ES2223201B2 - Intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diametro pequeño. - Google Patents

Intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diametro pequeño.

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Abstract

Intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño. El intercambiador de calor tiene una pluralidad de aletas de guía de aire montadas entre sí mediante una o más hileras verticales de tubos de refrigerante que pasan a través de las aletas de guía de aire. En el intercambiador de calor, cada uno de los tubos de refrigerante es un tubo de diámetro pequeño que tiene un diámetro exterior no mayor que 6 mm. Además, cuatro hileras de superficies desplazadas están formadas verticalmente en cada una de las aletas de guía de aire, en una posición entre dos tubos de cada hilera vertical de tubos de refrigerante, mediante un proceso de prensado tal que las cuatro hileras de superficies desplazadas están dispuestas a lo largo de una dirección transversal de la aleta. Cada una de las cuatro hileras de hendiduras verticales está formada por dos aberturas de guía de aire definidas entre los bordes laterales opuestos de cada una de las superficies desplazadas y la superficie plana de la aleta de guía de aire.

Description

Intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño y, más particularmente, a un intercambiador de calor diseñado tal que el número, la forma y la dimensión de las hendiduras verticales formadas en sus aletas de guía de aire están diseñadas óptimamente para ser compatibles con los tubos de refrigerante de diámetro pequeño.
Descripción de la técnica anterior
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor convencional. La Figura 2 es una vista en perspectiva de una aleta convencional de guía de aire para tales intercambiadores de calor. La Figura 3 es una vista en corte de la aleta convencional de guía de aire tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 2.
Como se muestra en la Figura 1, el intercambiador de calor convencional comprende una pluralidad de tubos 1 de refrigerante y una pluralidad de aletas 3 de guía de aire. Los tubos 1 de refrigerante forman un conducto de refrigerante del intercambiador de calor, mientras que las aletas 3 de guía de aire están dispuestas verticalmente a intervalos regulares, con las partes lineales de los tubos 1 de refrigerante pasando a través de las aletas 3. Las aletas 3 de guía de aire obtienen la superficie de intercambio calorífico para permitir la transmisión de calor entre el refrigerante y el aire atmosférico, y mejoran el rendimiento de intercambio calorífico del intercambiador de calor.
En el intercambiador de calor convencional, todos los tubos 1 de refrigerante están dispuestos con respecto a las aletas 3 de guía de aire para formar dos hileras verticales de tubos: hileras verticales izquierda y derecha 1a y 1b de tubos como se ve mejor en la Figura 1. Cada una de las aletas 3 de guía de aire tiene así dos hileras verticales de aberturas 20 de montaje de tubos para permitir la instalación de los tubos
1a y 1b.
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, cada una de las aletas 3 de guía de aire está provista típicamente de una pluralidad de hendiduras verticales 10 para permitir que el aire pase a través de ellas y aumentar el rendimiento de intercambio calorífico del intercambiador de calor.
Para formar las hendiduras 10 en cada aleta 3 de guía de aire, la aleta 3 se prensa en posiciones separadas regularmente para formar una pluralidad de superficies desplazadas 10a tal que las superficies desplazadas 10a están desplazadas alternativamente en direcciones opuestas como se ve mejor en la Figura 3. Dos aberturas de guía de aire se forman así entre los bordes laterales opuestos de cada superficie desplazada 10a y la superficie plana de la aleta 3, y permiten que el aire pase suavemente a través de ellas para mejorar el efecto de intercambio calorífico del intercambiador de calor.
En una descripción detallada con referencia a las Figuras 2 y 3, cada una de un conjunto de hendiduras verticales 10 está formada verticalmente en la aleta 3 en una posición entre dos aberturas 20 de montaje de tubo de cada hilera vertical de aberturas 20 mediante un proceso de prensado. En tal caso, seis hileras de hendiduras verticales 10 están dispuestas en una dirección transversal de la aleta 3, en una posición entre las dos aberturas 20 de montaje de tubo. Las hendiduras 10 están formadas por las aberturas de guía de aire, cada una de las cuales es definida entre los bordes laterales opuestos de cada una de las superficies desplazadas 10a y la superficie plana de la aleta 3 de guía de aire.
