ES2586914T3 - Intercambiador de calor - Google Patents

Abstract

Intercambiador de calor (1) adaptado para usarse en un sistema de compresión de vapor, que comprende: una carcasa (10) con un eje central longitudinal que se extiende generalmente en paralelo a un plano horizontal; una parte de distribución (21, 22) dispuesta dentro de la carcasa, y configurada y dispuesta para distribuir un refrigerante; y un haz de tubos (30) que incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor (31) dispuestos dentro de la carcasa (10) debajo de la parte de distribución (21, 22) de modo que el refrigerante descargado de la parte de distribución se suministra sobre el haz de tubos (30), extendiéndose los tubos de transferencia de calor (31) generalmente en paralelo al eje central longitudinal de la carcasa y dispuestos en una pluralidad de columnas que se extienden paralelas entre sí cuando se observan a lo largo del eje central longitudinal de la carcasa, caracterizado porque el haz de tubos tiene al menos una de una disposición en la que un paso vertical (Vi) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor (31) en al menos una de las columnas es mayor en una región superior del haz de tubos que en una región inferior del haz de tubos, y una disposición en la que un paso horizontal (Hi) entre columnas adyacentes de las columnas es mayor en una región externa del haz de tubos que en una región interna del haz de tubos.

Description

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DESCRIPCION

Intercambiador de calor Campo de la invencion

Esta invencion se refiere de manera general a un intercambiador de calor adaptado para usarse en un sistema de compresion de vapor. Mas espedficamente, esta invencion se refiere a un intercambiador de calor que tiene una disposicion recomendada de un haz de tubos para impedir que la velocidad de flujo de vapor exceda un nivel recomendado. El documento WO 01/44730 A1 divulga un intercambiador de calor tal como se define en el preambulo segun la reivindicacion 1.

Tecnica anterior

La refrigeracion por compresion de vapor ha sido el procedimiento usado mas comunmente para acondicionar el aire de grandes edificios o similares. Los sistemas de refrigeracion por compresion de vapor convencionales estan habitualmente dotados de un evaporador, que es un intercambiador de calor que permite que el refrigerante se evapore de lfquido a gas mientras absorbe el calor de un lfquido que va a enfriarse cuando pasa a traves del evaporador. Un tipo de evaporador incluye un haz de tubos que tiene una pluralidad de tubos de transferencia de calor que se extienden en horizontal a traves de los cuales circula el lfquido que va a enfriarse, y el haz de tubos esta alojado dentro de una carcasa cilmdrica. Hay varios procedimientos conocidos para evaporar el refrigerante en este tipo de evaporador. En un evaporador inundado, la carcasa se rellena con refrigerante lfquido y los tubos de transferencia de calor estan sumergidos en un bano de refrigerante lfquido de modo que el refrigerante lfquido hierve y/o se evapora como vapor. En un evaporador de pelfcula descendente, el refrigerante lfquido se deposita sobre superficies externas de los tubos de transferencia de calor desde arriba de modo que se forma una capa o una pelfcula delgada del refrigerante lfquido a lo largo de las superficies externas de los tubos de transferencia de calor. El calor de las paredes de los tubos de transferencia de calor se transfiere mediante conveccion y/o conduccion a traves de la pelfcula de lfquido a la superficie de contacto de vapor-lfquido en la que parte del refrigerante lfquido se evapora, y por tanto, se elimina calor del agua que fluye dentro de los tubos de transferencia de calor. El refrigerante lfquido que no se evapora desciende verticalmente del tubo de transferencia de calor en una posicion superior hacia el tubo de transferencia de calor en una posicion inferior debido a la fuerza de la gravedad. Tambien existe un evaporador Idbrido de pelfcula descendente, en el que el refrigerante lfquido se deposita en las superficies externas de algunos de los tubos de transferencia de calor en el haz de tubos y los otros tubos de transferencia de calor en el haz de tubos estan sumergidos en el refrigerante lfquido que se ha recogido en la parte de fondo de la carcasa.

A pesar de que los evaporadores inundados muestran un alto rendimiento de transferencia de calor, los evaporadores inundados requieren una cantidad considerable de refrigerante porque los tubos de transferencia de calor estan sumergidos en un bano del refrigerante lfquido. Con el desarrollo reciente de refrigerante nuevo y de alto coste que tiene un potencial de calentamiento global mucho mas bajo (tal como R1234ze o R1234yf), es deseable reducir la carga de refrigerante en el evaporador. La ventaja principal de los evaporadores de pelfcula descendente es que se puede reducir la carga de refrigerante a la vez que se garantiza un buen rendimiento de transferencia de calor. Por tanto, los evaporadores de pelfcula descendente tienen un potencial significativo para reemplazar a los evaporadores inundados en sistemas de refrigeracion grandes. Sin embargo, hay varios desaffos tecnicos asociados con el funcionamiento eficaz del evaporador de pelfcula descendente.

Uno de los desaffos es controlar el flujo de vapor dentro del haz de tubos de un evaporador de pelfcula descendente. En general, una parte del refrigerante lfquido que se ha vaporizado se expande significativamente en volumen en todas las direcciones, causando un desplazamiento o flujo transversal por el refrigerante vaporizado en una direccion transversal. Este flujo transversal altera el flujo vertical del refrigerante lfquido, lo que aumenta el riesgo de que los tubos inferiores reciban humectacion insuficiente, causando una reduccion significativa del rendimiento de transferencia de calor. Otro desaffo es evitar que gotitas de lfquido arrastradas se transporten del evaporador al compresor. El compresor puede resultar danado si el refrigerante vaporizado contiene gotitas de lfquido arrastradas.

