BR112017001639B1

BR112017001639B1 - Trocador de calor interno

Info

Publication number: BR112017001639B1
Application number: BR112017001639-7A
Authority: BR
Inventors: Nikhil Baxi
Original assignee: Contitech North America, Inc.
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2021-03-23
Also published as: EP3177885B1; BR112017001639A2; WO2016022231A1; US20160040938A1; EP3177885A1; MX2017001494A

Abstract

trata-se de um trocador de calor interno que inclui uma luva que tem um perfil em espiral termicamente condutor, uma entrada de linha de fluido e uma saída de linha de fluido. o trocador de calor interno tem adicionalmente um tubo interno que define uma trajetória de fluxo interna e uma direção axial. o tubo interno é configurado para ter um fluxo de fluido através do tubo interno na direção axial. a luva é disposta ao redor de uma seção do tubo interno. o perfil em espiral é configurado para que um fluido seja abastecido à luva por meio do fluxo da entrada de fluido através do perfil em espiral para a saída de fluido ao passo que está em contato com a parede de tubo interno. o perfil em espiral pode incluir um primeiro sulco em espiral que percorre em um sentido horário e um segundo sulco em espiral que percorre em um sentido anti-horário. o primeiro e o segundo sulcos em espiral se cruzam mutuamente em pelo menos um ponto de cruzamento.

Description

TROCADOR DE CALOR INTERNO

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se a um trocador de calor interno que tem um projeto compacto, em particular, um trocador de calor interno para um veículo motorizado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Os trocadores de calor internos são usados para sistemas de condicionamento de ar em veículos motorizados. Em particular, os mesmos são usados para aumentar a eficiência e o desempenho de um sistema de condicionamento de ar de veículo. Esses aumentos no desempenho e eficiência podem ser alcançados através da implantação de um trocador de calor coaxial em que, por exemplo, um refrigerante líquido é guiado ao redor do lado externo do tubo de sucção. Os trocadores de calor conhecidos não combinam adequadamente eficiência de resfriamento com um projeto compacto.

[0003] O documento n⍛ WO 2014/026176 revela uma melhora de fluxo de sucção para um trocador de calor interno. O intensificador de fluxo ou inserto é disposto no tubo interno para desviar o fluxo do fluido no tubo interno em direção às paredes do tubo interno. O desvio do fluxo em direção à parede externa do tubo interno aprimora a eficiência do trocador de calor interno. O intensificador de fluxo pode ser, por exemplo, um membro alongado configurado para desviar o fluxo em direção à parede externa do tubo interno bloqueando-se o fluxo no meio do tubo interno.

[0004] A publicação de pedido de patente n⍛ U.S. 2013/0299143 A1 revela um trocador de calor interno que tem um elemento em espiral termicamente condutor enrolado ao redor do tubo interno do trocador de calor e disposto em um espaço anular entre o tubo interno e um tubo externo do trocador de calor interno.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] É um objetivo da invenção fornecer um trocador de calor interno que tem uma eficiência aumentada e um projeto compacto. O trocador de calor interno inclui um tubo interno e uma luva. O tubo interno também pode ser denominado um tubo de sucção. A luva ou o tubo externo circunda uma porção do tubo interno e é coaxial em relação à mesma. A luva tem um perfil em espiral em seu lado interno da parede de luva. O perfil em espiral da luva tem um primeiro sulco em espiral que percorre no sentido horário e um segundo sulco em espiral que percorre no sentido anti-horário. O primeiro e o segundo sulcos em espiral se cruzam mutuamente em pontos de cruzamento. Os pontos de cruzamento geram turbulência e resistência de fluxo adicionais. O perfil em espiral do tubo externo está em contato com a parede externa do tubo interno e, portanto, um fluido que flui através do perfil em espiral está em engate de contato fluido com a parede externa do tubo interno para facilitar a transferência de calor.

