ES2273946T3 - Arreglo para tubos de entrada y salida para un evaporador. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor, en particular un aporador para un circuito cerrado de climatización de vehículo, que comprende una multiplicidad de estuches (1) apilados mutuamente en una dirección longitudinal y que definen cada uno dos cámaras (6, 7) yuxtapuestas en una dirección lateral de manera que forman parte respectivamente de una primera y de una segunda filas de cámaras, implicando dichas cámaras una altura, así como una trayectoria elemental en U que se extiende sensiblemente en un plano perpendicular a la dirección longitudinal de una a otra de dichas cámaras, para hacer circular una primer fluido en contacto térmico con un segundo fluido, estando delimitadas en la dirección longitudinal dos cámaras de una misma fila, que pertenecen a dos estuches próximos de la pila, por paredes (8) respectivas aplicadas una contra otra, estando dotadas algunas de estas paredes de aberturas (9) que permiten una comunicación de fluido estanca entre las cámaras adyacentes, comprendiendo además el intercambiador un tubo (17) de entrada y un tubo (18) de salida para el primer fluido, dispuestos en un primer extremo (21) longitudinal del intercambiador, sensiblemente en alineación con dichas primera y segunda filas respectivamente, y que se comunican cada una con una de las cámaras, caracterizado por el hecho de que por lo menos uno de dichos tubos (17, 18) se comunica con la cámara correspondiente a través de una o dos cajas (10) de extremo que completan la pila de estuches en dicho primer extremo, estando formadas dicha o dichas cajas (10) de extremo por una placa (11) embutida y por una placa (12) de extremo sensiblemente plana, estando fijadas dichos tubos (17, 18) a dicha placa (12) de extremo, allí donde dichas cajas (10) presentan una altura, superior a la de dichas cámaras (6, 7) de dichos estuches (1), extendiéndose parcialmente con respecto a las trayectorias elementales en U.
Description
Arreglo para tubos de entrada y salida para un
evaporador.
La invención se refiere a un intercambiador de
calor que comprende una multiplicidad de estuches apilados
mutuamente en una dirección longitudinal y que definen, cada uno,
dos cámaras yuxtapuestas en una dirección lateral de modo que
forman parte, respectivamente, de una primera y de una segunda filas
de cámaras, así como una trayectoria elemental en U que se extiende
sensiblemente en un plano perpendicular a la dirección longitudinal
de una a otra de dichas cámaras, para hacer circular un primer
fluido en contacto térmico con un segundo fluido; estando
delimitadas en dirección longitudinal dos cámaras de una misma fila,
que pertenecen a dos estuches próximos del apilamiento, por paredes
respectivas aplicadas una contra otra, estando dotadas algunas de
estas paredes de aberturas que permiten una comunicación de fluido
hermética entre las cámaras adyacentes, comprendiendo el
intercambiador además una tubería de entrada y una tubería de salida
para el primer fluido, dispuestas en un primer extremo longitudinal
del intercambiador, sensiblemente en alineación con dichas primera y
segunda filas respectivamente, y que se comunican cada una con una
de las cámaras. Tal intercambiador se describe en el documento
EP-A-0905467.
Tales intercambiadores de calor se utilizan
especialmente como evaporadores en circuitos cerrados de
climatización de vehículos, siendo el primer fluido un fluido
refrigerante que circula en el circuito cerrado y siendo el segundo
fluido aire destinado al habitáculo del vehículo.
El objetivo de la invención es proponer una
disposición de las tuberías de entrada y de salida que permita una
disminución del espacio necesario para el intercambiador de calor,
tanto cuando el primer fluido circula en cuatro pasadas como cuando
circula en seis pasadas.
La invención está destinada especialmente a un
intercambiador de calor según la reivindicación 1.
A continuación se enuncian características
opcionales, complementarias o alternativas de la invención:
- La caja final define dos compartimientos
separados situados respectivamente en alineación con las dos filas,
comunicándose cada una de dichas tuberías con la cámara
correspondiente por medio de uno de dichos compartimientos.
- El compartimiento que se comunica con la
tubería de entrada está unido con el extremo anterior de un tubo de
inyección que atraviesa una parte de la pila de estuches, en la
dirección longitudinal, para llevar el primer fluido a una cámara
de la primera fila alejada del primer extremo.
