ITTO20080568A1 - Gruppo di adduzione per un circuito aria condizionata con uno scambiatore di calore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“GRUPPO DI ADDUZIONE PER UN CIRCUITO ARIA CONDIZIONATA CON UNO SCAMBIATORE DI CALOREâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione à ̈ relativa a un gruppo fluidico comprendente uno scambiatore di calore per un circuito aria condizionata di un autoveicolo.

Un circuito aria condizionata di un veicolo comprende un compressore, un condensatore, un sistema di espansione, un evaporatore e un gruppo fluidico per collegare fra loro i componenti precedentemente citati.

In particolare, l'evaporatore viene attraversato da una corrente d'aria che viene addotta tramite appositi condotti dell'aria all'interno dell'abitacolo e il compressore può essere disposto sia nel vano motore sia anteriormente che posteriormente.

Il compressore fornisce lavoro per portare un fluido da una temperatura e una pressione relativamente basse, ad esempio 2°C e 2 bar rispettivamente, a una pressione e una temperatura più elevate, ad esempio 80°C e 15 bar.

Il fluido cede calore all'ambiente esterno nel condensatore e si dirige verso l'evaporatore essendo interposta una valvola di espansione che provoca una caduta di pressione, finché il fluido non evapora nell'evaporatore sottraendo calore al flusso d'aria che lo attraversa e che à ̈ convogliato all'interno dell'abitacolo.

A valle dell'evaporatore, il compressore deve fornire un lavoro al fluido pari al salto entalpico fra aspirazione e mandata. Allo scopo di rendere il ciclo frigorifero più efficiente e ridurre le emissioni inquinanti, à ̈ noto prevedere uno scambiatore di calore in cui il fluido in uscita dall'evaporatore viene riscaldato dal fluido in uscita dal condensatore. In questo modo, il fluido aspirato dal compressore presenta una pressione e una temperatura maggiori e sia il salto entalpico che conseguentemente il lavoro del compressore diminuiscono.

In particolare, sono noti scambiatori di calore in cui il condotto del fluido a bassa pressione à ̈ concentrico al condotto del fluido ad alta pressione. Tale scambiatore comprende un tubo estruso in alluminio.

Lo scambiatore noto richiede dei raccordi specificamente progettati per collegare un tubo estruso definente condotti concentrici agli altri componenti del circuito. Ciò, in combinazione con il fatto che il tubo à ̈ ottenuto per estrusione, comporta costi di produzione dello scambiatore relativamente elevati.

Inoltre, i condotti concentrici si adattano facilmente ad un circuito aria condizionata in cui il compressore sia montato nel vano motore in posizione anteriore. In questo caso, infatti, per esigenze di layout, i tubi di alta e bassa pressione sono affiancati.

Tuttavia, à ̈ anche possibile che il compressore sia montato in una parte posteriore del motore e in questo caso i tubi di alta e bassa pressione non sono affiancati in modo che lo scambiatore noto non à ̈ utilizzabile o necessita di tubazioni aggiuntive di collegamento.

E' inoltre noto impiegare nei circuiti aria condizionata un silenziatore reattivo capacitivo definito da una camera di espansione. La camera di espansione costituisce una capacità inserita normalmente sulla linea di bassa pressione a monte dell'aspirazione del compressore per regolarizzare il flusso di gas entrante nel compressore. In questo modo viene ridotta la rumorosità di quest'ultimo.

Quando il compressore à ̈ disposto posteriormente al motore, anche il silenziatore richiede connessioni dedicate e pone difficoltà di layout.