[0006] A fim de aumentar adicionalmente a transferência de calor, um inserto ou intensificador de fluxo pode ser disposto no tubo interno. O inserto desvia o fluxo de sucção, ou seja, o fluido que flui através do tubo interno, em direção às paredes do tubo interno. O desvio do fluxo de sucção em direção às paredes do tubo interno aumenta a transferência de calor entre o fluido no tubo interno e a parede interna do tubo interno, resultando em uma eficiência aprimorada do trocador de calor interno. O inserto pode, por exemplo, bloquear o fluxo no centro do tubo interno para desviar o fluxo no tubo interno em direção à parede interna do tubo interno.

[0007] Tal configuração de um trocador de calor interno pode resultar em um trocador de calor interno muito compacto, assim como em uma eficiência aumentada do mesmo. Dessa forma, o tamanho de um sistema de condicionamento de ar pode ser reduzido. Adicional-mente, devido ao aumento na eficiência, o comprimento do trocador de calor interno pode ser reduzido em relação aos trocadores de calor internos convencionais. O projeto compacto facilita adicionalmente na sustentação de roteamento de montagem de ar condicionado.

[0008] Um método para produzir um trocador de calor interno inclui fornecer um tubo interno ou de sucção. Uma luva que define um perfil em espiral, uma entrada de fluido e uma saída de fluido é disposta ao redor do tubo interno. A luva é pressionada ou enrugada para fixar a luva externa em relação ao tubo interno e de modo a fazer com que o perfil em espiral entre em contato com o tubo de sucção. Um intensifi-cador de fluxo também pode ser inserido no tubo interno para aumentar adicionalmente a transferência de calor entre o fluido que flui através do tubo interno e a parede do tubo interno. Se um intensificador de fluxo for inserido no tubo interno antes do enrugamento da luva, o en-rugamento da luva ao tubo interno também pode fixar o intensificador de fluxo no tubo interno.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A invenção será descrita agora com referência aos desenhos, em que:
a Figura 1 é um esquema de um sistema de condicionamento de ar com um trocador de calor interno compacto;
a Figura 2 é uma vista ampliada do trocador de calor interno da Figura 1;
a Figura 3 mostra uma luva que tem um sulco em espiral de padrão duplo;
a Figura 4 mostra a luva da Figura 3 com dois tubos configurados como uma entrada de fluido e uma saída de fluido;
a Figura 5 mostra um tubo interno de um trocador de calor interno e um intensificador de fluxo;
a Figura 6 mostra o intensificador de fluxo da Figura 5 dis-posto dentro do tubo interno da Figura 5; e
a Figura 7 mostra o trocador de calor interno durante o en-rugamento.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS DA INVENÇÃO

[0010] Um trocador de calor interno de acordo com a presente invenção pode ser usado em uma pluralidade de aplicações, por exemplo, em um sistema de condicionamento de ar de um veículo motorizado. O trocador de calor interno será descrito abaixo no contexto exemplificativo de um sistema de condicionamento de ar para um veículo motorizado.

[0011] A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de condicionamento de ar 1 com um trocador de calor interno compacto 2. O sistema de condicionamento de ar 1 inclui um evapora-dor 3 que pode servir como um trocador de calor de pressão baixa e pode, por exemplo, ser exposto ao ar de resfriamento de passagem que flui através de um compartimento de motor de um veículo motorizado. Um compressor 5, por exemplo, pode ser acionado pelo motor do veículo motorizado a fim de comprimir um refrigerante de pressão baixa para fornecer um refrigerante de temperatura alta de pressão alta. O sistema de condicionamento de ar 1 da Figura 1 inclui adicionalmente um condensador 4 que pode ser configurado como um trocador de calor de pressão alta para resfriar o refrigerante de temperatura alta de pressão alta. Uma válvula de expansão, como uma válvula de expansão térmica 6, pode ser usada como um redutor de pressão para o sistema de condicionamento de ar. Um refrigerante é comprimido em um refrigerante de pressão alta de temperatura alta pelo compressor 5 e, então, é abastecido ao condensador 4. A partir do condensador, o fluido flui através de um tubo interno 7 do trocador de calor interno. O fluido, então, flui através da válvula de expansão térmica 6 para o evaporador 3. A partir do evaporador 3, o fluido entra no tubo externo ou na luva 8 do trocador de calor interno 2.

