PT775876E

PT775876E - Cor+o de aquecimento misto de serpentina com seccao transversal complexa

Info

Publication number: PT775876E
Application number: PT96402475T
Authority: PT
Inventors: Vuillaume Francoise; Gabrieli Claude
Original assignee: Leblanc Sa E L M
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 2001-11-30
Also published as: DE69613944D1; EP0775876A1; FR2741426B1; EP0775876B1; FR2741426A1; ATE203317T1; DE69613944T2; ES2159001T3

Description

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DESCRICÂO “Corpo de aquecimento misto de serpentina com secção transversal complexa”” O presente invento refere-se a aperfeiçoamentos introduzidos nos corpos de aquecimento de caldeiras, nomeadamente de aquecimento central a gás. Estas caldeiras de utilização doméstica ou industrial devem fornecer ao utilizador, tanto a água quente sanitária cuja temperatura não deve ultrapassar os 65°C, como a água quente de aquecimento que é posta a circular em circuito fechado no seio da rede de aquecimento central da habitação.

Estes corpos de aquecimento são denominados vulgarmente corpos de aquecimento mistos porque dispõem de dois circuitos de água separados, um para a água sanitária e o outro para a água de aquecimento, que são tornados solidários de maneira a que exista entre os mesmos um contacto térmico íntimo. Geralmente trata-se de circuitos tubulares dispostos um no interior do outro, e tendo quer meios para realizar as pontes térmicas entre os dois circuitos, quer circuitos tubulares separados mas achatados e encostados um contra o outro. Estes corpos de aquecimento dispõem aliás de um feixe de aletas encarregadas de transmitir aos circuitos tubulares o fluxo térmico veiculado pelos fumos resultantes da combustão no seio de um queimador colocado na parte inferior do corpo de aquecimento. O documento EP-A-0 401 543 descreve um permutador de calor, nomeadamente para aquecer água, de combustível líquido ou gasoso que tem pelo menos um tubo externo que transporta um fluído portador de calor e contém pelo menos um tubo interno de diâmetro mais pequeno que transporta um segundo fluído portador de calor em permuta térmica com o primeiro, assim como meios para assegurar um apoio sem folgas do tubo interno contra o tubo externo.

Uma limitação principal que actua sobre este tipo de permutador reside principalmente no facto de que os diferentes circuitos de água circulam alternadamente. Cada um dos circuitos em circulação deve ser capaz de evacuar a totalidade das calorias presentes nos fumos, sem que no outro circuito estagnado a temperatura ou a pressão subam exageradamente.

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Actualmente, os regulamentos normativos impõem limiares de temperatura a não ultrapassar, principalmente no circuito de aquecimento da água sanitária, sendo esta barreira muito difícil de respeitar com o tipo de corpo de aquecimento conhecido na arte anterior.

Contudo, a fim de cumprir estas normas, os construtores do corpo de aquecimento misto resolvem este problema incorporando na instalação dispositivos dissipadores que complicam notavelmente a estrutura do permutador. Uma outra maneira de resolver este problema é impor ao circuito da água de aquecimento recirculações em circuito fechado no seio da caldeira quando da tiragem da água sanitária. Esta solução obriga a que exista no circuito de aquecimento uma válvula de três vias e uma tubagem de ligação, o que aumenta o preço do fabrico e da manutenção. O presente invento tem portanto por objecto remediar estes inconvenientes propondo um corpo de aquecimento que dispõe simultaneamente de um circuito de aquecimento da água sanitária e de um circuito de água de aquecimento central, estando estes circuitos imbricados um no outro mas dispondo de uma optimização ao nível dos escoamentos e das permutas térmicas no seio do permutador. O invento tem por objecto, em primeiro lugar, um processo de elaboração deste tipo de corpo de aquecimento misto, caracterizado por incluir: - um primeiro passo que consiste em fazer duas meias caixas, tendo cada meia caixa essencialmente uma pluralidade de primeiros elementos que se prolongam sob a forma de tubos semicilíndricos ou semi-ovais, preferivelmente num número de cinco a oito, dispostos em paralelo e ligados em cada uma das suas extremidades a um alimentador, sendo estes diversos elementos feitos, conforme os casos, de cobre ou aço inoxidável; - um segundo passo que consiste no fabrico de uns segundos elementos destinados à circulação da água do circuito de aquecimento sanitário; - um terceiro passo que consiste em dispor, no seio das meias caixas constituídas essencialmente por primeiros elementos ligados nas suas extremidades a alimentadores, a serpentina de segundos elementos;

