ITTO960129A1

ITTO960129A1 - CONDENSER FOR AIR CONDITIONING SYSTEMS FOR VEHICLES.

Info

Publication number: ITTO960129A1
Application number: IT96TO000129D
Authority: IT
Inventors: Vittorio Bassignana; Luigi Dentis
Original assignee: Magneti Marelli Climat Srl
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 1997-08-26
Also published as: IT1285263B1; ITTO960129A0

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo: "Condensatore per impianti di condizionamento d?aria per veicoli" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Condenser for air conditioning systems for vehicles"

La presente invenzione riguarda un condensatore per impianti di condizionamento d?aria per veicoli. The present invention relates to a condenser for air conditioning systems for vehicles.

Pi? precisamente, l?invenzione riguarda un condensatore del tipo detto ad assemblaggio meccanico, comprendente almeno una schiera di tubi fissati ad un pacco di alette sostanzialmente piane mediante espansione meccanica dei tubi a seguito del loro inserimento entro fori allineati delle alette. Pi? precisely, the invention relates to a condenser of the so-called mechanically assembled type, comprising at least one array of tubes fixed to a pack of substantially flat fins by mechanical expansion of the tubes following their insertion into aligned holes of the fins.

I condensatori per impianti di climatizzazione di veicoli costituiscono una classe di scambiatori di calore molto particolare, a causa delle gravose condizioni di funzionamento cui sono soggetti. Le pressioni all'interno dei tubi possono raggiungere valori dell?ordine di 30 bar, prima che un sistema di sicurezza intervenga spegnendo l'impianto. Le temperature di esercizio del condensatore raggiungono valori di picco pari a 120-140?C. Queste condizioni di lavoro differenziano in modo sostanziale le caratteristiche strutturali di un condensatore da quelle di altri tipi di scambiatori di calore presenti su un veicolo. Condensers for vehicle air conditioning systems constitute a very particular class of heat exchangers, due to the severe operating conditions to which they are subject. The pressures inside the pipes can reach values of the order of 30 bar, before a safety system intervenes by switching off the plant. The operating temperatures of the condenser reach peak values of 120-140 ° C. These working conditions substantially differentiate the structural characteristics of a condenser from those of other types of heat exchangers present on a vehicle.

I condensatori prodotti secondo la tecnologia di assemblaggio mediante saldobrasatura utilizzano tubi muniti di una pluralit? di microcanali separati fra loro da setti o nervature che permettono al tubo di resistere alle pesanti condizioni di funzionamento, senza subire deformazioni permanenti o danneggiamenti con perdita di refrigerante verso l'esterno. Sebbene i condensatori di questo tipo abbiamo ottime prestazioni dal punto di vista della capacit? di scambio termico ed ottima resistenza strutturale, essi presentano l'inconveniente di un costo molto elevato . The condensers produced according to the assembly technology by brazing use tubes equipped with a plurality of of microchannels separated from each other by partitions or ribs that allow the pipe to withstand the heavy operating conditions, without undergoing permanent deformation or damage with loss of refrigerant to the outside. Although capacitors of this type have excellent performance from the point of view of capacitance? heat exchange and excellent structural strength, they have the drawback of a very high cost.

I condensatori del tipo ad assemblaggio meccanico sono pi? economici di quelli saldobrasati, ma generalmente presentano una minore efficienza di scambio termico. Questo ? principalmente dovuto al fatto che, secondo la tecnologia ad assemblaggio meccanico, vengono impiegati tubi con sezione trasversale circolare, la cui forma stabile consente di resistere agli elevati livelli di pressione presenti nel sistema. La forma dei tubi per? penalizza fortemente le prestazioni di scambio termico del condensatore . Mechanical assembly type capacitors are more cheaper than brazed ones, but generally have a lower heat exchange efficiency. This ? mainly due to the fact that, according to the mechanically assembled technology, pipes with circular cross section are used, whose stable shape allows them to withstand the high pressure levels present in the system. The shape of the pipes for? strongly penalizes the heat exchange performance of the condenser.

Il documento EP-A-0 633 435 della stessa richiedente descrive un condensatore del tipo ad assemblaggio meccanico con tubi aventi sezione trasversale oblunga. Tubi di questo tipo consentono di incrementare notevolmente le prestazioni del condensatore in termini di efficienza di scambio termico. Tuttavia, i tubi a sezione oblunga presentano delle criticit? dal punto di vista della resistenza strutturale. Il suddetto documento EP-A-0633 435 risolve il problema della minor resistenza strutturale dei tubi a sezione trasversale oblunga rispetto a tubi con sezione circolare, ricorrendo ad un particolare dimensionamento dell'intero gruppo tubi-alette. Document EP-A-0 633 435 by the same applicant describes a condenser of the mechanically assembled type with tubes having an oblong cross-section. Pipes of this type allow to significantly increase the performance of the condenser in terms of heat exchange efficiency. However, the oblong section tubes present some critical issues? from the point of view of structural strength. The aforementioned document EP-A-0633 435 solves the problem of the lower structural resistance of tubes with oblong cross-section compared to tubes with circular section, resorting to a particular dimensioning of the entire tube-fin group.

