ES2199510T3 - Tubo plano de varios canales. - Google Patents
Tubo plano de varios canales.Info
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Abstract
Tubo plano de varios canales para un intercambiador de calor, con - varios canales de circulación (2) paralelos, dispuestos unos junto a otros en la dirección transversal del tubo, que presentan una sección transversal ovalada, caracterizado porque - los semiejes mayores (a) de los canales de circulación (2) están inclinados, respecto de la dirección transversal del tubo (3), en un ángulo de inclinación (a) predeterminado y/o - el borde de sección transversal ovalado de los canales de circulación está formado discurriendo en forma de línea ondulante o está formado por secciones lineales individuales, que forman un polígono con al menos cinco vértices.
Description
Tubo plano de varios canales.
La presente invención se refiere a un tubo plano
de varios canales para un intercambiador de calor según el
preámbulo de la reivindicación 1.
Según la memoria EP 0 219 974 B1 se conoce un
tubo plano, para su utilización en un condensador de una
instalación de refrigeración o climatización, el cual presenta
varios canales de circulación paralelos situados unos junto a otros
en la dirección transversal del tubo, los cuales están formados por
una pieza intercalada ondulante, la cual está introducida en el
interior de tubo, inicialmente hueco, fabricado con un canal y al
cual están soldados en puntos de contacto con la pared interior del
tubo. De esta manera aparecen canales de circulación situados unos
junto a otros con sección transversal triangular en correspondencia
con la sección transversal de la pieza intercalada ondulante. El
tubo plano está concebido para la utilización del refrigerante
R-12 y refrigerantes similares, en los cuales
aparecen típicamente presiones de funcionamiento de a lo sumo
aproximadamente 20 bar. En un ejemplo típico el grosor de la pared
del tubo vale 0,381 mm y la dimensión del tubo en la dirección
hacia arriba del tubo 1,91 mm. La memoria US 5.372.188 da a
conocer, como alternativa a la introducción de una pieza intercalada
ondulante, la fabricación de tubos planos con una hilera de canales
con secciones transversales triangulares a partir de un perfil
extrusionado.
En la publicación de la solicitud de patente nº
DE 38 43 305 A1 y en las memorias de patente US nº 3.416.600 y US
nº 5.036.909 se dan a conocer tubos planos con varios canales de
circulación, situados unos junto a otros, con secciones
transversales rectangulares, en los que en los bordes de los
canales pueden estar previstos resaltes que aumenten la
superficie.
En la memoria de patente US nº 5.307.870 se
muestra un tubo plano de varios canales para un intercambiador de
calor el cual presenta, en la dirección transversal del tubo,
canales de circulación paralelos situados unos junto a otros con
sección transversal circular, donde como alternativa se menciona
que los canales de circulación pueden ser elípticos. Las
superficies exteriores del tubo plano con los canales circulares
pueden presentar un contorno transversal ondulante correspondiente
a los canales.
En la memoria de patente US nº 5.642.775 se da a
conocer un elemento de conducción de calor en forma de una tira en
forma de placa con varios canales de circulación paralelos situados
unos junto a otros en la dirección transversal de la tira, el cual,
p. ej., está arrollado formando una bobina para una utilización en
un elemento constructivo electromagnético, donde los canales de
circulación presentan una sección transversal elíptica con el
semieje mayor situado perpendicular respecto de la dirección
transversal de la tira.
Una utilización que en los últimos tiempos gana
cada vez más en importancia son los intercambiadores de calor para
instalaciones de climatización, en especial para automóviles, las
cuales funcionan con el refrigerante R-744, es
decir, con dióxido de carbono. Aquí son necesarias estructuras de
intercambiador de calor hechas p. ej. de tubos planos rectilíneos o
en forma de serpentina, los cuales soportan de manera fiable una
presión de funcionamiento de más de 100 bar. Para esto se
consideran tubos planos de varios canales extrusionados con canales
de circulación de sección transversal circular y las habituales
superficies exteriores de tubo planas, no perfiladas y de lado
ancho. Sin embargo, se demuestra que la potencia de intercambio de
calor de estos tubos planos se puede mejorar a causa de las
superficies relativamente pequeñas de intercambio de calor y que
los tubos además son, para una potencia de intercambio de calor
dada, relativamente pesados.
La invención se plantea el problema técnico de
proporcionar un tubo plano de varios canales del tipo mencionado al
principio el cual sea adecuado para aplicaciones de alta presión con
presiones de funcionamiento superiores a 100 bar y que al mismo
tiempo sea relativamente ligero y posea una potencia de intercambio
de calor relativamente grande con una caída de presión pequeña en el
lado del refrigerante.
