BR112013000863B1

BR112013000863B1 - Trocador de calor evaporativo

Info

Publication number: BR112013000863B1
Application number: BR112013000863-6A
Authority: BR
Inventors: Thomas William Bugler; Davey Joe Vadder
Original assignee: Evapco, Inc
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2020-12-15
Also published as: US20200300548A1; RU2529765C1; WO2012009221A2; CA2805373C; RU2013106852A; AU2011279513A1; EP2593741B1; AU2011279513B2; BR112013000863A2; US20120012292A1; US20180003443A1; CA2805373A1; EP2593741A2; MX2013000602A; PL2593741T3; CN103080687B; CN103080687A; ES2525165T3; WO2012009221A3

Abstract

aparelho permutador de calor evaporativo com conjunto de serpentina tubular elíptica aletada. expõe-se um conjunto de tubos de serpentina com aletas aperfeiçoado (24, 24a, 24b, 24d) que aumenta o desempenho do permutador de calor evaporativo (26, 26a, 26b, 26c, 26d), e inclui tubos (10), de preferência tubos de serpentina, no conjunto de serpentina. os tubos são dotados de uma seção transversal de uma maneira geral elíptica com aletas externas (20) formadas em uma superfície externa dos tubos. as letas são espaçadas substancialmente de 1,5 até substancialmente 3,5 aletas por polegada (2,54 cm) ao longo do eixo longitudinal (13) dos tubos, estendem-se substancialmente de 23,8% até substancialmente 36% do diâmetro nominal externo do tubo na altura a partir da superfície externa dos tubos e têm uma espessura de substancialmente 0,018 cm (0,007 de polegada). os tubos são dotados de um espaçamento de centro a centro (dh) de uma maneira geral horizontal e normal ao eixo longitudinal dos tubos de substancialmente 109% até substancialmente 125% do diâmetro nominal externo do tubo, e um espaçamento de centro a centro (dv) de uma maneira geral vertical de substancialmente 100% até cerca de 131% do diâmetro nominal externo do tubo.

Description

Antecedentes da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a aperfeiçoamentos em tubos em um conjunto de serpentina para o uso em um aparelho trocador de calor evaporativo em que o conjunto de serpentina se destina a ser montado em um duto ou pleno do aparelho no qual fluidos trocadores de calor externos, tipicamente um líquido, usualmente água, e um gás, usualmente ar, fluem externamente através do conjunto de serpentina para refrigerar um fluido de transferência de calor interno para refrigerar um fluido de transferência de calor interno que passa internamente através dos tubos do conjunto de serpentina. Os aperfeiçoamentos relacionam-se com o uso de tubos ou segmentos dos tubos que são dotados de uma seção transversal de uma maneira geral elíptica, em combinação com orientação, disposição e espaçamento de tubos, e espaçamento, altura e espessura de aletas, os quais devem ser todos eles cuidadosamente equilibrados, de forma tal a proporcionarem coeficientes de transferência de calor aumentados, com uma inesperada queda de pressão de ar relativamente baixa que produz alto volume de ar, os quais em conjunto produzem uma capacidade de troca de calor muito alta.

[002] De preferência, muito embora não exclusivamente, o conjunto de serpentina de tubos aletados da presente invenção que utiliza tubos que são dotados de segmentos aletados com seções transversais de uma maneira geral elípticas, é montado mais eficientemente em um trocador de calor evaporativo de contra corrente de forma que a água flui descendentemente e externamente através do conjunto de serpentina enquanto o ar desloca-se ascendentemente e externamente através do conjunto de serpentina. O conjunto de serpentina da presente invenção pode ser usado também em um trocador de calor evaporativo de fluxo paralelo, no qual o ar desloca-se na mesma direção que a água sobre o conjunto de serpentina, da mesma forma que um trocador de calor evaporativo de fluxo transverso, onde o ar se desloca sobre a serpentina em uma direção transversal ao fluxo da água. A evaporação da água refrigera o conjunto de serpentina e o fluido de transferência de calor interno dentro dos tubos que formam o conjunto de serpentina.

[003] Os tubos podem ser utilizados em qualquer tipo de conjunto de serpentina de trocador de calor evaporativo feito de um conjunto de diversos, e de preferência muitos, tubos que podem ser dotados de uma variedade de disposições. Os tubos são de preferência dispostos em fileiras, de um modo geral horizontais, que se estendem através do percurso de escoamento do ar e água que flui externamente através do conjunto de serpentina, estejam o ar e a água em contracorrente, fluxo paralelo ou percursos de fluxos cruzados. As extremidades dos tubos podem ser conectadas a coletores ou cabeçotes para a distribuição apropriada do fluido de transferência de calor interno. O fluido de transferência de calor interno pode ser um fluido de aquecimento, um fluido de refrigeração ou um fluido de processamento usado em vários tipos de processos industriais, onde a temperatura do fluido de transferência de calor interno necessita ser modificada, tipicamente, mas não exclusivamente, por resfriamento, e muitas vezes, mas não exclusivamente, por condensação, como um resultado da transferência de calor através das paredes dos tubos por meio dos fluidos trocadores de calor externos.

[004] Tipicamente, o aparelho trocador de calor evaporativo utiliza um número de tubos de serpentina para os conjuntos de serpentina, e esses tubos de serpentina são muitas vezes o tipo de tubos preferidos usados devido à facilidade de manufatura dos conjuntos de serpentina efetivos a partir desses tubos. Muito embora outros tipos de tubos da presente invenção sejam de utilidade para o aparelho trocador de calor evaporativo da presente invenção, os tubos e conjuntos de serpentina da presente invenção serão descritos principalmente, sem limitação, com relação aos tubos de serpentina preferidos. As informações básicas seguintes são proporcionadas para a melhor compreensão da relação dos componentes de tubos e conjunto de serpentina que utilizam tubos de serpentina.Cada tubo de serpentina compreende uma pluralidade de dois tipos diferentes de partes, “segmentos” e “curvas de retorno”. Os segmentos são de uma maneira geral partes de tubo retas que são conectadas por meio das curvas de retorno, que são as partes encurvadas, por vezes referidas como “curvaturas” para conferir a cada tubo a sua estrutura de serpentina. De acordo com uma modalidade preferida do conjunto de serpentina da presente invenção, os tubos, que podem ser De uma maneira geral de estrutura reta (referidos mais adiante como “tubos retos”), ou os segmentos de cada um dos tubos de serpentina, são de uma maneira geral de seção transversal elíptica e as curvas de retorno podem ser de qualquer forma desejada e são tipicamente de uma maneira geral circulares, de uma maneira geral elípticas, de uma maneira geral em forma de rim ou qualquer outra forma seccional. A dimensão máxima de uma maneira geral horizontal dos segmentos de uma maneira geral elípticos é usualmente igual à, ou menor do que a, dimensão seccional de uma maneira geral horizontal das curvas de retorno, especialmente se as curvas de retorno forem dotadas de uma seção transversal circular. Se desejado, as curvas de retorno podem ser dotadas de uma seção transversal elíptica, ou uma seção transversal em forma de rim, mas é usualmente mais fácil fazer as curvas de retorno com uma seção transversal circular. Os segmentos dos tubos de serpentina horizontalmente adjacentes são espaçados em relação uns aos outros por meio da seção transversal horizontal maior das curvas de retorno quando as curvas de retorno ficam em contato umas com as outras, ou podem ser espaçadas por meio de espaçadores orientados verticalmente dispostos entre as curvas de retorno, na dependência das características de desenho do aparelho trocador de calor evaporativo em que os conjuntos de serpentina são utilizados.

[005] Nos conjuntos de serpentinas, os tubos retos ou os segmentos dos tubos de serpentina são de preferência dispostos em fileiras de uma maneira geral horizontais que se estende através do percurso de fluxo do ar e da água que fluem externamente através do conjunto de serpentina, esteja o ar e a água em percursos de contracorrente, em fluxo paralelo ou em fluxo transverso.

[006]Trocadoresde calorevaporativos que utilizam conjuntos de serpentinas que usam tubos de serpentina dotados de segmentos com seções transversais de uma maneira geral elípticas também são conhecidos, por exemplo, tais como expostos nas patentes U.S. 4.755.331 e 7.296.620, cujas exposições pela presente ficam incorporadas neste contexto nas suas totalidades, que são cedidas à Evapco, Inc., a cessionária da presente invenção. Estas patentes não expõem nem consideram o uso de tubos dotados de aletas no conjunto de serpentina no ambiente de troca de calor evaporativo.

[007]São conhecidos os tubos dotadosde aletas usados em conjuntos de serpentinas de trocadores de calor secos (não evaporativos) e são usados em vista da maior área de superfície proporcionada pelas aletas para dissipar calor por meio de condução quando expostos ao ar que flui externamente através do conjunto de serpentina do trocador de calor seco. De uma maneira geral, as aletas desses trocadores de calor secos não afetam materialmente de forma prejudicial o fluxo de ar através do conjunto de serpentina do trocador de calor seco. As serpentinas dotadas de aletas também são usadas extensamente em conjuntos de serpentinas de produtos tais como refrigeradores para dissiparo calor para o ar ambiente.

[008] Exemplos de conjuntos de serpentinas para trocadores de calor secos feitos utilizando-se aletas na forma de folhas ou placas dotadas de furos através dos quais Passam segmentos que são dotados de seções transversais de uma maneira geral elípticas encontram-se expostos nas patentes da Evapco, Inc., U.S. números 5.425.414, 5.799.725, 6.889.759 e 7.475.719. Não obstante, esses conjuntos de serpentinas não são de utilidade com os trocadores de calor evaporativos, uma vez que as folhas ou placas afetariam prejudicialmente a mistura e turbulência do ar e da água envolvidas com a troca de calor evaporativa que deve passar externamente através do conjunto de serpentina.

[009] A Evapco, Inc. e outras têm usado conjuntos de serpentinas de tubos com aletas em trocadores de calor evaporativos onde os segmentos dos tubos nos conjuntos de serpentinas são dotados de seções transversais circulares que incluem aletas que se estendem ao longo do comprimento dos segmentos individuais dos tubos. Os segmentos que são dotados de seções transversais circulares são relativamente fáceis de proporcionar com aletas, tal como por meio do enrolamento em espiral dos segmentos com tiras de metal que formam as aletas. Estes tubos dotados de aletas têm sido usados em trocadores de calor evaporativos, mas em circunstâncias limitadas e com êxito limitado. Primeiro, têm sido empregadas serpentinas de tubos redondos com aletas em trocadores de calor para aumentar a capacidade de refrigeração a seco em aplicações de água fria quando não é necessária muita capacidade e quando se utiliza água como um líquido de troca térmica externa poderá resultar em congelamento e outros problemas. Esses usos foram mais raros e foram proporcionados para tratar com um problema, ao contrário de uma maneira de aperfeiçoar a função principal do resfriamento evaporativo de acordo com a presente invenção. Segundo, embora tenham sido empregadas serpentinas de tubos redondos com aletas para aperfeiçoar o resfriamento evaporativo, isto não tem sido bem sucedido.Muito embora a presença das aletas aumente o coeficiente de transferência de calor, nas tentativas anteriores os aumentos foram contrabalançados porque as aletas também causaram fluxo de ar diminuído sobre a serpentina, resultando deste modo em pior desempenho.

[0010] O conjunto de serpentina de tubos aletados da presente invenção proporciona um número de vantagens significativas. A combinação da forma dos tubos, o espaçamento dos tubos, a altura das aletas, e o número das aletas por centímetro (polegada) resultaram em aumentos excepcionais e inesperados no desempenho térmico evaporativo. A geometria dos tubos e sua orientação e disposição com um conjunto de serpentina desempenham uma parte essencial na mistura turbulenta do ar e da água. A forma da seção transversal de uma maneira geral elíptica dos segmentos proporciona as vantagens de uma grande quantidade de área de superfície dos tubos em um conjunto de serpentina, fluxo efetivo e transferência de calor do fluido de processo internamente dentro dos tubos e características de fluxo de ar externo e água aumentadas. Com a presente invenção, o resultado surpreendente de menos resistência ao ar e à água que passam externamente através do conjunto de serpentina permite o uso de volume de ar mais alto que proporciona capacidade térmica adicional comparada com os sistemas de técnica anterior sem adicionar qualquer energia de ventoinha. Os tubos providos de aletas proporcionam uma área de superfície aumentada para troca de calor condutora com os tubos e auxiliam na mistura turbulenta do ar e a água que flui externamente através do conjunto de serpentina, aumentando a troca de calor de convecção entre o ar e a água. Os tubos com aletas ocupam espaço que pode impedir o fluxo de água e ar e desse modo seria de se esperar que causasse uma queda de pressão de ar lateral muito significativa, com a necessidade de motores mais fortes para as ventoinhas movimentarem o ar através do conjunto de serpentina no trocador de calor. Não obstante, os tubos com aletas com seção transversal de uma maneira geral elíptica dotados das características da presente invenção não só proporcionam um equilíbrio cuidadoso da área de superfície do conjunto de serpentina aumentada para a troca de calor condutor com qualquer fluido que flui dentro dos tubos e mistura e turbulência do ar e água para a troca de calor de convecção, mas também proporciona uma redução surpreendente na queda de pressão de ar lateral através do conjunto de serpentina, ao mesmo tempo em que retém um aumento muito grande no coeficiente de transferência de calor externo.

[0011] A capacidade total do conjunto de serpentina da presente invenção e dos trocadores de calor evaporativos que a contêm é enormemente aperfeiçoada sob certas circunstâncias nominais, ou mesmo de custo reduzido, em comparação com o aumento na capacidade. Por exemplo, o custo por tonelada de refrigeração pode ser reduzido, por exemplo, pela substituição de um conjunto de serpentina utilizando-se mais tubos não aletados com um conjunto de serpentina utilizando-se menor quantidade de tubos com aletas da presente invenção. Além disso, um trocador de calor evaporativo de uma determinada dimensão que utiliza tubos sem aletas da técnica anterior poderá ser substituído com um trocador de calor evaporativo menor de acordo com a presente invenção que alcança o mesmo, ou melhor, desempenho térmico. Além disso, utilizando-se um conjunto de serpentina que é dotado dos tubos com aletas da presente invenção poderá reduzir de forma significativa a energia de ventoinha requerida, e por essa razão o consumo global de energia, em comparação com um conjunto de serpentina sem aletas da mesma dimensão.

