BR112015031962B1 - Trocador de calor, em particular para as malhas ou circuitos de climatização dos veículos - Google Patents

Abstract

TROCADOR DE CALOR, EM PARTICULAR PARA AS MALHAS OU CIRCUITOS DE CLIMATIZAÇÃO DOS VEÍCULOS A invenção se refere a um trocador de calor (1) que compreende pelo menos um tubo (7) de passagem de fluido F e pelo menos um coletor (5) munido de uma tampa (11) que fecha, depois de montagem, uma abertura longitudinal (10) de uma placa coletora (9) que opera junto com a dita tampa (11) para formar o coletor, o dito tubo (7) sendo destinada a formar um elemento de conexão do trocador e compreendendo uma extremidade em parte engastada entre a dita tampa (11) e a dita placa coletora (9) ao nível de um orifício (17) de passagem do dito fluido F no coletor.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um trocador de calor, em particular para as malhas ou circuitos de climatização dos veículos.

[0002] Ainda que não exclusivamente, os trocadores térmicos em questão são destinados a equipar veículos e correspondem, em uma aplicação preferencial, aos condensadores previstos nas malhas ou circuitos de climatização dos veículos. No entanto, outras aplicações desses trocadores térmicos podem também ser consideradas sem sair do âmbito da invenção.

[0003] Geralmente, um trocador de calor para uma tal malha térmica compreende um feixe de tubos paralelos e dois coletores nos quais são conectadas, de modo fixo e estanque, as extremidades correspondentes dos tubos. Assim, o fluido frigorígeno que circula dentro da malha, pode circular do coletor a montante voltado para um compressor, para um coletor a jusante, através dos tubos que fazem passar o fluido da fase vapor para a fase líquida por um fluxo de ar forçado externo, que varre os tubos dos quais a superfície, aumentada pela adição de perturbadores ou intercalações entre os tubos, otimiza a troca térmica.

[0004] No caso que interessa aqui, os trocadores são do tipo obtido por brasagem e os coletores utilizados nesse caso podem ser projetados em duas partes, e são designados pela expressão “coletor ou caixa coletora bipartida”.

[0005] Esse tipo de coletor, do qual a forma é globalmente tubular, compreende: • uma placa coletora de parede aberta longitudinalmente e provida de fendas destinadas às extremidades correspondentes dos tubos paralelos de circulação do fluido; e • uma tampa que fecha, depois de montagem, a abertura longitudinal da placa coletora e na parede da qual é previsto pelo menos um orifício de entrada e/ou de saída do fluido.

[0006] Por consequência, para assegurar a ligação entre cada coletor e um conduto da malha considerada, um flange de conexão é adaptado sobre o coletor. Em certas configurações, em particular em certos compartimentos de motor de veículo especialmente carregados, a implantação de um tal flange adaptado ao coletor é difícil, e mesmo não pode ser considerada. Já foi assim proposto montar sobre o coletor tubos que permitem desviar o flange do trocador. As soluções já propostas para unir tais tubos ao coletor antes de brasagem não são no entanto inteiramente satisfatórias, em especial no caso de coletores bipartidos.

[0007] A presente invenção tem como objetivo corrigir esse inconveniente.

[0008] Para isso, o trocador de calor de acordo com a invenção compreende pelo menos um tubo de passagem de fluido e pelo menos um coletor munido de uma tampa que fecha, depois de montagem, uma abertura longitudinal de uma placa coletora que opera junto com a dita tampa para formar o coletor.

[0009] De acordo com a invenção, o dito tubo é destinado a formar um elemento de conexão do trocador e compreende uma extremidade em parte engastada entre a dita tampa e a dita placa coletora ao nível de um orifício de passagem do dito fluido no coletor.

[0010] É possível desse modo realizar uma pré-montagem simples e confiável do tubo e do trocador, antes de brasagem. O dito tubo é adaptado sobre o dito trocador, o que permite realizar a conexão do trocador em desvio do coletor.

[0011] A dita placa coletora é vantajosamente configurada para realizar o engaste de bordas externas do dito tubo sobre a dita tampa colocando para isso a mesma em comunicação de fluido com o dito orifício de passagem.