De las seis hileras de hendiduras verticales 10, las hileras primera, tercera y quinta de hendiduras 11,13 y 15 están formadas por las superficies desplazadas hacia arriba 11a, 13a y 15a, mientras que las hileras segunda, cuarta y sexta de hendiduras 12, 14 y 16 están formadas por las superficies desplazadas hacia abajo 12a, 14a y 16a. En tal caso, los términos "desplazadas hacia arriba" y "desplazadas hacia abajo" se definen a partir de la Figura 3 por facilidad de descripción. La primera hilera de hendiduras 11 comprende tres hendiduras unitarias separadas verticalmente entre sí, mientras que cada una de las hileras segunda y sexta de hendiduras 12 y 16 comprende dos hendiduras unitarias separadas verticalmente entre sí.
Cuando las hendiduras 10 están formadas en cada una de las aletas 3 de guía de aire como se describió antes, las hendiduras 10 reducen el espesor de la capa límite térmica dentro del aire atmosférico que circula a lo largo de las aletas 3, incrementando así el coeficiente medio de transmisión de calor del aire y mejorando el rendimiento funcional de intercambio calorífico del intercambiador de calor.
El intercambiador de calor convencional está diseñado para usar tubos 1 de refrigerante que tienen un diámetro exterior de 7 mm o 9,52 mm. En años recientes se desea reducir el diámetro exterior de los tubos 1 de refrigerante en un esfuerzo para conseguir una reducción preferible tanto en el coste de producción como en la pérdida de presión en el lado de aire de los intercambiadores de calor. Los tubos 1 de refrigerante que tienen tal diámetro exterior reducido son denominados "tubos de refrigerante de diámetro pequeño" en la memoria descriptiva.
Cuando un intercambiador de calor usa una pluralidad de tubos de refrigerante de diámetro pequeño que tienen un diámetro exterior reducido en lugar de los tubos convencionales 1 de refrigerante que tienen un diámetro exterior de 7 mm o 9,52 mm, es necesario diseñar óptimamente la disposición y la forma tanto de las aletas 3 de guía de aire como de las hendiduras 10 a fin de permitir que las aletas 3 y las hendiduras 10 sean compatibles con los tubos 1 de diámetro pequeño.
Cuando un intercambiador de calor se fabrica usando los tubos 1 de refrigerante de diámetro pequeño y las aletas 3 de guía de aire sin cambiar la disposición y la forma de las aletas 3, es casi imposible formar las hendiduras 10 en las aletas 3 puesto que las anchuras de las hendiduras 10 son extremadamente reducidas ya que la anchura de las aletas 3 se reduce debido al diámetro exterior reducido de los tubos 1 de refrigerante.
En el caso de usar tales tubos 1 de refrigerante de diámetro pequeño en un intercambiador de calor, el rendimiento de intercambio calorífico de las aletas 3 de guía de aire puede degradarse puesto que el área superficial de intercambio calorífico de cada aleta 3 se reduce debido a la reducción en la anchura de la aleta 3. En la técnica anterior, tal degradación en el rendimiento de intercambio calorífico de las aletas 3 puede superarse incrementando el número de la aletas 3 de guía de aire por unidad de longitud de los tubos 1 de refrigerante para compensar la reducción en el área superficial de intercambio calorífico de las aletas 3. Sin embargo, cuando una pluralidad de hendiduras que tiene la misma disposición y forma que las de las hendiduras 10 convencionales se forman en tales aletas 3, la pérdida de presión en el lado de aire del intercambiador de calor se incrementa extremadamente para eliminar indeseablemente las ventajas esperadas del uso de los tubos de diámetro pequeño como tubos de refrigerante.