[0012] A Figura 2 mostra o trocador de calor interno da Figura 1 em uma vista ampliada. O trocador de calor interno 2 inclui um tubo interno 7 que também pode ser denominado tubo de sucção. O tubo interno é configurado para que tenha um fluxo de fluido através do mesmo em uma direção axial. O calor pode ser transferido entre o fluido que flui através do tubo interno e a parede do tubo interno. Uma luva 8 ou tubo externo que tem um perfil em espiral ou helicoidal 9 em sua parede interna é disposto ao redor do tubo interno. O perfil em espiral inclui pelo menos um primeiro sulco em espiral 10.

[0013] A Figura 3 mostra a luva 8 com duas aberturas que incluem uma entrada de fluido 13 e uma saída de fluido 14. Um tubo de entrada 15 e um tubo de saída 16 podem ser soldados na entrada de fluido 13 e na saída de fluido 14, respectivamente, conforme mostrado na Figura 4. Um fluido, por exemplo, um refrigerante líquido, entra no trocador de calor interno 2 a partir do tubo de entrada 15 por meio da entrada 13. O fluido, então, flui através do perfil em espiral 9 da luva 8 e ao redor do tubo interno 7. O fluido que flui através do perfil em espiral 9 entra em contato com a parede externa do tubo interno 7 e promove a transferência de calor entre o fluido que flui através do perfil em espiral 9 e a parede do tubo interno 7. A luva pode ser disposta de forma ajustada ao redor do tubo interno de modo a minimizar que o fluido fornecido por meio da entrada de fluido flua através da luva na direção axial. O fluido flui através do perfil em espiral e sai do trocador de calor através do tubo de saída 16 por meio da saída de fluido 14.

[0014] Em uma modalidade preferencial, o perfil em espiral 9 inclui adicionalmente um segundo sulco 11. O primeiro sulco 10 pode percorrer em um sentido horário ou em um sentido anti-horário e o segundo sulco 11 percorre em uma direção oposta ao primeiro sulco em espiral 10, fornecendo, assim, à luva 8 um sulco que percorre no sen-tido horário e um sulco que percorre no sentido anti-horário. O primeiro e o segundo sulcos se cruzam em pontos de cruzamento 17. Um perfil em espiral que tem sulcos em espiral na direção transversal cria turbulência e adiciona resistência a um fluido que flui através da luva em cada ponto de cruzamento e torna mais lento o fluxo de fluido através da luva. Um fluxo de fluido mais lento resulta em transferência de calor aumentada entre a parede externa do tubo interno 7 e a luva 8 em que, em particular, o fluido flui através do perfil em espiral 9.

[0015] Um inserto 12 configurado como um intensificador de fluxo pode ser adicionalmente disposto no tubo interno 7 para aumentar a transferência de calor. O intensificador de fluxo 12 desvia o fluxo para a parede do tubo interno 7, por exemplo, bloqueando-se o centro do tubo interno 7. O inserto 12 também pode ter nervuras de intensificador de fluxo 18 para direcionar o fluxo. O desvio de fluido que flui no tubo interno 7 pelo intensificador de fluxo 12 aumenta a transferência de calor entre o fluido que flui através do tubo interno 7 e a parede do tubo interno 7. O inserto é disposto no tubo interno 7 na região do tubo interno que é circundado pela luva 8.

