ES2228189A1 - Refrigerant tube for heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Description
Tubo de refrigerante para intercambiadores de calor.Coolant tube for heat exchangers hot.
La presente invención se refiere a un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor y, más particularmente, a un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor de sistemas acondicionadores de aire, provisto de una pluralidad de aletas helicoidales internas en su superficie interior para mejorar su efecto de intercambio calorífico.The present invention relates to a tube of refrigerant for heat exchangers and, more particularly, to a refrigerant tube for heat exchangers of air conditioning systems, provided with a plurality of internal helical fins on its inner surface to improve Its calorific exchange effect.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor convencional para sistemas acondicionadores de aire. Como se muestra en el dibujo, el intercambiador de calor convencional comprende un tubo 11 de refrigerante y una pluralidad de aletas 3 de guía de aire. El tubo 11 de refrigerante está curvado regularmente para formar un conjunto de tubo en forma de zigzag. Este tubo 11 forma un conducto de refrigerante del intercambiador de calor. Las aletas 3 de guía de aire están dispuestas verticalmente a intervalos regulares, con las partes lineales del tubo 11 de refrigerante en zigzag pasando a través de las aletas 3. Durante el funcionamiento del intercambiador de calor, el refrigerante que circula por el tubo 11 de refrigerante absorbe o disipa calor desde o hace las corrientes de aire que circulan alrededor del tubo 11.Figure 1 is a perspective view of a conventional heat exchanger for conditioning systems of air. As shown in the drawing, the heat exchanger conventional comprises a refrigerant tube 11 and a plurality of fins 3 of air guide. The refrigerant tube 11 is regularly curved to form a tube set in the form of zig Zag. This tube 11 forms a refrigerant conduit of the heat exchanger. The air guide fins 3 are arranged vertically at regular intervals, with the parts linear tube 11 of zigzag refrigerant passing through the fins 3. During the operation of the heat exchanger heat, the refrigerant that circulates through the refrigerant tube 11 absorbs or dissipates heat from or makes air currents that they circulate around the tube 11.
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, el tubo convencional 11 de refrigerante para tales intercambiadores de calor tiene un diámetro exterior de 7 mm o 9 mm, con una pluralidad de aletas helicoidales internas 13 formadas regularmente en la superficie interior del tubo 11 mientras definen una pluralidad de acanaladuras 15 entre ellas. Las aletas 13 y las acanaladuras 15 internas aumentan el área superficial de transmisión de calor del tubo 11, además de agitar la capa límite térmica dentro del refrigerante que circula por el tubo 11. Por tanto, las aletas 13 y las acanaladuras 15 favorecen la transmisión de calor entre el refrigerante dentro del tubo 11 y las corrientes de aire fuera del tubo 11, mejorando así el efecto de intercambio calorífico del intercambiador de calor.As shown in Figures 2 and 3, the tube conventional refrigerant 11 for such heat exchangers heat has an outside diameter of 7 mm or 9 mm, with a plurality of internal helical fins 13 formed regularly in the inner surface of the tube 11 while defining a plurality of 15 grooves between them. The fins 13 and the grooves 15 internal increase the heat transfer surface area of the tube 11, in addition to stirring the thermal boundary layer within the refrigerant circulating through tube 11. Therefore, fins 13 and the grooves 15 favor heat transmission between the refrigerant inside tube 11 and air currents outside the tube 11, thus improving the heat exchange effect of the heat exchanger.
En una descripción detallada, las aletas 13 y las acanaladuras 15 aumentan el área superficial interna del tubo 11, en la que el tubo 11 hace contacto con el refrigerante líquido o gaseoso. Las aletas 13 y las acanaladuras 15 también producen el efecto capilar y el flujo de cizallamiento en el refrigerante que circula por el tubo 11 con un caudal reducido, incrementando así la intensidad turbulenta de la capa líquida dentro del tubo 11. En tal caso, el área superficial interna del tubo 11 y la intensidad turbulenta y el espesor de la capa líquida en el tubo 11 varían de acuerdo con el número y la forma de las aletas 13.In a detailed description, fins 13 and grooves 15 increase the internal surface area of the tube 11, in which the tube 11 makes contact with the liquid refrigerant or gaseous. The fins 13 and the grooves 15 also produce the capillary effect and the shear flow in the refrigerant that circulates through the tube 11 with a reduced flow, thus increasing the turbulent intensity of the liquid layer inside tube 11. In such case, the internal surface area of the tube 11 and the intensity turbulent and the thickness of the liquid layer in tube 11 vary from according to the number and shape of the fins 13.