O sea, cuando un intercambiador de calor se fabrica usando tales tubos 1 de refrigerante de diámetro pequeño mientras se disponen densamente las aletas 3 de guía de aire, teniendo cada una las seis hileras de hendiduras verticales 10 de una manera convencional, las aletas 3 incrementan indeseablemente la resistencia contra el aire para sobrecargar un ventilador soplador, dañando o rompiendo así el ventilador
soplador.
Por tanto, es necesario proponer una aleta de guía de aire que se use preferiblemente en un intercambiador de calor que tiene tubos de refrigerante de diámetro pequeño, y cuyas hendiduras estén dispuestas, formadas y dimensionadas apropiadamente para ser compatibles con los tubos de refrigerante de diámetro pequeño.
Sumario de la invención
Por consiguiente, la presente invención se ha hecho teniendo en cuenta los problemas anteriores producidos en la técnica anterior, y un objeto de la presente invención es proporcionar un intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño, cuyos número, forma y dimensión de las hendiduras verticales formadas en las aletas de guía de aire estén diseñadas óptimamente par ser compatibles con los tubos de refrigerante de diámetro pequeño, y que minimice así su pérdida de presión en el lado de aire, además de conseguir una mejora en el rendimiento de transmisión de calor de las aletas y entre el aire y las paredes laterales de los tubos.
Para conseguir el objeto anterior, la presente invención proporciona un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de aletas de guía de aire que obtienen una superficie de intercambio calorífico para permitir la transmisión de calor entre el refrigerante y el aire atmosférico y montadas entre sí mediante una o más hileras verticales de tubos de refrigerante que pasan a través de las aletas de guía de aire, en el que cada uno de dichos tubos de refrigerante es un tubo de diámetro pequeño que tiene un diámetro exterior no mayor que 6 mm; y cuatro hileras de superficies desplazadas formadas verticalmente en cada una de dichas aletas de guía de aire, en una posición entre dos tubos de cada hilera vertical de tubos de refrigerante, mediante un proceso de prensado tal que las cuatro hileras de superficies desplazadas están dispuestas a lo largo de una dirección transversal de dicha aleta, con cada una de las cuatro hileras de hendiduras verticales formada por dos aberturas de guía de aire definidas entre los bordes laterales opuestos de cada una de dichas superficies desplazadas y la superficie plana de la aleta de guía de aire, en el que los extremos de las superficies desplazadas alrededor de cada uno de dichos tubos de refrigerante forman una circunferencia de trazos concéntrica con el tubo de refrigerante.
Descripción breve de los dibujos
Los anteriores y otros objetos, características y demás ventajas de la presente invención se comprenderán más claramente a partir de la descripción detallada siguiente considerada en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de unintercambiador de calor convencional;
la Figura 2 es una vista en perspectiva de una aleta convencional de guía de aire para tales intercambiadores de calor;
la Figura 3 es una vista en corte de la aleta convencional de guía de aire tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 2;
la Figura 4 es una vista en planta de una aleta de guía de aire incluida en un intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño de acuerdo con la realización preferida de la presente invención;
la Figura 5 es una vista en corte de la aleta de guía de aire tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 4;
la Figura 6 es una vista en planta a escala ampliada de la aleta de guía de aire de esta invención;
la Figura 7 es una vista en corte de la aleta de guía de aire tomada a lo largo de la línea C-C de la Figura 4;
la Figura 8 es una vista en corte de la aleta de guía de aire tomada a lo largo de la línea D-D de la Figura 4; y
la Figura 9 es una vista en planta de una aleta de guía de aire que tiene dos hileras de tubos de refrigerante de diámetro pequeño de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Ahora debería hacerse referencia a los dibujos, en los que los mismos números de referencia se usan en todos los dibujos diferentes para designar los componentes iguales o similares.