La patente estadounidense n.° 6.293.112 divulga un evaporador de pelfcula descendente en el que los tubos del haz de tubos estan dispuestos para formar trayectorias de vapor que se extienden en una direccion transversal para controlar la velocidad de flujo transversal del vapor de refrigerante creado en el interior del haz de tubos.

La patente estadounidense n.° 7.849.710 divulga un evaporador de pelfcula descendente que incluye una cubierta dispuesta sobre el haz de tubos. La cubierta hace que el flujo de vapor de refrigerante se mueva hacia abajo, evitando por tanto el flujo transversal del vapor de refrigerante dentro de la cubierta. Asimismo, el brusco cambio de direccion del flujo de vapor de refrigerante causado por la cubierta da como resultado la eliminacion de una gran proporcion de gotitas de lfquido arrastradas del flujo de vapor de refrigerante.

Resumen de invencion

Las trayectorias de vapor formadas en el haz de tubos del evaporador de pelfcula descendente divulgado en la

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patente estadounidense n.° 5.839.294 son relativamente amplias, y por tanto, una distancia entre los tubos encima y debajo de la trayectoria de vapor es grande. Por tanto, puede que no se suministre apropiadamente el refrigerante Ifquido por gotitas de los tubos en una region por encima de la trayectoria de vapor a los tubos en una region por debajo de la trayectoria de vapor, causando que los tubos en la region inferior no se humedezcan. Por otro lado, el flujo de vapor creado por la cubierta que cubre el haz de tubos tal como divulga en la patente estadounidense n.° 7.849.710 causa una perdida de presion en el evaporador de modo que se reducira la temperatura de evaporacion, degradando por tanto el rendimiento de transferencia de calor.

En vista de lo anterior, un objetivo de la presente invencion es proporcionar un intercambiador de calor que tenga una disposicion recomendada de un haz de tubos de modo que una velocidad de vapor no exceda una velocidad recomendada en ninguna ubicacion dentro del haz de tubos.

Un intercambiador de calor segun un aspecto de la presente invencion esta adaptado para usarse en un sistema de compresion de vapor, e incluye una carcasa, una parte de distribucion y un haz de tubos. La carcasa tiene un eje central longitudinal que se eXtiende generalmente en paralelo a un plano horizontal. La parte de distribucion esta situada dentro de la carcasa, y configurada y dispuesta para distribuir un refrigerante. El haz de tubos incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor dispuestos dentro de la carcasa debajo de la parte de distribucion de modo que el refrigerante descargado de la parte de distribucion se suministra sobre el haz de tubos. Los tubos de transferencia de calor se extienden generalmente en paralelo al eje central longitudinal de la carcasa y estan dispuestos en una pluralidad de columnas que se extienden paralelas entre sf cuando se observan a lo largo del eje central longitudinal de la carcasa. El haz de tubos tiene al menos una de una disposicion en la que un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en al menos una de las columnas es mayor en una region superior del haz de tubos que en una region inferior del haz de tubos, y una disposicion en la que un paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas es mayor en una region externa del haz de tubos que en una region interna del haz de tubos.

Un intercambiador de calor segun otro aspecto esta adaptado para usarse en un sistema de compresion de vapor, e incluye una carcasa, una parte de distribucion, y un haz de tubos. La carcasa tiene un eje central longitudinal que se extiende generalmente en paralelo a un plano horizontal. La parte de distribucion esta situada dentro de la carcasa, y configurada y dispuesta para distribuir un refrigerante. El haz de tubos incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor dispuestos dentro de la carcasa debajo de la parte de distribucion de modo que el refrigerante descargado de la parte de distribucion se suministra sobre el haz de tubos. Los tubos de transferencia de calor se extienden generalmente en paralelo al eje central longitudinal de la carcasa y estan dispuestos en una pluralidad de columnas que se extienden paralelas entre sf cuando se observan a lo largo del eje central longitudinal de la carcasa. Variando al menos uno de un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en cada una de las columnas de los tubos de transferencia de calor y un paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas de los tubos de transferencia de calor de modo que una velocidad de flujo de un vapor de refrigerante que fluye entre los tubos de transferencia de calor no excede una velocidad de flujo recomendada.

Estos y otros objetivos, caractensticas, aspectos y ventajas de la presente invencion resultaran evidentes para los expertos en la tecnica a partir de la siguiente descripcion detallada, la cual, tomada junto con los dibujos adjuntos, divulga modos de realizacion preferidos.

Breve descripcion de los dibujos

Haciendo ahora referencia a los dibujos adjuntos que forma parte de esta divulgacion original:

La fig. 1 es una vista en perspectiva global simplificada de un sistema de compresion de vapor que incluye un intercambiador de calor segun un primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un circuito de refrigeracion del sistema de compresion de vapor que incluye el intercambiador de calor segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 3 es una vista en perspectiva simplificada del intercambiador de calor segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 4 es una vista en perspectiva simplificada de una estructura interior del intercambiador de calor segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 5 es una vista en despiece ordenado de la estructura interior del intercambiador de calor segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 6 es una vista en seccion transversal longitudinal simplificada del intercambiador de calor segun el primer modo de realizacion de la presente invencion segun una lmea de seccion 6-6' en la fig. 3;

La fig. 7 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor segun el primer modo de

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realizacion de la presente invencion segun una lmea de seccion 7-7' en la fig. 3;

La fig. 8 incluye vistas en seccion transversal esquematicas ampliadas de tubos de transferencia de calor que ilustran un estado ideal del refrigerante lfquido que desciende de un tubo a otro (diagrama (a)), y que ilustran un estado en el que el flujo vertical el refrigerante lfquido que desciende de un tubo a otro se ve afectado por el flujo de vapor transversal (diagrama (b));

