BR102013014855B1 - trocador de calor para veículo - Google Patents
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Abstract
TROCADOR DE CALOR PARA VEÍCULO Trata-se de um trocador de calor (10) para veículo que compreende: um primeiro coletor (14) e um segundo coletor (16), sendo que o primeiro coletor (14) é conectado a uma entrada de fluido quente (18) e a uma saída de fluido frio (20), de modo que o primeiro coletor (14) compreende uma região quente (24) e uma região fria (26), separadas por uma parede (28), uma pluralidade de tubos (22, 29, 30, 31), sendo que cada tubo fornece comunicação de fluido entre o primeiro (14) e o segundo (18) coletores, incluindo um tubo (31) localizado próximo à parede (28) na região quente (24) do primeiro coletor (14), que é chamado de "tubo de extremidade quente" (31) e um tubo localizado próximo à parede na região fria do primeiro coletor, que é chamado de "tubo de extremidade fria" (32). O trocador de calor (10) compreende um redutor de fluxo (36) para reduzir o fluxo de fluido no tubo de extremidade quente (31) em comparação ao fluxo de fluido em outros tubos (29, 30) localizados na região quente (24).
Description
A presente invenção refere-se a um trocador de calor para veículos e, mais especificamente, mas não exclusivamente, trata de trocadores de calor tais como resfriadores de ar de admissão (CAC).
A maioria dos trocadores de calor compreende diversas fileiras de tubos que são dispostas no trajeto do fluxo de ar de admissão, enquanto o refrigerante (por exemplo, ar) flui através da fileira de tubos. Usualmente, e em particular em resfriadores de ar de admissão, o trocador de calor compreende um primeiro coletor que inclui uma entrada de ar quente assim como uma saída de ar frio, assim definido uma região de ar quente e uma região de ar frio. Uma parte dos tubos é conectada à região de ar quente, enquanto a outra parte é conectada à região de ar frio, sendo que ambas as regiões quente e fria são separadas por uma parede.
Uma dificuldade causada por tal trocador é que o mesmo inclui um tubo que conduz ar quente, chamado de “tubo de extremidade quente”, localizado bem próximo a outro tubo que conduz ar frio, chamado de “tubo de extremidade fria”, devido ao fato de que a região de ar quente está localizada próxima à região de ar frio no coletor. Sendo assim, a diferença de temperatura entre o tubo de extremidade quente e o tubo de extremidade fria leva a um gradiente de temperatura alta no interior de uma área pequena do trocador de calor, que consequentemente pode resultar em fissura do tubo na proximidade do coletor.
Um objetivo da presente invenção é fornecer um trocador de calor que seja mais durável.
Para esse fim, o objetivo da presente invenção é um trocador de calor para veículo que compreende: um primeiro coletor e um segundo coletor, sendo que o primeiro coletor é conectado a uma entrada de fluido quente e a uma saída de fluido frio, de modo que o primeiro coletor compreende uma região quente e uma região fria, separadas por uma parede, uma pluralidade de tubos, sendo que cada tubo fornece comunicação de fluido entre o primeiro e o segundo coletores, incluindo um tubo localizado próximo à parede na região quente do primeiro coletor, que é chamado de “tubo de extremidade quente”, e um tubo localizado próximo à parede na região fria do primeiro coletor, que é chamado de “tubo de extremidade fria", em que o trocador de calor compreende um redutor de fluxo para reduzir o fluxo de fluido no tubo quente de extremidade em comparação ao fluxo de fluido em outros tubos dispostos na região quente.
Tal trocador de calor é vantajoso já que o gradiente de temperatura entre o tubo frio de extremidade e o tubo quente de extremidade é diminuído. De fato, graças ao redutor de fluxo presente no tubo de extremidade quente, menor fluido está passando através do tubo de extremidade quente e a velocidade de fluido é assim diminuída. Isso resulta em que o fluido seja menos quente do que nos outros tubos conectados à região quente e então o gradiente de temperatura do fluido no tubo de extremidade fria é reduzido. Sendo assim, os estresses térmicos que poderiam normalmente ser aplicados nesses tubos são também reduzidos e o risco de falha do tubo é diminuído, assim aumentando a durabilidade de todo o trocador de calor.