[0012] São vários os tipos de aparelhos trocadores de calor utilizados em uma variedade de indústrias, desde simples ar condicionado em edifícios até processamento industrial, tais como refino de petróleo, refrigeração de usinas elétricas, e outras indústrias. Tipicamente, nos sistemas de troca de calor indireta, um fluido de processo utilizado em qualquer uma dessas, ou outras, aplicações é submetido a aquecimento ou resfriamento mediante a passagem internamente através de um conjunto de serpentina feito de material condutor de calor, tipicamente um metal, tais como alumínio, cobre, aço galvanizado ou aço inoxidável. Calor é transferido através das paredes do material condutor de calor do conjunto de serpentina para a atmosfera ambiente, ou em aparelhos trocadores de calor, para outro fluido trocador de calor, tipicamente ar e/ou água que flui externamente sobre o conjunto de serpentina onde o calor é transferido, usualmente a partir do fluido de processamento quente internamente dentro do conjunto de serpentina para o fluido trocador de calor de refrigeração externamente do conjunto de serpentina, pelo que o fluido de processamento interno é refrigerado e o fluido trocador de calor externo é aquecido.

[0013] Nos aparelhos trocadores de calor evaporativos indiretos, em que é utilizado o conjunto de serpentina de tubos aletados da presente invenção, o calor é transferido utilizando-se troca evaporativa indireta, onde existem Três fluidos: um gás, tipicamente ar (conseqüentemente, esse gás será usualmente referido neste contexto, sem limitação, como “ar”), um fluido de processo que flui internamente através de um conjunto de tubos de serpentina, e um líquido de refrigeração evaporativo, tipicamente água (consequentemente, esse líquido trocador de calor ou de resfriamento externo será usualmente referido neste contexto, sem limitação, como sendo "água"), que é distribuído sobre o exterior do conjunto de serpentina através da qual está fluido o fluido de processo e que também contata e mistura-se com o ar ou outro gás que flui externamente através do conjunto de serpentina. O fluido de processo primeiro troca o calor sensível com o líquido evaporativo através de transferência de calor indireta entre os tubos do conjunto de serpentina, uma vez que ele não contata diretamente o líquido evaporativo, e então a corrente de ar e o líquido evaporativo trocador de calor e massa quando eles entram em contato um com o outro, resultando em mais refrigeração evaporativa.

[0014] De acordo com outras modalidades, troca de Calor evaporativa direta pode ser utilizada em conjunto com a troca de calor evaporativa indireta que envolve o conjunto de serpentina de tubos com aletas da presente invenção, tal como exposto adiante neste contexto de forma mais detalhada, para proporcionar capacidade aumentada. No aparelho trocador de calor evaporativo direto, pode-se fazer passar ar ou outro gás e água, ou outro líquido de resfriamento, através de meio de transferência de calor direta, chamado preenchimento de coberta molhada, onde a água ou outro líquido de resfriamento é então distribuído na forma de uma película fina sobre a superfície de preenchimento estendida para eficiência de resfriamento máxima. O ar e a água entram em contato um com o outro diretamente através da superfície de preenchimento, em que uma pequena parte da água distribuída é evaporada, resultando em resfriamento evaporativo direto da água, que é usualmente coletada em um reservatório para recirculação sobre preenchimento de coberta molhada e qualquer conjunto de serpentina utilizadono aparelho para troca de calor indireta.

[0015]Ostrocadorde calorevaporativos são comumente utilizados para rejeitar calor como resfriadores ou condensadores. Deste modo, o aparelho da presente invenção pode ser utilizado como um resfriador, onde o fluido de processo é compreendido por um fluido de fase única, tipicamente líquido, e muitas vezes água, muito embora ele possa ser um gás não condensável sob as temperaturas e pressões sob as quais o aparelho está operando. O aparelho da presente invenção também pode ser usado como um condensador, em que o fluido de processo é um fluido de duas fases ou multifase que inclui um gás condensável, tais como amônia ou refrigerante FREON® ou outro refrigerante em um sistema de condensador sob as temperaturas e pressões sob as quais o aparelho está operando, tipicamente como parte de um sistema de refrigeração onde o fluido de processo é comprimido e então evaporado para proporcionar a refrigeração desejada. No caso em que o aparelho é usado como um condensador, o condensado é coletado em um ou mais receptores de condensado ou é transferido diretamente para o equipamento de refrigeração associado tendo um valor de expansão ou evaporador onde o ciclo de refrigeração se inicia novamente.

[0016] A presente invenção utiliza umconjunto de serpentina de tubos com aletas, onde a combinação de fatores reivindicada da forma de tubos, orientação, disposição e espaçamento de tubos, e espaçamento, altura e espessura de aletas, devem ser todos eles cuidadosamente equilibrados, para proporcionarem coeficientes de transferência de calor aumentados com uma inesperada queda de pressão de ar relativamente baixa que produz alto volume de ar. A combinação de coeficientes de transferência de calor aumentados com alto volume de ar produz uma capacidade de troca de calor muito alta.

DEFINIÇÕES

[0017] Da forma que são utilizadas neste contexto, as formas de singular "um", "uma", e "o/a" incluem referentes plurais, e as formas de plural incluem o referente singular, a não ser que o contexto claramente determine de outro modo.

[0018] Determinada terminologia é usada na descrição seguinte por razões de conveniência apenas e não é limitativa. Palavras que designam direção tais como “fundo”, “topo”, “frontal”, “traseiro”, “esquerda”, “direita”, “laterais”, “para cima”, “para baixo” designam direções nos desenhos aos quais é feita referência, mas não são limitativas com relação à orientação em que a invenção e os seus componentes e aparelhagem podem ser utilizados. A terminologia inclui as palavras especificamente mencionadas anteriormente, os seus derivados e palavras de importância assemelhada.

[0019] Da forma que é utilizado neste contexto, o termo “cerca de” com relação a qualquer valor numérico, significa que o valor numérico tem certa flexibilidade razoável e não é fundamental para a função ou operação do componente que está sendo descrito ou do sistema ou subsistema com o qual o componente é usado, e incluirá valoresdentro de mais ou menos 5% do valor estabelecido.

[0020] Da forma que é utilizada nestecontexto, o termo “de uma maneira geral” ou seus derivados com relação a qualquer elemento ou parâmetro significa que o elemento tem a forma básica, ou o parâmetro tem a mesma direção básica, orientação ou semelhante para a extensão em que a função do elemento ou parâmetro não será materialmente afetado prejudicialmente por um pouco de uma alteração no elemento ou parâmetro. A título de exemplo e não de limitação, os segmentos que são dotados de uma “seção transversal de uma maneira geral de forma elíptica” referem-se não somente a uma seção transversal de uma elipse matemática verdadeira, mas também a seções transversais ovais ou cortes transversais de canto mais ou menos quadrados, ou assemelhados, mas não uma seção transversal circular ou uma seção transversal retangular. De forma assemelhada, um elemento que pode ser descrito como “de uma maneira geral normal a” ou “de uma maneira geral paralelo a” outro elemento pode serorientadounspoucosgraus maisou menos do que exatamente 90° com relação à “de uma maneira geralnormal” eunspoucosgraus maisou menos do que exatamente perfeitamente paralelo ou 0° com relação à “de uma maneira geral paralelo”, onde essas variações não afetam prejudicialmente de forma material a função da aparelhagem.

[0021] Da forma que é utilizado nestecontexto, o termo “substancialmente” com relação a qualquer valor numérico ou descrição de qualquer elemento ou parâmetro significa precisamente ovalor ou descrição do elemento ou parâmetro, mas dentro de tolerâncias de manufatura industrial razoáveis que não afetarão de forma prejudicial à função do elemento ou parâmetro ou aparelhagem que o contém, mas de forma que variações devidas a essas tolerânciasde manufatura industrialrazoáveis são menores do que as variações descritas como sendo “cerca de” ou “de uma maneira geral”. A título de exemplo e não de limitação, “aletas dotadas de uma altura que se estende a partir da superfície externa dos segmentos uma distância de substancialmente 23,8% até substancialmente 36% do diâmetro nominal externo do tubo” não permite variações que afetem prejudicialmente o desempenho, de forma tal que as aletas serão muito curtas ou muito altas para permitir ao trocador de calor evaporativo ter o desempenho aumentado desejado.

[0022] Da forma que é utilizado nestecontexto, o termo “espessura” com relação à espessura das aletas, refere-se à espessura das aletas antes do tratamento após as aletas serem aplicadas aos tubos para produzir os tubos com aletas, tais como galvanização dos tubos ou o conjunto de serpentina que utilizam os tubos com aletas, uma vez que tal tratamento provavelmente irá afetar a espessura nominal das aletas, a altura nominal da aleta e o espaçamento nominal das aletas. Desta forma, todas as dimensões expostas neste contexto são dos tubos com aletas antes de qualquer tratamento posterior dos tubos com aletas propriamente ditos ou de qualquer conjunto de serpentina que os contém.

[0023]Da forma que é utilizada neste contexto, onde dimensões específicas estão presentes em polegadas e entre parênteses em centímetros (cm), as dimensões em polegadas controlam, da mesma forma que as dimensões em centímetros foram calculadas com base nas dimensões em polegadas multiplicando as dimensões de polegadas 2,54 cm por polegada e arredondando as dimensões em centímetros para não mais do que três posições decimais.

Sumário Breve da Invenção

[0024] A presente invenção refere-se a um aperfeiçoamento em um trocador de calor evaporativo que compreende um pleno tendo um eixo geométrico longitudinal de uma maneira geral vertical, um distribuidor para distribuir um líquido trocador de calor externo para dentro do pleno, um motor de ar para fazer o ar fluir em uma direção através do pleno em uma direção de uma maneira geral em contracorrente a, de uma maneira geral paralela a, ou de uma maneira geral transversal ao eixo geométrico longitudinal do pleno, e um conjunto de serpentina tendo um plano principal e está montado dentro do pleno de forma tal que o plano é de um modo geral normal ao eixo geométrico longitudinal do pleno e de forma tal que o líquido trocador de calor externo flui externamente através do conjunto de serpentina em uma direção de fluxo de uma maneira geral vertical, em que o conjunto de serpentina compreende coletores de admissão e de saída e uma pluralidade de tubos conectando os coletores, com os tubos estendidos em uma direção de uma maneira geral horizontal e tendo um eixo geométrico longitudinal e uma seção transversal de uma forma seccional de maneira geral elíptica dotada de um eixo geométrico principal e um eixo geométrico menor onde a média do comprimento do eixo geométrico principal e o comprimento do eixo geométrico menor é um diâmetro nominal externo do tubo, sendo os tubos dispostos no conjunto de serpentina de forma tal que os tubos adjacentes são de uma maneira geral espaçados verticalmente em relação uns aos outros dentro de planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal, os tubos adjacentes nos planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal sendo escalonados e espaçados com relação uns aos outros de uma maneira geral verticalmente para formar uma pluralidade de níveis horizontais de uma maneira geral escalonados em que um tubo sim um tubo não ficam alinhados no mesmo nível de uma maneira geral horizontal, de uma maneira geral paralela ao plano principal, e em que os tubos são espaçados uns dos outros de uma maneira geral horizontalmente e de uma maneira geral normais ao eixo geométrico longitudinal do tubo.

[0025] O aperfeiçoamento compreende ostubos dotados de aletas externas formadas em uma superfície externa dos tubos, em que as aletas têm um espaçamento de substancialmente 1,5 até substancialmente 3,5 aletas por polegada (2,54 cm) ao longo do eixo geométrico longitudinal dos tubos, sendo as aletas dotadas de uma altura que se estende a partir da superfície externa dos tubos uma distância de substancialmente 23,8% até substancialmente 36% do diâmetro nominal externo do tubo, sendo as aletas dotadas de uma espessura de substancialmente 0,007 de polegada (0,018 cm) até substancialmente 0,020 de polegada (0,051 cm), com os tubos tendo um espaçamento de centro a centro de uma maneira geral horizontal e de uma maneira geral normal ao eixo geométrico longitudinal dos tubos de substancialmente 100% até substancialmente 131% do diâmetro nominal externo do tubo, e tendo os tubos horizontalmente adjacentes um espaçamento de centro a centro de uma maneira geral vertical de substancialmente 110% até substancialmente 300% do diâmetro nominal externo do tubo.

[0026] De preferência, os tubos são tubos de serpentina que são dotados de uma pluralidade de segmentos e uma pluralidade de curvas de retorno, sendo as curvas de retorno orientadas em planos de uma maneira geral verticais, os segmentos de cada tubo conectando as curvas de retorno de cada tubo e estendendo-se entre as curvas de retorno em uma direção de uma maneira geral horizontal, tendo os segmentos um eixo geométrico longitudinal e uma seção transversal de forma de uma maneira geral elíptica que tem um eixo geométrico principal e um eixo geométrico menor onde a média do comprimento do eixo geométrico principal e do comprimento do eixo geométrico menor é um diâmetro nominal externo do tubo, sendo os segmentos dispostos no conjunto de serpentina de forma tal que os segmentos dos tubos adjacentes são de uma maneira geral espaçados verticalmente uns dos outros dentro de planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal, com os segmentos dos tubos adjacentes nos planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal sendoescalonados e espaçados com relação uns aos outros de uma maneira geral verticalmente para formar uma pluralidade de níveis escalonados de uma maneira geralhorizontaisemquecada segmento sim segmentonão fica alinhado no mesmo nível de uma maneira geralhorizontaldeumamaneira geral paralelo aoplano principal, e em que os segmentos são espaçados uns dos outros de uma maneira geral horizontalmente e de uma maneira geral normais ao eixo geométrico longitudinal do segmento conectado à curva de retorno.

[0027] No caso em que os tubos sãotubos de serpentina, o aperfeiçoamento compreende os segmentos dotados de aletas externas formadas em uma superfície externa dos segmentos, em que as aletas têm um espaçamento de substancialmente 1,5 até substancialmente 3,5 aletas por polegada (2.54 cm) ao longo do eixo geométrico longitudinal dos segmentos, sendo as aletas dotadas de uma altura que se estende desde a superfície externa dos segmentos uma distância de substancialmente 23.8% até substancialmente 36% do diâmetro nominal externo do tubo, sendo as aletas dotadas de uma espessura de substancialmente 0,007 de polegada (0,018 cm) até substancialmente 0,020 de polegada (0,051 cm), sendo os segmentos dotados de um espaçamento de centro a centro de uma maneira geral horizontal e de uma maneira geral normal ao eixo geométricolongitudinaldossegmentosde substancialmente 100% até substancialmente 131% do diâmetro nominal externo do tubo, e com os segmentos horizontalmente adjacentes dotados de um espaçamento centro a centro de uma maneira geral vertical de substancialmente 110% até substancialmente 300% do diâmetro nominal externo do tubo.

Descrição Breve das Diversas Vistas dos Desenhos

[0028] O sumário precedente, bem como a descrição detalhada seguinte das modalidades preferidas da invenção, serão mais bem compreendidas quando lidas em conjunto com os desenhos anexos. Para o propósito de ilustração da invenção, encontram-se ilustradas nos desenhos modalidades que são presentemente preferidas. Deve ser compreendido, não obstante, que a invenção não fica limitada às disposições precisas e instrumentos que estão ilustrados.