La fig. 9 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un primer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 10 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un segundo ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 11 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un tercer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 12 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un cuarto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 13 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el primer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 14 es una vista en seccion transversal simplificada de un intercambiador de calor segun un segundo modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 15 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un primer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el segundo modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 16 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un segundo ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el segundo modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 17 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un tercer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el segundo modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 18 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un cuarto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el segundo modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 19 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el segundo modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 20 es una vista en seccion transversal simplificada de un intercambiador de calor segun un tercer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 21 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un primer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el tercer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 22 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un segundo ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el tercer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 23 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un tercer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el tercer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 24 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un cuarto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el tercer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 25 es una vista en seccion transversal simplificada del intercambiador de calor que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos segun el tercer modo de realizacion de la presente invencion;

La fig. 26 es una vista en seccion transversal simplificada de un intercambiador de calor segun un cuarto modo de realizacion de la presente invencion; y

La fig. 27 es una vista en seccion transversal longitudinal simplificada del intercambiador de calor segun el cuarto modo de realizacion de la presente invencion.

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Descripcion de modos de realizacion

Ahora se explicaran modos de realizacion seleccionados de la presente invencion con referencia a los dibujos. Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de la presente divulgacion que las siguientes descripciones de los modos de realizacion de la presente invencion se proporcionan con fines unicamente ilustrativos y no con el fin de limitar la invencion tal como se define en las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Haciendo inicialmente referencia a las figs. 1 y 2, se explicara un sistema de compresion de vapor que incluye un intercambiador de calor segun un primer modo de realizacion. Tal como se observa en la fig. 1, el sistema de compresion de vapor segun el primer modo de realizacion es un enfriador que puede usarse en un sistema de calefaccion, ventilacion y aire acondicionado (HVAC) para acondicionar el aire de grandes edificios y similares. El sistema de compresion de vapor del primer modo de realizacion esta configurado y dispuesto para eliminar calor del lfquido que va a enfriarse (por ejemplo, agua, etileno, etilenglicol, salmuera con cloruro de calcio, etc.) mediante un ciclo de refrigeracion por compresion de vapor.

Tal como muestran las figs. 1 y 2, el sistema de compresion de vapor incluye los cuatro componentes principales siguientes: un evaporador 1, un compresor 2, un condensador 3 y un dispositivo de expansion 4.

El evaporador 1 es un intercambiador de calor que elimina calor del lfquido que va a enfriarse (en este ejemplo, agua) que pasa a traves del evaporador 1 para bajar la temperatura del agua a medida que un refrigerante en circulacion se evapora en el evaporador 1. El refrigerante que entra en el evaporador 1 esta en un estado de dos fases gas/lfquido. El refrigerante lfquido se evapora como vapor de refrigerante en el evaporador 1 a medida que absorbe calor del agua.

El vapor de refrigerante a baja presion y a baja temperatura se descarga del evaporador 1 y entra en el compresor 2 mediante succion. En el compresor 2, el vapor de refrigerante se comprime para dar vapor a mayor presion y mayor temperatura. El compresor 2 puede ser cualquier tipo de compresor convencional, por ejemplo, compresor centnfugo, compresor de espiral, compresor alternante, compresor de tornillo, etc.

Despues, el vapor de refrigerante a alta temperatura y a alta presion entra al condensador 3, que es otro intercambiador de calor que elimina calor del vapor de refrigerante causando que se condense de estado gaseoso a estado lfquido. El condensador 3 puede ser un condensador de tipo enfriado por aire, de tipo enfriado por agua, o cualquier tipo de condensador adecuado. El calor aumenta la temperatura del agua o aire de enfriamiento que pasa a traves del condensador 3, y el calor se expulsa al exterior del sistema al transportarse por el agua o aire de enfriamiento.

El refrigerante lfquido concentrado entra entonces a traves del dispositivo de expansion 4 donde el refrigerante experimenta una reduccion brusca de presion. El dispositivo de expansion 4 puede ser tan simple como una placa con orificios o tan complicado como una valvula de expansion termica de modulacion electronica. La reduccion brusca de presion da como resultado una evaporacion parcial del refrigerante lfquido, y por tanto, el refrigerante que entra en el evaporador 1 esta en un estado de dos fases gas/lfquido.

Algunos ejemplos de refrigerantes usados en el sistema de compresion de vapor son refrigerantes a base de hidrofluorocarbono (HFC), por ejemplo, R-410A, R-407C, y R-134a, hidrofluoro-olefina (HFO), refrigerante a base de HFC insaturado, por ejemplo, R-1234ze, y R-1234yf, refrigerantes naturales, por ejemplo, R-717 y R-718, o cualquier otro tipo de refrigerante adecuado.

El sistema de compresion de vapor incluye una unidad de control 5 que esta acoplada de manera operativa a un mecanismo accionador del compresor 2 para controlar el funcionamiento del sistema de compresion de vapor.

Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que puede usarse un compresor, condensador y dispositivo de expansion convencionales respectivamente como el compresor 2, el condensador 3 y el dispositivo de expansion 4 para llevar a cabo la presente invencion. En otras palabras, el compresor 2, el condensador 3 y el dispositivo de expansion 4 son componentes convencionales que se conocen bien en la tecnica. Dado que el compresor 2, el condensador 3 y el dispositivo de expansion 4 se conocen bien en la tecnica, estas estructuras no se analizaran o ilustraran en detalle en el presente documento. El sistema de compresion de vapor puede incluir una pluralidad de evaporadores 1, compresores 2 y/o condensadores 3.