La invención resuelve este problema
proporcionando un tubo plano de varios canales con las
características de la reivindicación 1. Este tubo plano contiene
canales de circulación con sección transversal ovalada. Se
demuestra que el tubo plano se puede concebir de manera que, por un
lado, se disponga de una superficie de intercambio de calor
relativamente grande y, por el otro, los grosores de pared que
quedan sean suficientes para satisfacer la resistencia a la presión
de reventamiento exigida por el tubo. Además los canales de
circulación están orientados de una manera definida y ello de tal
manera que su semieje mayor está inclinado respecto del eje
transversal del tubo un ángulo de inclinación predeterminado.
Alternativa o adicionalmente a esta medida los bordes de los
canales poseen en dirección perimétrica un transcurso ondulado o
poligonal donde, por éste último hay que entender que la sección
transversal ovalada está formada a partir de un polígono con al
menos cinco y preferentemente claramente más de cinco vértices. El
contorno de superficie irregular, ondulante o poligonal, puede
presentar, dependiendo del caso de aplicación, ventajas en cuanto a
la técnica de fabricación y, sobre todo, ventajas con vistas al
comportamiento de circulación y la capacidad de intercambio de
calor así como en cuanto a la resistencia a la presión.
El tubo plano de varios canales según la
invención pone a disposición una potencia de intercambio de calor
satisfactoria con respecto al volumen y el peso para una caída de
presión relativamente pequeña en el lado del refrigerante y un peso
pequeño. Se puede utilizar en especial para evaporadores y
condensadores o refrigeradores de gas así como intercambiadores de
calor internos de instalaciones de climatización de CO_{2} para
automóviles. La fabricación tiene lugar preferentemente como tubo
plano extrusionado, donde la forma de sección transversal deseada
de los canales individuales es llevada a cabo durante el proceso de
extrusión mediante matrices correspondientemente formadas.
En un perfeccionamiento de la invención según la
reivindicación 2 el tubo plano posee de tal manera un contorno
exterior del tubo ondulante, correspondiente a los canales de
circulación, que el tubo plano es, en la dirección hacia arriba del
tubo, en cada caso entre dos canales de circulación, más delgado
que en la zona de un canal de circulación correspondiente.
En otro perfeccionamiento de la invención según
la reivindicación 3 el tubo plano de varios canales está concebido
de tal manera que la relación entre el semieje mayor y el semieje
menor de sus canales de circulación ovalados está entre los valores
1,2 y 1,4 y/o la relación entre la superficie de sección
transversal de material y la superficie de sección transversal por
la que se puede circular está entre 2,0 y 4,0 y/o cuando el semieje
menor está situado paralelo respecto del eje transversal del tubo,
del canal de circulación correspondiente, la relación entre el doble
del valor del semieje menor respecto de la longitud del período de
la hilera de canal de circulación está entre 0,5 y 0,7 y/o la
relación entre el doble del valor del semieje mayor respecto del
grosor del tubo plano está entre 0,6 y 0,8. Estos márgenes de
valores resultan ser especialmente favorables para la consecución
de una elevada potencia de intercambio de calor, por un lado, y una
elevada resistencia a la presión de reventamiento con un peso lo
menor posible, por el otro.
En los dibujos están representadas formas de
realización ventajosas de la invención que se describen a
continuación, en los cuales:
la Fig. 1 es una vista en sección transversal
parcial de un tubo plano de varios canales con canales de
circulación ovalados, cuyos semiejes mayores discurren inclinados
respecto del eje transversal del tubo, y
la Fig. 2 es una vista en sección transversal
parcial de un tubo plano de varios canales con canales de
circulación ovalados con borde de sección transversal ondulante y
superficies exteriores del tubo perfiladas, correspondiendo con los
canales, y aleta ondulada correspondientemente perfilada.
El tubo plano de varios canales 1 representado en
la Fig. 1 en una zona izquierda de su sección transversal contiene
un gran número de canales de circulación 2 paralelos, los cuales, en
la dirección transversal del tubo y situados unos junto a otros y
separados entre sí, están dispuestos en una hilera y presentan una
forma de sección transversal ovalada, esencialmente elíptica. Los
canales de circulación 1 desplazados paralelamente están orientados
de tal manera que el semieje mayor de su sección transversal
ovalada está situada inclinada respecto de la dirección transversal
del tubo 3, es decir, encierra un ángulo \alpha predeterminado
con ésta, el cual es mayor que 0º y menor que 90º.