[0029] A Figura 1 é uma vista isométrica de uma modalidade de um tubo com aletas de serpentina de acordo com a presente invenção usado com outros desses tubos com aletas em um conjunto de serpentina de um aparelho trocador de calor evaporativo.

[0030] A Figura 2 é uma vista ampliada de uma parte do tubo de serpentina da Figura 1, mostrando a área na Figura 1 dentro do círculo designado como "Figura 2".

[0031] A Figura 3 é uma vista em seção transversal vertical tomada ao longo das linhas 3-3 da modalidade da Figura 2.

[0032] A Figura 4 é uma vista em elevação extrema tomada ao longo da extremidade esquerda da Figura 1, mostrando um tubo de serpentina tendo um plano de uma maneira geral vertical que se estende 90° dentro do plano da folha de desenho.

[0033] A Figura 5A é uma vista de primeira modalidade, parcialmente em elevação extrema e parcialmente em seção transversal vertical, de uma porte de quatro tubos de uma pluralidade de tubos de serpentina de um conjunto de serpentina, tomada ao longo das linhas 5--5 da modalidade da Figura 1, mostrando os segmentos de uma maneira geral elípticos que têm seus eixos geométricos principais alinhados de uma maneira geral verticalmente e de uma maneira geral paralelos ao plano das curvas de retorno quando os tubos são de uma maneira geral orientados verticalmente conforme ilustrados com relação ao tubo na Figura 4.

[0034] A Figura 5B é uma vista de uma segunda modalidade, parcialmente em elevação extrema e parcialmente em seção transversal vertical, de uma parte de quatro tubos de uma pluralidade de tubos de serpentina de um conjunto de serpentina, tomada ao longo das linhas 5--5 da modalidade da Figura 1, mostrando segmentos de uma maneira geral elípticos que têm os seus eixos geométricos principais dos tubos adjacentes em diferentes níveis angulados em direções opostas com relação uns aos outros e ao plano das curvas de retorno tais como ilustradas na Figura 4.

[0035] A Figura 6 é uma vista isométrica de uma modalidade de um conjunto de serpentina exemplificativo feito utilizando-se os tubos com aletas da presente invenção.

[0036] A Figura 6A é uma vista em elevação lateral esquemática da modalidade do conjunto de serpentina exemplificativo da Figura 6 manufaturado mediante utilização de tubos de serpentina com aletas da presente invenção.

[0037] A Figura 6B é uma vista em elevação lateral esquemática de uma modalidade alternativa de um conjunto de serpentina exemplificativo manufaturado mediante utilização dos tubos com aletas da presente invenção.

[0038] A Figura 6C é uma vista em elevação lateral esquemática de outra modalidade alternativa de um conjunto de serpentina exemplificativo preparado mediante utilização dos tubos com aletas da presente invenção.

[0039] A Figura 7 é uma vista em seção transversal vertical, esquemática, de uma primeira modalidade de um trocador de calor evaporativo de corrente de ar induzida, de contracorrente, que inclui uma disposição de dois conjuntos de serpentinas de tubos com aletas da presente invenção dentro do trocador de calor evaporativo.

[0040] A Figura 8 é uma vista em seção transversal vertical, esquemática, de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de corrente de ar induzida, de contracorrente, que inclui uma disposição de dois conjuntos de serpentinas de tubos com aletas da presente invenção dentro do trocador de calor evaporativo, com alguns componentes típicos removidos por razões de clareza.

[0041] A Figura 9 é uma vista em seção transversal vertical, esquemática, de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de corrente de ar induzida, que inclui uma disposição de um conjunto de serpentina de tubos com aletas da presente invenção localizado diretamente abaixo de uma seção de meio de transferência de calor por contato direto que inclui um preenchimento de coberta molhada dentro do trocador de calor evaporativo, com alguns componentes típicos removidos por razões de clareza.

[0042] A Figura 10 é uma vista em seção transversal vertical, esquemática, de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de corrente de ar induzida, que inclui uma disposição de um conjunto de serpentina de tubos com aletas da presente invenção localizado diretamente acima de uma seção de meio transferência de calor por contato direto que inclui um preenchimento de coberta molhada dentro do trocador de calor evaporativo, com alguns componentes típicos removidos por razões de clareza.

[0043] A Figura 11 é uma vista em seção transversal vertical, esquemática, de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de corrente de ar induzida, de contracorrente, que inclui uma disposição de um conjunto de serpentina de tubos com aletas da presente invenção localizada em uma configuração espaçada abaixo do preenchimento dentro do trocador de calor evaporativo, com alguns componentes típicos removidos por razões de clareza.

[0044] A Figura 12 é um gráfico de resultados do teste de várias modalidades de um trocador de calor evaporativo que utiliza conjuntos de serpentinas da presente invenção em comparação com outros tipos de conjuntos de serpentinas sob condições equivalentes utilizando-se procedimentos de teste tais como se encontram expostos mais adiante neste contexto.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

[0045] A presente invenção será descrita com referência aos desenhos, em que números iguais indicam elementos semelhantes em todas as diversas vistas, e inicialmente com referência às Figuras 1-4, 5A e 5B que mostram modalidades de um tubo com aletas, em conjunto com as Figuras 6, 6A, 6B e 6C, que mostram várias modalidades de um conjunto de serpentina manufaturado mediante utilização de um número dos tubos com aletas, bem como a Figura 7, que mostra uma modalidade de um aparelho trocador de calor evaporativo exemplificativo que contém o conjunto de serpentina dos tubos com aletas da presente invenção.

[0046] Muito embora as modalidades preferidas da invenção utilizem os tubos com aletas da presente invenção para todos os tubos em um conjunto de serpentina de um aparelho trocador de calor evaporativo para proporcionar as maiores vantagens e benefícios da invenção, e sejam as modalidades descritas adiante de forma detalhada, outras modalidades da invenção incluem a utilização pelo menos de um tubo tendo aletas da presente invenção em um conjunto de serpentina em conjunto com outros tubos sem aletas nesse conjunto de serpentina. De preferência uma pluralidade de tubos com aletas, tais como pelo menos alguns, com maior preferência a maior parte, e ainda com maior preferência, tal como mencionado anteriormente, todos os tubos em um conjunto de serpentina para um aparelho trocador de calor evaporativo are os tubos com aletas da presente invenção. Quando os tubos com aletas são usados nesse conjunto de serpentina em conjunto com tubos sem aletas, os tubos com aletas são usados em qualquer disposição desejada de tubos com aletas e de tubos sem aletas, mas de preferência e sem limitação, os tubos com aletas podem usualmente ser dispostos de forma a ficarem dispostos na parte de topo de um conjunto de serpentina e os tubos sem aletas podem ficar na parte de fundo do conjunto de serpentina.

[0047] O componente básico da presente invenção é compreendido por um tubo com aletas 10, de preferência, sendo que não exclusivamente na forma de um tubo de serpentina melhor ilustrado nas Figuras 1-4, formado para proporcionar as vantagens da invenção quando combinado com outro desses tubos com aletas em um conjunto de serpentina 24 (vide Figuras 6 e 6A). O conjunto de serpentina 24 é tendo um plano principal 25, que por sua vez é utilizado em um aparelho trocador de calor evaporativo, tal como o trocador de calor evaporativo 26, por exemplo, (vide Figura 7). Quando o tubo com aletas 10 está na forma preferida de um tubo de serpentina, ele é tendo uma pluralidade de segmentos de uma maneira geral retos 12 que têm um eixo geométrico longitudinal 13 e que são interligados por meio de curvas de retorno 16. Os tubos 10 podem ser feitos de qualquer metal condutor de calor, tais como aço galvanizado, aço inoxidável, cobre, alumínio ou assemelhado. Aço inoxidável e aço galvanizado, onde o zinco é aplicado ao aço para formar o aço galvanizado depois dos tubos serem montados em um conjunto de serpentina 24, são os materiais presentemente preferidos para os tubos 10 para a maior parte das aplicações de trocadores de calor evaporativos.

[0048] As curvas de retorno 16 podem ser formadas integralmente e de forma unitária com os segmentos 12 para formarem os tubos 10. De uma forma alternativa, as aletas podem ser incluídas nos segmentos 12 e as curvas de retorno 14, tendo partes extremas de conector 16 podem ser conectadas às partes extremas de conector 18 do segmento 12 depois de as aletas 20 serem formadas na superfície externa dos segmentos 12. As partes extremas de conexão 16 da curva de retorno 14 coincidem com a forma e são tipicamente levemente maiores na área seccional do que as partes extremas de conexão 18 dos segmentos 12, de forma tal que as partes extremas de conexão 18 dos segmentos encaixam dentro das partes extremas de conexão 16 da curva de retorno 14, e podem ser substancialmente vedadas convenientemente de uma maneira substancialmente estanque a líquidos e de preferência substancialmente hermética a gás, tal como por meio de soldagem das partes extremas de conexão 16 e 18 em conjunto. De uma forma alternativa, as partes extremas de conexão 16 das curvas de retorno 14 coincidem com a forma e podem ser levemente menores na área de seção transversal do que as partes extremas de conexão 18 dos segmentos 12, de forma tal que as partes extremas de conexão 18 dos segmentos encaixam sobre as partes extremas de conexão 16 da curva de retorno 14, e podem ser substancialmente vedadas convenientemente de umamaneira substancialmente estanque a líquidos e de preferência substancialmente hermética a gás, tal como por meio de soldagem das partes extremas de conexão 16 e 18em conjunto. As partes extremas deconexão 16 e 18podem ter uma forma de uma maneirageral elíptica ou outra forma de seção transversal. De preferência,para facilidade de manufatura e demanuseio, as partes extremas de conexão 16 e 18 têm uma forma seccional de uma maneira geral circular, de forma tal que ela é mais fácil de orientar e conectar em conjunto com as partes extremas de conexão 16 e 18, e de forma tal que podem ser usadas curvas de retorno 14 uniformes, que de preferência têm uma forma seccional de uma maneira geral circular por toda a extensão encurvada, desde uma parte extrema de conexão 16 até a parte extrema de conexão oposta 16. Não obstante, se desejado, tal como para criar um conjunto de serpentina mais estreitamente compactada de uma pluralidade de tubos 10 de uma maneira geral dispostos horizontalmente, as curvas de retorno podem ser dotadas de uma seção transversal de forma de uma maneira geral elíptica, onde os eixos geométricos principais das elipses do corpo das curvas de retorno 14 entre as partes extremas de conector 16 são orientadasem uma direção de uma maneira geralvertical, paraa maior partedasaplicações dentrode um trocador de calor evaporativo. De uma forma alternativa, as curvas de retorno 14 podem ser dotadas de uma seção transversal em forma de rim por toda a sua extensão, com ou sem partes extremas de conexão 16 em forma de rim, se as partes extremas de conexão 18 dos segmentos 12 tiverem seções transversais em forma de rim correspondentes. Prefere-se conectar as curvas de retorno 14 aos segmentos 12 depois de as aletas 20 terem sido aplicadas aos segmentos, para facilidade de manufatura.

[0049] Os tubos 10 são montados em um conjunto de serpentina 24, melhor ilustrado nas Figuras 6 e 6A, onde os tubos 10 são tubos de serpentina. Tipicamente, um conjunto de serpentina 24 é tendo uma forma global geralmente retangular retida em uma armação 28, e é feita de múltiplos tubos de serpentina 10, onde os segmentos 12 são de uma maneira geral horizontais e estreitamente espaçados e dispostos em novéis em planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal 25 do conjunto de serpentina 24. O conjunto de serpentina 24 é tendo uma entrada 30 conectada a um coletor ou barrilete de admissão 32, que conecta fluidicamente as extremidades de entrada dos tubos de serpentina 10 do conjunto de serpentina, e uma saída 34 conectada a um coletor ou barrilete de saída 36, que conecta fluidicamente às extremidades de saída dos tubos de serpentina 10 do conjunto de serpentina. Muito embora a entrada 30 esteja ilustrada no topo e a saída 34 esteja ilustrada no fundo do conjunto de serpentina 24, a orientação da entrada e da saída poderá ser invertida, de forma tal que a entrada fica situada no fundo e a saída fica situada no topo, se desejado. O conjunto de serpentina montado 24 pode ser movimentado e transportado como uma estrutura unitária de forma tal que ela pode ser mergulhada, se desejado, se os seus componentes forem feitos de aço, em um banho de zinco para galvanizar todo o conjunto de serpentina.

[0050] A Figura 6B é um desenho em elevação lateral esquemática de outra modalidade alternativa de um conjunto de serpentina exemplificativo 24 preparado pela utilização dos tubos com aletas 10 da presente invenção, em que os tubos com aletas 10 são de uma maneira geral tubos retos que se estendem através do plano principal 25 (não ilustrado). Nesta modalidade, uma entrada 30 para o fluido de processo ou de transferência de calor interno é conectada a um coletor ou barrilete de entrada 32. O fluido interno flui a partir do coletor ou barrilete de entrada 32 para uma pluralidade de tubos com aletas 10 que são conectados fluidicamente por uma extremidade ao coletor ou barrilete de entrada 32 em um nível superior e dentro de um segundo, coletor ou barrilete superior 33A ao qual as extremidades opostas dos tubos com aletas 10 de nível superior estão conectados fluidicamente. O fluido interno então flui a partir do segundo, coletor ou barrilete superior 33A através de um nível inferior de tubos com aletas 10 conectados fluidicamente por uma extremidade ao segundo, coletor ou barrilete superior 33A para dentro de um terceiro, coletor ou barrilete intermediário 33B ao qual estão conectadas fluidicamente as extremidades opostas dos tubos com aletas 10. A partir do terceiro coletor ou barrilete intermediário 33B, o fluido interno flui para um nível ainda mais baixo de tubos com aletas 10 que são conectados fluidicamente por uma extremidade ao terceiro coletor ou barrilete intermediário 33B para um quarto coletor ou barrilete inferior 33C ao qual estão conectadas fluidicamente as extremidades opostas dos tubos com aletas 10. Então, o fluido interno flui a partir do quarto coletor ou barrilete inferior 33C ao qual a uma extremidade do nível mais baixo dos tubos com aletas 10 estão conectados fluidicamente a um coletor ou barrilete de saída 36 ao qual estão conectadas fluidicamente as extremidades opostas dos tubos com aletas 10. Uma saída 34 para a transferência interna de calor ou fluido de processo é conectada ao coletor ou barrilete de saída 36. Tal como descrito anteriormente com relação à modalidade das Figuras 6 e 6A, na eventualidade de ser desejado para usos particulares, o fluxo do fluido interno pode ser invertido, de forma tal que a entrada 30 descrita será uma saída e a saída descrita 34 será a entrada.