[0012] De acordo com outras características da invenção que poderão ser tomadas sozinhas ou em combinação: • o dito tubo é provida na outra de suas extremidades de um elemento de conexão para a conexão do trocador; • o engaste do dito tubo sobre a dita tampa é realizado por aplicação de bordas paralelas que delimitam a abertura longitudinal da placa coletora contra as ditas bordas externas do tubo, • as ditas bordas externas são provenientes de uma deformação, em particular regular da extremidade do tubo, • as ditas bordas externas são complementares da tampa, • o dito tubo compreende um flange conformado para se aplicar face contra face, pelo menos por uma parte do dito flange sobre a tampa, o dito flange compreendendo as ditas bordas externas, • o dito flange e/ou as ditas bordas externas são dobrados, • o dito flange é adaptado a uma peça tubular que forma um corpo principal do tubo, por exemplo o flange pode ser rebitado, engastado, deformado a quente ou a frio sobre o corpo principal, • o dito flange e/ou as ditas bordas externas compreendem uma simples ou uma dupla espessura, a saber dobrado sobre si mesmo no último caso, • a espessura do dito flange ou das ditas bordas externas corresponde substancialmente àquela da tampa, por exemplo compreendida entre 0,8 e 1,2 mm, • a tampa compreende um colar que delimita o dito orifício de passagem, destinado a ser recebido pela dita extremidade do tubo, • o dito colar tem uma espessura de parede reduzida em relação àquela da dita tampa da qual o colar é proveniente, de maneira a maximizar a seção do dito orifício de circulação de fluido na direção e/ou a partir da passagem interna do dito tubo e limitar as perdas de carga interna de passagem do fluido, • a dita extremidade do tubo é alargada, em particular para receber o dito colar, • a dita placa coletora é provida de fendas destinadas aos tubos paralelos para circulação de fluido, • a parede da placa coletora é munida de batentes internos configurados para receber as bordas longitudinais da dita tampa e permitir uma colocação no lugar apropriada de pré-montagem da tampa sobre a placa coletora, • a seção transversal da dita placa coletora é substancialmente em forma de U na abertura do qual é introduzida a dita tampa, também de seção transversal substancialmente em forma de U, • a dita placa coletora e a dita tampa são montadas pés com cabeça, • a face exterior da parede da dita tampa é revestida com um revestimento destinado à brasagem de montagem ulterior da dita tampa com a dita placa coletora e o dito tubo.

[0013] De acordo com um aspecto da invenção, o dito trocador de calor compreende dois coletores ligados entre si por um feixe de tubos paralelos para a circulação do dito fluido. Pelo menos um dos ditos coletores, e mesmo os dois, são tais como definidos acima.

[0014] A invenção se refere também a um método de montagem de um trocador de calor que compreende as etapas que consistem em: • conformar o tubo de conexão de modo complementar à superfície externa da tampa ao nível do orifício de passagem do fluido no coletor, • posicionar o tubo sobre o orifício de passagem de fluido da tampa, e depois • rebater as abas laterais da placa coletora sobre a tampa para fechar a tampa sobre a placa coletora e engastar o tubo na tampa, permitindo desse modo uma pré-montagem do trocador antes de sua montagem, por exemplo por brasagem ou indução.

[0015] Outras características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição que se segue de exemplos de realização dados a título ilustrativo em referência às figuras anexas. Nessas figuras: • a figura 1 é uma vista em corte longitudinal parcial de um trocador de calor de acordo com um modo de realização da invenção; • a figura 2 é uma vista em corte de acordo com a linha A-A do coletor e do tubo do trocador de calor da figura 1; • a figura 3 é uma vista de cima do trocador de calor da figura 1; • as figuras 4 a 6 são vistas de meio-cortes análogos àquele da figura 2 de variantes de realização; • a figura 7 é uma vista em corte transversal do tubo da figura 2; e • a figura 8 é uma vista parcial em corte transversal do tubo de acordo com uma variante de realização.

[0016] É preciso notar que as figuras expõem a invenção de maneira detalhada e que elas podem, evidentemente, servir para melhor definir a invenção se for o caso.

