensador. Considerando las diferentes temperaturas entre los dos fluidos, se tiene interés en utilizar las mamparas que forman al aislante térmico. De acuerdo además con una otra característica de la invención, el intercambiador de calor comprende medios que forman una barrera térmica entre los tubos de la parte del enfriador de aceite y los tubos de la parte del condensador. Dichos medios permiten limitar los problemas debido a los fenómenos de dilatación diferencial e impedir un calentamiento del fluido refrigerante por el aceite, el cual se encuentra a una temperatura muy superior. En una modalidad de la invención, los medios que forman la barrera térmica comprenden un tubo del conjunto, llamado "tubo inactivo" o "tubo muerto" el cual no está recorrido por ningún fluido y el cual desemboca entre las mamparas dobles de cada uno de los recipientes recolectores. En una otra modalidad de la invención, en la cual las intercalaciones onduladas se proveen entre los tubos del conjunto, los medios que forman la barrera térmica comprenden una región que no está provista de intercalaciones onduladas, la cual se extiende entre dos tubos adyacentes que pertenecen respectivamente a la parte del enfriador de aceite y a la parte del condensador. De acuerdo con una otra característica de la invención, el conjunto y los recipientes recolectores se ensamblan mediante soldadura. De igual manera, el intercambiador de calor combinado de la invención se puede producir de acuerdo con la tecnología conocida de intercambiadores soldados, tal como la utilizada, por ejemplo, en la producción de los condensadores. En la descripción siguiente, hecha a manera de ejemplo, se hace referencia al dibujo anexo, en el que: La figura 1 es una vista en corte longitudinal de un intercambiador de calor combinado de acuerdo con una primera modalidad de la invención; la figura 2 es una vista en corte, a gran escala, de un tubo de la parte del enfriador de aceite; la figura 3 es una vista en corte, a gran escala, de un tubo de la parte del condensador; la figura 4 es una vista parcial en corte longitudinal de un intercambiador combinado de acuerdo con una segunda modalidad de la invención; la figura 5 es una vista parcial en corte longitudinal de un intercambiador del intercambiador de calor combinado de acuerdo con una tercera modalidad de acuerdo con la invención. El intercambiador de calor combinado mostrado en la figura 1 comprende un conjunto 10, llamado cuerpo, compuesto de una multiplicidad de tubos 12 que se extienden paralelamente entre sí y entre los cuales se disponen las intercalaciones onduladas 14 que forman aletas de enfriamiento. Las extremidades de los tubos 12 desembocan, en una extremidad, en un recipiente recolector común 16 y, en una otra extremidad, en un otro recipiente recolector común 18. Dichos dos recipientes recolectores son de configuración tubular y se extienden paralelamente entre sí. Los diferentes componentes del intercambiador de calor, es decir, los tubos 12, las aletas y los recipientes recolectores 16 y 18 son metálicos y se ensamblan entre sí mediante soldadura.

El conjunto se divide en dos partes, una parte A que forma al enfriador de aceite y compuesto de tubos 12a y una parte B que forma al condensador y está compuesta de tubos 12b. Los tubos 12a son adecuados para ser recorridos por el aceite H, tal como el aceite de transmisión para una caja de velocidades automática de vehículo automotriz. Los tubos 12b son adecuados para ser recorridos por un fluido refrigerante R de una instalación de climatización de vehículo automotriz. Se entenderá que dichos fluidos circulan en dos partes diferentes del conjunto y se destinan para ser exploradas por un mismo flujo de aire que limpia al conjunto 10. Los recipientes recolectores 16 y 18 comprenden mamparas aislantes respectivas 20 y 22 para aislar a los dos fluidos entre sí. La mampara 20 divide al recipiente recolector 16 en un compartimento 24 para el aceite (colocado aquí en la parte superior) y un compartimento 26 para el fluido refrigerante (colocado aquí en la parte inferior). De manera correspondiente, la mampara 22 divide ai recipiente recolector 18 en un compartimento 28 para el aceite (colocado aquí en la parte superior) y un compartimento 30 para el fluido refrigerante (colocado aquí en la parte inferior). El aceite que se va a enfriar penetra en el compartimento 24 por un tubo de entrada 32 circula inmediatamente en los tubos 12a mediante un derrame paralelo para llegar el compartimento 28. Inmediatamente después se retira del compartimento 28 a través de un tubo de salida 34.

