ES2372962T3

ES2372962T3 - Mini canal intercambiador de calor con cabezal de dimensión reducida.

Info

Publication number: ES2372962T3
Application number: ES05855857T
Authority: ES
Inventors: Mikhail B. Gornounov; Parmesh Verma
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2012-01-30
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: EP1844292B1; AU2005326655A1; CA2596336A1; HK1117225A1; KR20070091207A; US20080110608A1; EP1844292A2; CN100538249C; MX2007009249A; US7472744B2; WO2006083450A3; JP2008528944A; EP1844292A4; CN101111737A; ATE534877T1; AU2005326655B2; WO2006083450A2; BRPI0519904A2

Abstract

Un inercambiador de calor (10) que comprende:al menos un tubo (40) de intercambio de calor que define una pluralidad de trayectos (42) de flujo de fluido discreto a su través y que tiene una abertura de entrada (43) para dicha pluralidad de trayectos de flujo de fluido, siendo dicho al menos un tubo (40) de intercambio de calor de forma plana generalmente rectangular, y con una dimensión lateral, W; un cabezal (20) que define una cámara (25) para recoger un fluido, siendo dicha cabezal un miembro tubular alargado que tiene una dimensión lateral, D, en que la dimensión lateral D es menor que la dimensión lateral W; y caracterizado por un conector de transición (50) que tiene un cuerpo que tiene un extremo de entrada (51) y un extremo exterior (59) y que define un trayecto (55) de flujo de fluido divergente que se extiende entre ellos expandiéndose en sección transversal en la dirección del flujo de fluido a su través, y una boquilla tubular (56) que se extiende hacia afuera de dicho cuerpo y que define un paso (53) de flujo de fluido entre la cámara (25) de dicha cabezal (20) y el trayecto (55) de flujo de fluido a través de dicho cuerpo de dicho conector de transición (50).

Description

Mini canal intercambiador de calor con cabezal de dimensi6n reducida.

Campo del invento

Este invento se refiere en general a intercambiadores de calor que tienen una pluralidad de tubos paralelos que se

5 extienden entre un primer cabezal y un segundo cabezal como se ha definido en el preambulo de la reivindicaci6n 1 y, mas particularmente, para mejorar la distribuci6n del flujo del fluido entre los tubos que reciben el flujo del fluido desde el cabezal de un intercambiador de calor, por ejemplo un intercambiador de calor en un sistema de compresi6n de vapor refrigerante. El documento US-B1- 6.340.055 define tal intercambiador de calor.

Antecedentes del invento

10 Los sistemas de compresi6n de vapor refrigerante son bien conocidos en la tecnica. Los acondicionadores de aire y bombas de calor que emplean ciclos de compresi6n de vapor refrigerante son comunmente utilizados para enfriar o enfriar/calentar aire suministrado a una zona de confort de clima controlado dentro de una residencia, edificio de oficinas, hospital, colegio, restaurante u otras instalaciones. Los sistemas de compresi6n de vapor refrigerante son tambien comunmente utilizados para enfriar aire para proporcionar un ambiente refrigerado para articulos alimenticios y productos

15 de bebida dentro de vitrinas de supermercados, tiendas 24 horas, tiendas de ultramarinos, cafeterias, restaurantes y otros establecimientos de servicio de comida.

De manera convencional, estos sistemas de compresi6n de vapor refrigerante incluyen un compresor, un condensador, un dispositivo de expansi6n, y un evaporador conectados en comunicaci6n de flujo refrigerante. Los componentes del sistema refrigerante basico antes mencionado estan interconectados por tuberias de refrigerante en un circuito refrigerante 20 cerrado y dispuesto de acuerdo con el ciclo de compresi6n de vapor empleado. Un dispositivo de expansi6n, comunmente una valvula de expansi6n o un dispositivo de dosificaci6n de anima fijo, tal como un orificio o un tubo capilar, esta dispuesto en la tuberia de refrigerante en una posici6n aguas arriba del circuito refrigerante con respecto al flujo refrigerante del evaporador y aguas abajo del condensador. El dispositivo de expansi6n funciona para expandir el refrigerante liquido que pasa a traves de la tuberia de refrigerante recorriendo desde el condensador al evaporador a una

25 presi6n y temperatura inferior. Al hacerlo, una parte del refrigerante liquido que atraviesa el dispositivo de expansi6n se expande a vapor. Como resultado, en sistemas de compresi6n de vapor refrigerante convencional de este tipo, el flujo refrigerante que entra en el vapor constituye una mezcla de dos fases. Los porcentajes particulares de refrigerante liquido y refrigerante vapor dependen del dispositivo de expansi6n particular empleado y del refrigerante en uso, por ejemplo R12, R-22, R-134a, R-404A, R-410A, R407C, amoniaco, di6xido de carbono u otro fluido comprimible.