Uno scambiatore noto può presentare al suo interno labirinti interni definiti ad esempio da riempitivi insonorizzanti e/o dissipativi.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un gruppo fluidico per un circuito aria condizionata provvisto di uno scambiatore di calore esente dagli inconvenienti sopra specificati.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ raggiunto tramite un gruppo di adduzione secondo la rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, essa verrà ulteriormente descritta con riferimento alle figure allegate, in particolare:

- la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di un gruppo fluidico secondo la presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista laterale di un componente di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista frontale di figura 2;

- la figura 4 Ã ̈ una sezione secondo la linea IV-IV di figura 3; e

- la figura 5 Ã ̈ una vista prospettica di un gruppo fluidico secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

In figura 1 Ã ̈ raffigurato con 1, nel suo insieme, un gruppo fluidico per un impianto di aria condizionata di un autoveicolo, comprendente una linea di alta pressione 2 per addurre un fluido refrigerante fra la mandata di un compressore e una valvola di espansione e una linea di bassa pressione 3 per addurre un fluido refrigerante dalla valvola di espansione all'aspirazione del compressore.

In particolare la linea di alta pressione 2 comprende condotti di metallo e gomma montati in serie, un raccordo 4 atto ad essere collegato alla mandata di un compressore, un raccordo 5 collegato all'ingresso di un condensatore e un tubo 6' fra i raccordi 4 e 5. Inoltre la linea di alta pressione 2 comprende un condotto 6 per collegare il condensatore a una valvola di espansione (non illustrata). Il condotto 6 comprende un raccordo 7 atto ad essere collegato all'uscita del condensatore e un raccordo 8 atto ad essere collegato alla valvola di espansione.

La linea di bassa pressione 3 comprende un condotto 9 avente un raccordo 10 atto ad essere collegato all'uscita di un evaporatore (non illustrato) e un raccordo 11 atto ad essere collegato a un ingresso del compressore.

I condotti delle linee 2, 3 comprendono almeno uno strato di un materiale barriera per impedire la permeazione del fluido refrigerante, normalmente molto volatile. Ad esempio, il materiale può essere alluminio oppure una poliammide 6,10. Nel caso di un impianto ad anidride carbonica, le tubazioni sono realizzate di acciaio.

Secondo la presente invenzione, il gruppo di adduzione 1 comprende un gruppo scambiatore silenziatore 12 montato sulla parete parafiamma 13 (solo schematizzata in figura 1) e disposto in prossimità dei raccordi 8 e 10.

In particolare, il gruppo scambiatore silenziatore 12 consente sia di diminuire le pulsazioni del fluido refrigerante allo stato gassoso che provocano rumori indesiderati, che di riscaldare il fluido refrigerante allo stato gassoso stesso per diminuire il salto entalpico fra aspirazione e mandata del compressore.

Nelle figure 2 e 3 Ã ̈ illustrato il gruppo scambiatore silenziatore 12 che comprende un primo e un secondo semiguscio 14, 15 uniti tramite una saldatura a tenuta di gas lungo un rispettivo bordo di testa, ad esempio TIG, per formare un involucro 16, una prima flangia di connessione 17 collegata rigidamente, ad esempio tramite una coppia di viti 18, al semiguscio 14 e una seconda flangia di connessione 19 collegata rigidamente, ad esempio tramite una coppia di viti 20, al semiguscio 15.

In particolare, ciascun semiguscio 14, 15 presenta una forma a coppa avente una faccia piana 21 e le flange 17, 19 sono anch'esse piane e applicate alle rispettive facce 21. Preferibilmente, i semigusci 14, 15 sono uguali e realizzati tramite il processo di estrusione a impatto.

La figura 4 illustra la struttura interna del gruppo scambiatore silenziatore 12.

L'involucro 16 definisce un ingresso 22 e un'uscita 23 per la linea di alta pressione 2 e un ingresso 24 e un'uscita 25 per la linea di bassa pressione 3.

Il gruppo scambiatore silenziatore 12 comprende un corpo radiante 26 collegato fra l'ingresso 22 e l'uscita 23. Preferibilmente, l'ingresso 22 e l'uscita 23 definiscono una svasatura e il corpo radiante 26 comprende un tubo metallico 27 i cui bordi di estremità vengono allargati e saldati a tenuta di fluido sulle rispettive svasature.

