ES2565096T3

ES2565096T3 - Una barra de sección tubular para un radiador bifásico, y radiador bifásico asociado

Info

Publication number: ES2565096T3
Application number: ES12772465.6T
Authority: ES
Inventors: Michele Peterle; Simone Visentin; Diego TRENTIN; Federico ZOPPAS
Original assignee: IRCA SpA Industria Resistenze Corazzate e Affini
Current assignee: IRCA SpA Industria Resistenze Corazzate e Affini
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: CA2846465A1; CA2846465C; US20140217190A1; EP2748548A1; US9488378B2; WO2013027192A1; EP2748548B1; ITRM20110448A1

Abstract

Una barra (100) de sección tubular para un radiador bifásico que comprende un cuerpo tubular (10) que tiene una superficie perimetral y que define un eje longitudinal, varios salientes superficiales (11-21) que sobresalen radialmente a una altura H desde al menos una porción de dicha superficie perimetral y que se extienden en una dirección axial, estando dispuestos dos salientes consecutivos a una distancia recíproca D, estando la barra de sección caracterizada por que la relación entre dicha distancia recíproca D y dicha altura H es mayor o igual a 1, 4 .

Description

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DESCRIPCION

Una barra de seccion tubular para un radiador bifasico, y radiador bifasico asociado Campo de la invencion

[0001] La presente invencion se refiere a una barra de seccion tubular de un radiador bifasico, y al radiador bifasico asociado, en el campo de la calefaccion de espacios civiles e industriales.

Estado de la tecnica

[0002] El principio de funcionamiento del intercambio de calor bifasico permite una distribucion uniforme del calor absorbido desde una fuente de calor concentrado al cuerpo radiante, aprovechando toda la superficie de intercambio de calor con el exterior, que esta a una temperatura constante y uniforme, maximizando la eficiencia radiante (por ejemplo, los documentos WO 00/70286, WO 2006/025638, WO 2010/081957). La fuente de calor concentrado calienta el fluido, inicialmente en estado liquido, contenido en el cuerpo radiante. El fluido se evapora ascendiendo por unas cavidades adecuadas del cuerpo radiante y, por condensacion sobre las paredes internas del mismo, forma una pelicula o gotas que descienden para su recalentamiento. La pelicula de liquido condensado, que desciende lamiendo las paredes internas del cuerpo radiante, proporciona el intercambio de calor con el ambiente externo al cuerpo radiante, a una temperatura y un flujo termico por unidad de area casi constantes.

[0003] El principio tambien se puede extender a paneles radiantes para calentar no solo habitaciones, sino tambien estructuras de coccion de productos alimenticios.

[0004] Por lo tanto, los intercambiadores de calor que se aprovechan de la tecnologia bifasica de fluido vector demuestran ser particularmente eficaces.

[0005] La fuente concentrada puede ser de cualquier tipo, incluyendo el electrico.

[0006] Mediante el uso de la tecnologia de calefaccion electrica en combinacion con un intercambio de calor bifasico de tipo de fluido vector, es posible obtener radiadores que sean particularmente compactos y eficientes para calentar habitaciones.

[0007] El comportamiento termico de un radiador bifasico es completamente diferente del de un radiador monofasico de tipo de fluido vector tradicional, tales como los termosifones conocidos (por ejemplo, documentos GB 1 597 272, US 1 860 573, EP 0 693 171, DE 6 609 315 U)

[0008] La tecnica conocida utilizada en radiadores tradicionales ensena a aumentar las aletas de refrigeracion con el fin de mejorar el intercambio de calor. Esto, sin embargo, tiene como resultado un cuerpo radiante mas pesado y, obviamente, un aumento del coste del mismo debido a la mayor cantidad de material utilizado para su construccion.

[0009] Un aumento de peso del cuerpo radiante disminuye la velocidad de calentamiento de la sala debido a la inercia termica del cuerpo radiante, reduciendo el confort y perjudicando el intercambio de calor bifasico, especialmente en los transitorios de puesta en marcha.

[0010] De hecho, en la puesta en marcha del radiador (entrada escalonada), el cuerpo radiante, que esta a baja temperatura, intercambia calor con la fuente termica concentrada y con el ambiente externo principalmente por conveccion termica, y el cuerpo radiante y el fluido vector acumulan una gran parte del calor suministrado por el resistor electrico.

[0011] Cuanto mayor sea el peso del radiador, mas energia debera acumularse a fin de elevar la temperatura y menor sera su capacidad de intercambio de calor con el ambiente durante los transitorios.