30 En algunos sistemas de compresi6n de vapor refrigerante, el evaporado es un intercambiador de calor de tubos paralelos. Tales intercambiadores de calor tienen una pluralidad de trayectos de flujo refrigerante paralelo a su traves proporcionados por una pluralidad de tubos que se extienden en relaci6n paralela entre un cabezal de entrada y un cabezal de salida. El cabezal de entrada recibe el flujo de refrigerante desde el circuito refrigerante y distribuye el flujo refrigerante entre la pluralidad de trayectos de flujo a traves del intercambiador de calor. El cabezal de salida sirve para

35 recoger el flujo de refrigerante cuando deja los trayectos de flujo respectivos y para dirigir el flujo recogido de nuevo a la tuberia de refrigerante para volver al compresor en un intercambiador de calor de paso unico o a traves de un banco adicional de tubos de intercambio de calor en un intercambiador de calor de multiples pasos.

Hist6ricamente, los intercambiadores de calor de tubos paralelos utilizados en tales sistemas de compresi6n de vapor refrigerante han utilizado tubos redondos, que tienen tipicamente un diametro de 7 mm. Mas recientemente, se estan 40 utilizando tubos planos, de dimensi6n rectangular, de multiples canales en intercambiadores de calor para sistemas de compresi6n de vapor refrigerante. Cada tubo de multiples canales tiene una pluralidad de canales de flujo que se extienden longitudinalmente en relaci6n paralela a la longitud del tubo, proporcionando cada canal un trayecto de flujo refrigerante de pequena area de flujo. Asi, un intercambiador de calor con tubos de multiples canales que se extienden en relaci6n paralela entre los cabezales interior y exterior del intercambiador de calor tendran un numero relativamente mayor

45 de trayectos de flujo refrigerante de area pequena de flujo que se extienden entre los dos encabezamientos. En contraste, un intercambiador de calor de tubos paralelos con tubos redondos convencionales tendra un numero relativamente pequeno de trayectos de flujo de area grande de flujo que se extienden entre los cabezales de entrada y de salida.

Un problema asociado con intercambiadores de calor que tienen tubos planos, rectangulares que se extienden entre un cabezal de entrada y un cabezal de salida frente a intercambiadores de calor que tienen tubos redondos es la conexi6n de 50 los extremos de entrada de los tubos al cabezal de entrada. Convencionalmente, el cabezal de entrada es un cilindro axialmente alargado de secci6n transversal circular provisto con una pluralidad de ranuras rectangulares cortadas en su pared a intervalos axialmente espaciados a lo largo de la longitud del cabezal. Cada ranura esta adaptada para recibir el extremo de entrada de uno de los tubos de intercambio de calor planos, rectangulares con las entradas a los distintos canales de flujo abiertos a la camara del cabezal, por lo que el fluido dentro de la camara del cabezal de entrada puede 55 fluir a los multiples canales de flujo de las distintos tubos de intercambio de calor abiertos a la camara. Como los tubos de

intercambio de calor planos, rectangulares tienen una dimensi6n lateral significativamente mayor que el diametro de los tubos redondos convencionales, los diametros de los cabezales cilindricos redondos asociados con intercambiadores de calor de tubos planos convencionales son significativamente mayores que los diametros de los cabezales asociados con intercambiadores de calor de tubo redondo para una tasa de flujo de fluido volumetrica comparable.

Una distribuci6n no uniforme, tambien denominada como una mala distribuci6n, del flujo refrigerante de dos fases es un problema comun en intercambiadores de calor de tubos paralelos que impactan de manera adversa a la eficiencia del intercambiador de calor. Los problemas de la mala distribuci6n de dos fases son provocados por la diferencia de densidad del refrigerante de fase vapor y del refrigerante de fase liquida presentes en el cabezal de entrada debido a la expansi6n del refrigerante cuando ha atravesado el dispositivo de expansi6n de aguas arriba.