Mientras se diseñan tales tubos 11 de refrigerante para intercambiadores de calor, es necesario predeterminar los factores óptimos de diseño de las aletas internas 13, tales como el número la altura, el ángulo de saliente y el ángulo de hélice de las aletas 13.While designing such tubes 11 of coolant for heat exchangers, it is necessary predetermine the optimal design factors of the internal fins 13, such as the number the height, the projection angle and the propeller angle of the fins 13.
En la técnica anterior, no se ha propuesto un método estándar para predeterminar los factores de diseño de tales aletas internas de tubos de refrigerante pero las aletas internas se han diseñado de acuerdo con una combinación óptima de factores de diseño obtenidos de ensayos repetidos.In the prior art, a standard method to predetermine the design factors of such internal fins of refrigerant tubes but internal fins They have been designed according to an optimal combination of factors of design obtained from repeated tests.
O sea, los ensayos se realizan mientras se cambian los factores de diseño de las aletas internas en una diversidad de condiciones previstas, tales como la cantidad y la clase de refrigerante y las condiciones ambientales, a fin de producir una combinación óptima de los factores de diseño.That is, the tests are carried out while change the design factors of the internal fins in a diversity of expected conditions, such as quantity and refrigerant class and environmental conditions, in order to produce an optimal combination of design factors.
El tubo convencional 11 de refrigerante para intercambiadores de calor, diseñado mediante el proceso antes mencionado, tiene un diámetro exterior de 7 mm o 9 mm y un espesor (t_{1}) de 0,27 mm, con sesenta aletas internas 13, teniendo cada una una altura (H_{1}) de 0,15 mm, un ángulo (\beta_{1}) de saliente de 56º y un ángulo (\alpha_{1}) de hélice de 18º.The conventional refrigerant tube 11 for heat exchangers, designed by the process before mentioned, it has an outer diameter of 7 mm or 9 mm and a thickness (t1) of 0.27 mm, with sixty internal fins 13, each having a height (H 1) of 0.15 mm, an angle (β 1) of projection of 56 ° and an angle (α1) of helix of 18 °.
En años recientes, se desea reducir el diámetro exterior del tubo 11 de refrigerante en un esfuerzo para reducir el coste de producción y la pérdida de presión en el lado de aire del tubo 11.In recent years, it is desired to reduce the diameter outside of the refrigerant tube 11 in an effort to reduce the production cost and pressure loss on the air side of the tube 11.
Cuando los factores de diseño antes mencionados de las aletas 13 se aplican a un tubo 11 de refrigerante teniendo tal diámetro exterior reducido, sin cambiar los factores de diseño de las aletas 13, la pérdida de presión en el lado de refrigerante del tubo 11 se incrementa indeseablemente, reduciendo así el rendimiento de intercambio calorífico del tubo 11. Adicionalmente, los factores de diseño antes mencionados de las aletas internas 13 superan los límites de diseño de las aletas que pueden formarse prácticamente en el tubo 11 que tiene tal diámetro exterior reducido, y así es casi imposible producir un tubo deseado de refrigerante teniendo tal diámetro exterior reducido y provisto de aletas 13 que tienen tales factores de diseño.When the design factors mentioned above of the fins 13 are applied to a refrigerant tube 11 having such reduced outer diameter, without changing the design factors of fins 13, the loss of pressure on the refrigerant side of tube 11 is undesirably increased, thus reducing the heat exchange performance of tube 11. Additionally, the aforementioned design factors of internal fins 13 exceed the design limits of the fins that can be formed practically in the tube 11 having such an outside diameter reduced, and thus it is almost impossible to produce a desired tube of refrigerant having such a reduced outer diameter and provided with fins 13 that have such design factors.