La Figura 4 es una vista en planta de una aleta de guía de aire incluida en un intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño de acuerdo con la realización preferida de la presente invención. La Figura 5 es una vista en corte de la aleta de guía de aire tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 4. La Figura 6 es una vista en planta a escala ampliada de la aleta de guía de aire de esta invención. La Figura 7 es una vista en corte de la aleta de guía de aire tomada a lo largo de la línea C-C de la Figura 4. La Figura 8 es una vista en corte de la aleta de guía de aire tomada a lo largo de la línea D-D de la Figura 4. La Figura 9 es una vista en planta de una aleta de guía de aire que tiene dos hileras de tubos de refrigerante de diámetro pequeño según esta invención.
Como se muestra en las Figuras 4 a 6, el intercambiador de calor según la presente invención comprende una pluralidad de hileras verticales de tubos 51 de refrigerante y una pluralidad de aletas 53 de guía de aire. Los tubos 51 de refrigerante forman un conducto de refrigerante del intercambiador de calor, mientras que las aletas 53 de guía de aire están dispuestas verticalmente a intervalos regulares, con las partes lineales de los tubos 51 de refrigerante pasando a través de las aletas 53. Las aletas 53 de guía de aire obtienen la superficie de intercambio calorífico para permitir la transmisión de calor entre el refrigerante y el aire atmosférico, y mejoran el rendimiento de intercambio calorífico del intercambiador de calor. En el intercambiador de calor de esta invención, cada uno de los tubos 51 de refrigerante es un tubo de diámetro pequeño que tiene un diámetro exterior no mayor que 6 mm. Además, cuatro hileras de hendiduras verticales 60 están formadas en cada una de las aletas 53 de guía de aire en una posición entre dos tubos de cada hilera vertical de tubos 51 de refrigerante tal que las hendiduras 60 están dispuestas a lo largo de una dirección transversal de la aleta 53.
Las hendiduras 60 están formadas como sigue. O sea, cuatro hileras de superficies desplazadas 70 están formadas verticalmente en cada una de las aletas 53 de guía de aire, en una posición entre dos tubos de cada hilera vertical de tubos 51 de refrigerante, mediante un proceso de prensado tal que las cuatro hileras de superficies desplazadas 70 están dispuestas a lo largo de una dirección transversal de la aleta 53. Cada una de las cuatro hileras de hendiduras verticales 60 está formada por dos aberturas de guía de aire definidas entre los bordes laterales opuestos de cada una de las superficies desplazadas 70 y la superficie plana de la aleta 53 de guía de aire. Por ejemplo, la primera hilera de hendiduras 61 está formada por dos aberturas 61a y 61b de guía de aire definidas entre los bordes laterales opuestos de la superficie desplazada 71 y la superficie plana de la aleta 53 de guía de aire como se ve mejor en la Figura 5. El aire atmosférico circula alrededor de las aletas 53 guiado por las hendiduras 60, y así se incrementa el efecto de intercambio calorífico del intercambiador de calor. De las cuatro hileras de superficies desplazadas 70, cada una de las hileras primera y cuarta de superficies desplazadas 71 y 74 consta de dos superficies desplazadas unitarias separadas, mientras que cada una de las hileras segunda y tercera de superficies desplazadas 72 y 73 consta de una sola superficie desplazada unitaria.
En la presente invención, todas las superficies desplazadas 70 que tienen las hendiduras 60 están desplaza das en la misma dirección respecto a la superficie plana de la aleta 53 de guía de aire. La estructura desplazada unidireccionalmente de las superficies 70 es causada por el hecho de que es casi imposible disponer espacios suficientes para formar eficazmente superficies desplazadas opuestamente entre las aletas 53 puesto que las aletas 53 en el intercambiador de calor que tiene los tubos 51 de diámetro pequeño están dispuestas densamente para dejar espacios estrechos de un paso pequeño entre ellas debido al diámetro reducido de los tubos 51.