Haciendo ahora referencia a las figs. 3 a 5, se explicara la estructura detallada del evaporador 1, que es el intercambiador de calor segun el primer modo de realizacion. Tal como muestran las figs. 3 y 6, el evaporador 1 incluye una carcasa 10 que tiene una forma generalmente cilmdrica con un eje C central longitudinal (fig. 6) que se extiende generalmente en direccion horizontal. La carcasa 10 incluye un elemento de cabezal de conexion 13 que define una camara de agua de entrada 13a y una camara de agua de salida 13b, y un elemento de cabezal de retorno 14 que define una camara de agua 14a. El elemento de cabezal de conexion 13 y el elemento de cabezal de

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retorno 14 estan acoplados de manera fija a los extremos longitudinales de un cuerpo cilmdrico de la carcasa 10. La camara de agua de entrada 13a y la camara de agua de salida 13b estan divididas por un deflector de agua 13c. El elemento de cabezal de conexion 13 incluye una tubena de entrada de agua 15 a traves de la cual entra agua en la carcasa 10 y una tubena de salida de agua 16 a traves de la cual se descarga agua de la carcasa 10. Tal como muestran las figs. 3 y 6, la carcasa 10 incluye ademas una tubena de entrada de refrigerante 11 y una tubena de salida de refrigerante 12. La tubena de entrada de refrigerante 11 esta en conexion de fluido con el dispositivo de expansion 4 mediante un conducto de suministro 6 (fig. 7) para introducir el refrigerante en dos fases en la carcasa 10. El dispositivo de expansion 4 puede acoplarse directamente a la tubena de entrada de refrigerante 11. El componente lfquido en el refrigerante en dos fases hierve y/o se evapora en el evaporador 1 y experimenta un cambio de fase de lfquido a vapor a medida que absorbe calor del agua que pasa a traves del evaporador 1. El vapor de refrigerante se conduce desde la tubena de salida de refrigerante 12 al compresor 2 mediante succion.

La fig. 4 es una vista en perspectiva simplificada que ilustra una estructura interior alojada en la carcasa 10. La fig. 5 es una vista en despiece ordenado de la estructura interior mostrada en la fig. 4. Tal como muestran las figs. 4 y 5, el evaporador 1 incluye basicamente una parte de distribucion 20, un haz de tubos 30, y una parte en depresion 40. El evaporador 1 preferiblemente incluye ademas un elemento deflector 50 tal como muestra la fig. 7 aunque la ilustracion del elemento deflector 50 se omite en las figs. 4-6 por motivos de brevedad.

La parte de distribucion 20 esta configurada y dispuesta tanto para servir de separador de gas-lfquido asf como de distribuidor de refrigerante. Tal como muestra la fig. 5, la parte de distribucion 20 incluye una parte de tubena de entrada 21, una primera parte de bandeja 22 y una pluralidad de segundas partes de bandeja 23.

Tal como muestra la fig. 6, la parte de tubena de entrada 21 se extiende generalmente en paralelo al eje C central longitudinal de la carcasa 10. La parte de tubena de entrada 21 esta en conexion de fluido con la tubena de entrada de refrigerante 11 de la carcasa 10 de modo que el refrigerante en dos fases se introduce en la parte de tubena de entrada 21 mediante la tubena de entrada de refrigerante 11. La parte de tubena de entrada 21 incluye una pluralidad de aberturas 21a dispuestas a lo largo de la longitud longitudinal de la parte de tubena de entrada 21 para descargar el refrigerante en dos fases. Cuando el refrigerante en dos fases se descarga de las aberturas 21a de la parte de tubena de entrada 21, el componente lfquido del refrigerante en dos fases descargado de las aberturas 21a de la parte de tubena de entrada 21 se recibe por la primera parte de bandeja 22. Por otro lado, el componente de vapor del refrigerante en dos fases fluye hacia arriba e impacta contra el elemento deflector 50 mostrado en la fig. 7, de modo que las gotitas de lfquido arrastradas en el vapor se capturan por el elemento deflector 50. Las gotitas de lfquido capturadas por el elemento deflector 50 se grnan a lo largo de una superficie inclinada del elemento deflector 50 hacia la primera parte de bandeja 22. El elemento deflector 50 puede estar configurado como un elemento de placa, un tamiz de malla o similar. El componente de vapor fluye hacia abajo a lo largo del elemento deflector 50 y entonces cambia su direccion hacia arriba hacia la tubena de salida 12. El vapor de refrigerante se descarga hacia el compresor 2 mediante la tubena de salida 12.

Tal como muestran las figs. 5 y 6, la primera parte de bandeja 22 se extiende generalmente en paralelo al eje C central longitudinal de la carcasa 10. Tal como muestra la fig. 7, se dispone una superficie de fondo de la primera parte de bandeja 22 debajo de la parte de tubena de entrada 21 para recibir el refrigerante lfquido descargado de las aberturas 21a de la parte de tubena de entrada 21. En el primer modo de realizacion, la parte de tubena de entrada 21 esta dispuesta dentro de la primera parte de bandeja 22 de modo que no se forma ningun hueco vertical entre la superficie de fondo de la primera parte de bandeja 22 y la parte de tubena de entrada 21 tal como muestra la fig. 7. En otras palabras, en el primer modo de realizacion, la mayor parte de la parte de tubena de entrada 21 se solapa con la primera parte de bandeja 22 cuando se observa a lo largo de una direccion horizontal perpendicular al eje C central longitudinal de la carcasa 10 tal como muestra la fig. 6. Esta disposicion es ventajosa porque puede reducirse un volumen global del refrigerante lfquido acumulado en la primera parte de bandeja 22 a la vez que se mantiene un nivel (altura) relativamente alto del refrigerante lfquido acumulado en la primera parte de bandeja 22. Alternativamente, la parte de tubena de entrada 21 y la primera parte de bandeja 22 pueden estar dispuestas de modo que se forma un hueco vertical mayor entre la superficie de fondo de la primera parte de bandeja 22 y la parte de tubena de entrada 21. Preferiblemente, la parte de tubena de entrada 21, la primera parte de bandeja 22 y el elemento deflector 50 se acoplan conjuntamente y se suspenden desde arriba en una parte superior de la carcasa 10 de manera adecuada.