86 164 ΕΡ Ο 775 876/ΡΤ 3 - um quarto passo que consiste em interpor entre os planos de juntas delimitados pelas meias caixas inferior e superior, umas varetas de solda forte e em colocar por cima dos tubos cilíndricos ou ovais dos primeiros elementos, uma pluralidade de aletas, e em reconduzir os bordos rebatidos das aletas inicialmente perpendiculares por cima dos tubos de modo a formar um corpo de aquecimento misto manipulável, solidário mecanicamente; - um quinto passo que consiste em colocar na base das aletas e em contacto com os primeiros elementos que formam o corpo de aquecimento, umas varetas de solda forte e em dispor o conjunto num forno de soldadura forte que funciona vantajosamente em ambiente neutro ou redutor.

Em segundo lugar o invento tem por objecto um corpo de aquecimento misto obtido por aplicação do processo acima especificado e que apresenta as características definidas na reivindicação 7.

Outras características e vantagens do presente invento serão postas em evidência na descrição feita a seguir em referência aos desenhos juntos que mostram um exemplo de concretização destituído de qualquer carácter limitativo. Nos desenhos: a fig. 1 é uma vista em perspectiva com arrancamento, que mostra a montagem, numa caldeira de parede, de um corpo de aquecimento misto de acordo com o invento; a fig. 2 é uma vista em perspectiva de um corpo de aquecimento misto de acordo com o invento; a fig. 3 é uma vista em corte e em alçado lateral de um corpo de aquecimento misto de acordo com o invento; a fig. 4 é uma vista em corte e em alçado principal da fig. 3.

De acordo com uma concretização preferida do corpo de aquecimento misto 1, objecto do invento, este tem uma pluralidade de primeiros elementos 2 feitos com a forma de um tubo de secção transversal circular ou oval, em cujo seio são incorporados múltiplos segundos elementos 3 que se apresentam com a forma de 86 164 ΕΡ Ο 775 876/ΡΤ 4

um tubo de secção transversal complexa, tal como nomeadamente em cruz, em X, em Y. O primeiro elemento 2 constitui o circuito de aquecimento, a água de aquecimento circula nas secções delimitadas entre as paredes exteriores 4 do tubo de secção transversal complexa e a parede interior 5 do primeiro elemento 2. O segundo elemento 3 constitui o circuito de aquecimento sanitário, correndo a água sanitária no interior da secção transversal complexa.

De acordo com uma característica vantajosa, a montagem do segundo elemento 3 no primeiro elemento 2 delimita uma pluralidade de geratrizes de contacto 6 entre o tubo de secção transversal complexa 3 e o tubo externo 2; estas geratrizes de contacto 6 são tornadas solidárias ao nível dos primeiros elementos 2 e dos segundos 3 por intermédio de meios conhecidos tais como nomeadamente uma operação de soldadura forte ou de soldadura, a fim de fazer ao nível destas geratrizes pontes térmicas.

Graças a esta montagem entre estes dois elementos 2 e 3, quando do funcionamento sanitário, o fluxo térmico move-se em grande parte directamente por condução entre a água sanitária e o material em contacto com os fumos, sem utilizar excessivamente o circuito de água de aquecimento como fluído portador de calor.

De acordo com outra característica vantajosa do invento, o perfil complexo do segundo elemento 3 garante que este dispõe de uma superfície de permuta suficiente para permitir evacuar a totalidade da potência térmica fornecida pelo queimador 7, posicionado na sua parte inferior.