Como se muestra en la Figura 6, el extremo exterior de cada una de las superficies desplazadas unitarias 71a, 71b, 74a y 74b, de las hileras primera y cuarta de las superficies desplazadas 71 y 74 que forman las hendiduras 61 y 64, está inclinado para estar próximo a la línea central transversal "CL1" de las superficies desplazadas 70 en la dirección hacia la línea central longitudinal "CL2" de las superficies desplazadas 70.
En la realización preferida de esta invención, las superficies desplazadas unitarias 71a, 71b, 74a y 74b están inclinadas sólo en sus extremos exteriores, pero son horizontales en sus extremos interiores, formando así perfiles trapezoidales cuando se ven en una vista en planta como se muestra en la Figura 6. Sin embargo, debería comprenderse que las superficies desplazadas unitarias 71a, 71b, 74a y 74b pueden estar inclinadas en sus extremos interiores y exteriores para formar perfiles en forma de paralelogramo.
Los extremos opuestos de cada una de las superficies desplazadas segunda y tercera 72 y 73, que forman las hendiduras 62 y 63, están inclinados para estar próximos a la línea central transversal "CL1" en la dirección hacia la línea central longitudinal "CL2" y de este modo las superficies desplazadas segunda y tercera 72 y 73 forman perfiles trapezoidales equiangulares. Las cuatro hileras de superficies desplazadas 70 que forman las hendiduras 60 están dispuestas simétricamente respecto a la línea central longitudinal "CL2".
Además, los extremos de las superficies desplazadas 70 con las hendiduras 60 alrededor de cada uno de los tubos 51 de refrigerante forman una circunferencia "C" de trazos que es concéntrica con el tubo 51 de refrigerante y tiene un diámetro no mayor que dos veces el diámetro exterior de cada uno de los tubos 51 de refrigerante.
Cuando las superficies desplazadas 70 alrededor de cada uno de los tubos 51 de refrigerante están diseñadas para formar tal circunferencia "C" de trazos, es posible guiar el aire más eficazmente a las superficies exteriores de los tubos 51 de refrigerante, favoreciendo así más eficazmente la transmisión de calor entre el aire y las paredes laterales de los tubos 51.
Adicionalmente, cuando el diámetro de la circunferencia "C" de trazos es limitado para no ser mayor que dos veces el diámetro exterior del tubo 51 de refrigerante, es posible mantener espacios apropiados entre los extremos de las hendiduras 60 y las superficie exteriores de los tubos 51, además de obtener las longitudes suficientes deseadas de las hendiduras 60.
Como se muestra en las Figuras 7 y 8, cada una de las superficies desplazadas 70 con las hendiduras 60 comprende dos partes ascendentes 71a' y 71b', 72', 73' o 74a' y 74b' extendidas desde la superficie plana de la aleta 53, y una parte horizontal 71a, 71b, 72, 73, 74a o 74b extendida entre las dos partes ascendentes. En tal caso, cada una de las partes horizontales 71a, 71b, 72, 73, 74a y 74b de las superficies desplazadas 70 forma una hendidura deseada 61, 62, 63 y 64 entre ella y la superficie plana de la aleta 53. Cada una de las dos partes ascendentes 71a' y 71b', 72', 73', o 74a' y 74b' está inclinada en un ángulo predeterminado de inclinación con respecto a la superficie plana de la aleta 53 de guía de aire para conseguir el flujo uniforme de aire en las hendiduras 60.
Además, la cuarta hilera de superficies desplazadas 74 situadas en el borde exterior de la disposición de hileras está separada del borde exterior de la aleta 53 de guía de aire por un espacio "Lt" de 0,5 mm o mayor en un esfuerzo para permitir una formación precisa de las superficies desplazadas 70 y las hendiduras 60 y proteger a una máquina prensadora durante el proceso de formar las superficies desplazadas 70 y las hendiduras 60.
Las cuatro hileras de superficies desplazadas 70 tienen la misma anchura "Ws" y están dispuestas a intervalos regulares.
En el intercambiador de calor de esta invención, es preferible disponer dos hileras verticales de tubos 51 de refrigerante en las aletas 53 de guía de aire.