[0016] Um método para produzir um trocador de calor interno inclui uma primeira etapa de fornecer um tubo interno através do qual um fluido pode fluir na direção axial. Uma luva que tem um perfil em espiral é posicionada ou deslizada ao redor do tubo interno. O perfil em espiral inclui um primeiro sulco em espiral e um segundo sulco em espiral. O primeiro e o segundo sulcos em espiral espiralam em direções opostas e se cruzam em pontos de cruzamento. Os pontos de cruzamento geram turbulência e adicionam resistência ao fluido que flui através da luva. A luva é fixada na posição ao redor do tubo interno, por exemplo, pressionando-se ou enrugando-se a luva ao tubo interno. Conforme mostrado nas Figuras 5 e 6, um inserto 12 pode ser inserido no tubo interno 7 e disposto na região da luva 8 que é ou deve ser dis-posta ao redor do tubo interno. O inserto 12 também pode ser fixado no lugar como resultado do enrugamento da luva 8 se o inserto 12 for inserido no tubo interno 7 antes de enrugar a luva ao tubo interno conforme mostrado na Figura 7.

[0017] Deve ser entendido que a descrição supracitada é das modalidades preferenciais da invenção e que várias alterações e modificações podem ser realizadas às mesmas sem se afaste do espírito e escopo da invenção.
LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS

1 sistema de AC
2 trocador de calor interno
3 evaporador
4 condensador
5 compressor
6 válvula de expansão térmica
7 tubo interno/tubo de sucção
8 luva/tubo externo
9 perfil em espiral
10 sulco em espiral em sentido horário
11 sulco em espiral em sentido anti-horário
12 intensificador de fluxo
13 entrada de fluido
14 saída de fluido
15 tubo de entrada
16 tubo de saída
17 ponto de cruzamento
18 nervura de intensificador de fluxo

Claims

Trocador de calor interno (2) que compreende:
uma luva (8) que tem
um perfil em espiral termicamente condutor (9),
uma entrada de linha de fluido (15) e
uma saída de linha de fluido (16);
um tubo interno (7) que tem uma parede de tubo interno e que define uma direção axial;
em que o tubo interno (7) define uma trajetória de fluxo interna através do tubo interno (7) na direção axial;
em que a luva (8) é disposta ao redor de uma seção do tubo interno (7); e,
em que o perfil em espiral (9) é configurado para conduzir um fluido abastecido à luva (8) ao longo de uma trajetória em espiral, de modo a fazer com que o dito fluido esteja em engate de contato fluido com a dita parede de tubo interno,
caracterizado pelo fato de que,
um inserto (12) é configurado para desviar a trajetória de fluxo do meio do tubo interno (7) em direção à parede de tubo interno,
o inserto (12) disposto no tubo interno (7) na região da seção do tubo interno (7) em que a luva (8) é disposta,
o inserto (12) compreendendo nervuras (18) de reforço de fluxo que se estendem no sentido axial.
Trocador de calor interno (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o perfil em espiral (9) inclui pelo menos um dentre um primeiro sulco em espiral (10) que percorre em um sentido horário e um segundo sulco em espiral (11) que percorre em um sentido anti-horário.
Trocador de calor interno (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
o perfil em espiral (9) inclui um primeiro sulco em espiral (10) que percorre em um sentido horário e um segundo sulco em espiral (11) que percorre em um sentido anti-horário; e,
o primeiro sulco em espiral (10) e o segundo sulco em espiral (11) se cruzam mutuamente em pelo menos um ponto de cruzamento (17).
Trocador de calor interno (2), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ponto de cruzamento (17) é configurado para adicionar turbulência ao fluido que flui através da luva (8).
Trocador de calor interno (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a luva (8) é disposta próxima ou em contato ao redor do tubo interno (7), de modo a minimizar que o fluido abastecido por meio da entrada de fluido (13) flua através da luva (8) na direção axial.
Trocador de calor interno (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o perfil em espiral (9) inclui um primeiro sulco em espiral (10) que percorre em um sentido horário e um segundo sulco em espiral (11) que percorre em um sentido anti-horário; e em que o primeiro sulco em espiral e o segundo sulco em espiral (10, 11) se cruzam mutuamente em pelo menos um ponto de cruzamento (17).