Una soluci6n para controlar la distribuci6n del flujo de refrigeraci6n a traves de tubos paralelos en un intercambiador de calor por evaporaci6n esta descrita en el documento US nO 6.502.413, de Repice y col. En el sistema de compresi6n de vapor refrigerante descrito ahi, el refrigerante liquido a alta presi6n procedente del condensador es parcialmente expandido en un valor de expansi6n en linea convencional aguas arriba del cabezal de entrada del intercambiador de calor a un refrigerante liquido a presi6n inferior. Una restricci6n, tal como un simple estrechamiento en el tubo o una placa de orificio interna dispuesta dentro del tubo, esta prevista en cada tubo conectado al cabezal de entrada aguas abajo de la entrada del tubo para completar la expansi6n a una mezcla de refrigerante liquido/vapor a baja presi6n despues de entrar en el tubo.

Otra soluci6n para controlar la distribuci6n de flujo de refrigeraci6n a traves de tubos paralelos en un intercambiador de calor por evaporaci6n esta descrita en la patente japonesa nO JP 4080575, Kanzaki y col. EN el sistema de compresi6n de vapor refrigerante descrito en ella, el refrigerante liquido a alta presi6n procedente del condensador es tambien parcialmente expandido en un valor de expansi6n en linea convencional a un refrigerante liquido a presi6n inferior aguas arriba de una camara de distribuci6n del intercambiador de calor. Una placa que tiene una pluralidad de orificios se extiende a traves de la camara. El refrigerante liquido de presi6n inferior se expande cuando pasa a traves de los orificios a una mezcla liquido/vapor a presi6n baja aguas abajo de la placa y aguas arriba de las entradasa los tubos respectivos que se abren a la camara.

La patente japonesa nO JP 2002022313, de Yasushi, describe un intercambiador de calor de tubos paralelos en que el refrigerante es suministrado al cabezal a traves de un tubo de entrada que se extiende a lo largo del eje del cabezal para terminar cerca del extremo del cabezal por lo que el flujo refrigerante de dos fases no se separa cuando pasa desde el tubo de entrada a un canal anular entre la superficie exterior del tubo de entrada y la superficie interior del cabezal. El flujo refrigerante de dos fases pasa por tanto a cada uno de los tubos que se abren al canal anular.

Obtener una distribuci6n de flujo refrigerante uniforme entre el numero relativamente grande de trayectos de flujo refrigerante de area pequena de flujo es incluso mas dificil de lo que lo es en intercambiadores de calor de tubos redondos convencionales y puede reducir de manera significativa la eficiencia del intercambiador de calor. Los problemas de la mala distribuci6n de dos fases pueden ser exacerbados en cabezales de entrada asociados con intercambiadores de calor de tubos planos convencionales debido a las velocidades de flujo de fluido inferiores que asisten al diametro mayor de tales cabezales. A velocidades de flujo de fluido inferiores, el fluido en fase vapor se separa mas facilmente del fluido en fase liquida. Asi, en vez de ser una mezcla relativamente uniforme del fluido en fase vapor y en fase liquida, el flujo dentro del cabezal de entrada sera estratificado a un grado mayor con un componente en fase vapor separado del componente en fase liquida. Como consecuencia, la mezcla de fluido sera distribuida indeseablemente de manera no uniforme entre los distintos tubos, recibiendo cada tubo diferentes mezclas de fluido en fase vapor y en fase liquido.

En el documento norteamericano nO 6.688.138, DiFlora describe un intercambiador de calor de tubos paralelos, planos, que tiene un cabezal de entrada formado de un cilindro exterior alargado y un cilindro interior alargado dispuesto excentricamente dentro del cilindro exterior definiendo por ello una camara de fluido entre los cilindros interior y exterior. El extremo de entrada de cada uno de los tubos de intercambio de calor planos, rectangulares se extiende a traves de la pared del cilindro exterior para abrirse a la camara de fluido definida entre los cilindros interior y exterior.