[0051] A Figura 6C é um desenho em elevação lateral esquemática de uma modalidade alternativa de um conjunto de serpentina exemplificativo 24 preparado pela utilização dos tubos com aletas 10 da presente invenção, em que os tubos com aletas 10 são de uma maneira geral tubos retos que se estendem através do plano principal 25 (não ilustrado) e conectam fluidicamente diretamente as respectivas extremidades opostas a um coletor ou barrilete de entrada 32 e a um coletor ou barrilete de saída 36. Uma entrada 30 para o fluido de processo ou transferência de calor interno é conectada ao coletor ou barrilete de entrada 32.Uma saída 34 para o fluido de processo ou transferência de calor interno é conectada ao coletor ou barrilete de saída 36. Tal como descrito anteriormente com relação à modalidade das Figuras 6, 6A e 6B, se desejado para usos particulares, o fluxo do fluido interno poderá ser invertido, de forma tal que a entrada descrita 30 será uma saída e a saída descrita 34 será a entrada.

[0052] Os segmentos 12 dos tubos com aletas 10 ilustrados nas Figuras 6 e 6A e os tubos com aletas 10 de uma maneira geral retos tais como ilustrados nas Figuras 6B e 6C são dotados de aletas externas 20, as quais são de preferência aletas em espiral, que contatam a superfície externa dos segmentos 12. As aletas podem ser serrilhadas, podem ter ondulações ou corrugações ou podem ser de qualquer outra estrutura desejada amplamente conhecida. Se desejado, colares 22 podem ser formados integralmente e unitariamente com as aletas 20, em que os colares 22 proporcionam um contato direto e seguro com a superfície dos tubos 10 ou segmentos 12 sobre uma área de superfície maior do que se apenas as bordas das aletas 20 ficassem em contato com a superfície externa dos tubos 10 ou segmentos 12. As aletas 20 e colares 22 podem ser formados simultaneamente nos tubos 10 ou segmentos 12 utilizando-se equipamento disponível comercialmente de uma maneira conhecida daqueles envolvidos com a produção de tubos com aletas, e especialmente tubos com aletas em espiral. De uma forma alternativa, as aletas 20, com ou sem colares 20 podem ser aplicadas individualmente sobre a superfície externa dos tubos 10 ou segmentos 12, e então fixadas, tal como por meio de soldagem, na posição, mas esta é uma maneira dispendiosa e extremamente trabalhosa de aplicar as aletas 20 aos tubos 10 ou segmentos 12.

[0053] De preferência, as aletas 20 são aplicadas de forma espiral de uma maneira contínua aos tubos 10 ou segmentos 12 por meio de equipamento convencional. As aletas 20 são formadas a partir de uma banda de metal do mesmo tipo que é usado para os tubos 10, e a banda é alimentada a partir de uma fonte da banda sob uma taxa e de uma maneira ser enrolada em espiral em torno do tubo 10 ou segmento 12 na medida em que o tubo 10 ou segmento 12 é levado a avançar longitudinalmente ao longo do seu eixo geométrico longitudinal 13 e levado a girar em torno do mesmo através do equipamento de formação de aleta em espiral. Quando as aletas 20 são enroladas em torno do tubo 10 ou segmento 12, o raio interno das aletas 20 forma ondas enquanto o raio externo não o faz, o que cria corrugações ou mínimas ou entalhes nas próprias aletas. Esta ondulação ocorre em um processo de repetição, regular, em um padrão da esquerda para a direita, para formar ondulações no e fora do plano do material usado para formar as aletas, não ilustradas nas Figuras 2 e 3.

[0054] Se forem desejados colares 22, a banda de metal do mesmo tipo que é usado para os tubos 10, é alimentado a partir de uma fonte da banda sob uma taxa e de uma maneira a ser dobrada longitudinalmente para proporcionar uma Parte chata que se transforma nos colares 22 e uma parte levantada que se transforma nas aletas 20. A banda de metal dobrada é enrolada de forma espiral em torno dos segmentos 12 na medida em que se fazem avançar os segmentos 12 longitudinalmente ao longo e são levados a girar em torno do seu eixo geométrico longitudinal 13 através do equipamento de formação das aletas em espiral. Quando a tira de metal é aplicada em espiral aos segmentos para formar as aletas 20 com colares 22, as aletas 20 tipicamente têm ondulações no seu plano e fora do mesmo, em vez de serem retas como ilustradas nas Figuras 2 e 3 para a facilidade de ilustração, enquanto os colares 22 são planos contra a superfície dos segmentos 12, resultantes da deformação do metal durante a aplicação da tira de metal aos segmentos em movimento de avanço e de rotação.

[0055] As Figuras 5A e 5B mostram primeira e segunda modalidades respectivas, parcialmente em elevação extrema e parcialmente em seção transversal vertical, de uma parte de quatro tubos de serpentina 10A ou 10B, para as Figuras 5A e 5B, respectivamente, de uma pluralidade de tubos 10 de um conjunto de serpentina 24, tomada ao longo das linhas 5--5 da modalidade da Figura 1. Tal como ilustrado, partindo-se do lado esquerdo de cada uma das Figuras 5A e 5B, o Segundo e quarto tubos estão ilustrados em uma orientação preferida como sendo escalonados na altura, ou verticalmente (como ilustrado, mais baixos), com relação aos seus primeiro e terceiro tubos de uma maneira geral horizontalmente adjacentes seguintes. As Figuras 5A e 5B também ilustram modalidades alternativas de orientações dos eixos geométricos principais dos segmentos de uma maneira geral elípticos 12A dostubos de serpentina 10A na Figura 5A e os segmentos de uma maneira geral elípticos segmentos 12B dos tubos de serpentina 10B na Figura 5B. De outro modo, as modalidades das Figuras 5A e 5B são similares uma à outra. Nas Figuras 5A e 5B, a seção transversal da Figura 1 foi selecionada de forma tal que as aletas não estão ilustradas ou descritas por razões de clareza, mas a orientação dos eixos principal e menor dos segmentos de uma maneira geral elípticos deverá ser compreendida como referente ao comprimento total dos segmentos com aletas 12 até eles se conectarem com ou serem formados unitariamente com as curvas de retorno 14Ae 14B. Muito embora cada uma das curvas de retorno 14A e 14B esteja ilustradacomo sendo dotada de umaforma seccional circular, tal como exposto anteriormente, as curvas de retorno 14A e 14B podem ter alternativamente uma seção transversal com a forma de uma maneira geral elíptica, uma forma seccional transversal de uma maneira geral em forma de rim, ou outra forma seccional transversal. Para facilidade de explanação, a orientação dos eixos geométricos principais dos segmentos com aletas de uma maneira geral elípticas 12A e 12B serão descritas nas modalidades preferidas dos tubos de serpentina 10 como expostas na modalidade ilustrada nas Figuras 6 e 6A, mas em princípio, a mesma orientação pode ser, e de preferência é, proporcionada para os tubos com aletas 10 de uma maneira geral reta e de uma maneira geral elíptica utilizada em um conjunto de serpentina tais como os conjuntos de serpentinas que Estão expostos nas Figuras 6B e 6C.

[0056] Nas duas Figuras 5A e 5B, os segmentos 12A ou 12B dos tubos adjacentes são de uma maneira geral espaçados verticalmente em relação uns aos outros dentro de planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal 25 do conjunto de serpentina 24 nos respectivos níveis de uma maneira geral horizontais superiores LIA e L1B e níveis de uma maneira geral horizontais respectivos inferiores L2A e L2B. Desta forma, os segmentos 12A ou 12B dos tubos adjacentes 10A ou 10B estão situados em planos de uma maneira geral paralelos ao plano principal 25 e são escalonados e espaçados com relação uns aos outros de uma maneira geral verticalmente para formarem uma pluralidade de níveis de uma maneira geral horizontais escalonados em que cada segmento sim segmento não é alinhado no mesmo nível de uma maneira geral horizontal de uma maneira geral paralelo ao plano principal 25.

[0057] Na primeira modalidade da Figura 5A, os segmentos de uma maneira geral elípticos 12A têm os seus eixos geométricos principais de uma maneira geral alinhados verticalmente e de uma maneira geral paralelos ao plano das curvas de retorno 14A quando os tubos 10A são de uma maneira geral orientados verticalmente tal como ilustrados com relação ao tubo 10 na Figura 4. Este alinhamento ou orientação é independentemente de se os segmentos estão em um nível vertical superior de uma maneira geral horizontal LIA ou um nível horizontal inferior, tal como o nível de uma maneira geral horizontal adjacente seguinte L2A.

[0058] De acordo com a segunda modalidade da Figura 5B, os segmentos de uma maneira geral elípticos 12B têm os seus eixos geométricos principais dos tubos 10B nos níveis de uma maneira geral horizontais adjacentes seguintes LlB e L2B, angulados em direções opostas com relação ao plano da curvas de retorno 14B quando os tubos 10B são de uma maneira geral verticalmente orientados como ilustrados com relação ao tubo 10 na Figura 4. Tal como se encontra ilustrado na Figura 5B, de acordo com uma modalidade preferida onde os eixos geométricos principais dos segmentos 12 são orientados em direções opostas nos níveis horizontais adjacentes, o ângulo de todos os eixos geométricos principais em um primeiro nível de uma maneira geral horizontal L1B é cerca de 20° em relação ao plano das curvas de retorno e o ângulo de todos os eixos geométricos principais no nível de uma maneira geral horizontal adjacente seguinte L2B é cerca de 340° em relação ao plano das curvas de retorno. De acordo com esta configuração, em cada nível horizontal L1B, os eixos geométricos principais de todos os segmentos 12B são orientados na mesma direção angulada e no nível mais baixo adjacente seguinte L2B, os eixos geométricos principais de todos os segmentos são orientados na mesma direção angulada, mas em uma orientação angulada oposta em relação à orientação angulada dos eixos geométricos principais no nível L1B. Onde os eixos geométricos principais são angulados em direções opostas nos níveis horizontais adjacentes, eles são por vezes conhecidos como uma disposição ou orientação “ric-rac”, e este termo é usado naTabela exposta adiante para designar este tipo de disposição ou orientação. Não obstante, se desejado, em cada nível L1B ou L2B, os eixos geométricos principais dos segmentos dentro do mesmo nível de uma maneira geral horizontal podem ser angulados em direções opostas.

[0059] Deste modo, tal como representado nas Figuras 5A e 5B, os eixos geométricos principais dos segmentos com aletas 12A ou 12B em um primeiro nível de uma maneira geral horizontal L1A ou LlB, respectivamente, podem ser 0° até cerca de 25° graus a partir do plano das curvas de retorno e o ângulo dos eixos geométricos principais dos segmentos com aletas 12B ou 12A, respectivamente, no nível de uma maneira geral horizontal adjacente seguinte L2B ou L2A, respectivamente, pode ser cerca de 335° até 360° em relação ao plano das curvas de retorno. A Figura 4 mostra os eixos geométricos principais angulados opostamente dos segmentos com aletas 12 tais como descritos com relação à Figura 5B para um tubo de serpentina 10 completo.

[0060] As curvas de retorno 14, 14A e 14B estão ilustradas como sendo de seção transversal de uma maneira geral circular. O diâmetro externo da seção transversal circular das curvas de retorno iguala substancialmente o diâmetro nominal externo do tubo que é uma média dos comprimentos dos eixos principal e menor dos segmentos 12, 12A e 12B que têm uma seção transversal de uma maneira geral elíptica. De preferência, mas sem qualquer limitação, o diâmetro externo das curvas de retorno e o diâmetro nominal externo do tubo são cerca de e de preferência substancialmente 1,05 polegadas (2,67 cm), onde a espessura de parede dos tubos de formação dos segmentos 12 e das curvas de retorno 14 é cerca de 0,055 de polegada (0,14 cm). O eixo geométrico menor do tubo de uma maneira geral elíptico 10 ou segmentos 12, 12A e 12B é cerca de 0,5 até cerca de 0,9 vezes, e de preferência cerca de 0,8 vezes o diâmetro nominal externo do tubo. Deste modo, os tubos 10 e segmentos retos 12, 12A e 12B de uma maneira geral elípticos dotados de um diâmetro nominal externo do tubo de 1,05 polegadas (2,67 cm), terão um comprimento de eixo geométrico menor com cerca de e de preferência substancialmente 0,525 de polegada (1,334 cm) até cerca de e de preferência substancialmente 0,945 de polegada (2,4 cm), e de preferência cerca de e de preferência substancialmente 0,84 de polegada (2,134 cm). Os tubos 10 com estas dimensões demonstraram ser dotados de um perfeito equilíbrio entre um diâmetro interno ou dimensões apropriadas para permitir ao fluido de processamento na forma de qualquer gás ou líquido desejado fluir facilmente dentro dos tubos 10, a proximidade desse fluido de processamento com a parede do tubo para boa transferência de calor através das paredes dos tubos com a forma seccional transversal elíptica que é dotada de uma área de superfície ampla efetiva, e capacidade de proporcionar o número de tubos 10 apropriado para ser acondicionado em um conjunto de serpentina 24. Os tubos são robustos, duráveis e quando na forma de serpentina, capazes de ser trabalhados facilmente, incluindo a conexão dos segmentos 12 e curvas de retorno 14 e colocação dentro de um conjunto de serpentina 24. Na dependência do ambiente e do uso pretendido dos trocadores de calor evaporativos, tais como o trocador de calor evaporativo 26, em que os tubos com aletas 10 da presente invenção são colocados, as dimensões e a forma seccional transversal dos tubos 10 pode ser variada consideravelmente.

[0061] O espaçamento e orientação dostubos 10 que são dotados da seção transversal de forma de uma maneira geral elíptica ou segmentos que são dotados da seção transversal de uma forma de uma maneira geral elíptica dentro de um conjunto de serpentina 24 são fatores importantes para o desempenho do trocador de calor evaporativo que contém o conjunto de serpentina 24. Se o espaçamentoentreossegmentos12 fordemasiadamente estreito, o fluxo de ar e água através de uma mistura turbulenta dentro do conjuntodeserpentinaserá afetadoprejudicialmente e serão necessárias ventoinhas com maior potência e haverá uma queda de pressão aumentada. Se o espaçamento entre os segmentos 12 for demasiadamente grande, então haverá menos tubos por área de superfície do plano principal 25 do conjunto de serpentina 24, reduzindo a capacidade de transferência de calor, e poderá ser inadequado, uma vez que, por exemplo, mistura insuficiente do ar e da água, afeta prejudicialmente o grau de evaporação e, desse modo, a troca de calor. A orientação dos segmentos 12, com particularidade com relação ao ângulo dos eixos geométricos principais dos segmentos, também afeta a capacidade de troca de calor de um trocador de calor evaporativo com o qual eles são usados.