Por outro lado, a montagem especial entre os primeiros elementos 2 e os segundos 3 assegura que, quando do funcionamento do aquecimento central, a temperatura da parede dos canais periféricos 8 - sendo estes delimitados pelo primeiro elemento e pelas zonas de ligação do segundo elemento - atinja, ao nível da sua secção molhada, uma temperatura homogénea e muito próxima da temperatura do primeiro elemento, o que permite atingir, devido ao elevado coeficiente de permuta e à importante superfície desenvolvida, o nível de rendimento no sector de aquecimento exigido pelas normas.

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As limitações de industrialização e fabrico de uma caldeira de aquecimento central equipada com um corpo de aquecimento misto 1 de acordo com o invento exigem, dimensionar com o maior rigor o circulador ou o acelerador montado no circuito de aquecimento. A potência deste último é calculada de modo a compensar as perdas de carga hidráulicas do conjunto do circuito. No que se refere às perdas de carga, estas são compensadas não só ao nível da tubagem e dos irradiadores que constituem a instalação de aquecimento central mas também ao nível da caldeira e de modo muito particular ao nível do corpo de aquecimento, principalmente nos tubos que formam os primeiros elementos 2 e os segundos 3.

Estes primeiros elementos 2 e segundos 3, cujo diâmetro hidráulico é optimizado de modo a diminuir o volume do corpo de aquecimento 1, geram a maior parte das perdas de carga hidráulica e, para reduzir ao mínimo a potência instalada do circulador, os primeiros elementos 2 do circuito de aquecimento central são ligados a uns alimentadores 9, 10 colocados de um e do outro lado do permutador. A circulação da água de aquecimento central efectua-se em paralelo no seio destes alimentadores, de modo a garantir um débito idêntico em cada um dos canais 8.

Por outro lado, a circulação da água sanitária é feita em série e sucessivamente no seio da pluralidade de segundos elementos 3.

De acordo com um processo de elaboração de um corpo de aquecimento 1 de acordo com o invento, este compreende uma sucessão de passos que se dividem em: - um primeiro passo que consiste em fazer duas meias caixas 11, 12. Cada meia caixa 11, 12 compreende essencialmente uma pluralidade de primeiros elementos 2 que se prolongam com a forma de tubos semicilíndricos ou semi-ovais, preferivelmente num número de cinco a oito, dispostos em paralelo e ligados em cada uma das suas extremidades a um alimentador 9, 10. Estes vários elementos são feitos, conforme os casos, em cobre ou aço inoxidável.

De acordo com um primeiro modo de obtenção, estas meias caixas 11, 12 são feitas directamente por embutimento de uma chapa metálica, ficando

86 164 ΕΡ Ο 775 876/ΡΤ 6 entendido que existem dois cunhos diferentes respectivamente em função da obtenção de uma meia caixa superior e de uma meia caixa inferior.

De acordo com uma segunda concretização, os diversos elementos (os primeiros elementos 2 semicilíndricos ou semi-ovais, os meio alimentadores laterais 9, 10) são feitos separadamente, nomeadamente por embutimento, e são solidarizados por meio de uma segunda operação que consiste, por exemplo, numa fase de soldadura ou de soldadura forte.

As meias caixas 11, 12 inferior e superior diferem uma da outra principalmente pelo facto de uma delas dispor, na parede externa dos alimentadores laterais 9, 10, de orifícios 13 que permitem a ligação aos vários circuitos de aquecimento sanitário e aquecimento central. - Um segundo passo consiste no fabrico dos segundos elementos 3 destinados à circulação da água do circuito de aquecimento sanitário.

Estes segundos elementos 3, cuja secção transversal é complexa, nomeadamente de perfil cruciforme, são obtidos a partir de tubos cilíndricos fornecidos em coroa, quer por meio de um ciclo de perfilamento em cruz e depois dobragem destes últimos de maneira a fazer uma sucessão de ganchos que formam uma serpentina, quer por dobragem do tubo cilíndrico seguido de um passo de hidroformação.

Estes processos de elaboração dos segundos elementos 3 permitem obter uma espessura constante a todo o comprimento da serpentina, o que garante a ausência de pontos fracos quanto à corrosão.