[0012] Estos factores determinan simultaneamente el exceso de temperatura del fluido dentro del radiador, debido al hecho de que la energia que el cuerpo no puede intercambiar rapidamente con el ambiente externo, o acumular, se almacenara en el fluido, aumentando la temperatura y potencialmente danando el mecanismo de intercambio de calor bifasico, con el riesgo de que se produzca una condicion denominada "ebullicion laminar", en la que se produce la formacion de una capa de vapor que cubre completamente la superficie de la fuente de calentamiento concentrada, que es muy perjudicial para el intercambio de calor, perdiendo asi las ventajas del intercambio de calor bifasico.

[0013] La crisis hidrodinamica que conduce a la ebullicion laminar se debe esencialmente a la alta temperatura que conduce a altas velocidades relativas entre el liquido descendente y el vapor ascendente, que son tan altas que el vapor aleja el liquido de la superficie de calentamiento al tiempo que el liquido retiene el vapor producido junto a la superficie, formando asi la capa de vapor que cubre la superficie de calentamiento de la fuente concentrada.

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[0014] En tal circunstancia, se establecen puntos calientes, invalidando asi el objeto fundamental de la calefaccion bifasica.

Sumario de la invencion

[0015] El objeto de la presente invencion es proporcionar una barra de seccion tubular para un radiador bifasico, adaptada para mejorar el intercambio de calor general de un radiador que incorpore la barra de seccion tubular.

[0016] El objeto de la presente invencion es una barra de seccion tubular para un radiador bifasico que, de acuerdo con la reivindicacion 1, comprende un cuerpo tubular que tiene una superficie perimetral y que define un eje longitudinal, varios salientes superficiales que sobresalen radialmente a una altura H desde al menos una porcion de dicha superficie perimetral y que se extienden en una direccion axial, estando dispuestos dos salientes consecutivos a una distancia reciproca D, estando caracterizada la barra de seccion por que la relacion entre dicha distancia reciproca D y dicha altura H es mayor o igual a

1,4 (—>1,4).

H

[0017] Dicha barra de seccion tiene, ventajosamente, una aleteadura con un numero de aletas a fin de maximizar la relacion entre el intercambio de calor y el peso de dicha barra de seccion.

[0018] Un objeto adicional de la invencion es proporcionar un radiador bifasico que comprenda dicha barra de seccion tubular, que pueda mejorar notablemente el intercambio de calor con el ambiente externo.

[0019] Otro objeto de la presente invencion es un radiador bifasico, de acuerdo con la reivindicacion 5, que comprenda al menos un elemento tubular hecho por medio de la barra de seccion tubular anteriormente mencionada.

[0020] Ventajosamente, los detalles de construccion relacionados con el radiador obtenido por medio de la barra de seccion tubular anteriormente mencionada tambien permiten una mejora del comportamiento termodinamico del radiador obtenido, como se describe en la descripcion detallada que sigue.

[0021] Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones preferidas de la invencion, que forman parte integral de la presente descripcion.

Breve descripcion de los dibujos

[0022] Otras caracteristicas y ventajas de la invencion quedaran mas claras a la vista de la descripcion detallada de realizaciones, preferidas pero no exclusivas, de una barra de seccion tubular para un radiador bifasico y del radiador bifasico asociado, mostradas a modo de ejemplo no limitativo con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 representa una seccion transversal de una barra de seccion tubular, de acuerdo con la presente invencion;

La figura 2 representa una vista en perspectiva de una porcion de un radiador que comprende elementos tubulares obtenidos de la barra de seccion de la figura 1;

La figura 3 muestra una vista lateral del radiador de acuerdo con la figura 2;

La figura 4 muestra una vista en perspectiva de otra porcion del radiador de la figura 2;

La figura 5 muestra una vista en perspectiva de la totalidad del radiador de acuerdo con las figuras 2 a 4;

La figura 6 muestra el mismo radiador que la figura 5, con las cubiertas de los elementos tubulares aplicadas;

La figura 7 muestra una vista superior de una porcion del radiador de acuerdo con la figura 6, que muestra un acoplamiento particular de la cubierta sobre la barra de seccion tubular, por medio de acoplamientos de presion, La figura 8 muestra un componente del radiador de acuerdo con las figuras precedentes; con el colector de orificios ranurados para alojar la barra de seccion tubular,

Las figuras 9 y 10 muestran extremos opuestos de un elemento tubular, respectivamente, que ponen de relieve la forma de dichos extremos para los acoplamientos que son necesarios para el montaje del radiador de acuerdo con las figuras precedentes; en particular, en la figura 9, se representa el acoplamiento macho que engancha en los orificios ranurados del colector de la figura 8;

La figura 11 muestra una simulacion de CFD (fluodinamica computacional) de los hilos de fluido de aire que lamen un radiador de acuerdo con las figuras precedentes.