[0062] O espaçamento das aletas 20 emtorno da superfície externa dos segmentos 12 é da maior importância. Se o espaçamento das aletas for excessivamente fechado (demasiada quantidade de aletas por polegada, por exemplo), a capacidade do líquido trocador de calor externo e de o ar promover a mistura turbulenta efetivamente é afetada prejudicialmente e as aletas 20 podem bloquear o espaço externamente do conjunto de serpentina 24, de forma tal que é necessária maior potência de motor de ar. Problemas semelhantes envolvem a determinação de maior importância da altura das aletas (a distância que vai do ponto próximo onde a base das aletas 20 contatam a superfície externa dos segmentos 12 e a ponta terminal das aletas). Muito embora as aletas maiores sejam dotadas de maior área de superfície que a água de evaporação pode cobrir, as aletas mais longas podem bloquear a passagem de ar. As aletas 20 mais espessas também têm problemas importantes semelhantes. As aletas mais espessas são mais duráveis e têm melhor capacidade de suportar as forces da água e ar, da mesma forma que outro material que possa ser arrastado quando eles passam através de um conjunto de serpentina, mas aletas mais espessas também podem bloquear o fluxo de água ou ar através do conjunto de serpentina e será de manufatura mais dispendiosa. Todos estes fatores afetam o desempenho de forma prejudicial.

[0063] Se o espaçamento das aletas fordemasiadamente grande (aletas não suficientes por polegada (centímetro), por exemplo), as vantagens de um número suficiente de aletas 20 para a água de evaporação cobrir não estarão presentes e pode ocorrer um efeito prejudicial na mistura desejada de água e ar responsável pela evaporação eficiente. Preocupações semelhantes estão presentes quando a altura de aleta é demasiadamente baixa, uma vez que não há estrutura das aletas suficiente para ser coberta com a água, e pode ocorrer menos mistura da água e ar. Aletas mais finas podem não ser suficientemente duráveis para suportar o ambiente hostil a que elas são submetidas em trocadores de calor evaporativos e se as aletas forem muito finas elas poderão dobradas durante a operação uma vez que elas são submetidas às forças da água e do ar que com elas colidem, afetando prejudicialmente o fluxo tanto da água quanto do ar. Além disso, e de forma mais significativa, as aletas que são mais finas transferem menos calor.

[0064] A presente invenção foi concebida e desenvolvida em vista dos fatores precedentes da forma, orientação, disposição e espaçamento dos tubos, e espaçamento, altura e espessura das aletas, os quais devem ser todos eles cuidadosamente equilibrados, e que constituiu uma tarefa difícil que requereu testes e experiências consideráveis. Com base nesse trabalho, foram determinados os parâmetros apropriados da forma, orientação, disposição e espaçamento dos tubos, bem como o espaçamento, altura e espessura das aletas.

[0065] A orientação e espaçamento, dentro de um conjunto de serpentina 24 e um trocador de calor evaporativo, dos tubos 10 com seus segmentos 12 e curvas de retorno 14 serão descritos principalmente com referência às Figuras 5A e 5B. O espaçamento de centro a centro DH de uma maneira geral horizontalmente (que será de uma maneira geral paralelo ao plano principal 25 na Figura 6) e de uma maneira geral normal ao eixo geométrico longitudinal 13 dos segmentos 12, 12A e 12B é substancialmente 100% até substancialmente 131%, de preferência substancialmente 106% até substancialmente 118%, e com maior preferência substancialmente 112% do diâmetro nominal externo do tubo. O espaçamento Dv do tubo ou segmento reto vertical de uma maneira geral não é de maior importância para o desempenho de um trocador de calor evaporativo como o espaçamento DH do tubo ou segmento horizontal. Os segmentos 12, 12A e 12B têm um espaçamento de centro a centro de uma maneira geral vertical de substancialmente 110% até substancialmente 300% do diâmetro nominal externo do tubo, de preferência substancialmente 150% até substancialmente 205% do diâmetro nominal externo do tubo, e com maior preferência, substancialmente 179% do diâmetro nominal externo do tubo. Este espaçamento de centro a centro de uma maneira geral vertical é indicado por meio da distância Dv entre os níveis de uma maneira geral horizontais superiores L1A e L1B e os níveis inferiores de uma maneira geral horizontais L2A e L2B, respectivamente.

[0066] Estes parâmetros podem ser aplicados como se segue à modalidade presentemente preferida, onde o diâmetro nominal externo do tubo é substancialmente 1,05 polegadas (2,67 cm). O espaçamento de centro a centro DH dos tubos 10 ou segmentos 12,12A e 12B retos com aletas dos tuboscom aletas 10 de serpentina serão substancialmente 1,05 polegadas (2,67 cm) até substancialmente 1,38 polegadas(3,51cm),de preferênciasubstancialmente 1,11 polegadas (2,82 cm) até substancialmente 1,24 polegadas (3,15 cm), e com maior preferência substancialmente1,175 polegadas(2,985 cm). Os tubos com aletas 10ou os segmentoscom aletas 12,12A e 12B terão um espaçamento Dv decentro a centro de uma maneira geral de substancialmente1,15polegadas(2,92cm) atésubstancialmente3,15polegadas(8,00 cm), depreferência substancialmente 1,57 polegadas (3,99 cm) até substancialmente 2,15 polegadas (5,46 cm), e com maior preferência substancialmente 1,88 polegadas (4,78 cm). De acordo com algumas modalidades, os eixos geométricos principais dos tubos com aletas 10 ou dos segmentos com aletas 12, 12A são orientados substancialmente verticalmente, de forma que eles são de uma maneira geral paralelos ao plano das curvas de retorno 14, tal como se encontra ilustrado na Figura 4. De acordo com outras modalidades, os eixos geométricos principais dos tubos com aletas 10 ou dos segmentos com aletas 12B podem ser maiores do que 0° até cerca de 25°, e de preferência cerca de 20°, em relação ao plano das curvas de retorno 14 e o ângulo dos eixos geométricos principais dos tubos com aletas 10 ou dos segmentos com aletas 12B no nível de uma maneira geral horizontal verticalmente adjacente seguinte, pode ser cerca de 335° até menos do que 360°, e de preferência cerca de 340° em relação ao plano das curvas de retorno 14, de forma tal que os eixos geométricos principais dos tubos com aletas 10 ou dos segmentos com aletas 12 são orientados em direções opostas nos níveis horizontais verticalmente adjacentes.

[0067] Os parâmetros referentes às aletas 20, a saber, espaçamento de aletas ao longo do eixo geométrico longitudinal 13 dos segmentos 12, a altura das aletas a partir da superfície externa dos segmentos 12 e a espessura das aletas são tais como se seguem de acordo com a presente invenção.

[0068] As aletas 20 são de preferência aletas em espiral e têm um espaçamento de substancialmente 1.5 até substancialmente 3.5 aletas por polegada (2,54 cm) ao longo do eixo geométrico longitudinal 13 dos segmentos 12, de preferência substancialmente 2,75 até substancialmente 3,25 aletas por polegada (2,54 cm) e com maior preferência substancialmente 3 aletas por polegada (2,54 cm). Expresso de uma forma alternativa, a distância de centro a centro entre as aletas é por essa razão, respectivamente, substancialmente 0,667 de polegada (1,694 cm) até substancialmente 0,286 de polegada (0,726 cm), de preferência substancialmente 0,364 de polegada (0,925 cm) até substancialmente 0,308 de polegada (0,782 cm), e com maior preferência substancialmente 0,333 de polegada (0,846 cm).

[0069] As aletas 20 têm uma altura de substancialmente 23,8% até substancialmente 36% do diâmetro nominal externo do tubo, de preferência substancialmente 28% até substancialmente 33% do diâmetro nominal externo do tubo, e com maior preferência substancialmente 29,76% do diâmetro nominal externo do tubo. Estes parâmetros podem ser aplicados como se segue à modalidade presentemente preferida, onde o diâmetro nominal externo do tubo é substancialmente 1,05 polegadas (2,667 cm). Nesta modalidade, as aletas 20 têm uma altura de substancialmente 0,25 de polegada (0,635 cm) até substancialmente 0,375 de polegada (0,953 cm), de preferência substancialmente 0,294 de polegada (0,747 cm) até substancialmente 0,347 de polegada (0,881 cm), e com maior preferência 0,3125 de polegada (0,794 cm).

[0070] As aletas 20 têm uma espessurade substancialmente 0,007 de polegada (0,018 cm) até substancialmente 0,020 de polegada (0,051 cm), de preferência substancialmente 0,009 de polegada (0,023 cm) até substancialmente 0,015 de polegada (0,038cm),ecommaior preferênciasubstancialmente 0,01 de polegada (0,025 cm) até substancialmente 0,013 de polegada (0,033 cm). Talcomo observado anteriormente na seção “Definições”, as dimensões para a espessura dasaletassão paraas aletas nos tubos com aletas antes de qualquer tratamento posterior dos tubos com aletas propriamente ditos ou de qualquer conjunto de serpentina que contém os mesmos. No caso onde os tubos com aletas ou conjunto de serpentina são submetidos a um tratamento posterior, tipicamente por meio de galvanização dos tubos de aço com aletas ou mais tipicamente, a galvanização da totalidade do conjunto de serpentina que os contém, a espessura das aletas aumenta pela espessura do revestimento de zinco aplicado durante a galvanização. Também tipicamente, as aletas depois da galvanização são mais espessas em uma base próxima à superfície externa do tubo do que em uma ponta das aletas terminal em relação à superfície externa do tubo.Uma vez que as aletas são mais espessas depois da galvanização, o espaçamento entre as aletas é reduzido de forma correspondente. Usualmente isto não é razão de preocupação no que se refere ao desempenho térmico ou capacidade térmica do trocador de calor evaporativos e a inibição de ferrugem ou outra corrosão obtida com a galvanização é importante na provisão dos tubos com aletas e conjuntos de serpentinas com maior longevidade do que se eles não fossem galvanizados.

[0071] O conjunto de serpentina 24 de qualquer configuração desejada, tal como ilustrada em qualquer uma das Figuras 6, 6A, 6B ou 6C, é então instalado dentro de uma aparelhagem de trocador de calor evaporativo, tal como o trocador de calor evaporativo 26, tal como se encontra ilustrado na Figura 7. Os trocadores de calor evaporativos têm muitas configurações variadas, e diversas estão ilustradas esquematicamente nas Figuras 7-11. Trocadores de calor evaporativos típicos em que o conjunto de serpentina 24 da presente invenção pode ser utilizado são, por exemplo, sem limitação, qualquer um dos diversos disponíveis a partir da Evapco, Inc., tais como os Models ATWB ou ATC, que podem incluir o componente e operar como exposto na patente U.S. N°. 4.755.331 da Evapco, Inc. O aparelho trocador de calor evaporativo, muito embora tenham muitas variações, são dotadas da estrutura básicas e operação descrita adiante, inicialmente com referência à Figura 7.

[0072] A Figura 7 é uma vista em seção transversal vertical de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de tiragem induzida 26, de contracorrente, no qual água flui de uma maneira geral verticalmente no sentido descendente e ar flui de uma maneira geral verticalmente no sentido ascendente através do pleno e conjunto de serpentina, que inclui uma disposição de dois conjuntos de serpentinas 24 de tubos com aletas da presente invenção dentro do trocador de calor evaporativo. O trocador de calor evaporativo 26 é tendo um alojamento 38 que circunda um pleno 40 tendo um eixo geométrico longitudinal de uma maneira geral vertical 42. Um ou mais conjuntos de serpentinas 24 são montados dentro do pleno 40 de forma tal que o plano principal 25 de cada conjunto de serpentina fica disposto de uma maneira geral normal ao eixo geométrico longitudinal 42 do pleno. Desta forma, o plano de uma maneira geral vertical das curvas de retorno 14 nas modalidades preferidas utilizando-se tubos de serpentina 10, tal como se encontra ilustrado na Figura 4 e tal como indicado pelo alinhamento de uma maneira geral vertical dos tubos 10 nos conjuntos de serpentinas, tal como se encontra ilustrado na Figura 7, é também de uma maneira geral normal ao plano principal 25 dos conjuntos de serpentina 24 e paralelo ao eixo geométrico longitudinal 42 do pleno. Com base neste alinhamento, os segmentos com aletas 12, com seus eixos longitudinais 13, os tubos 10 também são planos escalonados de uma maneira geral horizontais paralelos ao plano principal 25 dos conjuntos de serpentinas 24 e de uma maneira geral normais ao eixo geométrico longitudinal 42 do pleno 40. Se forem usados tubos de uma maneira geral retos com aletas 10 tais como ilustrados nas Figuras 6B e 6C, então os tubos com aletas com seus eixos longitudinais também são de uma maneira geral planos escalonados horizontais paralelos ao plano principal 25 dos conjuntos de serpentinas 24 e de uma maneira geral normais ao eixo geométrico longitudinal 42 do pleno 40.

[0073] Fluxos de ar proveniente da atmosfera ambiente em torno do trocador de calor 26 por meio de entradas de ar 44 que podem ser dotados de, e de preferência têm, aberturas, ou com maior preferência, registros de ar de admissão 45 suscetíveis de ser fechados e abertos seletivamente que podem ser fechados ou parcialmente ou plenamente abertos com base em várias condições atmosféricas e operacionais, de uma maneira amplamente conhecida, e para proteger o pleno 40 contra inclusão de objetos indesejados. Na modalidade da Figura 7, o ar é puxado para dentro do pleno 40, passa através dos conjuntos de serpentinas 24 e sai por uma saída de ar 46 pela ação de um movimentador de ar localizado no alojamento de saída de ar 50. O movimentador de ar nesta modalidade está ilustrado na forma de uma ventoinha 48, na forma de uma ventoinha impulsora, que é preferida para o uso como um ventilador de tiragem induzida para puxar o ar a partir da atmosfera ambiente. Outros tipos de ventiladores tais como ventiladores centrífugos, poderão ser usados, mas usualmente não são utilizados como ventiladores de tiragem induzida. Uma grelha ou tela (não ilustrada) é colocada sobre o ventilador 48 por razões de segurança e para manter detritos longe do ventilador 48 e fora do trocador de calor evaporativo 26.