La patente japonesa nO 6241682, de Massaki y col., describe un intercambiador de calor de tubos de flujo paralelo para una bomba de calor en que el extremo de entrada de cada tubo de multiples canales, plano que se conectan al cabezal de entrada es aplastado para formar una restricci6n de estrangulaci6n parcial en cada tubo justo aguas abajo del tubo de entrada. La patente japonesa nO JP8233409, de Hiroaki y col., describe un intercambiador de calor de tubos de flujo paralelo en que una pluralidad de tubos de multiples canales, planos conectan entre un par de cabezales, cada uno de los cuales tiene un interior que disminuye en area de flujo en la direcci6n del flujo de refrigerante como un medio para distribuir de manera uniforme refrigerante a los tubos respectivos.

Resumen del invento

Es un objeto general del invento reducir la mala distribuci6n del flujo de fluido en un intercambiador de calor que tiene una pluralidad de tubos de multiples canales que se extienden entre un primer cabezal y el segundo cabezal.

Es un objeto de un aspecto del invento reducir la mala distribuci6n del flujo refrigerante en un intercambiador de calor de sistema de compresi6n de vapor refrigerante que tiene una pluralidad de tubos de multiples canales que se extienden entre un primer cabezal y un segundo cabezal.

Es un objeto de un aspecto del invento distribuir flujo refrigerante de dos fases de una manera relativamente uniforme en un intercambiador de calor de sistema de compresi6n de vapor refrigerante que tiene una pluralidad de tubos de multiples canales que se extienden entre un primer cabezal y un segundo cabezal.

En un aspecto del invento, un intercambiador de calor es proporcionado que tiene un cabezal que define una camara de dimensi6n reducida para recibir un fluido, y una pluralidad de tubos de intercambio de calor que tienen una pluralidad de trayectos de flujo de fluido a su traves desde un extremo de entrada a un extremo de salida del tubo, teniendo cada tubo una entrada en comunicaci6n fluida con el cabezal de dimensi6n reducida a traves de un conector de transici6n. Cada conector de transici6n tiene un extremo de entrada en comunicaci6n de flujo de fluido con la camara del cabezal a traves de una primera abertura y un extremo de salida en comunicaci6n de fluido con la abertura de entrada de uno respectivo de la pluralidad de tubos de intercambio de calor. Cada conector de transici6n define un trayecto de flujo de fluido divergente que se extiende desde su extremo de entrada a su extremo de salida. El cabezal de dimensi6n reducida define una camara que tiene un volumen reducido y un area de flujo reducida por lo que una turbulencia mayor esta presente en el flujo de fluido que pasa traves del cabezal. La abertura de entrada de cada conector de transici6n tiene un pequeno area de flujo menor en comparaci6n con el area de flujo de la camara del cabezal de modo que proporcione una restricci6n de flujo a traves de la cual pasa el fluido circulando desde la camara del cabezal al trayecto de flujo divergente del conector. La restricci6n de flujo da como resultado una caida de presi6n a traves de cada conector que promueve la distribuci6n uniforme entre los tubos de intercambio de calor respectivos y puede proporcionar tambien una expansi6n parcial del fluido que pasa a traves del conector.

Breve descripcion de los dibujos

Para una comprensi6n adicional de estos y los objetos del invento, se hara referencia a la siguiente descripci6n detallada del invento que ha de ser leida en conexi6n con los dibujos adjuntos, donde:

La fig. 1 es una vista en perspectiva de una realizaci6n de un intercambiador de calor de acuerdo con el invento;

La fig. 2 es una vista en alzado, parcialmente seccionada, tomada a lo largo de la linea 2-2 de la fig. 1;

La fig. 3 es una vista en alzado seccionada del conector de transici6n de la fig. 2;

La fig. 4 es una vista seccionada tomada a lo largo de la linea 4-4 de la fig. 3;

La fig. 5 es una vista seccionada tomada a lo largo de la linea 5-5 de la fig. 2; y

La fig. 6 es una ilustraci6n esquematica de un sistema de compresi6n de vapor refrigerante que incorpora el intercambiador de calor del invento como un evaporador.

Descripcion detallada del invento

El intercambiador de calor 10 del invento sera descrito en general aqui con referencia a la realizaci6n ilustrativa de tubos paralelos, de paso unico, de un intercambiador de calor de tubos de multiples canales como se ha representado en la fig.