Secondo una forma di realizzazione, la linea di alta pressione 2 à ̈ collegata fluidicamente al corpo radiante 26 tramite una porzione di ingresso 28 e una porzione di uscita 28'. Preferibilmente, le porzioni di ingresso e uscita 28, 28' sono uguali fra loro e solo la porzione di ingresso sarà descritta nel seguito per brevità.

In particolare, la porzione di ingresso 28 definisce una sede 29 per un anello di tenuta (non illustrato), e una rifollatura 30 che viene chiusa sul bordo saldato del tubo 27 dalla flangia 19 tramite le viti 20. L'anello di tenuta garantisce che non ci siano perdite di fluido refrigerante fra tubo 27 e linea di alta pressione 2 e le saldature fra il tubo 27 e l'involucro 16 garantiscono che il fluido refrigerante della linea di alta pressione 2 non sfugga verso l'esterno.

La linea di bassa pressione 3 à ̈ collegata all'involucro 16 tramite una porzione di ingresso 32 e una porzione di uscita 33. Preferibilmente, le porzioni di ingresso e uscita 32, 33 sono uguali fra loro e solo la porzione di ingresso sarà descritta nel seguito per brevità.

In particolare, la porzione di ingresso 32 definisce una rifollatura 34 che appoggia su una rondella elastica 35 sostanzialmente parallela alla faccia piana 21 e definente una tenuta frontale per il fluido refrigerante. La rifollatura 34 e la rondella elastica 35 sono premute tramite la flangia 17 e le viti 18 in modo da realizzare una connessione rigida a tenuta di fluido ed evitare che il fluido refrigerante allo stato gassoso si disperda nell'ambiente esterno.

In una forma di realizzazione preferita, le flangie 17, 19 definiscono rispettive scanalature 38 (una delle quali illustrata in figura 3) diametrali e aperte radialmente in modo da essere montabili dopo che il gruppo scambiatore silenziatore 12 Ã ̈ collegato alle linee 2, 3.

Preferibilmente, le flangie 17, 19 sono realizzate da una piastra piana per tranciatura, la piastra presentando delle lamature per alloggiare correttamente le rifollature delle tubazioni. In particolare, le rifollature 30 presentano una dimensione assiale diversa da quella delle rifollature 34 poiché vengono realizzate su tubi aventi uno spessore differente. La presenza delle lamature consente pertanto di recuperare tale differenza di dimensione e di mantenere la flangia 17, 19 sostanzialmente piana per garantire il corretto funzionamento delle rondelle elastiche 35. In questo modo ciascuna flangia 17, 19 collega contemporaneamente due rispettive porzioni 28', 32 e 28, 33.

Secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, il corpo radiante 26 comprende una pluralità di risalti radiali 36 schematizzati in figura 4. I risalti radiali 36 aumentano la superficie di scambio termico fra il tubo 27 e il fluido refrigerante all'interno della camera 31. Preferibilmente, i risalti radiali 36 comprendono fili metallici disposti radialmente e incollati sul tubo 27.

Il gruppo scambiatore silenziatore 12 Ã ̈ montato come segue.

Il corpo radiante 26 Ã ̈ inserito all'interno dei semigusci 14, 15 e questi ultimi sono saldati fra loro.

Successivamente, i bordi di estremità del tubo 27 sono allargati per aderire alle rispettive svasature dell'ingresso 22 e dell'uscita 23, e anche i bordi sono saldati.

Infine, il gruppo scambiatore silenziatore 12 viene montato alle linee di alta e bassa pressione 2, 3 come descritto in precedenza impiegando le flange 17, 19.

Da quanto descritto con riferimento alle figure allegate, risultano evidenti i vantaggi del gruppo fluidico realizzato secondo la presente invenzione.

La linea di bassa pressione 3 definisce la camera 31 all'interno della quale il fluido refrigerante allo stato gassoso espande e viene riscaldata tramite il corpo radiante 26. La camera 31 definisce inoltre una capacità che comporta lo smorzamento delle pulsazioni di pressione. In particolare, tale effetto viene aumentato dal fatto che la camera 31 alloggia l'elemento radiante 26. Ciò, infatti, comporta un effetto labirinto sul percorso del fluido refrigerante. Pertanto, un circuito aria condizionata provvisto del gruppo scambiatore silenziatore 12 non richiede la presenza di un ulteriore silenziatore e integra due funzioni in un unico componente.