El tubo convencional 11 de refrigerante está diseñado sin considerar el uso del refrigerante alternativo propuesto recientemente en lugar del refrigerante típico, y así el tubo 11 usando con tal refrigerante alternativo no puede realizar su función operacional diseñada debido a la pérdida de presión y al coeficiente de transmisión de calor del refrigerante alternativo, que son diferentes que los del refrigerante típico.Conventional refrigerant tube 11 is designed without considering the use of alternative refrigerant recently proposed instead of the typical refrigerant, and so the tube 11 using with such alternative refrigerant can not perform its designed operational function due to pressure loss and the heat transfer coefficient of the alternative refrigerant, which are different than those of the typical refrigerant.
Por tanto, es necesario proponer un tubo de refrigerante que tiene un diámetro exterior reducido y aletas internas teniendo un número y una forma diseñados óptimamente, reduciendo así la pérdida de presión del refrigerante y mejorando las características de transmisión de calor del refrigerante, tal como el coeficiente de transmisión de calor.Therefore, it is necessary to propose a tube of refrigerant that has a reduced outside diameter and fins internally having an optimally designed number and shape, thus reducing the loss of refrigerant pressure and improving The heat transfer characteristics of the refrigerant, such as the heat transfer coefficient.
Por consiguiente, la presente invención se ha efectuado teniendo en cuenta los problemas anteriores producidos en la técnica anterior, y un objeto de la presente invención es proporcionar un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor, que tenga un diámetro exterior reducido deseablemente, además de aletas internas teniendo factores óptimos de diseño preferiblemente compatibles con el diámetro exterior reducido del tubo, y que reduzca así el coste de producción de los intercambiadores de calor y consiga la tendencia reciente de tamaño reducido de los intercambiadores de calor, y que tenga varias ventajas esperadas de tubos de refrigerante de diámetro pequeño, tal como una reducción en la pérdida de presión en el lado de aire, y que mejore el rendimiento de transmisión de calor de los intercambiadores de calor, y aumente el rendimiento funcional de intercambio calorífico de los intercambiadores de calor.Accordingly, the present invention has been carried out taking into account the previous problems produced in The prior art, and an object of the present invention is provide a refrigerant tube for heat exchangers heat, having a desirably reduced outside diameter, in addition to internal fins having optimal design factors preferably compatible with the reduced outer diameter of the tube, and thus reduce the production cost of heat exchangers and get the recent trend of size reduced heat exchangers, and having several Expected advantages of small diameter refrigerant tubes, such as a reduction in the loss of pressure on the air side, and improve the heat transfer performance of heat exchangers, and increase the functional performance of heat exchange of heat exchangers.
Para conseguir el objeto anterior, la presente invención proporciona un tubo de refrigerante montado con una pluralidad de aletas de guía de aire en un intercambiador de calor, en la que el tubo de refrigerante tiene un diámetro exterior no mayor que 5,3 mm, con una pluralidad de aletas helicoidales internas formadas en la superficie interior del tubo de refrigerante.To achieve the previous object, the present invention provides a refrigerant tube mounted with a plurality of air guide fins in a heat exchanger, in which the refrigerant tube has an outside diameter not greater than 5.3 mm, with a plurality of helical fins internal formed on the inner surface of the tube refrigerant.
El tubo de refrigerante tiene un espesor de 0,16 mm a 0,2 mm.The refrigerant tube has a thickness of 0.16 mm to 0.2 mm.
Adicionalmente, las aletas helicoidales internas están dispuestas en su número de 40 a 50, y cada una tiene una altura de 0,15 mm a 0,18 mm, un ángulo de saliente de 38º a 42º y un ángulo de hélice de 6º a 20º.Additionally, the internal helical fins they are arranged in their number from 40 to 50, and each one has a height of 0.15 mm to 0.18 mm, a projection angle of 38º to 42º and a propeller angle from 6º to 20º.