Tal como muestran las figs. 5 y 7, la primera parte de bandeja 22 tiene una pluralidad de primeras aberturas de descarga 22a desde las que el refrigerante lfquido acumulado en la misma se descarga hacia abajo. El refrigerante lfquido descargado desde las primeras aberturas de descarga 22a de la primera parte de bandeja 22 se recibe por una de las segundas partes de bandeja 23 dispuestas debajo de la primera parte de bandeja 22.

Tal como muestran las figs. 5 y 6, la parte de distribucion 20 del primer modo de realizacion incluye tres segundas partes de bandeja 23 identicas. Las segundas partes de bandeja 23 estan alineadas una junto a otra a lo largo del eje C central longitudinal de la carcasa 10. Tal como muestra la fig. 6, una longitud longitudinal global de las tres segundas partes de bandeja 23 es sustancialmente la misma que la longitud longitudinal de la primera parte de bandeja 22 tal como muestra la fig. 6. Se fija una anchura transversal de la segunda parte de bandeja 23 para ser mayor que la anchura transversal de la primera parte de bandeja 22 de modo que la segunda parte de bandeja 23 se

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extiende sustancialmente sobre la anchura total del haz de tubos 30 tal como muestra la fig. 7. Las segundas partes de bandeja 23 estan dispuestas de modo que el refrigerante lfquido acumulado en las segundas partes de bandeja 23 no se comunica entre las segundas partes de bandeja 23. Tal como muestran las figs. 5 y 7, cada una de las segundas partes de bandeja 23 tiene una pluralidad de segundas aberturas de descarga 23a desde las que el refrigerante lfquido se descarga hacia abajo hacia el haz de tubos 30.

Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que la estructura y la configuracion de la parte de distribucion 20 no estan limitadas a las descritas en el presente documento. Puede usarse cualquier estructura convencional para distribuir el refrigerante lfquido hacia abajo sobre el haz de tubos 30 para llevar a cabo la presente invencion. Por ejemplo, puede usarse un sistema de distribucion convencional que usa tubos rociadores de arboles y similares como la parte de distribucion 20. En otras palabras, puede usarse cualquier sistema de distribucion convencional que sea compatible con un evaporador de tipo de pelmula descendente como la parte de distribucion 20 para llevar a cabo la presente invencion.

El haz de tubos 30 se dispone debajo de la parte de distribucion 20 de modo que el refrigerante lfquido descargado de la parte de distribucion 20 se suministra sobre el haz de tubos 30. El haz de tubos 30 incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor 31 que se extienden generalmente en paralelo al eje C central longitudinal de la carcasa 10 tal como muestra la fig. 6. Los tubos de transferencia de calor 31 estan hechos de materiales que tienen alta conductividad termica, tales como metal, y preferiblemente dotados de ranuras internas y externas para promover de manera adicional el intercambio de calor entre el refrigerante y el agua que fluye dentro de los tubos de transferencia de calor 31. Dichos tubos de transferencia de calor que incluyen las ranuras internas y externas se conocen bien en la tecnica. Por ejemplo, pueden usarse los tubos Thermoexel-E de Hitachi Cable Ltd. como tubos de transferencia de calor 31 de este modo de realizacion. Tal como muestra la fig. 5, los tubos de transferencia de calor 31 se soportan en una pluralidad placas de soporte 32 que se extienden en vertical, que estan acopladas de manera fija a la carcasa 10. En el primer modo de realizacion, el haz de tubos 30 se dispone para formar un sistema de dos pases, en el que los tubos de transferencia de calor 31 se dividen en un grupo de lmea de suministro dispuesto en una region inferior del haz de tubos 30, y un grupo de lmea de retorno dispuesto en una region superior del haz de tubos 30. Tal como muestra la fig. 6, los extremos de entrada de los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro estan en conexion de fluido con la tubena de entrada de agua 15 mediante la camara de agua de entrada 13a del elemento de cabezal de conexion 13 de modo que el agua que entra en el evaporador 1 se distribuye a los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro. Los extremos de salida de los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro y los extremos de entrada de los tubos de transferencia de calor 31 de los tubos de lmea de retorno estan en comunicacion de fluido con una camara de agua 14a del elemento de cabezal de retorno 14. Por tanto, el agua que fluye dentro los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro se descarga en la camara de agua 14a, y se redistribuye a los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de retorno. Los extremos de salida de los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de retorno estan en comunicacion de fluido con la tubena de salida de agua 16 mediante la camara de agua de salida 13b del elemento de cabezal de conexion 13. Por tanto, el agua que fluye dentro los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de retorno sale del evaporador 1 a traves de la tubena de salida de agua 16. En un evaporador de dos pases tfpico, la temperatura del agua que entra en la tubena de entrada de agua 15 puede ser de aproximadamente 54 grados F (aproximadamente 12°C), y el agua se enfna hasta aproximadamente 44 grados F (aproximadamente 7°C) cuando sale de la tubena de salida de agua 16. A pesar de que, en este modo de realizacion, el evaporador 1 se dispone para formar un sistema de dos pases en el que el agua entra y sale por el mismo lado del evaporador 1, resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que puede usarse otro sistema convencional tal como un sistema de un pase o de tres pases. Ademas, en el sistema de dos pases, el grupo de lmea de retorno puede disponerse debajo o junto al grupo de lmea de suministro en lugar de en la disposicion ilustrada en el presente documento.