Também é de notar que o recurso a uma serpentina monobloco suprime todas as ligações com solda forte entre o circuito de aquecimento da água sanitária e o circuito de aquecimento da água de aquecimento central. - Um terceiro passo consiste em dispor, no seio das meias caixas 11, 12 constituídas essencialmente por primeiros elementos 2 ligados nas suas extremidades a uns alimentadores 9, 10, a serpentina de segundos elementos 3.

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Vantajosamente, a serpentina é disposta na meia caixa inferior 12 porque esta última tem os orifícios 13 de ligação aos diversos circuitos. - Um quarto passo consiste em interpor entre os planos de juntas 14 delimitadas pelas meias caixas 11, 12 inferior e superior, umas varetas de solda forte 15 e em colocar por cima dos tubos cilíndricos ou ovais dos primeiros elementos 1, uma pluralidade de aletas 16 e em reconduzir os bordos rebatidos das aletas inicialmente perpendiculares por cima dos tubos de modo a formar um corpo de aquecimento misto 1 manipulável, solidário mecanicamente. - Um quinto passo consiste em posicionar na base das aletas 16 e em contacto com os primeiros elementos 2 que formam o corpo de aquecimento, umas varetas de solda forte e em colocar o conjunto num forno de soldadura forte que funciona vantajosamente em ambiente neutro ou redutor.

Ao saírem deste forno, os permutadores estão prontos para alimentar a cadeia de montagem das caldeiras sem se recorrer a passos ulteriores para a montagem de ligações, cotovelos vários, alimentadores, etc..

De acordo com outra concretização da montagem do corpo de aquecimento objecto do invento, o passo de soldadura denominada “forte” é substituído por um passo de soldadura denominada “macia”, que consiste essencialmente numa fase de estanhagem por imersão. O corpo de aquecimento 1 inteiro é mergulhado num banho de estanho de modo a dispor, por um lado, uma película de estanho que protege o permutador contra a corrosão e, por outro lado, mantendo no material de construção do conjunto, tal como o cobre, o seu carácter martelado, evitar que as aletas 16 se deformem facilmente quando das manipulações.

De acordo com outra concretização das aletas, estas em vez de terem a forma de aletas separadas, apresentam-se sob a forma de um harmónio. O corpo de aquecimento tal como descrito anteriormente, permite uma permuta térmica perfeita entre os fluídos contidos nos dois circuitos, por intermédio de uma superfície de permuta importante entre as condutas, obtida devido à sua disposição relativa. 8 86 164 ΕΡ Ο 775 876/ΡΤ

Aliás, a ausência de cotovelos aplicados em cada um dos circuitos, sendo as mudanças de direcção obtidas por dobragem dos tubos dos diferentes circuitos, simplifica o modo de fabrico do permutador, sem soldadura forte nem soldaduras, o que evita o risco de fugas.

Lisboa, Asa 2001

Por E.L.M. LEBLANC O AGQSITE OFICIAL - AJUNTO

Efíg/ANTÔNIO JÔ&O DA cunha fM-ira Àg, Of, fr, Ind m&m u§í3õa

Claims

86 164 ΕΡ Ο 775 876/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo de elaboração de um corpo de aquecimento misto, caracterizado por incluir: - um primeiro passo que consiste em fazer duas meias caixas (11, 12), tendo cada meia caixa (11, 12) essencialmente uma pluralidade de primeiros elementos (2) que se prolongam sob a forma de tubos semicilíndricos ou semi-ovais, preferivelmente num número de cinco a oito, dispostos em paralelo e ligados em cada uma das suas extremidades a um alimentador (9, 10), sendo estes vários elementos feitos, conforme os casos, de cobre ou aço inoxidável; - um segundo passo que consiste no fabrico de uns segundos elementos (3) destinados à circulação da água do circuito de aquecimento sanitário; - um terceiro passo que consiste em dispor, no seio das duas meias caixas (11, 12) constituídas essencialmente por primeiros elementos (2) ligados nas suas extremidades a uns alimentadores (9, 10), a serpentina de segundos elementos (3) ; - um quarto passo que consiste em interpor entre os planos de juntas (14) delimitados pelas meias caixas (11, 12) inferior e superior, umas varetas de solda forte (15) e em colocar por cima dos tubos cilíndricos ou ovais dos primeiros elementos (2), uma pluralidade de aletas (16), e em reconduzir os bordos rebatidos das aletas inicialmente perpendiculares por cima dos tubos de modo a formar um corpo de aquecimento misto (1) manipulável, solidário mecanicamente; - um quinto passo que consiste em colocar na base das aletas (16) e em contacto com os primeiros elementos (2) que formam o corpo de aquecimento, umas varetas de solda forte e em dispor o conjunto num forno de soldadura forte que funciona vantajosamente em ambiente neutro ou redutor.
2 - Processo de elaboração de um corpo de aquecimento misto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o passo de soldadura denominada “forte” ser substituído por um passo de soldadura denominada “macia”, consistindo essencialmente numa fase de estanhagem por imersão.