- Dichas trayectorias elementales en U definen
una circulación del primer fluido en seis pasadas, partiendo la
primera y la quinta pasadas de cámaras de la primera fila,
terminando la segunda y la sexta pasadas en cámaras de la segunda
fila, partiendo la tercera pasada de cámaras de la segunda fila y
terminando la cuarta pasada en cámaras de la primera fila.
- La caja de extremo define un volumen inferior
unitario situado en parte en alineación con cada una de las dos
filas y que se comunica directamente con la tubería de salida,
estando la tubería de entrada conectada a un tubo de inyección que
atraviesa la caja de extremo y una parte de la pila de estuches, en
la dirección longitudinal, para llevar el primer fluido a una
cámara de la primera fila alejada del primer extremo.
- Dicho volumen interior se comunica con la
cámara adyacente de la primera fila por un paso anular que rodea el
tubo de inyección.
- Dichas trayectorias elementales en U definen
una circulación del primer fluido en cuatro pasadas, partiendo la
primera pasada de cámaras de la primera fila, terminando la segunda
pasada en cámaras de la segunda fila, partiendo la tercera pasada
en cámaras de la segunda fila y terminando la cuarta pasada en
cámaras de la primera fila.
- Las tuberías de entrada y de salida están
desplazadas mutuamente en altura, extendiéndose la caja de extremo
hasta una altura superior a las cámaras, parcialmente con respecto a
dichas trayectorias elementales en U.
- La caja de extremo está formada por una placa
de extremo plana y vertical y por una placa embutida unida de forma
estanca con la cara interna de la placa final, en su parte
periférica y, en su caso, en una zona media que separa los dos
compartimientos.
- La placa de extremo, y opcionalmente la placa
embutida, se extienden sensiblemente por toda la altura del
intercambiador.
- La placa de extremo y la placa embutida son
partes de una placa unitaria, unidas entre sí por una línea de
plegado.
Se expondrán con más detalle las características
y ventajas de la invención en la descripción siguiente, en
referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista en planta en sección de
un primer modo de realización de un evaporador según la
invención.
Las figuras 2 a 4 son vistas parciales en
perspectiva de otros modos de realización de un evaporador según la
invención.
La figura 1 representa un evaporador según la
invención, en sección siguiendo el plano que pasa por los ejes de
las dos filas de cámaras. Este evaporador está constituido
esencialmente por una pila de estuches y de intercalaciones
onduladas tal como se describe, por ejemplo, en el documento FR
2747462 A, al que es posible remitirse para más detalles sobre la
estructura de esta pila. Cada estuche 1 está formado por dos placas
de chapa embutidas en forma de cubetas 2 y 3. Estas últimas son
idénticas entre sí y tienen sus concavidades vueltas una hacia la
otra, ya sea respectivamente hacia arriba y hacia abajo de la
figura. Cada cubeta presenta, en un plano perpendicular al de la
figura, un borde periférico 4 y una zona media 5 de unión que se
conecta a éste en el extremo superior de la cubeta y se prolonga
hacia abajo hasta cerca de su extremo inferior. Los bordes
periféricos 4 y las zonas 5 de unión de las dos cubetas que forman
un estuche están ensamblados mutuamente de forma estanca al fluido,
por ejemplo por soldadura, para delimitar el volumen interior del
estuche. Este volumen interior comprende dos cámaras 6 y 7,
situadas a ambos lados de las zonas 5 respectivamente hacia la
derecha y hacia la izquierda de la figura, definidas por
embuticiones profundas de las placas 2, 3, conectadas entre sí por
una trayectoria elemental en U para el fluido refrigerante. Las
cámaras 6 y 7 ocupan una fracción minoritaria de la altura del
evaporador en la parte superior de éste, extendiéndose la
trayectoria elemental en U a lo largo del resto de la altura,
detrás del plano de la figura, y a lo largo de un grosor menor en
la dirección longitudinal. Una placa 2 y una placa 3 próximas que
pertenecen a dos estuches diferentes se apoyan mutuamente por sus
fondos 8 con respecto a las cámaras 6 y 7, y están separadas entre
sí, con respecto a los trayectos en U, por un intervalo provisto de
una intercalación ondulada que define una trayectoria elemental
para el aire que ha de refrigerarse, en paralelo al plano de la
figura, según la flecha F1. Los fondos 8 en contacto mutuo están
soldados conjuntamente y algunos de ellos están atravesados por
aberturas 9 que hacen que se comuniquen entre sí las cámaras
correspondientes.