La geometna detallada del haz de tubos del evaporador 1 segun el primer modo de realizacion se explicara en referencia a la fig. 7. La fig. 7 es una vista en seccion transversal simplificada del evaporador 1 segun una lmea de seccion 7-7' en la fig. 3.

Tal como se describio anteriormente, el refrigerante en un estado de dos fases se suministra a traves del conducto de suministro 6 a la parte de tubena de entrada 21 de la parte de distribucion 20 mediante la tubena de entrada 11. En la fig. 7, se ilustra esquematicamente el flujo de refrigerante en el circuito de refrigeracion, y la tubena de entrada 11 se omite por motivos de brevedad. El componente de vapor del refrigerante suministrado a la parte de distribucion 20 se separa del componente lfquido en la primera seccion de bandeja 22 de la parte de distribucion 20 y sale del evaporador 1 a traves de la tubena de salida 12. Por otro lado, el componente lfquido del refrigerante en dos fases se acumula en la primera parte de bandeja 22 y despues en las segundas partes de bandeja 23, y se descarga de las aberturas de descarga 23a de la segunda parte de bandeja 23 hacia abajo hacia el haz de tubos 30.

Los tubos de transferencia de calor 31 del haz de tubos 30 estan configurados y dispuestos para realizar la evaporacion de la pelmula descendente del refrigerante lfquido distribuido desde la parte de distribucion 20. Mas espedficamente, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que el refrigerante lfquido descargado de la parte de distribucion 20 forma una capa (o una pelmula) a lo largo de una pared externa de cada uno de los tubos de transferencia de calor 31, donde el refrigerante lfquido se evapora como vapor de refrigerante a

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medida que absorbe calor del agua que fluye dentro los tubos de transferencia de calor 31. Tal como muestra la fig. 7, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos en una pluralidad de columnas verticales que se extienden paralelas entre s^ cuando se observan en una direccion paralela al eje C central longitudinal de la carcasa 10 (tal como muestra la fig. 7). Por tanto, el refrigerante desciende hacia abajo desde un tubo de transferencia de calor hasta otro debido a la fuerza de la gravedad en cada una de las columnas de los tubos de transferencia de calor 31. Las columnas de los tubos de transferencia de calor 31 se disponen con respecto a las segundas aberturas de descarga 23a de la segunda parte de bandeja 23 de modo que el refrigerante lfquido descargado de las segundas aberturas de descarga 23a se deposita sobre el mas superior de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas. En el primer modo de realizacion, las columnas de los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestas en un patron escalonado tal como muestra la fig. 7. En el primer modo de realizacion, un paso vertical entre dos tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 es sustancialmente constante. Asimismo, un paso horizontal entre dos columnas adyacentes de las columnas de los tubos de transferencia de calor 31 es sustancialmente constante.

Una parte del refrigerante lfquido que se ha vaporizado se expande significativamente en volumen en todas las direcciones, causando un desplazamiento o flujo transversal por el refrigerante vaporizado en una direccion transversal. Se ha descubierto que la velocidad de vapor de este flujo transversal es mas alta en una region superior y una region externa de un haz de tubos cuando tanto un paso vertical como un paso horizontal entre tubos de transferencia de calor del haz de tubos son sustancialmente constantes. Si dicha velocidad de vapor local dentro del haz de tubos se vuelve demasiado alta, particularmente en una direccion transversal del haz de tubos, puede producirse una alteracion de la pelmula de refrigerante lfquido que se desarrolla alrededor tubos individuales. La fig. 8 incluye vistas en seccion transversal esquematicas ampliadas de los tubos de transferencia de calor que ilustran un estado ideal del refrigerante lfquido que desciende de un tubo a otro (diagrama (a)), y que ilustran un estado en el que el flujo vertical del refrigerante lfquido que desciende de un tubo a otro se ve afectado por el flujo de vapor transversal (diagrama (b)). Tal como muestra el diagrama (b), la alteracion de la pelmula de refrigerante lfquido puede conducir a la formacion de zonas secas, lo que degrada el rendimiento global de transferencia de calor del evaporador de pelfcula descendente. Ademas, el flujo de vapor a alta velocidad en la region superior del haz de tubos causa que las gotitas de lfquido se arrastren en el vapor tal como muestra el diagrama (b), y las gotitas de lfquido arrastradas se transportaran al compresor 2. La influencia de un fenomeno de este tipo es aun mayor en un evaporador a gran escala.

Por consiguiente, el haz de tubos 30 del primer modo de realizacion tiene una disposicion recomendada para suprimir la formacion de flujo de vapor a alta velocidad en el haz de tubos 30. En el primer modo de realizacion, se fija un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas para ser mayor en una region superior del haz de tubos 30 que en una region inferior del haz de tubos 30.

Mas espedficamente, tal como muestra la fig. 7, el paso vertical (V1, V2, V3, ..., Vn) aumenta gradualmente de un paso vertical mmimo Vn entre el mas inferior y el segundo mas inferior de los tubos de transferencia de calor 31 hasta un paso vertical maximo V1 entre el segundo mas superior y el mas superior de los tubos de transferencia de calor 31. El paso vertical maximo V1 se fija para ser una distancia que garantiza un goteo fiable del refrigerante lfquido del mas superior de los tubos de transferencia de calor 31 al segundo mas superior de los tubos de transferencia de calor 31. Por ejemplo, cuando un paso vertical mmimo Vn es de aproximadamente 3,5 mm, un paso vertical maximo V1 es preferiblemente de aproximadamente 8 mm.