[0017] Finalmente, referências numéricas idênticas são utilizadas para designar elementos idênticos ou análogos.

[0018] Como ilustrado nas figuras 1 a 4, a invenção se refere a um trocador de calor 1 que pode ser, por exemplo, o condensador de uma malha de climatização do habitáculo de um veículo.

[0019] Estruturalmente, o trocador 1 compreende um feixe de tubos paralelos 3 ilustrados de modo parcial e esquemático, dos quais as extremidades são ligadas, de maneira fixa e estanque, a coletores ou caixas coletoras 5 do trocador, respectivamente, a montante e a jusante de acordo com o sentido de circulação do fluido F que circula dentro da malha considerada. Um só dos ditos coletores 5 é representado na figura 1. O dito trocador compreende por outro lado um ou vários tubos 7 de conexão de fluido, por exemplo para a entrada e a saída do fluido do trocador.

[0020] Em especial, os tubos 3 nos quais circula o fluido F têm uma seção transversal oblonga e entre esses últimos são dispostas intercalações não representadas que aumentam a superfície de troca térmica entre o fluido que circula dentro do trocador e o fluxo de ar exterior que atravessa esse último. O interior dos tubos pode também incluir perturbadores que, do mesmo modo que as intercalações, aumentam a superfície de troca térmica e também a resistência mecânica dos tubos. Poderá também se tratar de tubos extrudados. Cada tubo define, por exemplo, uma pluralidade de canais internos, paralelos, de circulação de fluido.

[0021] Os coletores a montante e a jusante 5 podem ser globalmente idênticos e têm uma forma geral tubular. Eles são de tipo “bipartido”, quer dizer que cada um deles se compõe de uma placa coletora 9 e de uma tampa 11 de fechamento.

[0022] Como pode ser visto na figura 2, a placa coletora 9 tem substancialmente uma seção transversal em U arredondado e sua parede 9a define assim um fundo 9b prolongado por dois ramos ou abas laterais 9c, paralelos dos quais as bordas de extremidade 9d delimitam uma abertura longitudinal 10 obturada pela tampa 11. No fundo 9b da placa coletora são feitas fendas oblongas 12 ao longo de todo esse último, nas quais são recebidas as extremidades correspondentes dos tubos paralelos 3.

[0023] A tampa 11 apresenta, ela também, uma seção transversal substancialmente em U da qual a parede 11a forma um fundo 11b ligeiramente côncavo prolongado por ramos ou abas laterais 11c, paralelos mais curtos do que aqueles 9c da placa coletora. A dimensão, em particular em largura da tampa 11, é tal que os ramos laterais 11c se ajustam pés com cabeça entre os ramos laterais 9c da placa coletora. As bordas de extremidade 11d dos ramos laterais da tampa podem se aplicar contra batentes salientes 13 previstos no interior da placa coletora.

[0024] O coletor 5 apresenta aqui um plano mediano P de simetria.

[0025] A montagem da tampa 11 e da placa coletora 9 define um espaço interno 15 de coletor no qual é levado a circular o fluido F da malha. A seção transversal do coletor 5 é portanto aproximadamente retangular devido à forma encaixada dos U da placa 9 e da tampa 11, mas poderia ser diferente. Divisórias de extremidade, das quais uma só 14 é representada, são previstas em cada uma das extremidades longitudinais do coletor para fechar o coletor. Divisórias internas 16 poderão ser utilizadas para fazer o fluido circular em várias passagens sucessivas dentro do feixe.

[0026] O fundo 11b da tampa é colocado em comunicação de fluido com um orifício 17, aqui proveniente de um colar 19 da tampa, que delimita a passagem do fluido do coletor para o tubo ou inversamente. O colar 19 é previsto ao nível do fundo 11b da tampa, por exemplo de modo centralizado.

[0027] As figuras mostram a conexão de um só tubo do trocador 1, mas é evidente que poderiam se encontrar nelas duas a várias. Em particular no caso de coletores com divisórias de separação internas 16, poderiam se encontrar dois tubos no mesmo coletor tubular, respectivamente, nas extremidades desse último, na entrada e saída do fluido.