Lo anterior y otros objetos, características y otras 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:The above and other objects, characteristics and Other advantages of the present invention will be more fully understood. clearly from the following detailed description considered in conjunction with the accompanying drawings, in which:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor convencional;Figure 1 is a perspective view of a conventional heat exchanger;
la Figura 2 es una vista fracturada de un tubo convencional de refrigerante para intercambiadores de calor, mostrando el interior del tubo;Figure 2 is a fractured view of a tube Conventional refrigerant for heat exchangers, showing the inside of the tube;
la Figura 3 es una vista en corte de una parte del tubo convencional de refrigerante para intercambiadores de calor;Figure 3 is a sectional view of a part of the conventional refrigerant tube for heat exchangers hot;
la Figura 4 es una vista fragmentada de un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor de acuerdo con la realización preferida de la presente invención, mostrando el interior del tubo; yFigure 4 is a fragmented view of a tube of coolant for heat exchangers according to the preferred embodiment of the present invention, showing the inside of the tube; Y
la Figura 5 es una vista en corte de una parte del tubo de refrigerante de esta invención.Figure 5 is a sectional view of a part of the refrigerant tube of this invention.
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.Reference should now be made to the drawings, in which the same reference numbers are used in all different drawings to designate the same components or Similar.
La Figura 4 es una vista fragmentada de un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor de acuerdo con la realización preferida de la presente invención, mostrando el interior del tubo. La Figura 5 es una vista en corte de una parte del tubo de refrigerante.Figure 4 is a fragmented view of a tube of coolant for heat exchangers according to the preferred embodiment of the present invention, showing the tube inside. Figure 5 is a sectional view of a part of the refrigerant tube.
Como se muestra en los dibujos, el tubo 51 de refrigerante según la presente invención se usa en un intercambiador de calor para sistemas acondicionadores de aire, que consta de una pluralidad de aletas de guía de aire (no mostradas) dispuestas verticalmente a intervalos regulares, con las partes lineales del tubo 51 de refrigerante pasando a través de las aletas de guía del aire. El tubo 51 de refrigerante de esta invención tiene un diámetro exterior no mayor que 5,3 mm, con una pluralidad de aletas helicoidales internas 53 formadas en la superficie interior del tubo 51 mientras definen una pluralidad de acanaladuras 55 entre ellas.As shown in the drawings, tube 51 of refrigerant according to the present invention is used in an exchanger of heat for air conditioning systems, consisting of a plurality of air guide fins (not shown) arranged vertically at regular intervals, with the linear parts of the coolant tube 51 passing through the guide fins of the air. The refrigerant tube 51 of this invention has a outer diameter not larger than 5.3 mm, with a plurality of fins internal helicals 53 formed on the inner surface of the tube 51 while defining a plurality of grooves 55 between they.
El tubo 51 tiene un espesor (t) de 0,16 mm a 0,2 mm, mientras el número de las aletas internas 53 está dispuesto en 40 a 50. Adicionalmente, cada una de las aletas internas 53 tiene un ángulo (\alpha) de hélice de 6º a 20º, una altura (H) de 0,15 mm a 0,18 mm, y un ángulo (\beta) de saliente de 38º a 42º.The tube 51 has a thickness (t) of 0.16 mm to 0.2 mm, while the number of internal fins 53 is arranged in 40 to 50. Additionally, each of the inner fins 53 has a propeller angle (α) of 6 ° to 20 °, a height (H) of 0.15 mm to 0.18 mm, and a projection angle (β) of 38 ° to 42 °.
En la presente invención, el ángulo (\alpha) de hélice de las aletas internas 53 está dispuesto preferiblemente en 6º a 10º o 16º a 20º.In the present invention, the angle (?) Of propeller of internal fins 53 is preferably arranged in 6th to 10th or 16th to 20th.