Preferencialmente o fluido é ar. Assim, a entrada de fluido quente e a saída de fluido frio são respectivamente uma entrada de ar quente e uma saída de ar frio e o redutor de fluxo reduz o fluxo de ar no tubo de extremidade quente.
Deve-se perceber que o redutor de fluxo inclui qualquer meio que pode reduzir o fluxo de fluido no tubo de extremidade quente O mesmo pode reduzir o fluxo de fluido no tubo de extremidade quente de modo que esse seja nulo, isto é, não haja fluido algum passando através do tubo.
O redutor de fluxo pode estar localizado no primeiro coletor, no segundo coletor, no primeiro e segundo coletor, ou no tubo de extremidade quente.
Um trocador de calor, conforme definido acima, pode também incluir um ou mais dos seguintes recursos, tomados sozinhos ou em combinação.
O redutor de fluxo compreende uma parede que está localizada no primeiro coletor a montante com relação ao tubo de extremidade quente. Essa configuração possibilita particularmente a redução da seção transversal do primeiro coletor a montante do tubo de extremidade quente e assim a quantidade de fluido que entra no tubo de extremidade quente, assim fornecendo uma redução de fluxo de ar eficaz.
A parede compreende uma abertura, sendo que a abertura tem preferencialmente um formato circular, sendo que tal abertura define uma área que está compreendida de 1 a 2.000 mm2 (milímetros quadrados), preferencialmente de 1 a 1200 mm2, e mais preferencialmente compreendida de 20 a 320 mm2.
O redutor de fluxo inclui uma parte posicionada no primeiro coletor em frente ao tubo de extremidade quente. Tal posicionamento específico do redutor de fluxo permite que a seção transversal do primeiro coletor em frente ao tubo de extremidade quente seja reduzida. Vantajosamente, a parte tem uma largura ou diâmetro maior ou igual á largura ou diâmetro do tubo.
O tubo de extremidade quente inclui uma entrada de fluido e o redutor de fluxo está posicionado no primeiro coletor de modo que a distância entre o redutor de fluxo e essa entrada de fluido esteja na faixa de 0 a 20 mm. Isso permite uma redução de tamanho da seção transversal do primeiro coletor.
O redutor de fluxo compreende uma parede localizada no tubo de extremidade quente, sendo que a dita parede obstrui parcial ou totalmente o tubo. Dessa forma, o redutor de fluxo pode ser fabricado juntamente com o tubo ou montado com o tubo, independentemente da configuração do primeiro ou do segundo coletores, enquanto os coletores podem permanecer de um tipo padrão.
O redutor de fluxo está localizado no segundo coletor, próximo a uma saída de fluido do tubo de extremidade quente. Tal posicionamento do redutor de fluxo no segundo coletor fornece uma forma alternativa de reduzir o fluxo de ar no tubo de extremidade quente. Quando um redutor de fluxo está localizado no segundo coletor adicionalmente a um redutor de fluxo colocado no primeiro coletor, isso permite uma redução de fluxo de ar adicional no tubo de extremidade quente.
O trocador de calor compreende um redutor de fluxo para reduzir o fluxo de fluido em um tubo quente localizado próximo ao tubo de extremidade quente na região quente. A redução no fluxo de ar em um tubo quente localizado próximo ao tubo de extremidade quente permite diminuir o gradiente de temperatura ainda mais.
O tubo de extremidade quente compreende meios de identificação, que permitem distinguir o tubo de extremidade quente de outros tubos no trocador de calor. O meio de identificação preferencialmente compreende um dispositivo à prova de erro que é configurado para cooperar com um dispositivo à prova de erro complementar fornecido em um núcleo do trocador de calor. Tal meio de identificação garante o posicionamento correto do tubo de extremidade quente no trocador de calor, evitando qualquer confusão com outros tubos.
O trocador de calor é um resfriador de ar de admissão. Usualmente, tal resfriador de ar de admissão é usado na indústria de veículo para resfriar o ar comprimido de motores supercarregados ou carregados à turbo. No entanto, o trocador de calor poderia ser de outro modo aplicado em um radiador, condensador, resfriador de óleo e resfriador de gás de escape.