El fondo 8 de la placa 2 situada en el extremo
20 de la pila, vuelta hacia la parte inferior de la figura 1, está
cerrado para separar del exterior las cámaras 6 y 7 adyacentes a
esta placa. En el extremo opuesto 21 de la pila de estuches, es
decir hacia la parte superior de la figura, está dispuesta una caja
de extremo 10 más allá del último estuche 1. La caja 10 está
formada por dos placas, que son una placa embutida 11 y una placa
final 12 sensiblemente plana. Al igual que las placas 2 y 3, las
placas 11 y 12 están conectadas de forma estanca por zonas anulares
13 y por zonas verticales medias 14, que delimitan a ambos lados de
estas últimas dos compartimientos 15, 16 del volumen interno de la
caja 10, envueltos por las embuticiones respectivas de la placa 11
y alineados respectivamente con las filas formadas por las cámaras 6
y 7. Una tubería 17 de entrada y una tubería 18 de salida del
evaporador están fijadas sobre la placa 12 para comunicarse
respectivamente con los compartimientos 15 y 16. Un tubo 19 de
inyección se extiende longitudinalmente en la hilera de cámaras 6,
atravesando las aberturas 9 que conectan éstas entre sí, dejando
libre una parte de la superficie de estas aberturas. Un primer
extremo del tubo 19 se sitúa en el compartimiento 15, y su extremo
opuesto se sitúa en una cámara 6 que pertenece a un espacio
colector 22 adyacente al extremo 20 del evaporador, formado por un
subconjunto de cámaras 6 conectadas entre sí por aberturas 9. El
espacio colector 22 está limitado en dirección al extremo 21 por un
tabique 23 atravesado herméticamente por el tubo 19. Igualmente, el
tubo 19 atraviesa herméticamente un tabique 24 que separa el
compartimiento 15 de la cámara 6 adyacente al mismo, estando formado
este tabique por los fondos de las embuticiones de las placas 11 y
3 que delimitan este compartimiento y esta cámara. Las cámaras 6
comprendidas entre los tabiques 23 y 24 se comunican entre sí por
las aberturas 9 para formar un espacio colector 25. Igualmente, la
hilera de cámaras 7 está separada por un tabique 26 en un espacio
colector 27 adyacente al extremo 20 y un espacio colector 28
comprendido entre el tabique 26 y el compartimiento 16 y que se
comunica con éste por la abertura 9 de la placa terminal 3 del
apilamiento y una abertura correspondiente de la placa 11. El
tabique 26 está más alejado del extremo 20 que el tabique 23.
El fluido refrigerante que penetra en el
evaporador por la tubería 17 de entrada, pasa primero al
compartimiento 15, desde el que el tubo 19 de inyección lo lleva al
espacio colector 22. A partir del espacio colector 22, el fluido
recorre en paralelo las trayectorias elementales en U delimitadas
por los estuches que lo definen, formando las ramas que se
comunican con las cámaras 6 y las que se comunican con las cámaras
7, respectivamente, una primera pasada y una segunda pasada,
terminando esta última en el espacio colector 27. Igualmente, los
trayectos elementales en U de los estuches comprendidos en la
dirección longitudinal entre los tabiques 23 y 26 forman una
tercera pasada y una cuarta pasada que conectan los espacios 27 y 25
colectores, y formando estos estuches comprendidos entre los
tabiques 26 y 24 una quinta pasada y una sexta pasada que conectan
los espacios 25 y 28 colectores. El fluido procedente del espacio
colector 28 pasa al compartimiento 16 y después abandona el
evaporador por la tubería de salida 18.
Se observa en la figura 1 que las tuberías 17 y
18 están desplazadas una con respecto a la otra en la dirección
vertical, es decir, en el plano perpendicular a la figura. Esta
disposición presenta varias ventajas. Permite reducir la longitud
(o el espesor) del evaporador, por ejemplo por debajo de 60 mm, por
razones de espacio necesario en esta dirección, manteniendo al
mismo tiempo una distancia entre ejes suficiente de las tuberías de
entrada y de salida para evitar dificultades de montaje. También
permite, si se desea para responder a necesidades de conexión del
evaporador al resto del circuito cerrado de climatización, acodar
las tuberías de entrada y de salida para llevarlas en dirección
lateral, estando aún así dispuestas una por encima de la otra para
limitar el espacio necesario en la dirección longitudinal.