El compartimento 26 se divide en 2 partes, una parte superior 36 y una parte inferior 38, mediante una mampara 40. De igual manera, el compartimento 30 del recipiente recolector 18 se divide en dos partes, una parte superior 42 y una parte inferior 44, mediante una mampara 46. El fluido refrigerante R penetra al compartimento 36 a través de un tubo 48, el cual circula en una parte de los tubos 12b para llegar al compartimento 42, después circula en sentido inverso para llegar al compartimento 38. Posteriormente, el fluido refrigerante llega al compartimento 44, circulando de nuevo en sentido inverso, y sale del intercambiador de calor a través de un tubo de salida 50. De igual manera, en este ejemplo, el fluido refrigerante R circula de manera alterna de acuerdo con un modo en tres pasos. Es importante que las mamparas de separación 20 y 22 constituyan un aislamiento térmico, considerando que el aceite H se encuentre a una temperatura muy superior a la del fluido refrigerante R. Los tubos 12a y 12b (figuras 2 y 3) son tubos planos con canales múltiples, obtenidos mediante extrusión a partir de una aleación metálica adecuada, generalmente a base de aluminio. En el ejemplo, cada tubo 12a (figura 2) comprende dos canales 52 separados por una mampara 54, mientras que cada tubo 12b (figura 3) comprende cuatro canales separados por tres mamparas 58. Sin embargo, los tubos 12a y 12b tienen la misma sección transversal exterior, lo que permite una estandarización de fabricación, de manera que las extremidades de los tubos se reciben en segmentos idénticos dispuestos en los recipientes recolectores 16 y 18. Los tubos 12a y 12b tienen diámetros hidráulicos DH, respectivamente DHa y DHb. Se recordará aquí que el diámetro hidráulico DH de un tubo se define por la fórmula DH=4S/P, en la que S designa el aire de la sección interna del tubo (expresada aquí en mm2) y P al perímetro interno, llamado "perímetro humedecido", del tubo (expresado aquí en mm). Los tubos 12a y 12b tienen de igual manera características adecuadas que permiten adaptarlos respectivamente al enfriamiento del aceite y al enfriamiento del fluido refrigerante. El hecho de que los tubos 12a tengan menos canales (y por lo tanto menos mamparas) que los tubos 12b, el diámetro hidráulico de los tubos 12a se incrementa, lo que permite reducir de manera importante la pérdida de carga generada por la circulación del aceite en los tubos 12a. De acuerdo con la invención, el producto DHa X DHb presenta un valor que se encuentra en un intervalo definido por la desigualdad siguiente: 0.8 mm2 < DHa x DHb < 3.00 mm2 en donde se respeta dicha desigualdad, se obtiene un ¡ntercambiador de calor combinado en el que la energía térmica intercambiada al nivel de cada uno de Jos fluidos es óptima, limitando la pérdida de carga de la circulación de aceite. Como se indica anteriormente, el hecho de que los tubos 12a y 12b sean recorridos por los fluidos a temperaturas diferentes, los fenómenos de dilatación diferencial tienen el riesgo de tener y de originar problemas, particularmente en el nivel de las uniones de soldadura entre los tubos y los recipientes recolectores. En la modalidad de la figura 1 , se prevén mamparas 20 y 22 particularmente aislantes que, ventajosamente, pueden ser mamparas dobles. Se hace referencia actualmente a la figura 4, la cual muestra una otra modalidad de la invención con medios que forman la barrera térmica entre los tubos 12a y los tubos 12b. En dicha modalidad, el conjunto 10 comprende un tubo inactivo 12i, llamado "tubo muerto", el cual no se recorre por ningún fluido y que desemboca entre una mampara doble 20 del recipiente recolector 16 y una mampara doble 22 del recipiente recolector 18. El ¡ntercambiador de calor de la figura 5 comprende otros medios que forman la barrera térmica. Debido a lo anterior, el conjunto se dispone de manera que comprenda una región 60 deprovista de interconexiones onduladas, que se extienden entre las partes A y B del conjunto, es decir entre dos tubos adyacentes 12a y 12b que pertenecen a dichas dos partes A y B. En una modalidad, los tubos 12a y 12b tienen cada uno una longitud de 600 mm. El diámetro hidráulico DHa de cada uno de los tubos 12a es igual a 1.6, en tanto que el diámetro hidráulico DHb de cada uno de los tubos 12b es igual a 1.313, el producto DHa X DHb siendo de esta forma igual a 2.1.