A presente invenção se tornará mais completamente entendida a partir da seguinte descrição, que é dada por meio de exemplo apenas e que se refere aos desenhos anexos, em que: a figura 1 é uma vista tridimensional de um trocador de calor de acordo com uma primeira modalidade de trocador de calor, a figura 2 é uma seção transversal longitudinal esquemática de um trocador de calor similar àquele da figura 1, a figura 3 é uma vista ampliada da parte V da figura 2, a figura 4 é uma seção transversal longitudinal esquemática parcial de um trocador de calor de acordo com uma modalidade adicional de trocador de calor, a figura 5 é uma seção transversal longitudinal esquemática parcial de um trocador de calor de acordo com uma terceira modalidade de trocador de calor e a figura 6 é uma seção transversal longitudinal esquemática parcial de um trocador de calor de acordo com uma quarta modalidade de trocador de calor.
Um trocador de calor 10 para veículo de acordo com a primeira modalidade 5 conforme mostrada na figura 1 é, no presente exemplo, um resfriador de ar de admissão destinado a resfriar o ar de motores supercarregados ou carregados à turbo.
O trocador de calor 10 compreende um núcleo 12, um primeiro coletor 14 e um segundo coletor 16. O primeiro coletor 14 é conectado a uma entrada de fluido quente 18 e a uma saída de fluido frio 20. Nesse exemplo, o fluido é ar e o trocador de calor 10 permite 10 que esse ar circule de modo que possa ser resfriado por um refrigerante que pode ser também ar no exemplo.
O núcleo 12 do trocador de calor 10 tem essencialmente um formato de paralelepípedo que se estende em uma direção longitudinal (que é vertical na figura 1), que compreende duas faces longitudinais opostas, com o primeiro coletor 14 e p segundo coletor 15 16 sendo respectivamente conectados a cada uma das faces longitudinais do núcleo 12. O núcleo 12 compreende uma pluralidade de tubos 22 e sendo que cada tubo fornece comunicação de fluido entre o primeiro e o segundo coletores 14, 16. No presente caso, os tubos 22 são planos; os mesmos têm lados planos que se estendem paralelos à direção F do fluxo de ar refrigerante. Alternativamente, os tubos 22 poderiam ter outros formatos, por 20 exemplo, formatos cilíndricos.
O primeiro coletor 14 compreende uma região de fluido quente 24 e uma região de fluido frio 26, que são de fato uma região de ar quente 24 e uma região de ar frio 26. A região quente 24 recebe ar quente por meio da entrada de ar quente 18 e redireciona esse ar em direção ao segundo coletor 16 e a região fria 26 recebe ar do segundo coletor 16 e 25 redireciona o mesmo à saída de ar frio 20.
A Figura 2 mostra a região quente 24 e a região fria 26, que são separadas por uma parede 28. Nesse exemplo, a parede 28 está localizada em uma seção média do primeiro coletor 14. A pluralidade de tubos 22 compreende tubos quentes 29, que são conectados à região quente 24, e tubos frios 30, que são conectados à região fria 26. Os tubos são 30 dispostos de tal forma que troquem calor com o fluxo F de refrigerante que passa através do núcleo 12 do trocador de calor 10. Os tubos quentes 29 são destinados a tomar o ar quente do primeiro coletor 14 e a conduzir o mesmo em direção ao segundo coletor 16, enquanto os tubos frios 30 são destinados a tomar o ar frio do segundo coletor 16 e conduzir o mesmo em direção ao primeiro coletor 14. Assim, o segundo coletor 16 é destinado a receber ar, 35 que é ar quente que foi resfriado nos tubos quentes 29, e a distribuir o mesmo nos tubos frios 30. Esses tubos frios 30 são destinados a conduzir o ar frio em direção ao primeiro coletor 14 e para resfriar o ar frio ainda mais.