En comparación con un intercambiador de calor que usa un tubo convencional 11 de refrigerante teniendo un diámetro exterior de 7 mm o 9 mm, un intercambiador de calor que usa el tubo 51 de refrigerante de esta invención, teniendo un diámetro exterior reducido de 5,3 mm, se incrementa en su pérdida de presión en el lado de refrigerante con el mismo caudal de refrigerante pero se reduce en el espesor (t) de su tubo 51 de refrigerante. Las aletas internas 53 del tubo 51 según esta invención están diseñadas tal que son óptimamente compatibles con el diámetro exterior reducido del tubo 51 mientras se consideran tanto la pérdida incrementada de presión en el lado de refrigerante como el espesor (t) reducido del tubo. Se observa que la pérdida de presión en el lado de refrigerante del tubo 51 de refrigerante según esta invención se reduce preferiblemente para mejorar el rendimiento funcional de intercambio calorífico del intercambiador de calor. Además, es posible que los fabricantes de tales intercambiadores de calor manejen fácilmente la tolerancia de las aletas internas 53 durante el proceso para producir los tubos 51 de refrigerante.Compared to a heat exchanger that use a conventional refrigerant tube 11 having a diameter 7mm or 9mm outside, a heat exchanger that uses the tube 51 refrigerant of this invention, having an outside diameter reduced from 5.3 mm, it increases in its pressure loss in the coolant side with the same coolant flow but it reduces in the thickness (t) of its refrigerant tube 51. Fins internal 53 of the tube 51 according to this invention are designed such which are optimally compatible with the reduced outer diameter of tube 51 while considering both the increased loss of refrigerant side pressure as the reduced thickness (t) of the tube. It is observed that the loss of pressure on the side of refrigerant of the refrigerant tube 51 according to this invention is preferably reduces to improve the functional performance of heat exchange heat exchanger. It is also possible that the manufacturers of such heat exchangers easily handle the tolerance of internal fins 53 during the process to produce the refrigerant tubes 51.
Adicionalmente, el tubo 51 de refrigerante teniendo las aletas internas 53 de esta invención puede usar fácilmente refrigerante alternativo en lugar del refrigerante típico sin cambiar la dimensión del tubo 51 o las aletas internas 53 puesto que las aletas 53 están diseñadas considerando un cambio en la pérdida de presión y el coeficiente de transmisión de calor en el caso de sustituir el refrigerante típico por el refrigerante alternativo.Additionally, the refrigerant tube 51 having the inner fins 53 of this invention can use easily alternative refrigerant instead of refrigerant typical without changing the dimension of tube 51 or internal fins 53 since fins 53 are designed considering a change in pressure loss and heat transfer coefficient in the case of replacing the typical refrigerant with the refrigerant alternative.
Como se describió antes, la presente invención proporciona un tubo de refrigerante para intercambiadores de calor. El tubo de esta invención tiene un diámetro exterior reducido deseablemente, además de que las aletas internas tienen factores óptimos de diseño preferiblemente compatibles con el diámetro exterior reducido del tubo. Este tubo reduce así el coste de producción de los intercambiadores de calor y consigue la tendencia reciente de tamaño reducido de los intercambiadores de calor, además de tener varias ventajas esperadas de los tubos de diámetro pequeño de refrigerante, tal como una reducción en la pérdida de presión en el lado de aire. El tubo de refrigerante de esta invención también mejora el rendimiento de transmisión calorífica de los intercambiadores de calor, y aumenta el rendimiento funcional de intercambio calorífico de los intercambiadores de calor.As described above, the present invention Provides a refrigerant tube for heat exchangers. The tube of this invention has a reduced outer diameter Desirably, in addition to the internal fins having factors optimal design preferably compatible with the diameter reduced outer tube. This tube thus reduces the cost of heat exchanger production and get the trend Recent small size heat exchangers, In addition to having several expected advantages of diameter tubes small refrigerant, such as a reduction in the loss of pressure on the air side. The refrigerant tube of this invention also improves heat transmission performance of heat exchangers, and increases performance Functional heat exchange of heat exchangers hot.
Además, como las aletas internas de esta invención están diseñadas tal que son compatibles con un tubo de refrigerante de diámetro pequeño, el tubo reduce óptimamente la pérdida de presión en el lado de refrigerante. También es posible que los fabricantes de los intercambiadores de calor para sistemas acondicionadores de aire manejen fácilmente la tolerancia de las aletas internas durante el proceso para producir los tubos de refrigerante.In addition, as the internal fins of this invention are designed such that they are compatible with a tube of small diameter refrigerant, the tube optimally reduces the loss of pressure on the coolant side. It is also possible that manufacturers of heat exchangers for systems air conditioners easily handle the tolerance of internal fins during the process to produce the tubes refrigerant.
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 del espíritu de la invención como se exponen en las reivindicaciones adjuntas.Although a preferred embodiment of the present invention has been described for illustrative purposes, those skilled in the technique will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from scope and spirit of the invention as set forth in the claims attached.
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