1. En las realizaciones ilustrativas del intercambiador de calor 10 representado en la fig. 1, los tubos de intercambio de calor 40 estan mostrados dispuestos en relaci6n paralela extendiendose en general verticalmente entre un cabezal de entrada 20 que se extiende en general horizontalmente y un cabezal de salida 30 que se extiende en general horizontalmente. Sin embargo, la realizaci6n representada es ilustrativa y no limitativa del invento. Ha de entenderse que el invento descrito aqui puede ser puesto en practica con otras configuraciones del intercambiador de calor 10. Por ejemplo, los tubos de intercambio de calor pueden estar dispuestos en relaci6n paralela extendiendose en general horizontalmente entre un cabezal de entrada que se extiende en general verticalmente y un cabezal de salida que se extiende en general verticalmente. Como otro ejemplo, el intercambiador de calor podria tener un cabezal de entrada toroidal y un cabezal de salida toroidal de un diametro diferente con los tubos de intercambio de calor que se extienden bien algo radialmente hacia adentro o bien algo radialmente hacia afuera entre los cabezales toroidales. En tal disposici6n, aunque no fisicamente paralelos entre si, los tubos estan en una disposici6n "de flujo paralelo" en que esos tubos se extienden entre cabezales de entrada y de salida comunes.

Con referencia ahora a las figs. 1-5 en particular, el intercambiador de calor 10 incluye un cabezal de entrada 20, un cabezal de salida 30, y una pluralidad de tubos 40 de intercambiador de calor de multiples canales que se extienden longitudinalmente proporcionando por ello una pluralidad de trayectos de flujo de fluido entre el cabezal de entrada 20 y el cabezal de salida 30. Cada tubo de intercambio de calor 40 tiene una entrada en su extremo de entrada 43 en comunicaci6n de flujo de fluido con el cabezal de entrada 20 a traves de un conector de transici6n 50 y una salida en su otro extremo en comunicaci6n de flujo de fluido con el cabezal de salida 30.

Cada tubo de intercambio de calor 40 tiene una pluralidad de canales 42 de flujo paralelo que se extienden longitudinalmente, es decir a lo largo del eje del tubo, proporcionando por ello la longitud del tubo trayectos de flujo paralelo, multiples, independientes entre la entrada del tubo y la salida del tubo. Cada tubo de intercambio de calor 40 de multiples canales es un tubo "plano" de secci6n transversal rectangular aplanada, u ovalada que define un interior que es subdividido para formar una agrupaci6n lado a lado de canales 42 de flujo independiente. Los tubos 40 de multiples canales, planos pueden, por ejemplo, tener una anchura de cincuenta milimetros o menos, tipicamente de doce a veinticinco milimetros, y una profundidad de aproximadamente dos milimetros o menos, cuando se compara con los tubos redondos de la tecnica anterior convencional que tienen un diametro de entre 25,4 mm o 7 mm. Los tubos 40 estan mostrados en los dibujos aqui, para facilidad y claridad de ilustraci6n, como que tienen doce canales 42 que definen trayectos de flujo que tienen una secci6n transversal circular. Sin embargo, ha de entenderse que en aplicaciones comerciales, tales como por ejemplo sistemas de compresi6n de vapor refrigerante, cada tubo 40 de multiples canales tendra tipicamente aproximadamente de diez a veinte canales de flujo 42, pero puede tener una mayor o menor multiplicidad de canales, como se desee. �eneralmente, cada canal de flujo 42 tendra un diametro hidraulico, definido como cuatro veces el area de flujo dividida por el perimetro, del orden de aproximadamente 200 micras a aproximadamente 3 mm, y comunmente de aproximadamente 1 mm. Aunque se han representado como teniendo una secci6n transversal circular en los dibujos, los canales 42 pueden tener una secci6n transversal rectangular o cualquier otra secci6n transversal no circular deseada.