Entre os tubos quentes 29, um tubo 31 está localizado próximo à parede 28 na região quente 24 do primeiro coletor 14. Esse tubo é referido como “tubo de extremidade quente” 31 para facilitar o entendimento. O tubo de extremidade quente 31 compreende uma entrada de ar 34 que está localizada no primeiro coletor 14 e através da qual o ar quente flui. Da mesma forma, um tubo entre os tubos frios 30 está localizado próximo à parede 28 na região fria 26 do primeiro coletor 14 e é referido como “tubo de extremidade fria” 32.
Nessa modalidade, o primeiro coletor 14 compreende um redutor de fluxo 36 para reduzir o fluxo de fluido no tubo de extremidade quente 31 em comparação ao fluxo de fluido dos outros tubos quentes 29. O redutor de fluxo 36 está localizado na região quente 24 do primeiro coletor 14, a montante com relação ao tubo de extremidade quente 31. Mais precisamente, está localizado em frente à entrada 34 do tubo de extremidade quente 31. Conforme mostrado na figura 3, p redutor de fluxo 36 da presente modalidade compreende uma parte 36, que tem um formato de seção transversal que é similar ao formato de seção transversal do tubo de extremidade quente 31. Nessa modalidade, a parte 36 é completamente retangular, com uma largura que é preferencialmente similar à largura do tubo 31. No entanto, a parte 36 do redutor de fluxo 36 pode ser de um formato diferente do retangular contanto que permita a redução do fluxo de ar do primeiro tubo de extremidade quente 31 em comparação ao fluxo de ar dos outros tubos quentes 29. O tubo de extremidade quente 31 é posicionado no primeiro coletor 14 de modo que a distância entre o redutor de fluxo 36 e a entrada de ar 34 do tubo quente de extremidade 31 esteja na faixa de 0 a 20 mm, por exemplo, tem cerca de 10 mm de comprimento.
Outras configurações de redutor de fluxo 36 podem ser usadas, conforme mostrado particularmente nas figuras 4 a 6. As referências usadas para designar recursos similares da primeira modalidade estão sendo reutilizados com relação a essas outras modalidades.
De acordo com a figura 4, o redutor de fluxo 36 compreende uma parede localizada na região quente 24 do primeiro coletor 14 entre o tubo de extremidade quente 31 e o tubo 46 próximo ao tubo de extremidade quente 31. O tubo 46 é também referido como segundo tubo quente 46. Nessa modalidade específica, a parede do redutor de fluxo 36 tem a aparência de um defletor fino que fecha parcialmente a seção transversal do primeiro coletor 14, deixando um vão para o ar alcançar a entrada de ar 34 do tubo de extremidade quente 31.
Nessa modalidade particular, o trocador de calor 10 compreende um redutor de fluxo adicional 42 que está localizado no segundo coletor 16, próximo ás saídas de ar 44 do tubo de extremidade quente 31 e do tubo quente 46 próximo ao mesmo. Assim permitindo a redução do fluxo de ar no tubo quente 46 próximo ao tubo de extremidade quente 31 em que o fluxo de ar é também ainda mais reduzido.
Em concordância com a figura 5, a parede do redutor de fluxo 36 está localizada na região quente 24 do primeiro coletor 14, entre o tubo de extremidade quente 31 e o segundo tubo quente 46. A mesma compreende uma abertura 48 que tem formato circular e que define uma área na faixa de 1 a 2.000 mm2, preferencialmente de 1 a 1.200 mm2 ou mais preferencialmente de 20 a 320 mm2, por exemplo, tem cerca de 20 mm2.
Conforme mostrado na figura 6, o redutor de fluxo 36 compreende uma parede 40 localizada em uma parte inferior do tubo de extremidade quente 31 e que obstrui totalmente o mesmo, sendo que o fluxo de ar é assim reduzido a zero. No entanto, seria possível contemplar que a parede 40 pode apenas obstruir parcialmente o tubo de extremidade quente 31, a fim de permitir um fluxo de ar reduzido. No caso em que a parede 40 está obstruindo totalmente o tubo de extremidade quente, é preferencial fechar ambas as extremidades dos tubos, sendo que essa configuração implica que o redutor de fluxo compreende uma segunda parede localizada no topo do tubo quente de extremidade. A fim de facilitar a fabricação de um trocador de calor 10 que compreende um tubo de extremidade quente 31 equipado com tal tubo fechado, o trocador de calor 10 compreende meios de identificação que são fornecidos para diferenciar o tubo de extremidade quente 31 dos outros tubos no trocador de calor 10. O meio de identificação preferencialmente compreende um dispositivo à prova de erro que é configurado para cooperar com um dispositivo à prova de erro complementar fornecido no núcleo 12 do trocador de calor. Tal dispositivo pode ser, por exemplo, um tubo de extremidade quente específico 31 que tem um diâmetro menor que o restante dos tubos 22, sendo que o primeiro coletor tem uma fenda de um diâmetro correspondente para receber o dito primeiro tubo quente específico 31.