[0023] Los mismos numeros y letras de referencia identifican en las figuras los mismos elementos o componentes. Descripcion detallada de una realizacion preferida de la invencion

[0024] De acuerdo con la presente invencion, y con referencia particular a las figuras, la barra 100 de seccion tubular, que es el objeto de la presente invencion, comprende un cuerpo tubular 10 que tiene una aleteadura que

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sobresale perpendicularmente a la superficie lateral del cuerpo tubular 10. La barra de seccion tiene una primera porcion o cara 101 destinada a mirar una sala a calentar, y una segunda porcion o cara 102 destinada a mirar una pared de soporte que delimite la sala, o interior a la misma. Dicha cara 102 esta adaptada para su asociacion con dicha pared de soporte.

[0025] Es preferible que dicho cuerpo tubular 100 tenga una forma aplanada. En otras palabras, la seccion transversal de acuerdo con la figura 1 tiene dos caras 101 y 102 opuestas que son sustancialmente planas y paralelas entre si, de modo que las aletas tambien sean planas y paralelas entre si. Las aletas 11 a 22 sobresalen desde las caras 101 y 102, extendiendose paralelas al desarrollo longitudinal X del cuerpo tubular 100 y sustancialmente perpendiculares a las dos caras 101 y 102 opuestas.

[0026] La primera cara 101 comprende unas aletas 11 - 16, que tienen una finalidad exclusivamente termica, es decir, estan destinadas a funciones de intercambio de calor.

[0027] La segunda cara comprende preferiblemente

- un par de aletas 19 y 20 dispuestas a una distancia adecuada para permitir la instalacion a la pared del radiador 200 obtenido de la barra 100 de seccion, estas aletas permiten la union autorroscante con una pieza transversal 30, que tiene una funcion estructural y de instalacion en pared,

- un par de aletas terminales 21 y 22 destinadas a soportar una cubierta 42 mostrada en las figuras 6 y 7, y con una funcion termica,

- unas aletas 17 y 18, que tienen una funcion exclusivamente termica.

[0028] De acuerdo con la presente invencion, si H es la altura de una aleta y D es la distancia reciproca entre dos aletas consecutivas, la relacion entre la distancia D y la altura H de la aleta debera ser superior a 1,4:

imagen1

[0029] Por lo tanto, contrariamente a lo que ensena la tecnica conocida, las aletas 11-16 deberan estar suficientemente separadas, con el objeto de optimizar el intercambio de calor del radiador 200 con el ambiente externo, que afecta el proceso de transferencia de calor desde la fuente termica al radiador por medio del fluido vector.

[0030] Las aletas 17 y 18 estan mas distantes con respecto a las respectivas aletas 21, 22 y 19, 20, dado que la introduccion de aletas adicionales no habria respetado la relacion anteriormente mencionada; por lo tanto, las aletas 19, 20 y 21, 22 tambien contribuyen al intercambio de calor con el ambiente externo, a pesar de que tambien realizan funciones mecanicas. Con respecto a la tecnica conocida, que ensena a aumentar el numero de aletas, y con respecto a la consideracion contraria de que el aumento del material de construccion del radiador aumenta la inercia termica del radiador, con la consiguiente degradacion del rendimiento del mismo, la presente invencion identifica un punto de inflexion que resuelve el problema de la optimizacion de intercambio de calor.

[0031] Dicho valor limite de 1,4 de la relacion anteriormente mencionada se identifico despues de numerosos y costosos ensayos de laboratorio, variando todos los parametros dimensionales de la barra de seccion, entre ellos el numero de segmentos 23 y 24 que identifican los respectivos canales de circulacion de vapor.

[0032] Como resultado de dichos ensayos, por lo tanto, se observo que para que el proceso de intercambio de calor bifasico permanezca eficiente, solo sirve la relacion anteriormente mencionada de los parametros dimensionales de la barra de seccion.