La struttura dello scambiatore di calore illustrato in questo documento ha dato ottimi risultati sperimentali ed ? grado di resistere alle normali sollecitazioni termiche e meccaniche che si manifestano durante l?impiego a bordo di un veicolo. The structure of the heat exchanger illustrated in this document has given excellent experimental results and? able to withstand the normal thermal and mechanical stresses that occur during use on board a vehicle.

Tuttavia, l?esperienza ha dimostrato che esistono ancora punti critici dal punto di vista della resistenza strutturale, soprattutto quando il condensatore viene sottoposto a prove di laboratorio che realizzano delle condizioni di sollecitazione molto pi? gravose di quelle che si manifestano normalmente durante l'impiego del condensatore a bordo di un veicolo. However, experience has shown that there are still critical points from the point of view of structural strength, especially when the capacitor is subjected to laboratory tests that achieve much more stress conditions. burdensome than those that normally occur during the use of the condenser on board a vehicle.

In particolare,esperienze di laboratorio hanno messo in luce la presenza di punti delicati che possono dare origine a cedimenti, soprattutto a seguito di prove di sollecitazione con pressione pulsante. Una tipica prova di questo tipo prevede di portare il condensatore ad una temperatura di circa 100?C e di sollecitare i tubi dall'interno con una pressione variabile alternativamente fra 5 e 30 bar con una frequenza dell'ordine di 0,5-3 Hz. In particular, laboratory experiments have highlighted the presence of delicate points that can give rise to failures, especially following stress tests with pulsating pressure. A typical test of this type involves bringing the condenser to a temperature of about 100 ° C and stressing the pipes from the inside with a pressure that varies alternatively between 5 and 30 bar with a frequency of the order of 0.5-3 Hz. .

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire perfezionamenti a condensatori del tipo ad assemblaggio meccanico e con tubi a sezione trasversale oblunga, che consentano di eliminare o ridurre rischi di cedimenti anche in condizioni di prova a pressione pulsante. The present invention aims to provide improvements to condensers of the mechanically assembled type and with tubes having an oblong cross-section, which allow to eliminate or reduce the risk of failures even in test conditions with pulsating pressure.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da uno scambiatore di calore avente le caratteristiche formanti oggettidella rivendicazione principale. According to the present invention, this object is achieved by a heat exchanger having the characteristics forming the subject of the main claim.

Pi? precisamente, si ? notato che durante prove di sollecitazione con pressione pulsante, i tubi di estremit? della schiera costituiscono i punti con maggiore probabilit? di cedimento. Ci? ? causato dal fatto che, mentre i tubi situati all?interno della schiera hanno su entrambi i lati un tubo che si comporta come un vincolo alle deformazioni delle alette causate dal tubo adiacente, i tubi esterni hanno un'asimmetria non avendo sul lato esterno alcun tubo che contrasti la deformazione delle alette. Ci? comporta una debolezza intrinseca che riduce la resistenza complessiva della struttura alle sollecitazioni termiche e da pressione pulsante. Pi? precisely, yes? noticed that during stress tests with pulsating pressure, the end tubes? of the array constitute the points with greater probability? of subsidence. There? ? caused by the fact that, while the tubes located inside the array have a tube on both sides that acts as a constraint to the deformation of the fins caused by the adjacent tube, the external tubes have an asymmetry having no tube on the external side which contrasts the deformation of the fins. There? it involves an intrinsic weakness that reduces the overall resistance of the structure to thermal and pulsating pressure stresses.

La presente invenzione risolve il problema della minore resistenza strutturale dei tubi esterni eliminando o riducendo l'asimmetria presente nei tubi esterni attraverso un vincolo strutturale simile a quello esistente per i tubi interni. Tale vincolo si realizza fissando solidalmente le estremit? delle alette ad un elemento di rinforzo costituito ad esempio da una striscia metallica. Il fissaggio si pu? effettuare tramite incollaggio o tramite aggraffatura. In questo modo, si crea un vincolo rigido che limita notevolmente il campo di deformazione elastica/plastica delle alette e quindi del tubo esterno. Prove di laboratorio hanno dimostrato che tale soluzione risolve completamente il problema del maggior rischio di cedimenti dei tubi esterni. The present invention solves the problem of the lower structural resistance of the external tubes by eliminating or reducing the asymmetry present in the external tubes through a structural constraint similar to that existing for the internal tubes. This bond is achieved by solidly fixing the ends? fins to a reinforcing element consisting for example of a metal strip. The fixing can? carry out by gluing or by seaming. In this way, a rigid constraint is created which considerably limits the elastic / plastic deformation field of the fins and therefore of the outer tube. Laboratory tests have shown that this solution completely solves the problem of the greater risk of sagging of the external pipes.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become evident in the course of the detailed description which follows, given purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la fig.l ? una vista prospettica schematica di un condensatore secondo la presente invenzione, la fig.2 ? una sezione secondo la linea II-II della fig.l, e fig.l? a schematic perspective view of a capacitor according to the present invention, FIG. 2? a section along the line II-II of fig. 1, and

la fig.3 ? una sezione analoga alla fig.2, illustrante una variante del sistema di fissaggio dell'elemento di rinforzo. fig. 3? a section similar to Fig. 2, illustrating a variant of the fastening system of the reinforcing element.