As várias modalidades descritas acima podem variar de muitas formas. Por exemplo, o redutor de fluxo 36 colocado no primeiro coletor 14 pode se estender na frente do segundo tubo quente 46, assim resultando em redução de fluxo no segundo tubo quente assim como no tubo de extremidade quente. Alternativamente, o redutor de fluxo 36 pode compreender diversas partes localizadas no primeiro coletor 14, no tubo de extremidade quente 31 e/ou no segundo tubo quente 46.
Claims (10)
1. Trocador de calor (10) para veículo que compreende: - um primeiro coletor (14) e um segundo coletor (16), sendo que o primeiro coletor (14) é conectado a uma entrada de fluido quente (18) e a uma saída de fluido frio (20), de modo que o primeiro coletor (14) compreende uma região quente (24) e uma região fria (26), separadas por uma parede (28), - uma pluralidade de tubos (22, 29, 30, 31), sendo que cada tubo fornece comunicação de fluido entre o primeiro (14) e o segundo (16) coletores, incluindo um tubo (31) localizado próximo à parede (28) na região quente (24) do primeiro coletor (14), que é chamado de “tubo de extremidade quente” (31) e um tubo localizado próximo à parede na região fria do primeiro coletor, que é chamado de “tubo de extremidade fria” (32), caracterizadopelo fato de que o trocador de calor (10) compreende um redutor de fluxo (36) para reduzir o fluxo de fluido no tubo de extremidade quente (31) em comparação ao fluxo de fluido em outros tubos (29, 30) localizados na região quente (24).
2. Trocador de calor (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o redutor de fluxo (36) compreende uma parede que está localizada no primeiro coletor (14) a montante com relação ao tubo de extremidade quente (31).
3. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a parede compreende uma abertura (48), sendo que a abertura (48) tem preferencialmente um formato circular, sendo que tal abertura (48) define uma área que está compreendida de 1 a 2.000 mm2, preferencialmente de 1 a 1.200 mm2, e mais preferencialmente compreendida de 20 a 320 mm2.
4. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizadopelo fato de que o redutor de fluxo (36) inclui uma parte posicionada no primeiro coletor (14) em frente ao tubo de extremidade quente (31).
5. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizadopelo fato de que o tubo de extremidade quente (31) inclui uma entrada de fluido (34) e em que o redutor de fluxo (36) está posicionado no primeiro coletor (14) de modo que a distância entre o redutor de fluxo (36) e essa entrada de fluido (34) esteja na faixa de 0 a 20 mm.
6. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizadopelo fato de que o redutor de fluxo (36) compreende uma parede (40) localizada no tubo de extremidade quente (31) e que obstrui o mesmo, parcial ou totalmente.
7. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizadopelo fato de que o redutor de fluxo (36) está localizado no segundo coletor (16) próximo a uma saída de fluido (44) do tubo de extremidade quente.
8. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende também um redutor de fluxo (36) para reduzir o fluxo de fluido em um tubo quente (31) localizado próximo ao tubo de extremidade quente (31) na região quente (24).
9. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, 5 caracterizado pelo fato de que o tubo de extremidade quente (31) compreende meios de identificação, que permitem distinguir o tubo de extremidade quente (31) de outros tubos (29, 30) no trocador de calor, sendo que os meios de identificação preferencialmente compreende um dispositivo à prova de erro que é configurado para cooperar com um dispositivo à prova de erro complementar fornecido em um núcleo (12) do trocador de calor.
10. 10. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor é um resfriador de ar de admissão.
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