[0033] En cuanto al numero de canales de circulacion de vapor y, mas en general, al fluido bifasico, dicho numero se reduce como una funcion de la resistencia mecanica del elemento tubular obtenido, a fin de asegurar la seccion de maximo flujo de salida posible, que permita a la pelicula de liquido condensado volver a descender con una velocidad adecuada. El espesor de cada parte de la barra 100 de seccion se reduce al minimo con el fin de reducir la inercia termica y mejorar la constante de tiempo durante los transitorios. La altura H reducida de las aletas frontales 11-16 permite ventajosamente que el elemento tubular 2-4 se mueva hacia adelante. Mediante la reduccion de la altura H, se reduce la resistencia termica entre la barra de seccion tubular y la cubierta 42.

[0034] La barra de seccion se puede obtener ventajosamente por extrusion, preferiblemente de aleaciones de aluminio, con el objeto de construir radiadores de varias alturas sobre la base de los requisitos especificos del caso, sin un aumento de los costes de fabricacion.

[0035] La aleacion de aluminio permite procesos mecanicos de precision que son necesarios con el fin de proporcionar las juntas entre las partes que definen el radiador 200, y en particular entre el colector 1 y los elementos tubulares 2-4 obtenidos a partir de la barra 100 de seccion. Estas juntas se pueden fabricar mediante

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soldadura, encolado o mediante el acoplamiento/expansion con y sin juntas obturadoras.

[0036] La aleacion de aluminio EN AW 6060-T6 resulta preferible para proporcionar las barras de seccion de acuerdo con la presente invencion, debido a las caracteristicas de resistencia mecanica, para poder reducir el espesor de la barra de seccion con la misma presion interna, para elevar la temperatura de funcionamiento y maximizar la eficiencia de radiacion del cuerpo radiante. La presion interna se determina por la curva de saturacion del fluido vector en estado vaporoso, y aumenta con el aumento de la temperatura.

[0037] De acuerdo con una variante preferida de la presente invencion, un radiador bifasico 200 comprende un colector tubular 1 con forma alargada en el que engancha un primer extremo 2b de uno o mas elementos tubulares 2-4, obtenidos a partir de la barra de seccion 100.

[0038] Resulta preferible preparar el radiador de modo que pueda ensamblarse con el colector situado en paralelo a un suelo de la sala, y los elementos tubulares 2-4 extendiendose perpendiculares al suelo, de modo que queden verticales, es decir, paralelos a una pared contigua a la sala.

[0039] En tal circunstancia, la primera cara 101 esta orientada hacia la sala a calentar, mientras que la segunda cara 102 de cada elemento tubular 2 a 4 esta orientada hacia la pared de la sala.

[0040] De acuerdo con otro aspecto de la invencion, es conveniente reducir el numero de aletas en la porcion 102 de la barra 100 de seccion, dado que la proximidad del radiador a la sala o pared de soporte determina un mayor calentamiento de una cantidad mas pequena de aire.

[0041] De esta manera, el radiador transfiere calor a la sala en la misma medida por medio de ambas caras 101 y 102.

[0042] Ventajosamente, el radiador 200 es un sistema cerrado de evaporacion y condensacion, que no comprende un colector de union en la parte superior de los elementos tubulares; es decir, en otras palabras, el vapor asciende y posteriormente desciende condensado en cada uno de los elementos tubulares 2-4 individuales.

[0043] Esto ofrece la ventaja de poder mejorar el efecto chimenea, al tener una salida sin obstaculos para el aire en la parte superior del radiador: el aire sale del radiador sin curvatura, como tambien puede observarse en las simulaciones de CFD que se muestran en la figura 11.

[0044] Adicionalmente, al poder aprovechar la reduccion de la seccion de los canales de circulacion y la capacidad del fluido a baja tension superficial para infiltrarse en los canales mas estrechos, es posible proporcionar un radiador con tuberias verticales extremadamente delgadas al reducir el peso del radiador, y ofrecer la posibilidad de colocar el radiador cerca de la pared de la sala a la distancia minima posible del mismo, mejorando el efecto chimenea que se establece entre el radiador y la pared de la sala.

[0045] Con particular referencia a las figuras 3 y 4, se puede montar una pieza transversal 30 en paralelo al colector 1 en el extremo libre de los elementos tubulares 2 -4, la cual, como se puede observar en la figura 3, tiene una forma destinada a reducir la salida de aire entre el radiador 200 y la pared de la sala antes de estrecharse hacia arriba. Esto aumenta la velocidad del fluido que lame la cara 102 de los elementos tubulares, que al separarse de la pieza transversal 30 tambien arrastra hacia arriba el fluido que lame la cara 101 de los propios elementos, mejorando la eficiencia general del radiador.