[0028] Assim, o trocador de calor 1 compreende pelo menos um tubo 7 de passagem de fluido F e pelo menos um coletor 5 munido de uma tampa 11 que fecha, depois de montagem, a abertura longitudinal 10 da placa coletora 9 que opera junto com a dita tampa 11 para formar o coletor 5.

[0029] De acordo com a invenção, o dito tubo 7 é destinada a formar um elemento de conexão do trocador, em particular na dita malha de climatização. Para permitir a pré-montagem do tubo ao resto do trocador, antes de brasagem, o dito tubo compreende uma extremidade em parte engastada entre a dita tampa 11 e a dita placa coletora 9 ao nível do orifício 17 de passagem do dito fluido no coletor 5.

[0030] Dito de outro modo, o dito tubo 7 é adaptado sobre o dito trocador, o que permite realizar a conexão do trocador em desvio do coletor, por exemplo por um flange de conexão 22, na outra extremidade do tubo. Em variante, o dito tubo poderá ser ligado a uma garrafa ou reservatório para o dito fluido.

[0031] A dita placa coletora 9 é configurada para realizar, mais precisamente por rebatimento de suas abas laterais 9c sobre as bordas externas 23 do dito tubo, o engaste dessa última sobre a dita tampa 11 colocando a mesma em comunicação de fluido com o dito orifício de passagem 17 da tampa.

[0032] As ditas bordas externas 23 são, por exemplo, provenientes de uma deformação em particular regular da borda de abertura do tubo. Essa deformação pode resultar de uma conformação da borda, tal como um estiramento periférico da borda por rolagem. Essa deformação poderá diminuir a espessura da borda, de modo que seja útil dobrá-la, em particular em duas dobras aplicada suma sobre a outra, para aumentar a espessura de junção da borda com a tampa e assim como a rigidez mecânica da ligação das ditas bordas à tampa seja suficiente, em particular homogênea às outras partes do trocador. Em especial, a espessura das ditas bordas externas 23, como ilustrado na figura 7, corresponde substancialmente àquela da parede 11a de tampa. Ela é por exemplo compreendida ente 0,8 e 1,2 mm.

[0033] O dito tubo poderá compreender um flange 21 conformado para se aplicar, pelo menos por uma parte do flange, de modo plano sobre a tampa 11. A superfície de contato do dito flange com a tampa, em seu posicionamento no nível do orifício 17 de passagem do fluido, pode ser recurvada, de modo complementar à superfície externa correspondente da tampa. O dito flange 21 tem aqui uma espessura dupla, com uma dobra rebatida, como está bem visível na figura 2, mas ele poderia ser de espessura simples como representado na figura 4. Ele é aqui moldado solidariamente.

[0034] O dito flange 21 poderá também ser fixado adaptado a uma peça tubular 18 que forma o corpo principal do tubo 7, como representado na figura 8, em particular ao nível de sua extremidade. O flange 21 pode ser rebitado, engastado, deformado a quente ou a frio sobre o corpo principal 18 do tubo.

[0035] Nesses diferentes modos de realização, as ditas bordas externas 23 estão situadas ao nível do dito flange 21, em uma porção angular desse último.

[0036] A tampa 11 compreende aqui, assim como precitado, um colar 19 que delimita o dito orifício de passagem 17 destinado a ser recebido pela dita abertura de extremidade do tubo, mas um tal colar pode ser suprimido como representado nas figuras 5 e 6. O dito flange 21 do tubo é nesse caso aplicado diretamente sobre a tampa em torno do orifício de passagem 17 da tampa.

[0037] A dita extremidade do tubo pode ser alargada, como no exemplo da figura 1, para ser montada em torno do colar 19.

[0038] As ditas bordas externas 23 são aqui as partes arredondadas opostas do flange 21 que são as mais afastadas do plano mediano P do coletor. As ditas bordas externas poderiam também ser de superfície extensa, por exemplo em forma de orelha que oferece mais superfície para a preensão de engaste entre a placa coletora 9 e a tampa 11.

[0039] O dito colar 19 tem aqui uma espessura de parede reduzida em relação àquela da dita tampa 11, de maneira a maximizar a seção do dito orifício 17 de circulação de fluido e limitar as perdas de carga interna de passagem do fluido.