[0074] Uma parede de fundo do trocador de calor evaporativo 26, em conjunto com as paredes dianteira, traseira e laterais adjacentes, define um reservatório 52 para a água ou outro líquido trocador de calor externo. Se desejado, um tubo de drenagem com uma válvula apropriada e um tubo de enchimento com uma válvula apropriada (nenhum dos quais está ilustrado) pode ser incluído para drenagem e enchimento ou reabastecimento do reservatório 52. A água no reservatório 52 é levada a circular para um conjunto distribuidor de líquido 54, o qual quando ligado distribui, por intermédio de bicos de pulverização, orifícios em um tubo ou por meio de outros dispositivos e técnicas conhecidas, a água que constitui o líquido de transferência de calor evaporativo acima dos conjuntos de serpentinas 24. O conjunto distribuidor 54 está conectado a uma extremidade de um conduto 56 disposto em conexão de fluido pela outra extremidade com a água no reservatório. O conjunto de distribuidor 54 é acionado ou ligado tipicamente quando uma bomba 58 é ligada para bombear água a partir do reservatório 52 para o conjunto de distribuidor 54 através de do conduto 56.

[0075] O trocador de calor evaporativo 26 também inclui de preferência eliminadores de deriva 60 dispostos acima do conjunto de distribuidor de líquido 54 e abaixo do ventilador 48 e saída de ar 46. Os eliminadores de deriva de forma muito significativa reduzem as gotas de água ou névoa arrastadas no ar que passa pela saída 46.Muitos eliminadores de deriva de vários materiais são encontrados disponíveis comercialmente. Os eliminadores de deriva presentemente preferidos são eliminadores de deriva de PVC disponíveis a partir da Evapco, Inc., tais como expostos na patente U.S 6.315.804, da Evapco, Inc., cuja exposição fica incluída neste contexto por referência na sua totalidade.

[0076] Em operação, quando o ar épuxado para dentro do pleno 40 através das entradas de ar 44 e quaisquer aberturas ou amortecedores associados 45, ele também é puxado através dos conjuntos de serpentinas 24. Água é distribuída sobre os conjuntos de serpentinas 24 por meio do distribuidor de líquido 54. Na medida em que o ar é movimentado ascendentemente através dos conjuntos de serpentinas 24 ele é misturado com a água, com um grau de turbulência apropriado tal como proporcionado por meio da orientação e disposição dos segmentos com aletas 12 que são dotados de aletas 20 com as características, dimensões e parâmetros expostos anteriormente. A água cobre as superfícies externas dos tubos 10, incluindo os segmentos 12 que têm a seção transversal com a forma de uma maneira geral elíptica, bem como as aletas 20. O ar faz com que a água se evapore, resfriando desse modo a água, de forma tal que a água resfriada troca calor com os tubos 10 do conjunto de serpentina e o fluido de processo que se acha contido no interior dos tubos 10. Por último a água passa através dose conjuntos de serpentinas 24 e é coletado no reservatório 52, e reciclado para dentro do distribuidor de líquido 54 através do condutor 56 por meio da bomba. O ar com qualquer água arrastada é puxado ascendentemente através dos eliminadores de deriva 60, nos quais a maior parte, e de preferência praticamente a totalidade, da água é removida da corrente de ar, antes de o ar ser descarregado através da saída de ar 46 por meio do ventilador 48.

[0077] Tal como observado anteriormente, os conjuntos de serpentinas 24 que são dotados dos tubos com aletas 10 da presente invenção podem ser utilizados em uma ampla variedade e tipos de aparelhos trocadores de calor evaporativos. As Figuras 8-11 ilustram esquematicamente uma pequena amostra desses vários trocadores de calor evaporativos, com alguns componentes típicos ilustrados na Figura 7 removidos por razões de clareza. Nas Figuras 8-11, os componentes que estão ilustrados e que são os mesmos usados na Figura 7 não são descritos novamente, mas são identificados por meio dos números semelhantes aos usados na Figura 7, com a exceção de que e utiliza uma designação de letra comum às modalidades de cada uma das Figuras 8-11, nas quais, por exemplo, os conjuntos de serpentinas 24A são usados no trocador de calor evaporativo 26A da Figura 8, o conjunto de serpentina 24B é usado no trocador de calor evaporativo 26B da Figura 9, o conjunto de serpentina 24C é usado no trocador de calor evaporativo 26C da Figura 10 e o conjunto de serpentina 24D é usado no trocador de calor evaporativo 26D da Figura 11. Quaisquer componentes novos não usados nas Figuras anteriores são identificados por um número diferente.

[0078] A Figura 8 é uma vista em seção transversal esquemática, vertical, de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de tiragem forçada, de contracorrente, 26A, que inclui uma disposição de dois conjuntos de serpentinas de tubos com aletas 24A da presente invenção dentro do pleno 40A do trocador de calor evaporativo. Neste caso, comparado com o trocador de calor evaporativo de tiragem induzida 26 da Figura 7, em vez de se utilizar um ventilador de hélice 48 montado no alojamento de saída de ar 50, o trocador de calor evaporativo de tiragem forçada 26A da Figura 8 utiliza um tipo de movimentador de ar de ventilador centrífugo 62 para forçar o ar a entrar no pleno 40A dentro do alojamento 38A através de uma tela 47 que cobre a entrada de ar. O ar é então forçado de uma maneira geral verticalmente no sentido ascendente e através dos conjuntos de serpentinas 24A, através das quais se faz fluir água de uma maneira geral verticalmente no sentido descendente. Depois disso, o ar movimenta-se através dos Eliminadores de deriva 60A e para fora do trocador de calor evaporativo 26A através da saída de ar 46A. O ventilador centrífugo 62 é montado tipicamente dentro do de uma parte inferior em um lado do alojamento 38A adjacente a uma entrada de ar tipicamente coberta por meio de uma tela 47. Oreservatório para a água não está ilustrado na Figura 8, mas estará presente abaixo dos conjuntos de serpentinas 24A de forma tal que a água no reservatório é impedida de alcançar o ventilador centrífugo 62.

[0079] A Figura 9 é uma vista em seção transversal vertical esquemática de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo de tiragem induzida 26B que inclui uma disposição de um conjunto de serpentina de tubos com aletas 24B da presente invenção localizado diretamente abaixo de uma seção de meio de transferência de calor de contato direto que inclui um preenchimento de coberta molhada 64, descrito adiante, dentro do pleno 40B do trocador de calor evaporativo. No trocador de calor evaporativo 26B da Figura 9, o ar é puxado para o interior do pleno 40B através de uma entrada de ar 44B e quaisquer aberturas ou amortecedores 45B associados, onde a entrada de ar 44B fica disposta lateralmente adjacente ao conjunto de serpentina 24B. O trocador de calor evaporativo 26B da Figura 9 difere em um primeiro aspecto com relação ao trocador de calor evaporativo 26 da Figura 7, pelo fato de que o ar puxado através do conjunto de serpentina 24B em uma direção de uma maneira geral normal, transversal ou horizontalmente com relação ao fluxo de água de uma maneira geral vertical descendente através do conjunto de serpentina 24B, conhecido na indústria como uma disposição de fluxo cruzado. A mistura e turbulência do ar e da água externamente através do conjunto de serpentina 24B em uma disposição de fluxo cruzado é um tanto diferente, mas ainda plenamente efetiva em comparação com a mistura e turbulência do ar e da água externamente através do conjunto de serpentina 24 da Figura 7 em uma disposição de contracorrente.

[0080] O trocador de calor evaporativo 26B da Figura 9 difere em um Segundo aspecto com relação ao trocador de calor evaporativo 26 da Figura 7 pelo fato de que o trocador de calor evaporativo 26B da Figura 9 inclui uma seção de troca de calor de contato direto que contém um Preenchimento de coberta molhada 64 abaixo do distribuidor de líquido 54B e acima do conjunto de serpentina 24B, que proporciona troca de calor evaporativa, direta, quando o fluxo de ar e a água evaporativa ou outro líquido de resfriamento entra em contato direto um com o outro e são misturados com um certo grau de turbulência desejada dentro do preenchimento de coberta molhada 64 resultando em resfriamento evaporativo adicional. A mistura turbulenta do ar e da água no preenchimento de coberta molhada 64 permite uma transferência de calor maior entre o ar e a água, mas os benefícios da mistura turbulenta aumentada no preenchimento de coberta molhada 64 não devem ser ultrapassados pelos efeitos prejudiciais potenciais dos requisitos de energia de um motor de ventilador ou dimensão de ventilador maior ou redução de fluxo de ar. Tal como observado anteriormente, existe um equilíbrio delicado entre estes fatores quando se decide se e qual o tipo de meio de transferência de calor de preenchimento de coberta molhada deve ser usado. É por isso que o uso do preenchimento de coberta molhada 64 é opcional no trocador de calor evaporativos que utiliza o conjunto de serpentina da presente invenção. O preenchimento de coberta molhada pode ser qualquer meio de preenchimento padrão, tais como preenchimento de plástico, tipicamente PVC, bem como meios de preenchimento de madeira ou cerâmica, ou qualquer outros meios de preenchimento conhecidos na técnica. Os meios de preenchimento presentemente preferidos são compreendidos pelo preenchimento EVAPAK® PVC, da Evapco, Inc., expostos na patente U.S. 5.124.087, da Evapco, Inc., cuja exposição fica pela presente incorporada por referência neste contexto na sua totalidade. Quando é utilizado o preenchimento de coberta molhada 64, ele pode ser localizado acima do conjunto de serpentina 24B tal como ilustrado na Figura 9, ou abaixo do conjunto de serpentina 24C tal como se encontra ilustrado na Figura 10, uma vez que em qualquer localização, a transferência de calor adicional no preenchimento de coberta molhada 64 irá refrigerar adicionalmente de forma evaporativa a água drenada dentro do reservatório 52B ou 52C.

[0081] Na modalidade da Figura 9, venezianas 65 são construídas no lado de entrada do preenchimento de coberta molhada 64, de forma tal que o ar pode ser puxado através das venezianas 65 para dentro do preenchimento de coberta molhada de uma forma em fluxo cruzado, tal como descrito anteriormente com relação à disposição de fluxo cruzado concernente ao conjunto de serpentina 24B.

[0082] A modalidade do trocador de calor evaporativo 26B da Figura 9 opera da forma exposta em seguida. Ar ambiente no ambiente do trocador de calor evaporativo é puxado para dentro do pleno 40B através das entradas de ar 44B e quaisquer venezianas ou amortecedores associados 45B, e de uma maneira de fluxo cruzado externamente através do conjunto de serpentina 24B, através da qual água, previamente refrigerada no preenchimento de coberta molhada 64 da seção permutadora de calor por contato direto, flui externamente de uma maneira geral verticalmente no sentido descendente. O ar ambiente também é puxado para o preenchimento de coberta molhada 64 de uma forma de fluxo cruzado em relação à água que flui de uma maneira geral verticalmente no sentido descendente através das venezianas 65, onde a água é refrigerada de forma evaporativa antes de entrar em contato com o conjunto de serpentina 24B abaixo do preenchimento de coberta molhada 64. O ar é então puxado a partir do preenchimento de coberta molhada 64 para dentro do pleno 40B.

[0083] A água é distribuída sobre o preenchimento de coberta molhada 64 por meio do distribuidor de líquido 54B no qual ela é inicialmente refrigerada de forma evaporativa por meio da mistura com o ar que flui através do preenchimento de coberta molhada 64 antes de ser drenada para o conjunto de serpentina 24B no qual ela é misturada de forma turbulenta com o ar e depois disso é drenada a partir do conjunto de serpentina 24B e coletada no reservatório 52B. A água é reciclada a partir do reservatório 52B para dentro do distribuidor de líquido 54B através do condutor 56B por meio da bomba 58B. O ar, com qualquer água arrastada, no pleno 40B é puxado ascendentemente através dos eliminadores de deriva 60 (não ilustrados na Figura 9) por meio do ventilador 48B no alojamento de saída de ar 50B, antes de o ar ser descarregado através da saída de ar 46B.

[0084] A Figura 10 é uma vista emseção transversal vertical, esquemática, de outra modalidade de um trocador de calor evaporativo de tiragem induzida 26C que inclui uma disposição de um conjunto de serpentina de tubos com aletas 24C da presente invenção localizado diretamente acima de uma seção de meios de transferência de calor por contato direto que incluem preenchimento de coberta molhada 64C dentro do pleno 40C do trocador de calor evaporativo. A modalidade do trocador de calor evaporativo 26C da Figura 10 opera da forma exposta em seguida. Uma parte do ar ambiente no ambiente do trocador de calor evaporativo é puxado para dentro da aparelhagem através de uma entrada 44C disposta no topo da aparelhagem alinhada acima do conjunto de serpentina 24C e flui externamente no sentido descendente através do conjunto de serpentina emuma direção de uma maneira geralvertical em contracorrente com o fluxo de água distribuída sobre o conjunto de serpentina por meio do distribuidor de líquido 54C. Outra parte do ar ambiente também é puxada para dentro da aparelhagem através da seção permutadora de calor por contato direto que contém o preenchimento de coberta molhada 64C através das venezianas opcionais 65C. O ar que se desloca através do preenchimento de coberta molhada 64C movimenta-se de uma maneira em fluxo cruzado à água que é drenada de uma maneira geral verticalmente a partir do conjunto de serpentina 24C.

[0085] A água é distribuída sobre o conjunto de serpentina 24C por meio do distribuidor de líquido 54C no qual ela é misturada com o ar que flui em contracorrente, sendo desse modo refrigerada de forma evaporativa no conjunto de serpentina, trocando calor com o conjunto de serpentina 24C, antes de ser drenada para dentro e através do preenchimento de coberta molhada 64C. No preenchimento de coberta molhada 64C, a água é ainda misturada de forma turbulenta com o fluxo de ar transversal no qual ela é ainda refrigerada de forma evaporativa, e depois disso é drenada a partir do preenchimento de coberta molhada 64C e coletada no reservatório 52C. A água é reciclada a partir do reservatório 52C para dentro do distribuidor de líquido 54C através do condutor 56C por meio da bomba 58C. O ar com qualquer água arrastada é puxado para dentro do pleno 40C e então levado ascendentemente através de eliminadores de deriva 60 (não ilustrados na Figura 10) por meio do ventilador 48C no alojamento de saída de ar 50C, antes de o ar ser descarregado através de da saída de ar 46C.

[0086] A Figura 11 é uma vista em seção transversal vertical, esquemática, de uma modalidade de um trocador de calor evaporativo 26D de contracorrente, de tiragem induzida, que inclui uma disposição de um conjunto de serpentina de tubos com aletas 24D localizada em uma configuração espaçada situada abaixo do preenchimento de coberta molhada 64D dentro do pleno 40D no alojamento 38Dno trocador de calor evaporativo.