Tal como se muestra en la figura 1, el tubo 19
de inyección está desplazado ventajosamente con respecto a los
centros de las aberturas 9 hacia la derecha, es decir hacia abajo en
el flujo F1 de aire.
La figura 2 representa esquemáticamente un
evaporador según la invención en el que el fluido refrigerante
circula en cuatro pasadas. Este evaporador comprende un apilamiento
de estuches y de intercalaciones tal como se ha descrito
anteriormente, estando representados sólo una placa 3, que pertenece
a un estuche de extremo, y una intercalación 100. A esta placa 3 se
junta una placa 111 embutida que forma con una placa 112
sensiblemente plana una caja 110 final. Un tubo 119 de inyección
análogo al tubo 19 de la figura 1 está unido herméticamente a una
tubería 117 de entrada frente a la cara exterior de la placa 112,
atravesando el conjunto esta placa de manera hermética. Una tubería
118 de salida, fijada de manera saliente también sobre la cara
externa de la placa 112, se comunica con el volumen interno
unitario 115 de la caja 110, que rodea el tubo 119. Un tabique no
representado separa en dos espacios colectores las cámaras de la
fila por la que pasa el tubo 119. Por el contrario, las cámaras de
la otra fila se comunican todas entre sí formando un solo espacio
colector, y están separadas del volumen 115 interno por el fondo de
la embutición de la placa 111.
El fluido refrigerante que penetra por la
tubería de entrada 117 pasa directamente al tubo de inyección 119
que lo lleva al espacio colector de la primera hilera más alejada de
la tubería 117. El fluido circula dentro de las trayectorias
elementales en U según un recorrido en cuatro pasadas que lo
devuelve al espacio colector de la primera fila adyacente a la caja
110, desde el que llega al volumen interno 115 por un paso anular
definido, alrededor del tubo 119, por una abertura 109 de la placa
3 adyacente a la placa 111 y una abertura 130 de esta última.
Finalmente, el fluido abandona el volumen 115, y el evaporador, por
la tubería de salida 118.
En la figura 2 se observa que las tuberías 117 y
118, así como las tuberías 17 y 18 de la figura 1, están
desplazadas una con respecto a la otra en altura. Esto implica
generalmente para el volumen interno 115, así como para los
compartimientos 15 y 16 de la figura 1, una altura superior que la
de las cámaras de los estuches, extendiéndose por tanto este
volumen interno en parte con respecto a los trayectos elementales en
U.
En el evaporador de la figura 2, las placas 111
y 112 se extienden por toda la altura del evaporador, siendo la
parte 131 de la placa 111, situada por debajo del volumen 115
interno, plana y vertical y juntándose con la placa 112. Estas dos
placas presentan cavidades 132, 133 destinadas a aligerar el
evaporador.
El evaporador de la figura 3 se diferencia del
de la figura 2 únicamente por la supresión de la parte 131 plana de
la placa 111, por debajo de su zona anular de unión con la placa
112, lo que por supuesto no afecta de ningún modo al funcionamiento
del evaporador.
Finalmente, la figura 4 muestra las placas 111 y
112 similares a las de la figura 3, realizadas por troquelado,
embutido y plegado a partir de una única chapa plana. Se observa en
trazo discontinuo la placa 111 obtenida tras el troquelado y el
embutido, dispuesta por encima de la placa 112, estando situado su
borde 113 periférico en el plano de la placa 112. La posición
definitiva de la placa 111 se obtiene por una rotación de 180º
alrededor de una línea de plegado horizontal, según la flecha
F2.
En la descripción anterior, las indicaciones
relativas a la orientación o a la posición en el espacio de los
elementos se refieren a una orientación particular del evaporador, y
por tanto deben adaptarse si ésta se modifica.