[0046] En la figura 4, tambien pueden observarse los respectivos tapones 32, 33, etc., que estan destinados a cerrar el extremo libre 2b de cada elemento tubular 2-4. Con el fin de reducir el peso y la inercia termica, dichos tapones son planos y estan fabricados por corte fino, y enganchan facilmente con cada elemento tubular 2-4 por medio de un numero adecuado de dientes de interconexion distribuidos a lo largo del perimetro de cada tapon.

[0047] Los elementos tubulares 2-4 tienen un tope para los tapones 32, 33 que se fija por medio de cobre soldadura con pasta de soldadura fuerte: soldadura fuerte con soplete o en horno de tunel continuo.

[0048] Las figuras 6 y 7 muestran unas cubiertas esteticas 42 adecuadas que tienen una seccion transversal en forma de pi, en las que unas patillas 421 y 422 son convenientemente dentadas o ganchudas con el fin de quedar unidas de forma permanente a los salientes 21 y 22 de la barra 100 de seccion. A partir de la figura tambien puede observarse el elemento 50 de conexion que coopera con los salientes 19 y 20.

[0049] Ventajosamente, el hecho de que los salientes 11-16 respeten la relacion anteriormente mencionada implica que son suficientemente achatados. Por lo tanto, si se utiliza una cubierta 42, el calor se transfiere facilmente a la cubierta 42 que esta interpuesta entre el radiador y el aire, sin anular el proceso de transferencia bifasico.

[0050] La figura 8 muestra un colector 1 con unos respectivos huecos 61 -63 adaptados para alojar el primer extremo 2a de un elemento tubular 2. Se desprende de la figura 9 que dicho primer extremo no presenta la aleteadura

externa, con el fin de permitir que enganche facilmente en uno de los huecos 61 -62 del colector 1.

[0051] La figura 10, muestra un segundo extremo 2b de un elemento tubular 2-6 mecanizado con el fin de poder alojar un respectivo tapon 32, 33, etc.

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[0052] Los expertos en la materia pueden comprender facilmente las caracteristicas de la invencion a partir de la descripcion y dibujos adjuntos.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una barra (100) de seccion tubular para un radiador bifasico que comprende

un cuerpo tubular (10)

que tiene una superficie perimetral y que define un eje longitudinal,

varios salientes superficiales (11-21) que sobresalen radialmente a una altura H desde al menos una porcion de dicha superficie perimetral y que se extienden en una direccion axial, estando dispuestos dos salientes consecutivos a una distancia reciproca D,

estando la barra de seccion caracterizada por que la relacion entre dicha distancia reciproca D y dicha altura H es

mayor o igual a 1,4 { — ^ 1,4).

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2. Una barra de seccion de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicho cuerpo tubular (100) tiene una seccion que tiene una forma aplanada para identificar dos caras opuestas (101, 102), que son sustancialmente planas y paralelas entre si, de modo que los salientes (11-21) tambien sean planos y paralelos entre si.
3. Una barra de seccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que un par de salientes (19, 20) esta adaptado adicionalmente para su union con un medio (50) de fijacion, para la fijacion de la barra (100) de seccion tubular a la pared.
4. Una barra de seccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un par de salientes (21,22) adaptados para definir un acoplamiento para un elemento (42) de cubierta.
5. Un radiador bifasico (200) que comprende al menos un elemento tubular (2-4) hecho por medio de una barra (100) de seccion tubular de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
6. Un radiador de acuerdo con la reivindicacion 5, que comprende un colector tubular (1) de forma alargada, una superficie perimetral en la que se obtiene al menos una cavidad (61-63), que esta conformada para enganchar de forma permanente con un extremo (2a) de al menos un elemento tubular (2-4).
7. Un radiador de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 o 6, que comprende un respectivo tapon (23, 33) de dicho al menos un elemento tubular (2-4), y en el que dicho al menos un elemento tubular (2-4) comprende un segundo extremo (2b) mecanizado para recibir en acoplamiento de dicho respectivo tapon (23, 33).
8. Un radiador de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, que comprende al menos un elemento (42) de cubierta que tiene una seccion transversal en forma de pi, y dos respectivas patillas dentadas que estan conformadas para unirse con dicho par de salientes (21,22) de la barra (100) de seccion tubular.
9. Un radiador de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8, que comprende una pieza transversal (30) superior fijada a dicho segundo extremo (2b) del al menos un elemento tubular (2-4), de manera que quede en paralelo con dicho colector (1).
10. Un radiador de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicha pieza transversal (30) pequena esta conformada con el fin de reducir una salida de aire entre el radiador (200) y una pared de la sala antes de estrecharse hacia arriba.