[0087]A modalidade do trocador decalor evaporativo 26D da Figura 11 opera da forma exposta em seguida. O ar no ambiente do trocador de calor evaporativo é puxado para dentro do pleno 40Datravés das entradas de ar 44D e quaisquer venezianas ou amortecedores associados 45D, e entãoé puxado para dentro do preenchimento de coberta molhada 64D de uma maneira em contracorrente com relação à água que flui de uma maneira geral verticalmente no sentido descendente através do preenchimentodecoberta molhada64D. Odistribuidor de líquido 54 (não ilustrado na Figura 11), localizado acima do preenchimento de coberta molhada 64D e abaixo dos eliminadores de deriva (não ilustrados na Figura 11), distribui a água sobre o preenchimento de coberta molhada 64D no qual ela é misturada de forma turbulenta com o ar, sendo desse modo refrigerada de forma evaporativa. Então, a água refrigerada é drenada sobre o conjuntodeserpentina24D,trocandoo calor com oconjuntodeserpentina24D,antes deser drenada ede ser coletadano reservatório 52D. Se desejado, aágua que é drenada a partir do preenchimento de coberta molhada64D pode ser concentrada para fluirdiretamente sobre o conjunto de serpentina 24D tal como exposto na patente U.S. N°.6.598.862, daEvapco, Inc., cuja exposição fica pela presente incorporada por referência neste contexto, na sua totalidade, para mais eficientemente encaminhar a água refrigerada para o conjunto de serpentina 24D. A água é reciclada a partir do reservatório 52D para o distribuidor de líquido 54 através do condutor 56 (não ilustrado na Figura 11) por meio da bomba 58 (não ilustrado na Figura 11). O ar com qualquer água arrastada é puxado ascendentemente através dos eliminadores de deriva por meio do ventilador 48D no alojamento de saída de ar 50D, antes de o ar ser descarregado através da saída de ar 46D.

[0088] O desempenho do aparelho trocador de calor evaporativo é medido por meio da quantidade de transferência de calor, tipicamente, sendo que não exclusivamente, durante a refrigeração. As medições são realizadas por meio de diversos fatores. Primeiro, as medições são realizadas por meio da quantidade e temperatura do fluido de processo que flui internamente através dos tubos 10 do(s) conjunto(s) de serpentina(s) da aparelhagem 24 e da água ou outro líquido de resfriamento que flui externamente através do conjunto de serpentina. As taxas de fluxo são medidas utilizando-se medidores de fluxo e a temperatura é medida utilizando-se termômetros. A taxa e temperatura do ar que flui através do sistema também é importante, bem como a força requerida para acionar o movimentador de ar 48 que movimenta o ar através da aparelhagem. O fluxo de ar é medido tipicamente por meio de um anemômetro em pés por minuto através de um tubo, muito embora outros dispositivos de medição de fluxo de ar amplamente conhecidos também possam ser utilizados, e é tipicamente determinado pela taxa do motor de acionamento do ventilador do movimentador de ar, usualmente expresso em cavalo-vapor (HP).

[0089] De acordo com uma modalidade do aparelho trocador de calor evaporativo que utiliza os conjuntos de serpentinas 24 que são dotados dos tubos com aletas 10 da presente invenção, tipicamente, sendo que sem limitação, o fluido de processo, na forma de água, é bombeado para dentro da entrada 30 e flui internamente através do conjunto de serpentina sob uma taxa de aproximadamente 0,75 gpm até aproximadamente 16,5 gpm por tubo presente nos conjuntos de serpentinas, e de preferência aproximadamente 10 gpm por tubo. A quantidade e taxa de água que passa externamente através do(s) conjunto(s) de serpentinas 24 fornecida através do conduto de suprimento de água 56 tal como distribuída por meio do distribuidor de líquido 54 é de aproximadamente 1,5 gpm/pé quadrado até aproximadamente 7 gpm/pé quadrado de área plana da serpentina determinada com relação ao plano principal 25, e é de preferência aproximadamente 3 gpm/pé quadrado até aproximadamente 6 gpm/pé quadrado. O aparelho trocador de calor evaporativo que utiliza os conjuntos de serpentinas 24 que são dotados de os tubos com aletas 10 da presente invenção tipicamente, sendo que sem limitação, são dotados de uma taxa de fluxo de ar de aproximadamente 91,44 metros (300 pés) por minuto até aproximadamente 228,6 metros (750 pés) por minuto, e de preferência aproximadamente 182,66 metros (600 pés) por minuto até aproximadamente 198,12 metros (650 pés) por minuto. A potência dos motores de ventilador é dependente do tamanho do alojamento do trocador de calor evaporativo, da dimensão dos conjuntos de serpentina usados, do número e configuração dos tubos nos conjuntos de serpentinas, do numero dos conjuntos de serpentinas usados, da presença e orientação de qualquer preenchimento de coberta molhada opcional, da dimensão e tipo de ventilador usado, e de vários outros fatores, de forma que valores absolutos não podem ser apresentados para a potência dos motores de ventiladores requeridos. De uma maneira geral, e sem limitação, a potência dos motores dos ventiladores varia dentro de uma faixa muito ampla, tal como aproximadamente 0,06 HP até aproximadamente 0,5 HP por pé quadrado da área plana dos conjuntos de serpentinas usados nos trocadores de calor evaporativos, correspondente à área do plano principal 25 coextensivo com o comprimento e largura do conjunto de serpentina.

[0090] No aparelho trocador de calor evaporativo que utilize os conjuntos de serpentinas de tubos com aletas 24 da presente invenção, constatou-se que o desempenho é aumentado por meio de um aumento da taxa de fluxo de ar mesmo quando comparado a conjuntos de serpentinas similares que utilizam tubos dotados de segmentos 12 com uma seção transversal de forma de uma maneira geral elíptica, mas não contêm as aletas 20 da presente invenção. Em vista do espaço ocupado pelas aletas 20 nos segmentos 12 dos tubos 10 usados nos conjuntos de serpentinas 24 da presente invenção, seria de se esperar que a taxa de fluxo de tivesse diminuído, uma vez que seria de se esperar que as aletas 20 bloqueassem o fluxo tanto de ar quanto de água, de modo que foi inesperado e surpreendente quando a taxa do fluxo de ar foi aumentada. O aumento na taxa de fluxo de ar proporcionou um aumento surpreendente do desempenho térmico no aparelho trocador de calor evaporativo utilizando- se os conjuntos de serpentinas com os tubos com aletas 10 da presente invenção.

[0091] O desempenho térmico aumentadodo aparelho trocador de calor evaporativo que utiliza os conjuntos de serpentinas 24 dotados de tubos com aletas da presente invenção serão descritos com maiores detalhes com relação ao procedimento de teste não limitativo seguinte no qualforam testadosváriosconjuntos deserpentinas, incluindo aqueles da presenteinvenção, sob condições de teste equivalentes.

[0092] O procedimento de teste incluiua montagem de vários conjuntos de serpentinas únicos em um resfriador evaporativo de tiragem induzida, de contracorrente, Evapco, Inc. Model ATWB, em uma instalação de teste. A disposição geral do resfriador evaporativo de tiragem induzida, de contracorrente, Model ATWB, encontra- se ilustrado na Figura 7,com a exceçãodeque foiusado somente um conjuntode serpentina24, em vezde dois conjuntos de serpentinas 24 da forma que está ilustrada na Figura 7. Os conjuntos de serpentinas testados tinham todos eles uma área plana de 6 pés (1,83 m) de comprimento (correspondente aos tubos de serpentina dotados de segmentos com curvas de retorno encaixando dentro de quadros deste comprimento com espaçamento apropriado) por 4 pés (1,22 m) de largura (correspondente a 37 tubos adjacentes que foram acondicionados dentro de quadros desta largura com o espaçamento apropriado) e tinham dez fileiras de segmentos 12 de uma maneira geral horizontais com formas de seção transversal de uma maneira geral elípticas conectadas por meio de curvas de retorno dotadas de uma forma de seção transversal circular, onde os eixos geométricos principais dos segmentos foram dispostos segundo várias orientações. Todos os conjuntos de serpentinas testados usaram tubos com curvas de retorno dotadas de um diâmetro externo de substancialmente 1,05 polegadas (2,67 cm) e segmentos dotados de um diâmetro nominal externo do tubo de substancialmente 1,05 polegadas (2,67 cm), com um espaçamento DH de centro a centro substancialmente horizontal de 1,0625 polegadas (2,699 cm) (designado “Estreito” na Tabela exposta adiante) ou 1,156 polegadas (2,936 cm) (designado “Largo” na Tabela exposta adiante) e um espaçamento Dv de centro a centro substancialmente vertical de cerca de 1,875 polegadas (4,763 cm). Um conjunto de serpentina testado não tinha aletas 20 nos segmentos (Teste ID "A" na Tabela adiante e no gráfico da Figura 12) e representado por uma linha de base contra a qual outros conjuntos de serpentinas com aletas foram comparados. Outros conjuntos de serpentinas testados identificados na tabela adiante e no gráfico da Figura 12 tinham aletas em espiral 20 com os parâmetros de espaçamento e altura das aletas tais como descritos e reivindicados neste contexto, e alguns tinham aletas em espiral 20, mas não tinham os parâmetros de espaçamento e altura das aletas tais como descritos e reivindicados neste contexto. Todos os conjuntos de serpentinas incluíram aletas com as aletas usadas da mesma espessura, a saber, 0,013 de polegada (0,033 cm), que está dentro da faixa de espessura para as aletas descritas e reivindicadas neste contexto. Alguns outros conjuntos de serpentinas, a saber, aqueles que têm os parâmetros associados com o Teste ID "B" e "C" (testado em um equipamento diferente) e Teste ID "D" (testado utilizando-se motor de 5 HP) na tabela adiante e no gráfico da Figura 12, foram testados de uma maneira diferente, mas os dados de desempenho apresentados no gráfico da Figura 12 foram derivados utilizando- se cálculos industriais para padronização de dados de desempenho a partir de aparelhagem de configurações diferentes. O desempenho dos conjuntos de serpentinas foram testados sobre taxas de fluxo de água variáveis internamente através de serpentinas com taxas de fluxo de água de 60 gpm até 360 gpm, taxas de fluxos de água externamente através das serpentinas aproximadamente 5,9 gpm por pé quadrado, e taxas de fluxo de ar de 300 pés por minuto (91,44 metros por minuto) até 750 pés por minuto (228,6 metros por minuto), geradas por meio de um ventilador acionado por meio de um motor de 3 HP (exceto como observado anteriormente com relação ao Teste ID "C"). Os conjuntos de serpentinas testados tiveram os parâmetros tais como expostos na Tabela seguinte:

[0093] A Figura 12 é um gráfico deresultados de teste de conjuntos de serpentinas identificados na Tabela no trocador de calor evaporativo sob as mesmas condições expostas no procedimento descrito anteriormente, com relação às taxas de fluxo de fluido (água) de processo internas preferidas a partir de 6 até 9,8 gpm por tubo (no qual cada tubo é identificado como um “circuito” na legenda do eixo X no gráfico. O gráfico mostra curvas baseadas na transferência de calor quando medida em milhares de BTU/hora (MBH) contra o fluxo de água internamente através do conjunto de serpentina em galões/minuto/tubo (GPM). Cada curva de A até H na Figura 12 corresponde ao respectivo conjunto de serpentina de A até H da Tabela exposta anteriormente.

[0094] Com referência à Figura 12, odesempenho de linha de base da Curva A refere-se ao conjunto de serpentina A, com uma orientação de segmento de eixos geométricos principais de 20° até 340° ric-rac e sem aletas. As Curvas B até F acima da Curva A indicam que a taxa de fluxo de água interna indicada ao longo do eixo X, essas curvas têm um desempenho térmico melhor do que o desempenho da linha de base, com desempenho térmico gradualmente melhor a partir da Curva B para a Curva F.

[0095] O Teste ID "G" e "H" com umaorientação de eixos geométricos principais de 20° -340° ric-rac, Espaçamento respectivo de aletas 1,5 e 3 aletas/polegada (2,54 cm) e altura de aleta de 0,5 de polegada (1,27 cm) (fora do parâmetro de altura de aleta da presente invenção) tem desempenho térmico sistematicamente inferior (MBH) tal como se encontra indicado por meio das Curvas G e H, respectivamente.

[0096]De uma maneira geral, osresultados do teste mostram que uma orientação dos eixos geométricos principais dos segmentos de uma maneira geral elípticos com aletas em uma direção de uma maneira geral vertical (0°) proporciona melhor desempenho térmico do que uma orientação ric-rac dos eixos geométricos principais para tubos que são dotados da mesma altura de aleta e espaçamento de aletas. Não obstante, a disposição dos segmentos principais em uma orientação ric-rac ainda proporciona um aumento muito considerável no desempenho térmico de um conjunto de serpentina tendo todos os outros parâmetros dentro do escopo da presente invenção. Para tubos que têm o mesmo ângulo de orientação, ou seja, uma orientação ric- rac ou de uma maneira geral vertical dos segmentos de uma maneira geral elípticos, aletas que têm uma altura de 0,3125 de polegada (0,794 cm)proporcionaram o melhor desempenho térmico. Para os tubos que são dotados do mesmo ângulo orientação de seus eixos geométricos principais e altura de aleta, menos espaçamento dentro dos parâmetros da presente invenção proporciona melhor desempenho térmico.

[0097] O efeito prático dos resultados expostos na Figura 12 é que os conjuntos de serpentinas preparados pela utilização os tubos com aletas da presente invenção, tendo a combinação de fatores da forma de tubo, orientação, disposição e espaçamento, e espaçamento, altura e espessura de aletas, os quais devem ser todos eles cuidadosamente equilibrados, proporcionam um aumento extraordinário na capacidade térmica e desempenho em comparação com outros conjuntos de serpentinas que são dotados do mesmo rastro (área plana). Desta forma, com base na presente invenção, entre os outros benefícios e vantagens descritos anteriormente, um conjunto de serpentina de custo significativamente mais efetivo pode ser produzido pela provisão de um conjunto de serpentina menor que resulta na mesma demanda de capacidade térmica. Isto é importante não somente para vendas comerciais iniciais aumentadas, mas também para operação de custo mais efetiva posterior do aparelho trocador de calor evaporativo que utiliza os conjuntos de serpentinas da presente invenção. Para conjuntos de serpentinas da mesma área plana, o gráfico da Figura 12 mostra de forma muito significativa desempenho térmico aumentado, para as modalidades testadas e os resultados expostos na Figura 12, até cerca de 18,3% de aumento em MBH, em comparação com os resultados da Curva F para CurvaA da linha de base, quando medida sob uma taxa de fluxo de fluido de processo interno (água) de 8 gpm por tubo (calculado como 504-426 = 78/426 x 100 = 18,3%).