El dimensionado del tubo plano 1, en especial de
sus canales de circulación 2 ovalados, por un lado, y del cuerpo de
tubo 4 que los rodea, por el otro, se ha elegido de tal manera que
el tubo plano 1 satisface, por un lado, las exigencias de presión
de reventamiento, que son impuestas a intercambiadores de calor de
instalaciones de climatización de CO_{2} para automóviles, y, por
el otro, se consiguen un peso reducido y una elevada potencia de
intercambio de calor. Para ello la relación a/b entre el semieje
mayor a y el semieje menor b de la sección transversal del canal se
ha elegido en el margen entre uno y dos, mientras que la relación
entre el diámetro grande 2\cdota de la sección transversal del
canal y el grosor del tubo h, es decir respecto de su dimensión en
la dirección hacia arriba del tubo z, está entre 0,4 y 0,8. La
relación entre el diámetro menor 2\cdotb de la sección
transversal del canal y la longitud de periodicidad o división T,
es decir la distancia de los puntos centrales de sección transversal
de en cada caso dos canales de circulación 2 contiguos, se ha
elegido entre 0,4 y 0,9. En valores absolutos el grosor del tubo h
vale típicamente entre 1,5 mm y 4,2 mm, el semieje mayor a se
encuentra típicamente entre 0,4 mm y 1,2 mm, el semieje menor b
entre 0,4 mm y 1 mm y la división T entre 1 mm y 3,5 mm. El
diámetro hidráulico de los canales de circulación 2 individuales,
es decir, la relación del cuádruplo de la superficie de sección
transversal respecto del perímetro interior, se encuentra
típicamente entre 0,9 mm y 2,0 mm. Para los dimensionados
mencionados resulta una relación del sección transversal de
material, es decir, de la sección transversal del cuerpo de tubo
respecto de la sección transversal por la que se puede circular
libremente, es decir, respecto de la totalidad de la superficie de
sección transversal de todos los canales de circulación 2,
comprendida entre 1,4 y 4,5. El grosor de pared del tubo 1 se
encuentra, generalmente, entre aproximadamente 0,2 mm y 0,6 mm, en
casos individuales también algo por encima de 1 mm.
El tubo plano de varios canales 1 así concebido
es adecuado en especial como tubo rectilíneo para un intercambiador
de calor de circulación paralela o como tubo doblado en forma de
serpentina para un intercambiador de calor de tipo serpentina. El
tubo plano de varios canales 1 es especialmente adecuado para la
utilización en evaporadores y refrigeradores de gas, como son
llamados los condensadores de instalaciones de climatización de
CO_{2}. Se demuestra que los tubos planos de varios canales
dimensionados de este modo son capaces de soportar de manera fiable
las presiones de funcionamiento de las instalaciones de
climatización de CO_{2}, que alcanzan valores superiores a 100
bar, y, al mismo tiempo, son relativamente ligeros y ofrecen una
potencia de intercambio de calor comparativamente elevada.
En el tubo plano de varios canales 7 mostrado en
la Fig. 2 están dispuestos de nuevo varios canales de circulación
2c paralelos separados en una hilera en dirección transversal del
tubo 3 situados unos junto a otros, en este caso, sin embargo, con
el semieje mayor a perpendicular respecto de la dirección
transversal del tubo 3.
Para conseguir además una capacidad de
intercambio de calor elevada está previsto en este tubo plano un
perfilado, correspondiente con la disposición de los canales de
circulación 2c, de las superficies exteriores 8a, 8b de los dos
lados anchos del tubo plano. Este perfilado de las superficies
exteriores 8a, 8b está elegido, en la sección transversal mostrada,
en forma de línea ondulante con una periodicidad que corresponde a
la disposición de los canales de circulación, de tal manera que el
tubo plano 7 en la zona de un canal de circulación correspondiente
presenta un grosor h_{máx.} máximo y en el centro, entre dos
canales de circulación correspondientes, un grosor h_{mín.}
mínimo. Con esta medida se amplía la superficie del tubo y
simultáneamente se reduce la distancia de la misma respecto de los
canales de circulación 2c situados en el interior, comparada con
una estructuración plana de la superficie exterior del tubo, lo que
mejora la potencia de intercambio de calor. Simultáneamente queda
entre los canales de circulación 2c y las superficie exteriores del
tubo 8a, 8b, por todos lados, un grosor de pared suficiente, como
para soportar presiones de funcionamiento de hasta 150 bar, de tal
manera que este tubo plano 7 se pueda utilizar, de igual manera que
el tubo plano de la Fig. 1, también para intercambiadores de calor
de instalaciones de climatización de CO_{2}.