Claims (11)
1. Intercambiador de calor, en particular un
evaporador para un circuito cerrado de climatización de vehículo,
que comprende una multiplicidad de estuches (1) apilados mutuamente
en una dirección longitudinal y que definen cada uno dos cámaras
(6, 7) yuxtapuestas en una dirección lateral de manera que forman
parte respectivamente de una primera y de una segunda filas de
cámaras, implicando dichas cámaras una altura, así como una
trayectoria elemental en U que se extiende sensiblemente en un
plano perpendicular a la dirección longitudinal de una a otra de
dichas cámaras, para hacer circular una primer fluido en contacto
térmico con un segundo fluido, estando delimitadas en la dirección
longitudinal dos cámaras de una misma fila, que pertenecen a dos
estuches próximos de la pila, por paredes (8) respectivas aplicadas
una contra otra, estando dotadas algunas de estas paredes de
aberturas (9) que permiten una comunicación de fluido estanca entre
las cámaras adyacentes, comprendiendo además el intercambiador un
tubo (17) de entrada y un tubo (18) de salida para el primer fluido,
dispuestos en un primer extremo (21) longitudinal del
intercambiador, sensiblemente en alineación con dichas primera y
segunda filas respectivamente, y que se comunican cada una con una
de las cámaras, caracterizado por el hecho de que por lo
menos uno de dichos tubos (17, 18) se comunica con la cámara
correspondiente a través de una o dos cajas (10) de extremo que
completan la pila de estuches en dicho primer extremo, estando
formadas dicha o dichas cajas (10) de extremo por una placa (11)
embutida y por una placa (12) de extremo sensiblemente plana,
estando fijadas dichos tubos (17, 18) a dicha placa (12) de extremo,
allí donde dichas cajas (10) presentan una altura, superior a la de
dichas cámaras (6, 7) de dichos estuches (1), extendiéndose
parcialmente con respecto a las trayectorias elementales en U.
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, en el que la caja (10) de extremo define dos
compartimientos (15, 16) separados situados respectivamente en
alineación con las dos filas, comunicándose cada una de dichos
tubos con la cámara correspondiente mediante uno de dichos
compartimientos.
3. Intercambiador de calor según la
reivindicación 2, en el que el compartimiento (15) que se comunica
con la tubería (17) de entrada está conectado con el extremo
anterior de un tubo (19) de inyección que atraviesa una parte de la
pila de estuches, en la dirección longitudinal, para llevar el
primer fluido a una cámara de la primera fila alejada del primer
extremo.
4. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones 2 y 3, en el que dichas trayectorias elementales
en U definen una circulación del primer fluido en seis pasadas,
partiendo la primera y la quinta pasadas de cámaras (6) de la
primera fila, terminando la segunda y la sexta pasadas en cámaras
(7) de la segunda fila, partiendo la tercera pasada de cámaras (7)
de la segunda fila y terminando la cuarta pasada en cámaras (6) de
la primera fila.
5. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, en el que la caja (110) de extremo define un
volumen interno unitario (115) situado en parte en alineación con
cada una de las dos filas y que se comunica directamente con la
tubería (118) de salida, estando conectada la tubería (117) de
entrada con un tubo (119) de inyección que atraviesa la caja de
extremo y una parte de la pila de estuches, en la dirección
longitudinal, para llevar el primer fluido a una cámara de la
primera fila alejada del primer extremo.
6. Intercambiador de calor según la
reivindicación 5, en el que dicho volumen interno se comunica con la
cámara adyacente de la primera fila por un paso anular (109, 130)
que rodea el tubo de inyección (119).
7. Intercambiador de calor según la
reivindicación 6, en el que dichas trayectorias elementales en U
definen una circulación del primer fluido en cuatro pasadas,
partiendo la primera pasada de cámaras de la primera fila,
terminando la segunda pasada en cámaras de la segunda fila,
partiendo la tercera pasada de cámaras de la segunda hilera y
terminando la cuarta pasada en cámaras de la primera fila.
8. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que las tuberías de entrada y de
salida están desplazadas entre sí en altura, extendiéndose la caja
de extremo hasta una altura superior a la de las cámaras,
parcialmente con respecto a dichas trayectorias elementales en
U.
9. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que una placa (11) embutida está
unida herméticamente a la cara interna de la placa (12) de extremo,
en su periferia (13) y, dado el caso, en una zona (14) media que
separa los dos compartimientos.
10. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que la placa de extremo, y
opcionalmente la placa embutida, se extienden sensiblemente a lo
largo de toda la altura del intercambiador.
11. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que la placa de extremo y la
placa embutida son partes de una placa unitaria, conectadas entre sí
por una línea de plegado.
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