Cada uno de la pluralidad de tubos de intercambio de calor 40 del intercambiador de calor 10 tiene su extremo de entrada 43 insertado en el extremo de salida de un conector de transici6n 50, en vez de directamente en la camara 25 definida dentro del cabezal de entrada 20. Cada conector de transici6n 50 tiene un cuerpo que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida y que define un trayecto de flujo de fluido 55 que se extiende desde una entrada de flujo 51 en el extremo de entrada del mismo y una salida de flujo 59 en el extremo de salida del mismo, y una boquilla tubular, longitudinalmente alargada 56 que se extiende axialmente hacia afuera desde la entrada de flujo 51. La boquilla 56 define un canal de flujo 53 que se extiende longitudinalmente desde una entrada de flujo 57 en el extremo distal de la boquilla 56 a una salida de flujo en su extremo proximal abierto a la entrada de flujo 51 para el trayecto de flujo de fluido 55. La secci6n transversal de la boquilla 56 y su canal de flujo 53 puede ser circular, eliptica, hexagonal, rectangular u otra configuraci6n en secci6n transversal deseada. El extremo distal de la boquilla 56 de cada conector de transici6n 50 se extiende a traves de la pared del cabezal 20 y es asegurado al mismo de una manera convencional, tipicamente por soldadura, soldadura dura u otra tecnica de uni6n. Con el extremo distal de la boquilla 56 extendiendose a la camara 25 del cabezal 20, el flujo de fluido puede pasar desde la camara 25 a traves de la entrada 57 al canal de flujo 53, por tanto a traves del canal de flujo 53 y la entrada 51 al trayecto de flujo 55, y por tanto a los distintos canales de flujo 42 del tubo 40 de multiples canales.

Con referencia ahora a la fig. 6, se ha representado esquematicamente un sistema de compresi6n de vapor refrigerante que tiene un compresor 60, el intercambiador de calor 100, funcionando como un condensador, y el intercambiador de calor 10, funcionando como un evaporador, conectado en un circuito refrigerante de bucle cerrado por tuberias de refrigerante 12, 14, 16. Como en sistemas de compresi6n de vapor refrigerante convencionales, el compresor 60 hace circular vapor refrigerante caliente, a alta presi6n a traves de la tuberia de refrigerante 12 al cabezal de entrada 120 del condensador 100, y por tanto a traves de los tubos de intercambio de calor 140 del condensador 100 en que el vapor refrigerante caliente se condensa a un liquido cuando pasa en relaci6n de intercambio de calor con un fluido frio, tal como aire ambiente que es hecho pasar sobre los tubos 140 de intercambio calor por el ventilador 70 del condensador. El refrigerante liquido, a alta presi6n se recoge en el cabezal de salida 130 del condensador 100 y luego pasa a traves de la tuberia de refrigerante 14 al cabezal de entrada 20 del evaporador 10.

El liquido refrigerante condensado pasa a traves de una valvula de expansi6n 50 asociada de manera operativa con la tuberia de refrigerante 14 cuando pasa desde el condensador 100 al evaporador 10. En la valvula de expansi6n 90, el refrigerante liquido, a alta presi6n es expandido parcialmente a refrigerante liquido, a baja presi6n o a una mezcla refrigerante liquido/vapor. El refrigerante de pasa luego a traves de los tubos 40 de intercambio de calor del evaporador 10 en que el refrigerante es calentado cuando pasa en relaci6n de intercambio de calor con aire que ha de ser enfriado que es hecho pasar sobre los tubos 40 de intercambio de calor por el ventilador 80 del evaporador. El vapor refrigerante se recoge en el cabezal de salida 30 del evaporador 10 y pasa desde ahi a traves de la tuberia de refrigerante 16 para volver al compresor 60 a traves de la entrada de succi6n al mismo.

Como se ha ilustrado mejor en las figs. 2 y 3, la boquilla 56 del conector de transici6n 50 tiene una dimensi6n lateral que es sustancialmente menor que la anchura del tubo rectangular "plano" 40. Debido a que el extremo distal de la boquilla 56, que tiene una dimensi6n lateral relativamente pequena, d, y puede ser de secci6n transversal circular, es recibido por el cabezal 20, en oposici6n al extremo del tubo plano 40, que tiene una dimensi6n lateral relativamente amplia, �, la dimensi6n lateral, D, del cabezal 20 puede ser hecha sustancialmente menor que la anchura del tubo 40. Por ello, el area de flujo en secci6n transversal de la camara 25 del cabezal 20 sera significativamente reducida cuando es comparada con un cabezal disenado para recibir el extremo de entrada 43 de un tubo 40. Consiguientemente, el flujo de fluidoque fluye a traves de la camara 25 del cabezal 20 tendra una velocidad mayor y sera significativamente mas turbulento. La turbulencia aumentada inducira un mezclado mas cuidadoso dentro del fluido que fluye a traves del cabezal 20 y da como

resultado una distribuci6n mas uniforme del flujo de fluido entre los tubos 40. Esto es particularmente cierto para el flujo de liquido/vapor mezclado, tal como una mezcla de liquido/vapor refrigerante que es el estado tipico del flujo entregado al cabezal de entrada de un intercambiador de calor de evaporador en un sistema de compresi6n de vapor que funciona en un ciclo de refrigeraci6n, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. La turbulencia incrementada dentro del cabezal de dimensi6n reducida inducira un mezclado uniforme del refrigerante en fase liquida y del refrigerante en fase vapor y reduce la estratificaci6n potencial de la fase de vapor y de la fase liquida dentro del refrigerante que pasa traves del cabezal.