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3 - Processo de elaboração de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por as aletas (16) separadas serem substituídas por aletas com a forma de harmónio.
4 - Processo de elaboração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por as meias caixas (11, 12) serem feitas directamente por embutimento de uma folha metálica.
5 - Processo de elaboração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por os primeiros elementos (2) semicilíndricos ou semi-ovais e os meios alimentadores laterais (9, 10) serem elaborados separadamente, nomeadamente por embutidura, e serem solidarizados por meio de uma segunda operação que consiste numa fase de soldadura ou de soldadura forte.
6 - Processo de elaboração de um corpo de aquecimento de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por os segundos elementos (3), cuja secção transversal é complexa, nomeadamente de perfil cruciforme, serem obtidos a partir de tubos cilíndricos fornecidos em coroa, quer por meio de um ciclo de perfilamento em cruz e depois dobragem destes últimos de maneira a fazer uma sucessão de ganchos que formam uma serpentina, quer por dobragem do tubo cilíndrico seguido de um passo de hídroformação.
7 - Corpo de aquecimento misto (1) obtido através do processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, que tem um circuito de aquecimento sanitário e um circuito de aquecimento central, estando estes últimos dispostos um no interior do outro, que compreende umas meias caixas superior e inferior (11, 12) que têm cada uma pluralidade de primeiros elementos (2) para o circuito de aquecimento central, ligados pelas suas extremidades a uns alimentadores (9, 10) e no seio dos quais serpenteia uma pluralidade de segundos elementos (3), destinados ao circuito de aquecimento sanitário, desembocando estes segundos elementos (3) igualmente nos referidos alimentadores (9, 10), circulando a água de aquecimento nas secções delimitadas entre as paredes exteriores (4) do tubo que forma os segundos elementos (3) e a parede interior (5) dos primeiros elementos (2), caracterizado por as meias caixas (11, 12) inferior e superior, que formam os primeiros elementos (2) que se prolongam com a forma de tubos semicilíndricos ou semi-ovais, diferirem uma da outra principalmente pelo facto de uma delas dispor, 86 164 ΕΡ Ο 775 876/ΡΤ 3/3 na parede externa dos alimentadores laterais (9, 10), de orifícios (13) que permitem a ligação aos vários circuitos de aquecimento sanitário e de aquecimento central.
8 - Corpo de aquecimento misto de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os segundos elementos (3) se apresentarem com a forma de tubos de secção transversal complexa tal como, nomeadamente, em cruz, em X, em Y.
9 - Corpo de aquecimento misto de acordo com uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado por o perfil complexo dos segundos elementos (3) garantir que estes dispõem de uma superfície de permuta suficiente para permitir evacuar a totalidade da potência térmica fornecida pelo queimador (7), posicionado na sua parte inferior.
10 - Corpo de aquecimento de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 9, caracterizado por a circulação da água de aquecimento central se efectuar em paralelo no seio dos alimentadores (9, 10), de modo a garantir um débito idêntico em cada um dos canais (8), sendo a circulação da água sanitária realizada em série e sucessivamente no seio da pluralidade dos segundos elementos (3). Lisboa, ÃG0 200í Por E.L.M. LEBLANC -°AGE^§HÍWO