Mediante el aumento del paso vertical en una region superior del haz de tubos 30, puede aumentarse el area de seccion transversal de canales a traves de los cuales pasa el flujo transversal. Por tanto, un aumento de la velocidad de vapor en la region superior del haz de tubos 30 puede suprimirse con una estructura simple. Por consiguiente, con la disposicion del haz de tubos 30 segun el primer modo de realizacion, la velocidad de vapor en el haz de tubos 30 no excede una velocidad maxima recomendada (por ejemplo, aproximadamente de 0,7 m/s a 1,0 m/s) en ninguna ubicacion del haz de tubos 30. Por tanto, puede eliminarse la alteracion de flujo vertical del refrigerante lfquido debido a un flujo transversal a alta velocidad, evitando por tanto la formacion de zonas secas en los tubos de transferencia de calor 31. Ademas, dado que la velocidad del flujo de vapor puede suprimirse segun el primer modo de realizacion, tambien puede reducirse la aparicion de las gotitas de lfquido arrastradas.

La disposicion del haz de tubos 30 no esta limitada a las ilustradas en la fig. 7. Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en el presente documento sin alejarse del alcance de la invencion. Se explicaran varios ejemplos modificados en referencia a las figs. 9 a 13.

La fig. 9 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 1A que ilustra un primer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 30A segun el primer modo de realizacion. El evaporador 1A es basicamente el mismo que el evaporador 1 ilustrado en las figs. 2 a 7 excepto por la geometna del haz de tubos 30A. Mas espedficamente, en este ejemplo modificado, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas en la region inferior del haz de tubos 30A es un primer paso vertical VS, y un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas en la region superior del haz de

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tubos 30A es un segundo paso vertical VL que es mayor que el primer paso vertical VS. Con este ejemplo modificado, pueden obtenerse efectos similares a los comentados anteriormente con una estructura aun mas simple.

La fig. 10 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 1B que ilustra un segundo ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 30B segun el primer modo de realizacion. El evaporador 1B es basicamente el mismo que el evaporador 1A mostrado en la fig. l2 excepto por la geometna del haz de tubos 30B. Mas espedficamente, en este ejemplo modificado, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que el paso vertical (V1, V2, V3, ...) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas dispuestas en la region superior del haz de tubos aumenta gradualmente a medida que avanza hacia arriba, mientras que se fija el paso vertical en la region inferior a un paso (VS) constante, que es mas pequeno que los pasos verticales en la region superior. Con este ejemplo modificado, tambien pueden obtenerse efectos similares a los comentados anteriormente con una estructura aun mas simple.

La fig. 11 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 1C que ilustra un tercer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 30C segun el primer modo de realizacion. El evaporador 1C es basicamente el mismo que el evaporador 1 mostrado en la fig. 7 excepto por el hecho de que un hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 30C y la region inferior del haz de tubos 30C tal como muestra la fig. 11.

La fig. 12 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 1D que ilustra un cuarto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 30D segun el primer modo de realizacion. El evaporador 1C es basicamente el mismo que el evaporador 1A mostrado en la fig. 9 excepto por el hecho de que un hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 30D y la region inferior del haz de tubos 30D tal como muestra la fig. 12.

La fig. 13 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 1E que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 30E segun el primer modo de realizacion. El evaporador 1E es basicamente el mismo que el evaporador 1B mostrado en la fig. 10 excepto por el hecho de que el hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 30E y la region inferior del haz de tubos 30E tal como muestra la fig. 13.

En los ejemplos mostrados en las figs. 11 a 13, el vapor de refrigerante formado en la region inferior del haz de tubos 30C, 30D o 30E, fluye transversalmente en el hueco G hacia fuera del haz de tubos 30C, 30D o 30E. Por tanto, la velocidad de vapor en la region superior del haz de tubos 30C, 30D o 30E puede reducirse adicionalmente.

Segundo modo de realizacion

Haciendo ahora referencia a las figs. 14 a 19, ahora se explicara un evaporador 101 segun un segundo modo de realizacion. En vista de las similitudes entre los modos de realizacion primero y segundo, las partes del segundo modo de realizacion que son identicas a las partes del primer modo de realizacion tendran los mismos numeros de referencia que las partes del primer modo de realizacion. Ademas, las descripciones de las partes del segundo modo de realizacion que son identicas a las partes del primer modo de realizacion pueden omitirse por motivos de brevedad.

El evaporador 101 segun el segundo modo de realizacion es basicamente el mismo que el evaporador 1 del primer modo de realizacion ilustrado en las figs. 2 a 7 excepto por la geometna de un haz de tubos 130. En el segundo modo de realizacion, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que un paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas es mayor en una region externa del haz de tubos 130 que en una region interna del haz de tubos 130.

Mas espedficamente, en el ejemplo mostrado en la fig. 14, el paso horizontal (H1, H2,... Hn) entre columnas adyacentes de las columnas de los tubos de transferencia de calor 31 aumenta gradualmente de un paso horizontal irnnimo Hn en la region interna a un paso horizontal maximo H1 en la region externa del haz de tubos 130. Dado que el paso horizontal se amplfa en la region externa del haz de tubos 130, se hace que el flujo de vapor fluya hacia arriba (verticalmente) en la region externa del haz de tubos 130. Como resultado, puede suprimirse la velocidad de vapor del flujo transversal de modo que la velocidad de vapor no excede una velocidad maxima recomendada en ninguna ubicacion.

La disposicion del haz de tubos 130 no se limita a las ilustradas en la fig. 14. Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en el presente documento sin alejarse del alcance de la invencion. Se explicaran varios ejemplos modificados en referencia a las figs. 15 a 19.