Adicionalmente, debido a que el extremo distal de la boquilla 56 tiene una dimensi6n lateral relativamente pequena, d, en oposici6n al extremo del tubo plano 40, que tiene una dimensi6n lateral relativamente amplia, �, la dimensi6n lateral, D, del cabezal 20 tendra un diametro sustancialmente menor que el diametro de un cabezal disenado para recibir el extremo de entrada 43 de un tubo 40. Teniendo un diametro menor, el cabezal puede tambien tener un espesor menor. Por ello, el cabezal de diametro reducido del intercambiador de calor del invento requerira significativamente menor material para fabricar y sera menos caro de fabricar.

Como se ha resaltado previamente, los tubos 40 de multiples canales, planos pueden tener una anchura de cincuenta milimetros o menos, tipicamente doce a veinticinco milimetros, comparado con los tubos redondos de la tecnica anterior convencional que tienen un diametro de entre 25,4 mm, 9,5 mm o 7 mm. En sistemas de refrigeraci6n que tienen un intercambiador de calor de condensador y un intercambiador de calor de evaporador, la boquilla 56 tendra generalmente una dimensi6n lateral, que suponiendo que la boquilla es un cilindro circular, un diametro exterior, del orden de un tubo refrigerante redondo convencional o menor, tipicamente del orden de tres milimetros a ocho milimetros.

A modo de ejemplo, se supone que la boquilla 56 es un cilindro que tiene un diametro exterior, d, de 6 mm, y que el tubo plano es un tubo rectangular 40 que tiene una dimensi6n lateral, � de 15 mm. Si el cabezal 20 fue disenado para recibir directamente el extremo 43 del tubo 40, la dimensi6n lateral, D, del cabezal 20 necesitaria ser mayor de 15 mm, por ejemplo 18 mm. Sin embargo, si el cabezal 20 solo ha recibido el extremo distal de la boquilla 56, la dimensi6n lateral, D del cabezal 20 necesitaria solamente ser mayor de 6 mm, por ejemplo 9 mm. Para cabezal cilindricos, el area de flujo del ultimo cabezal seria solamente una cuarta parte del area de flujo del cabezal anterior, y la velocidad dentro del ultimo cabezal seria cuatro veces mayor que la velocidad del flujo dentro del cabezal anterior, suponiendo tasas de flujo de volumen iguales.

En la realizaci6n representada, el cabezal de entrada 20 comprende un cilindro de extremo cerrado, hueco, longitudinalmente alargado que tiene una secci6n transversal circular. El extremo distal 57 de la boquilla 56 de cada conector de transici6n 50 es hecho coincidir con una abertura 26 correspondiente prevista en la pared del cabezal de entrada 20 y que se extiende a traves de ella. Cada conector puede ser soldado con soldadura dura, soldado, unido de manera adhesiva o asegurado de otro modo en una ranura coincidente correspondiente en la pared del cabezal 20. Sin embargo, el cabezal de entrada 20 no esta limitado a la configuraci6n representada. Por ejemplo, el cabezal 20 podria comprender un cilindro de extremo cerrado, hueco, longitudinalmente alargado que tiene una secci6n transversal eliptica o un cuerpo de extremo cerrado, hueco, longitudinalmente alargado que tiene una secci6n transversal cuadrada, rectangular, hexagonal, octogonal o cualquier otra deseada. �ndependientemente de la configuraci6n del cabezal de entrada 20, su dimensi6n lateral, D, necesita solo ser lo bastante grande para acomodar la boquilla 52, ni tan amplia como un cabezal similarmente formado dimensionado para recibir directamente el extremo de entrada 43 de un tubo 40 de intercambio de calor plano, rectangular.