In particolare, per definire un volume di accumulo, la camera 31 presenta una dimensione trasversale minima maggiore del diametro della porzione di ingresso e/o uscita 32, 33.

La connessione della linea di alta pressione 2 al gruppo scambiatore silenziatore 12 può essere eseguita tramite connessioni normalmente impiegate nei circuiti aria condizionata e i costi sono conseguentemente ridotti e l'affidabilità già comprovata.

Il gruppo scambiatore silenziatore 12 può essere montato sia su impianti che presentano il compressore anteriore che su quelli che presentano il compressore posteriore (come quello illustrato in figura 1).

Risulta infine chiaro che alla presente invenzione possono essere apportate modifiche o varianti senza per questo uscire dall'ambito di tutela definito dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, l'involucro 16 può avere, oltre a una sezione trasversale circolare, anche una sezione ellittica per risparmiare spazio quando viene montata sulla parete parafiamma.

I due semigusci 14, 15 possono essere montati su un tubo passante al quale siano preventivamente applicati i risalti radiali 36. I gusci 14, 15 possono circondare i risalti 36 ed essere successivamente saldati fra loro e al tubo passante in corrispondenza delle porte 22, 23. In questo modo à ̈ possibile evitare le connessioni realizzate dalle porzioni di ingresso e uscita 28, 28', ridurre ulteriormente i costi e garantire una tenuta ottimale.

Per aumentare l'efficienza di scambio termico, i gusci 14, 15 possono definire dei setti che allungano il percorso del fluido refrigerante allo stato gassoso che fluisce dall'ingresso 24 all'uscita 25, come ad esempio il setto 40 di figura 4.

Inoltre, le porzioni di ingresso e uscita 32, 33 possono essere sia coassiali, come illustrato in figura 4, che disallineate. Anche in quest'ultimo caso, il percorso del fluido refrigerante all'interno della camera 31 viene allungato. Preferibilmente, le porzioni 32, 33 sono da parti opposte di un piano passante per un asse A del tubo 27.

Le flange 17 ,19 possono essere realizzate sia di tranciatura che di pressofusione.

Il gruppo scambiatore silenziatore 12 può essere montato anche in altre posizioni, cioà ̈ su un longherone.

Il gruppo scambiatore silenziatore 12 può essere disposto fra il tubo 6' compreso fra i raccordi 4 e 5, cioà ̈ fra la mandata del compressore e l'ingresso del condensatore, e il condotto 9, oppure essere collegato a un'altra fonte di fluido ad alta temperatura, come ad esempio l'acqua di raffreddamento.

Inoltre, i semigusci 14, 15 e/o il tubo 27 e/o i risalti radiali 36 possono essere incollati tramite un adesivo strutturale sigillante invece che saldati. In questo modo à ̈ possibile evitare un eccessivo apporto di calore ai componenti durante il processo di fabbricazione e mantenere comunque una sigillatura necessaria contro la fuga del fluido refrigerante.

In figura 5 à ̈ illustrato un secondo gruppo fluidico 50 per un impianto aria condizionata in cui il compressore à ̈ montato in posizione anteriore al motore. In tale figura à ̈ illustrato come il gruppo scambiatore silenziatore 12 può essere montato in sostituzione del silenziatore normalmente impiegato in questo tipo di impianti e indicato con il numero di riferimento 51.

Il gruppo fluidico 50 verrà descritto nel seguito in modo che numeri di ferimento identici a quelli impiegati nella descrizione precedente indichino elementi uguali o corrispondenti a quelli precedentemente descritti.