Cuando las dos hileras verticales de tubos 51 de refrigerante están dispuestas en las aletas 53 de guía de aire como se describió antes, es preferible formar una disposición en zigzag de los tubos 51.
Como se describió antes, la presente invención proporciona un intercambiador de calor con tubos de refrigerante de diámetro pequeño. En el intercambiador de calor, se reduce el número de las hendiduras verticales formadas en cada aleta de guía de aire, además de cambiar la forma y la dimensión de las hendiduras a fin de permitir que las hendiduras sean compatibles con los tubos de refrigerante de diámetro pequeño. Por tanto, las aletas de guía de aire del intercambiador de calor son óptimamente compatibles con los tubos de refrigerante de diámetro pequeño. Así, el intercambiador de calor se reduce en su coste de producción, consigue la tendencia reciente de tamaño reducido y minimiza su pérdida de presión en el lado de aire, además de conseguir una mejora en su rendimiento funcional de intercambio calorífico debido a su rendimiento incrementado de transmisión de calor. Este intercambiador de calor también se mejora en su productividad.
Aunque una realización preferida de la presente invención se ha descrito con fines ilustrativos, los expertos en la técnica apreciarán que diversas modificaciones adiciones y sustituciones son posibles sin apartarse del alcance y el espíritu de la invención como se exponen en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

1. Un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de aletas de guía de aire que obtienen una superficie de intercambio calorífico para permitir la transmisión de calor entre el refrigerante y el aire atmos-férico y montadas entre sí mediante una o más hileras verticales de tubos de refrigerante que pasan a través de las aletas de guía de aire, en el que
cada uno de dichos tubos de refrigerante es un tubo de diámetro pequeño que tiene un diámetro exterior no mayor que 6 mm; y
cuatro hileras de superficies desplazadas formadas verticalmente en cada una de dichas aletas de guía de aire, en una posición entre dos tubos de cada hilera vertical de tubos de refrigerante, mediante un proceso de prensado tal que las cuatro hileras de superficies desplazadas están dispuestas a lo largo de una dirección transversal de dicha aleta, con cada una de las cuatro hileras de hendiduras verticales formada por dos aberturas de guía de aire definidas entre los bordes laterales opuestos de cada una de dichas superficies desplazadas y una superficie plana de la aleta de guía de aire,
caracterizado porque los extremos de las superficies desplazadas alrededor de cada uno de dichos tubos de refrigerante forman una circunferencia de trazos concéntrica con el tubo de refrigerante.
2. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que todas las superficies desplazadas están desplazadas en la misma dirección respecto a la superficie plana de la aleta de guía de aire.
3. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que cada una de las hileras primera y cuarta de superficies desplazadas consta de dos superficies desplazadas unitarias separadas, y cada una de las hileras segunda y tercera de superficies desplazadas consta de una sola superficie desplazada unitaria.
4. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que los extremos opuestos de cada una de dichas cuatro hileras de superficies desplazadas están inclinadas para esta próximos a la línea central transversal de las superficies desplazadas en la dirección hacia una línea central longitudinal de las superficies desplazadas.
5. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que dichas cuatro hileras de superficies desplazadas están dispuestas simétricamente respecto a la línea central longitudinal de ellas.
6. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que dicha circunferencia de trazos tiene un diámetro no mayor que dos veces dicho diámetro exterior de cada uno de dichos tubos de refrigerante.
7. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que cada una de dichas superficies desplazadas comprende dos partes ascendentes en sus extremos opuestos, y una parte horizontal extendida entre dichas dos partes ascendentes, estando cada una de dichas dos partes ascendentes inclinada en un ángulo predeterminado de inclinación con respecto a dicha superficie plana de la aleta de guía de aire.
8. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que la cuarta hilera de superficies desplazadas, situada cerca de un borde exterior de la aleta de guía de aire, está separada de dicho borde exterior por un espacio de 0,5 mm o mayor.
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