Queda entendido que la invención no se limita a las modalidades descritas anteriormente y se extiende a otras variantes.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- El intercambiador de calor combinado comprende un conjunto (10) de tubos (12) unidos a ios recipientes recolectores (16, 18) y divido en una parte (A) que forma al enfriador de aceite en donde los tubos (12a) son adecuados para ser recorridos por el aceite (H) y una parte (B) que forma al condensador, en donde los tubos (12b) son adecuados para ser recorridos por un fluido refrigerante (R), caracterizado porque los tubos (12a) de la parte del enfriador de aceite (A) y los tubos (12b) de la parte del condensador (B) son diferentes y poseen diámetros hidráulicos respectivos (DHa, DHb) unidos por la desigualdad siguiente: 0,8 mm2 < DHa x DHb < 3,00 mm2, en donde el diámetro hidráulico (DH) de un tubo se define por la fórmula DH=4S/P, en la que S define al aire de la sección del tubo (expresada en mm2) y P al perímetro interno, o "perímetro humedecido", del tubo (expresado en mm).

2.- Un intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los tubos (12a, 12b) del conjunto (10) son tubos de canales múltiples.

3.- Un intercambiador de calor de conformidad con una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado además porque el diámetro hidráulico (DHa) de los tubos (12a) de la parte del enfriador de aceite (A) es superior al diámetro hidráulico (DHb) de los tubos (12b) de la parte del condensador (B).

4.- Un intercambiador de calor de conformidad con una de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado además porque el número de canales (52) de los tubos (12a) de la parte dei enfriador de aceite (A) es inferior al número de canales (56) de los tubos (12b) de la parte del condensador (B).

5.- Un intercambiador de calor de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque los tubos (12a), (12b) del conjunto de obtienen por extrusión.

6.- Un intercambiador de calor de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque los recipientes recolectores (16, 18) comprenden cada uno una mampara de separación (20, 22) para aislar al aceite (H) que circula en la parte del enfriador de aceite (A) y el fluido refrigerante (R) que circula en la parte del condensador (B).

7.- Un intercambiador de calor de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado además porque los medios que forman a la barrera térmica se proveen entre los tubos (12a) de la parte del enfriador de aceite (A) y los tubos (12b) de la parte del condensador (B).

8.- Un intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque los medios que forman a la barrera térmica comprenden un tubo (12i) del conjunto, llamado "tubo inactivo" o "tubo muerto", que no se recorre por ningún fluido y que desemboca entre las mamparas dobles (20, 22) de cada uno de los recipientes recolectores (16, 18). 1

9.- Un intercambiador de calor de conformidad con la reivindicación 7, en el que las intercalaciones onduladas (14) se proveen entre los tubos del conjunto, caracterizado además porque los medios que forman a la barrera térmica comprenden una región (60) deprovista de intercalaciones onduladas, que se extienden entre dos tubos adyacentes (12a, 12b) y pertenece respectivamente a la parte del enfriador de aceite y a la parte del condensador.

10.- Un intercambiador de calor de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado además porque el conjunto (10) de tubos (12) y los recipientes recolectores (16, 18) se ensamblan mediante soldadura.