Aunque el ciclo de compresi6n de vapor refrigerante ejemplar ilustrado en la fig. 6 es un ciclo de acondicionamiento de aire simplificado, ha de entenderse que el intercambiador de calor del invento puede ser empleado en sistemas de compresi6n de vapor refrigerante de distintos disenos, incluyendo, sin limitaci6n, ciclos de bomba de calor, ciclos econ6micos y ciclos de refrigeraci6n comercial. Ademas, los expertos en la tecnica reconoceran que el intercambiador de calor del invento no esta limitado a las realizaciones de paso unico ilustradas, sino que tambien puede estar dispuesto en distintas realizaciones de paso unico y en realizaciones de multiples pasos. Adicionalmente, el intercambiador de calor del presente invento puede ser utilizado como un condensador de multiples pasos, asi como un evaporador de multiples pasos en tales sistemas de compresi6n de vapor refrigerante.

Ademas, la realizaci6n representada del intercambiador de calor 10 es ilustrativa y no esta limitativa del invento. Ha de comprenderse que el invento descrito aqui puede ser puesto en practica en otras configuraciones distintas del intercambiador de calor 10. Por ejemplo, los tubos de intercambio de calor pueden estar dispuestos en relaci6n paralela extendiendose en general horizontalmente entre un cabezal de entrada que se extiende en general verticalmente y un cabezal de salida que se extiende en general verticalmente.

Aunque el presente invento ha sido mostrado y descrito particularmente con referencia al modo preferido como se ha ilustrado en los dibujos, un experto en la tecnica comprendera que se pueden efectuar distintos cambios en detalle sin salirse del marco del invento segun se ha definido por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor �10� que comprende:

al menos un tubo �40� de intercambio de calor que define una pluralidad de trayectos �42� de flujo de fluido discreto a su traves y que tiene una abertura de entrada �43� para dicha pluralidad de trayectos de flujo de fluido, siendo dicho al menos 5 un tubo �40� de intercambio de calor de forma plana generalmente rectangular, y con una dimensi6n lateral, �;

un cabezal �20� que define una camara �25� para recoger un fluido, siendo dicha cabezal un miembro tubular alargado que tiene una dimensi6n lateral, D, en que la dimensi6n lateral D es menor que la dimensi6n lateral �; y caracterizado por

un conector de transici6n �50� que tiene un cuerpo que tiene un extremo de entrada �51� y un extremo exterior �59� y que define un trayecto �55� de flujo de fluido divergente que se extiende entre ellos expandiendose en secci6n transversal en la

10 direcci6n del flujo de fluido a su traves, y una boquilla tubular �56� que se extiende hacia afuera de dicho cuerpo y que define un paso �53� de flujo de fluido entre la camara �25� de dicha cabezal �20� y el trayecto �55� de flujo de fluido a traves de dicho cuerpo de dicho conector de transici6n �50�.
2. Un intercambiador de calor �10� segun la reivindicaci6n 1, en el que el extremo exterior �59� del cuerpo de dicho

conector de transici6n �50� esta adaptado para recibir al menos dicho tubo �40� de intercambio de calor, y dicha boquilla 15 �56� se extiende hacia fuera desde el extremo de entrada �51� de dicho cuerpo.
3. Un intercambiador de calor �10� segun la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 2, en el que dicha boquilla tubular �56� de dicho conector de transici6n �50� tiene una salida que se abre a dicho trayecto �55� de flujo de fluido a su traves en un extremo distal de dicha boquilla �56� y en comunicaci6n de flujo con el extremo de entrada �51� de dicho cuerpo de dicho conector de transici6n �50� y una entrada �57� que se abre a dicho trayecto �55� de flujo de fluido a su traves en un

20 extremo proximal de dicha boquilla �56� y en comunicaci6n de flujo de fluido con la camara �25� de dicha cabezal �20�.
4.

Un intercambiador de calor �10� segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha boquilla tubular �56� es un miembro tubular cilindrico que tiene un diametro, d, relativamente pequeno.
5.

El intercambiador de calor segun la reivindicaci6n 1, la reivindicaci6n 2 o la reivindicaci6n 3, en el que dicha boquilla tubular �56� tiene una dimensi6n lateral d, siendo la dimensi6n lateral d menor que la dimensi6n lateral �.

25 6. El intercambiador de calor segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos dicho tubo �40� de intercambio de calor tiene una secci6n transversal rectangular.
7. El intercambiador del calor segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos dicho tubo �40� de intercambio de calor tiene una secci6n transversal ovalada.