In particolare, il gruppo fluidico 50 comprende la linea di alta pressione 2 in cui il raccordo 4 Ã ̈ collegato alla mandata del compressore e il raccordo 8 Ã ̈ collegato all'ingresso della valvola di espansione, e la linea di bassa pressione 3 in cui il raccordo 10 Ã ̈ collegato all'uscita dell'evaporatore e il raccordo 11 Ã ̈ collegato all'aspirazione del compressore.

In particolare, la linea di alta pressione 2 comprende il condotto 6 collegato fra l'uscita del condensatore e la valvola di espansione. La linea di bassa pressione 3 comprende il condotto 9 collegato fra l'evaporatore e il compressore per addurre liquido refrigerante allo stato gassoso a bassa pressione e bassa temperatura.

Secondo la configurazione illustrata in figura 5, i condotti 6 e 9 sono affiancati fra loro e il gruppo scambiatore silenziatore 12 Ã ̈ montato lungo il tratto in cui i condotti 6 e 9 sono vicini.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo fluidico per un circuito di aria condizionata, comprendente una prima linea di adduzione (2) per un fluido ad alta temperatura, una seconda linea di adduzione (3) per un fluido refrigerante allo stato gassoso, e un involucro (16) definente un primo ingresso (24) e una prima uscita (25) collegate alla detta seconda linea (3); una camera (31) avente una forma allungata e una dimensione trasversale minima superiore rispetto a quella dei detti primo ingresso e prima uscita (24, 25); un secondo ingresso (22) e una seconda uscita (23) collegati alla detta prima linea (2); il detto gruppo fluidico comprendendo un corpo radiante (26) atto ad essere attraversato dal fluido ad alta temperatura e collegato a tenuta di fluido al detto involucro (16) fra i detti secondo ingresso e seconda uscita (22, 23) all'interno della detta camera (31) per definire un gruppo integrato silenziatore scambiatore (12).
2. 2. Gruppo fluidico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto involucro (16) comprende una coppia di gusci (14, 15).
3. 3. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto involucro (16) presenta una parete laterale avente generatrici sostanzialmente rettilinee e una sezione trasversale avente una dimensione maggiore e una dimensione minore diversa dalla detta dimensione maggiore.
4. 4. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto corpo radiante (26) comprende un tubo (27) avente una lunghezza superiore a quella del detto involucro (16).
5. 5. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto corpo radiante (26) comprende risalti radiali (36) per aumentare la superficie di scambio termico.
6. 6. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un setto (40) atto a intercettare il flusso del detto fluido refrigerante all'interno della detta camera (31).
7. 7. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta seconda linea (3) comprende un condotto di ingresso (32) e un condotto di uscita (33) collegati al detto involucro (16) e dal fatto che i detti condotto di ingresso e di uscita (32, 33) sono disallineati.
8. 8. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette prima e seconda linea (2, 3) sono collegate al detto involucro (16) tramite due flangie (17, 19).
9. 9. Gruppo fluidico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che almeno una delle dette flangie (17; 19) presenta un'apertura laterale tale da poter essere montata dopo che le dette prima e seconda linea (2, 3) sono già state collegate fluidicamente al detto involucro (16).
10. 10. Gruppo fluidico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di comprendere una tenuta frontale (35) fra il detto involucro (16) e una rifollatura (34) della detta seconda linea (3) e dal fatto che almeno una delle dette flangie (17; 19) definisce una lamatura per alloggiare almeno la detta rifollatura (34) in modo che la detta flangia (17; 19) sia montata sostanzialmente piana.
11. 11. Gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno il detto corpo radiante (26) Ã ̈ incollato al detto involucro (16).
12. 12. Impianto di aria condizionata per un autoveicolo comprendente un compressore, un evaporatore e un condensatore, caratterizzato dal fatto di comprendere un gruppo fluidico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti per collegare fra loro i detti compressore, condensatore e compressore.
13. 13. Autoveicolo comprendente un vano motore e una parete parafiamma (13) delimitante il detto vano motore, caratterizzato dal fatto di comprendere un impianto aria condizionate secondo la rivendicazione 12, in cui il detto gruppo scambiatore silenziatore (12) Ã ̈ applicato alla detta parete parafiamma (13).