Con riferimento alle figg.l e 2, con 10 ? indicato un condensatore per impianti di condizionamento d'aria per veicoli. Il condensatore 10 comprende una schiera di tubi 12 con sezione trasversale oblunga, nel caso specifico ovale. Ciascun tubo 12 ? inserito entro una serie di fori allineati ricavati attraverso alette sostanzialmente piane 14, fra loro sovrapposte in modo da formare un pacco. Il collegamento fra i tubi 12 e le alette 14 ? ottenuto mediante espansione meccanica dei tubi, dopo che questi sono stati inseriti con leggero gioco attraverso i fori allineati delle alette. Le estremit? dei tubi che sporgono dal pacco di alette 14 vengono collegate mediante saldobrasatura a rispettivi collettori 16 e 18. With reference to Figures 1 and 2, with 10? suitable for a condenser for vehicle air conditioning systems. The condenser 10 comprises an array of tubes 12 with an oblong cross-section, in the specific case oval. Each tube 12? inserted into a series of aligned holes obtained through substantially flat fins 14, superimposed on each other so as to form a pack. The connection between the tubes 12 and the fins 14? obtained by mechanical expansion of the tubes, after they have been inserted with slight play through the aligned holes of the fins. The ends some tubes protruding from the pack of fins 14 are connected by brazing to respective manifolds 16 and 18.

Prove sperimentali di resistenza strutturale hanno dimostrato che i tubi disposti alle estremit? della schiera, indicati con 12a e 12b nella fig.l, sono pi? esposti al rischio di rottura, soprattutto in presenza di pressione interna pulsante che determina una sollecitazione a fatica del sistema. Experimental tests of structural strength have shown that the pipes arranged at the ends? of the array, indicated by 12a and 12b in fig. 1, are pi? exposed to the risk of breakage, especially in the presence of pulsating internal pressure which causes fatigue stress on the system.

Secondo l'invenzione,per incrementare la resistenza strutturale dei tubi di estremit? 12a e 12b, si applicano sulle pareti laterali del pacco di alette 14 una coppia di elementi di rinforzo 20, 22, ciascuno dei quali ? preferibilmente costituito da una striscia metallica. According to the invention, to increase the structural strength of the end pipes? 12a and 12b, a pair of reinforcing elements 20, 22, each of which? preferably consisting of a metal strip.

Nella forma di attuazione illustrata nella fig. In the embodiment illustrated in FIG.

2, l'elemento di rinforzo 20 ha la forma di una piattina ed ? fissato al bordo laterale 24 delle alette 14 mediante incollaggio. L?elemento di rinforzo 20 si estende parallelamente ai tubi 12 e determina un vincolo strutturale che riduce le deformazioni delle alette verso l'esterno dovute alla pressione che agisce all?interno dei tubi 12a, 12b situati alle estremit? della schiera. 2, the reinforcing element 20 has the shape of a strip and? fixed to the lateral edge 24 of the fins 14 by gluing. The reinforcing element 20 extends parallel to the tubes 12 and determines a structural constraint which reduces the deformations of the fins towards the outside due to the pressure acting inside the tubes 12a, 12b located at the ends. of the array.

Nella variante della fig.3, l'elemento di rinforzo 20 ? fissato mediante aggraffatura ad una coppia di scanalature 26 ricavate sulle alette 14 in corrispondenza del loro bordo laterale 24, L?aggraffatura viene effettuata mediante piegatura delle porzioni laterali di estremit? 28 dell?elemento di rinforzo 20 entro le scanalature 26. In the variant of Fig. 3, the reinforcing element 20? fixed by crimping to a pair of grooves 26 formed on the fins 14 at their lateral edge 24, the crimping is carried out by bending the lateral end portions. 28 of the reinforcing element 20 within the grooves 26.

Claims

CLAIMS 1. Condenser for air conditioning systems for vehicles, comprising at least one row of tubes (12) fixed to a pack of substantially flat fins (14) by mechanical expansion of the tubes following their insertion into aligned holes (26) of the fins (14), characterized in that it comprises a pair of reinforcing elements (20, 22) applied on the side walls of the pack of fins (14) which extend parallel to the tubes (12).

2. Condenser according to claim 1, characterized in that said reinforcing elements (20, 22) are glued to the lateral edges of the fins (14).

3. Condenser according to claim 1, characterized in that the pack of fins (14) has a pair of grooves (26) in correspondence with each of said side walls (24), and in that each reinforcing element (20, 22)? fixed to the pack of fins (14) by crimping its lateral end portions (28) within said grooves (26).