Para la construcción de un bloque de
tubos/aletas, como es usual para intercambiadores de calor de
instalaciones de climatización, puede estar previsto, en caso de
utilización de tipo de tubo plano 7 perfilado por el lado exterior
según la Fig. 2, ya sea como tubo plano rectilíneo o como tubo
plano en serpentina, un tipo de aleta ondulada 9 construido adaptado
a ello como se indica en la Fig. 2. La aleta ondulada 9 utilizada
para ello está dotada, en la totalidad de su longitud o al menos en
la zona de sus vértices en dirección transversal con un contorno 9a
ondulante, cuya periodicidad corresponde a la de las superficies
exteriores del tubo 8a, 8b onduladas. De este modo pasan a
situarse, como se puede reconocer en la Fig. 2, las crestas del
contorno de sección transversal 9a de las zonas del vértice de las
aletas onduladas en los valles del tubo plano 7 contiguo en cada
caso. Esto impide que resbalen de los tubos 7 las aletas onduladas
9, introducidas entre las capas de tubo plano del bloque
tubo/aleta, antes de una conexión fija de los mismos por ejemplo
mediante soldadura fuerte. Esto facilita el montaje del bloque
tubo/aleta en especial en los casos en los cuales es montado suelto
primero todo el bloque con los tubos planos 7 y las aletas
onduladas 9 entre las capas de tubo y a continuación es conectado,
mediante un único proceso de soldadura, para dar una estructura de
bloque fija. Además el engarce unas en otras de las estructuras de
aletas transversales de tubo plano 7, por un lado, y la aleta
ondulada 9, por el otro, favorece el intercambio de calor entre los
dos elementos y con ello el grado de efectividad del intercambio de
calor del bloque tubo/aleta.
Se entiende que en caso necesario los tubos
planos de la Fig. 1 pueden estar dotados con un contorno
transversal ondulante por el lado exterior según el tubo plano 7 de
la Fig. 2 y para la construcción de un bloque tubo/aleta se pueden
utilizar, con las mismas ventajas que las que se han mencionado más
arriba para el ejemplo de realización según la Fig. 2, junto con
aletas onduladas correspondientes al tipo de aleta ondulada 9 de la
Fig. 2, las cuales están contorneadas transversalmente adaptadas a
tubos planos. En lugar del transcurso plano en forma de arco de los
bordes perimétricos de los canales en el tubo plano de la Fig. 1 es
posible un bordeado perimétrico del canal 6 ondulante, como se
muestra en el ejemplo de la Fig. 2. Alternativamente puede estar
previsto un bordeado perimétrico del canal poligonal con al menos
cinco vértices, es decir, la sección transversal del canal posee
entonces un borde ovalado ondulante o una forma poligonal ovalada
formada por secciones lineales contiguas entre sí. Estas variantes
pueden tener ventajas en cuanto a la técnica de fabricación o
ventajas con vistas a la potencia de intercambio de calor y
resistencia a la presión. En lugar de la posición perpendicular
respecto de la dirección transversal del tubo 3 de los semiejes
mayores a de los canales de circulación 2c en el ejemplo de la Fig.
2 éstos pueden estar situados, en formas de realización
alternativas, inclinados o paralelos respecto de los mismos. Esto
último es adecuado en especial para utilizaciones para las cuales
se desea un tubo plano de pequeño grosor. Por lo demás, resultan
para el tubo plano 7 de la Fig. 2 y sus variantes mencionadas con
anterioridad las posibilidades de dimensionado mencionadas arriba
para el tubo plano 1 de la Fig. 1, donde hay que tener en cuenta los
papeles, en su caso intercambiados, del semieje mayor a y del
semieje menor b.
Claims (3)
1. Tubo plano de varios canales para un
intercambiador de calor, con
- -
- varios canales de circulación (2) paralelos, dispuestos unos junto a otros en la dirección transversal del tubo, que presentan una sección transversal ovalada,
caracterizado
porque
- -
- los semiejes mayores (a) de los canales de circulación (2) están inclinados, respecto de la dirección transversal del tubo (3), en un ángulo de inclinación (\alpha) predeterminado y/o
- -
- el borde de sección transversal ovalado de los canales de circulación está formado discurriendo en forma de línea ondulante o está formado por secciones lineales individuales, que forman un polígono con al menos cinco vértices.
2. Tubo plano de varios canales según la
reivindicación 1, caracterizado además porque las
superficies exteriores del tubo (8a, 8b) presentan un contorno
transversal ondulante correspondiente a los canales de conducción
(2c), de modo que el tubo plano (7) es, en la dirección hacia
arriba del tubo (z), en cada caso entre dos canales de circulación,
más delgado que en la zona de un canal de circulación
correspondiente.
3. Tubo plano de varios canales según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque
- -
- la relación (a/b) entre el semieje mayor (a) y el semieje menor (b) de los canales de circulación (2) ovalados está entre 1,2 y 1,4 y/o
- -
- la relación entre la superficie de sección transversal de material y la superficie de sección transversal del tubo plano por la que se puede circular está entre 2,0 y 4,0 y/o
- -
- cuando el semieje menor (b) está dispuesto paralelo respecto del eje transversal del tubo (3) la relación (2\cdotb/T) entre el doble del valor del semieje menor y la longitud de periodicidad (T) de la hilera de canales de circulación está entre 0,5 y 0,7 y/o la relación (2\cdota/h) entre el doble del valor del semieje mayor (a) y el grosor del tubo (h) está entre 0,6 y 0,8.
Applications Claiming Priority (2)
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ID=7883133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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