[0098] Será apreciado por aqueles versados na técnica que alterações poderão ser realizadas nas modalidades descritas anteriormente sem escapar do seu amplo conceito inventivo. Deve ser compreendido, por essa razão, que esta invenção não fica limitada às modalidades particulares expostas, mas que se destina a abranger modificações situadas dentro do espírito e escopo da presente invenção tal como definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

1.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), compreendendo um pleno (40,40A,40B,40C, 40D)tendo um eixo geométrico longitudinal vertical (42, 42A,42B,42C,42D), um distribuidor (54,54B, 54C) paradistribuir um líquido trocador de calor externo dentro do pleno, um movimentador de ar (48,48B,48C,48D, 62) parafazer o ar fluir em uma direção através do pleno em uma direção em contracorrente a, paralela a, ou transversal ao eixo geométrico longitudinal do pleno, e um conjunto de serpentina (24,24A,24B,24C,24D) tendo um plano principal (25) e sendo montado dentro do pleno de forma tal que o plano principal fica normal ao eixo geométrico longitudinal do pleno e de forma tal que o líquido trocador de calor externo flui externamente através do conjunto de serpentina em uma direção de fluxo vertical, em que o conjunto de serpentina compreende coletores de entrada (32) e de saída (34) e uma pluralidade de tubos (10) conectando os coletores, os tubos se estendendo em uma direção horizontal e tendo um eixo geométrico longitudinal (13) e um formato de seção transversal elíptico tendo um eixo geométrico principal com um comprimento e um eixo geométrico menor com um comprimento onde a média do comprimento do eixo geométrico maior e do comprimento do eixo geométrico menor é um diâmetro nominal externo do tubo, os tubos sendo dispostos no conjunto de serpentina de forma tal que os tubos adjacentes são verticalmente espaçados em relação uns aos outros dentro de planos paralelos ao plano principal, os tubos adjacentes nos planos paralelos ao plano principal sendo escalonados eespaçados em relação unsaos outros verticalmente (Dv) paraformarem uma pluralidade de níveis (L1A, L1B; L2A, L2B) escalonados horizontais,em que cada tubo alternadamente éalinhado no mesmo nível horizontal paralelos ao plano principal, e em que os tubos são espaçados (DH) uns dos outros horizontalmente e normais ao eixo geométrico longitudinal do tubo, caracterizado por pelo menos um dos tubos (10) ser um tubo com aleta tendo aletas externas (20) formadas emuma superfícieexternadostubos,em que as aletas têmumespaçamento de1,5 até3,5aletaspor 2,54 cm ao longodo eixo geométrico longitudinal (13) dos tubos, as aletas tendo altura que se estende desde a superfície externa dos tubos uma distância de 23,8% até 36% do diâmetro nominal externo do tubo,asaletastendo espessura de 0,018 cm até0,051 cm, os tubos tendo espaçamento (DH) de centro a centro horizontal enormalao eixo geométrico longitudinal(13)dos tubos de 100% até 131% do diâmetro nominal externo do tubo, e os tubos horizontalmente adjacentes tendo espaçamento (Dv) de centro a centro de 110% até 300% do diâmetro nominal externo do tubo.

2.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoadicionalmente pelo fato de uma pluralidade dos tubos (10) no conjunto de serpentina (24,24A,24B,24C,24D) sertubos com aletas ou por uma maior parte dos tubos (10) no conjunto de serpentina (24,24A,24B,24C, 24D) ser ostubos com aletas, ou por todos os tubos (10) no conjunto de serpentina (24,24A,24B,24C, 24D) serem os tubos comaletas.

3.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, caracterizado adicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem um espaçamento de 2,75 até 3,25 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos tubos (10)ou as aletas (20) terem um espaçamento de 3aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos tubos (10).

4.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, caracterizado adicionalmente pelo fato de os tubos (10) terem um espaçamento (DH) de centro a centro horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos tubos de 106% até 118% do diâmetro nominal externo do tubo, ou os tubos (10) terem um espaçamento (DH) de centro a centro horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos tubos de 112% do diâmetro nominal externo do tubo.

5.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, caracterizado adicionalmente pelo fato de os tubos (10) terem um espaçamento (Dv) de centro a centro vertical de 150% até 205% do diâmetro nominal externo do tubo, ou os tubos (10) terem um espaçamento (Dv) de centro a centro vertical de 179% do diâmetro nominal externo do tubo.

6.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado adicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem um espaçamento de 2,75 até 3,25 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos tubos, as aletas tendo altura de 28% até 33% do diâmetro nominal externo do tubo, as aletas tendo espessura de 0,023 cm (até 0,038 cm, os tubos tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos tubos de 106% até 118% do diâmetro nominal externo do tubo, e os tubos tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 150% até 205% do diâmetro nominal externo do tubo ou as aletas (20) terem um espaçamento de 3 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos tubos, as aletas tendo altura de 29,76% do diâmetro nominal externo do tubo, as aletas tendo espessura de 0,025 cm até 0,033 cm, os tubos (10) tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos tubos de 112% do diâmetro nominal externo do tubo, e os tubos tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 179% do diâmetro nominal externo do tubo.

7.Trocador de calor evaporativo (26, 26A, 26B, 26C, 26D), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado adicionalmente pelo fato de o diâmetro nominal externo do tubo ter 2,67 cm.

8.Trocador de calor evaporativo (26, 26A, 26B, 26C, 26D), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado adicionalmente pelo fato de o diâmetro nominal externo do tubo ter 2,67 cm, as aletas (20) tendo um espaçamento de centro a centro de 0,726 cm até 1,694 cm, as aletas tendo altura de 0,635 cm até 0,953 cm, os tubos (10) tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal (13) dos tubos de 2,67 cm até 3,51 cm, e os tubos horizontalmente adjacentes tendo um espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 2,92 cm até 8,00 cm.

9.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 8, caracterizadoadicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem um espaçamento de centro a centro de 0,782 cm até 0,925 cm, uma altura de 0,747 cm até 0,881 cm, as aletas tendo espessura de 0,023 cm até 0,038 cm, e os tubos horizontalmente adjacentes (20) tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 3,99 cm até 5,46 cm.

10.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 9, caracterizadoadicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem um espaçamento de centro a centro de 0,846 cm, uma altura de 0,794 cm,uma espessura de 0,025 cm até 0,033 cm,os tubos(10)tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal enormal ao eixo geométricolongitudinaldos tubosde 2,985cm, e os tubos tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 4,78 cm.

11.Trocador de calor evaporativo (26,26A,26B,26C,26D), de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, caracterizado adicionalmente pelo fato de os eixos geométricos principais dos tubos (10) serem paralelos ao eixo geométrico longitudinal (42,42A,42B,42C,42D) do pleno (40,40A,40B,40C,40D) ou os eixos geométricos principais dos tubos (10) serem angulados com relação ao eixo geométrico longitudinal (42,42A,42B,42C, 42D) dopleno (40,40A,40B,40C,40D).

12.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado adicionalmente pelo fato de os eixos geométricos principais dos tubos (10) de tubos adjacentes em diferentes níveis verticais (L2A, L2B) serem angulados em direções opostas com relação uns aos outros e ao eixo geométrico longitudinal (42, 42A, 42B, 42C, 42D) do pleno (40, 40A, 40B, 40C, 40D).

13.Trocador de calor evaporativo (26, 26A, 26B, 26C, 26D), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado adicionalmente pelo fato de o ângulo dos eixos geométricos principais dos tubos (10) em um primeiro nível (L1B) horizontal ser maior do que 0° até 25° a partir do eixo geométrico longitudinal (42, 42A, 42B, 42C, 42D) do pleno (40, 40A, 40B, 40C, 40D) e o ângulo dos eixos geométricos principais dos tubos no próximo nível (L2B) horizontal verticalmente adjacente ser de 335° até menos do que 360° a partir do eixo geométrico longitudinal (42, 42A, 42B, 42C, 42D) do pleno (40, 40A, 40B, 40C, 40D) ou o ângulo dos eixos geométricos principais dos tubos (10) em um primeiro nível (L1B) horizontal ser de 20° a partir do eixo geométrico longitudinal (42, 42A, 42B, 42C, 42D) do pleno (40, 40A, 40B, 40C, 40D) e o ângulo dos eixos geométricos principais dos tubos no próximo nível (L2B) horizontal verticalmente adjacente ser de 340° a partir do eixo geométrico longitudinal do pleno.

14.Trocador de calor evaporativo (26, 26A, 26B, 26C, 26D), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado adicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem ondulações para dentro e para fora de um plano de material usado para fabricar as aletas.

15.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado adicionalmente pelo fato de os tubos (10) com aletas serem galvanizados de forma tal que as aletas (20) depois da galvanização são mais espessas em uma base próxima à superfície externa do tubo do que em uma ponta das aletas distal em relação à superfície externa do tubo.

16.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado adicionalmente pelo fato dos tubos (10) serem tubos de serpentina (10) tendo uma pluralidade de segmentos (12,12A,12B) e uma pluralidade de curvas de retorno (14,14A,14B), as curvas de retorno sendo orientadas em planosverticais,ossegmentosde cada tubo conectando as curvasde retornodecada tuboe estendendo-se entre as curvas deretorno em uma direção horizontal, os segmentos tendo eixo geométrico longitudinal (13) e um formato de seção transversal elíptica tendo um eixo geométrico principal com um comprimento e um eixo geométrico menor com um comprimento onde a média do comprimento do eixo geométrico principal e do comprimento do eixo geométrico menor é um diâmetro nominal externo do tubo, os segmentos sendo dispostos no conjunto de serpentina (24,24A,24B, 24C,24D) de forma tal que os segmentosdostubos adjacentes sãoespaçados verticalmente em relaçãouns aos outros dentro deplanos paralelos ao plano principal (25), os segmentos dos tubos adjacentes nos planos paralelos ao plano principal sendo escalonados e espaçados com relação uns aos outros verticalmente (Dv) para formarem uma pluralidade de níveis escalonados horizontais (L1A, L 1 B; L2A, L2B), em que cada segmento alternado fica alinhado no mesmo nível horizontal paralelo ao plano principal, e em que os segmentos são espaçados (DH) uns dos outros horizontalmente e normais ao eixo geométrico longitudinal (13) do segmento conectado à curva de retorno, em que os segmentos (12, 12A, 12B) têm aletas externas (20) formadas em uma superfície externa dos tubos (10), em que as aletas têm um espaçamento de 1,5 até 3,5 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos segmentos, as aletas tendo altura que se estende a partir da superfície externa dos segmentos uma distância de 23,8% até 36% do diâmetro nominal externo do tubo, as aletas tendo espessura de 0,018 cm até 0,051 cm, os segmentos tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos segmentos de 100% até 131% do diâmetro nominal externo do tubo, e os segmentos horizontalmente adjacentes tendo um espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 110% até 300% do diâmetro nominal externo do tubo.

17.Trocador de calor evaporativo (26, 26A, 26B, 26C, 26D), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado adicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem um espaçamento de 2,75 até 3,25 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos segmentos (12, 12A, 12B), as aletas tendo altura de 28% até 33% do diâmetro nominal externo do tubo, as aletas tendo espessura de 0,023 cm até 0,038 cm, os segmentos tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos segmentos de 106% até 118% do diâmetro nominal externo do tubo, e os segmentos horizontalmente adjacentes tendo espaçamento de centro a centro (Dv)vertical de 150% até 205% do diâmetro nominal externo do tubo, ou as aletas (20) terem um espaçamento de 3 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos segmentos (12,12A,12B), as aletas tendo uma altura de29,76% do diâmetro nominal externo do tubo, as aletas tendo uma espessura de 0,025 cm até 0,033 cm, os segmentos tendo espaçamento de centro a centro (DH) horizontal e normal aoeixo geométrico longitudinal dos segmentos de 112% do diâmetro nominal externo do tubo, e os segmentos horizontalmente adjacentes tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 179% do diâmetro nominal externo do tubo.

18.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 16, caracterizadoadicionalmente pelo fato de as curvas de retorno (14, 14A,148)terem seção transversal circular com um diâmetro externo de 2,67 cm e o diâmetro nominal externo do tubo sendo 2,67 cm ou as curvas de retorno (14,14A, 14B) teremseção transversal elíptica e o diâmetro nominal externo do tubo sendo 2,67 cm ou os eixos geométricos principais (13) dos segmentos (12,12A,12B) serem paralelos ao plano dascurvas de retorno (14,14A, 14B) ou os eixos geométricosprincipais dos segmentos (12B) serem angulados com relação ao plano das curvas de retorno (14,14A,14B).

19.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 18, caracterizadoadicionalmente pelo fato de os eixos geométricos principais dos segmentos (12B) serem angulados com relação ao plano das curvas de retorno (14,14A,14B), em que os eixos geométricos principais dos segmentos (12B) dos tubos (10)adjacentes em diferentes níveis verticais (L1B, L2B) serem angulados em direções opostas com relação uns aos outros e ao plano das curvas de retorno (14,14A,14B).

20.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 19, caracterizadoadicionalmente pelo fato de o ângulo dos eixos geométricos principais dos segmentos (12B) em um primeiro nível horizontal (L1B) ser maior do que 0° até 25° graus em relação ao plano das curvas de retorno (14,14A, 14B) e oângulo dos eixos geométricos principais dos segmentos no próximo nível (L2B) horizontal verticalmente adjacente ser de 335° até menos do que 360° em relação ao plano das curvas de retorno, ou o ângulo dos eixos geométricos principais dos segmentos (12B) em um primeiro nível (L1B) horizontal ser de 20° em relação ao plano das curvas de retorno (14,14A,14B) e o ângulo dos eixos geométricosprincipais dos segmentos no próximo nível (L2B) horizontal verticalmente adjacente ser de 340° em relação ao plano das curvas de retorno.

21.Trocador de calor evaporativo (26,26A, 26B,26C,26D), de acordo com a reivindicação 20, caracterizadoadicionalmente pelo fato de as aletas (20) terem um espaçamento de 2,75 até 3,25 aletaspor 2,54 cmao longo doeixo geométrico longitudinal (13) dos segmentos (12, 12A,12B), as aletas tendo uma altura de28% até 33%do diâmetronominal externo do tubo, as aletas tendo espessura de 0,023 cm até 0,038 cm, os segmentos tendoespaçamentode centro acentro (DH) horizontal e normal ao eixo geométrico longitudinal dos segmentos de 106% até 118% do diâmetro nominal externo do tubo, e os segmentos horizontalmenteadjacentes tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 150% até 205% do diâmetro nominal externo do tubo, ou as aletas (20) terem um espaçamento de 3 aletas por 2,54 cm ao longo do eixo geométrico longitudinal (13) dos segmentos (12,12A,12B), as aletas tendo altura de29,76% do diâmetro nominal externo do tubo, as aletas tendo espessura de 0,025 cm até 0,033 cm, os segmentos tendo espaçamento de centro a centroh (DH) horizontal e normal aoeixo geométrico longitudinal dos segmentos de 112% do diâmetro nominal externo do tubo, e os segmentos tendo espaçamento de centro a centro (Dv) vertical de 179% do diâmetro nominal externo do tubo.