[0040] Como já mencionado, para obter uma colocação no lugar apropriada de pré-montagem da tampa 11 sobre a placa coletora 9, a parede 9a dessa última é aqui unida de batentes internos 13 configurados para receber as bordas longitudinais 11d da dita tampa.

[0041] A face exterior da parede 11a da dita tampa é revestida com um revestimento de matéria destinado à brasagem de montagem ulterior da dita tampa com a placa coletora e o tubo.

[0042] Um método de montagem de um trocador de calor de acordo com a invenção, que compreende um só tubo 7 de conexão, é agora descrito.

[0043] O método compreende essencialmente as etapas que consistem em conformar o tubo 7 de conexão ao trocador com bordas externas 23 complementares da superfície externa da tampa 11 ao nível do orifício 17 de passagem do fluido no coletor, posicionar o tubo 7 sobre o orifício 17 de passagem de fluido da tampa, e depois rebater as abas laterais 9c da placa coletora sobre a tampa para fechar a tampa sobre a placa coletora e engastar o tubo à tampa permitindo desse modo uma pré-montagem do trocador antes de sua montagem. Essa última é realizada por exemplo, por passagem dentro de um forno de brasagem.

[0044] A invenção traz assim uma solução de conexão para os trocadores de calor, em particular do tipo “bipartido” em certas configurações, em particular carregadas, onde a implantação de um flange adaptado ao coletor é difícil, e mesmo não pode ser considerada.

Claims (10)

1. Trocador de calor (1) caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um tubo (7) de passagem de fluido F e pelo menos um coletor (5) munido de uma tampa (11) que fecha, depois de montagem, uma abertura longitudinal (10) em uma placa coletora (9) que coopera com a dita tampa (11) para formar o coletor, o dito tubo (7) sendo destinada a formar um elemento de conexão do trocador e tendo uma extremidade parcialmente engastada entre a dita tampa (11) e a dita placa coletora (9) em um orifício (17) para a passagem do dito fluido F no coletor, no qual a dita placa coletora (9) é projetada para realizar o engaste de bordas externas (23) do dito tubo (7) sobre a dita tampa enquanto colocando o dito tubo em comunicação de fluido com o dito orifício de passagem (17), no qual o dito tubo (7) compreende um flange (21) configurado para ser pressionado, face a face, por pelo menos uma parte do flange, contra a tampa (11), o dito flange compreendendo as ditas bordas externas (23), e no qual o dito flange (21) é preso a uma peça tubular (18) que forma um corpo principal do tubo (7).

2. Trocador de calor (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito tubo (7) é provido na outra de suas extremidades de um elemento de conexão (22) para a conexão do trocador.

3. Trocador de calor (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito engaste do tubo (7) sobre a tampa é realizado contatando bordas paralelas (9d), delimitando a abertura longitudinal na dita placa coletora (9) contra as ditas bordas externas (23) do tubo.

4. Trocador de calor (1) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as ditas bordas externas (23) são produzidas por uma deformação da extremidade do tubo.

5. Trocador de calor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o dito flange (21) é dobrado.

6. Trocador de calor (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito flange (21) compreende uma espessura simples ou dupla.

7. Trocador de calor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que a espessura do das ditas bordas externas (23) corresponde aquela da tampa (11), estando na faixa entre 0,8 e 1,2 mm.

8. Trocador de calor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a dita tampa (11) compreende um colar (19) que delimita o dito orifício de passagem (17), destinado a ser recebido pela dita extremidade do tubo (7).

9. Trocador de calor (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a dita extremidade do tubo (7) é alargada.

10. Método de montagem de um trocador de calor (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas que consistem em: conformar o tubo de conexão (7) de modo complementar a superfície externa da tampa (11) no orifício (17) para passagem do fluido F no coletor (5), posicionar o tubo (7) sobre o orifício (17) na tampa para passagem de fluido, e então dobrar as abas laterais (9c) da placa coletora (9) sobre a tampa (11) para fechar a tampa (11) sobre a placa coletora (9) e engastar o tubo (7) na tampa (11), permitindo desse modo uma pre-montagem do trocador antes de sua montagem.