La fig. 15 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 101A que ilustra un primer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 130A segun el segundo modo de realizacion. El evaporador 101A es basicamente el mismo que el evaporador 101 ilustrado en la fig. 14 excepto por la geometna del haz de

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tubos 130A. Mas espedficamente, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que un paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas en la region interna del haz de tubos 130A es un primer paso horizontal HS, y el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas en la region externa del haz de tubos 130A es un segundo paso horizontal HL que es mayor que el primer paso horizontal HS. Con este ejemplo modificado, pueden obtenerse efectos similares a los comentados anteriormente con una estructura aun mas simple.

La fig. 16 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 101B que ilustra un segundo ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 130B segun el segundo modo de realizacion. El evaporador 101B es basicamente el mismo que el evaporador 101A mostrado en la fig. 15 excepto por la geometna del haz de tubos 130B. Mas espedficamente, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que el paso horizontal (H1, H2,...) entre columnas adyacentes de las columnas en la region externa del haz de tubos 130B aumenta gradualmente hacia fuera del haz de tubos 130B, mientras que se fija el paso horizontal en la region externa a un paso (HS) constante, que es mas pequeno que los pasos horizontales en la region externa. Con este ejemplo modificado, tambien pueden obtenerse efectos similares a los comentados anteriormente con una estructura aun mas simple.

La fig. 17 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 101C que ilustra un tercer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 130C segun el segundo modo de realizacion. El evaporador 101C es basicamente el mismo que el evaporador 101 mostrado en la fig. 14 excepto por el hecho de que un hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 130C y la region inferior del haz de tubos 130C tal como muestra la fig. 17.

La fig. 18 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 101D que ilustra un cuarto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 130D segun el segundo modo de realizacion. El evaporador 101D es basicamente el mismo que el evaporador 101A mostrado en la fig. 15 excepto por el hecho de que un

hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 130D y la region inferior del haz de tubos 130D tal

como muestra la fig. 18.

La fig. 19 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 101E que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 130E segun el segundo modo de realizacion. El evaporador 101E es basicamente el mismo que el evaporador 101B mostrado en la fig. 16 excepto por el hecho de que un

hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 130E y la region inferior del haz de tubos 130E tal

como muestra la fig. 19.

En los ejemplos mostrados en las figs. 17 a 19, el vapor de refrigerante formado en la region inferior del haz de tubos 130C, 130D o 130E fluye transversalmente en el hueco G hacia fuera del haz de tubos 130C, 130D o 130E. Por tanto, la velocidad de vapor en la region superior del haz de tubos 130C, 130D o 130E puede reducirse adicionalmente.

Tercer modo de realizacion

Haciendo ahora referencia a las figs. 20 a 25, ahora se explicara un evaporador 201 segun un tercer modo de realizacion. En vista de las similitudes entre los modos de realizacion primero, segundo y tercero, las partes del tercer modo de realizacion que son identicas a las partes de los modos de realizacion primero o segundo tendran los mismos numeros de referencia que las partes de los modos de realizacion primero o segundo. Ademas, las descripciones de las partes del tercer modo de realizacion que son identicas a las partes de los modos de realizacion primera o segunda pueden omitirse por motivos de brevedad.

El evaporador 201 segun el segundo modo de realizacion es basicamente el mismo que el evaporador 1 del primer modo de realizacion ilustrado en las figs. 2 a 7 excepto por la geometna de un haz de tubos 230. En el tercer modo de realizacion, un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas se fija para ser mayor en una region superior del haz de tubos 230 que en una region inferior del haz de tubos 230. Adicionalmente, un paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas se fija para ser mayor en una region externa del haz de tubos 230 que en una region interna del haz de tubos 230.

Mas espedficamente, en el ejemplo mostrado en la fig. 14, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas en la region inferior del haz de tubos 230 es un primer paso vertical VS, y un paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas en la region superior del haz de tubos 230 es un segundo paso vertical VL que es mayor que el primer paso vertical VS. Adicionalmente, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que un paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas en la region interna del haz de tubos 230 es un primer paso horizontal HS, y el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas en la region externa del haz de tubos 230 es un segundo paso horizontal HL que es mayor que el primer paso horizontal HS. Mediante el aumento del paso vertical en una region superior del haz de tubos 230, puede aumentarse el area de seccion transversal de canales a traves de los que pasa el flujo transversal. Por tanto, un aumento de la velocidad de vapor en la region superior del haz de tubos 30 puede

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suprimirse con una estructura simple. Ademas, dado que el paso horizontal se amplfa en la region externa del haz de tubos 230, se hace que el flujo de vapor fluya hacia arriba (verticalmente) en la region externa del haz de tubos 230. Como resultado, puede suprimirse la velocidad de vapor del flujo transversal de modo que la velocidad de vapor no excede una velocidad maxima recomendada en ninguna ubicacion. Por consiguiente, con la disposicion del haz de tubos 230 segun el primer modo de realizacion, la velocidad de vapor en el haz de tubos 230 no excede una velocidad maxima recomendada en ninguna ubicacion del haz de tubos 230. Por tanto, puede eliminarse la alteracion de flujo vertical del refrigerante lfquido debido a flujo transversal a alta velocidad, evitando por tanto la formacion de zonas secas en los tubos de transferencia de calor 31. Ademas, dado que la velocidad del flujo de vapor puede suprimirse segun el primer modo de realizacion, tambien puede reducirse la aparicion de las gotitas de lfquido arrastradas.

La disposicion del haz de tubos 230 no se limita a las ilustradas en la fig. 20. Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en el presente documento sin alejarse del alcance de la invencion. Se explicaran varios ejemplos modificados en referencia a las figs. 21 a 25.

La fig. 21 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 201A que ilustra un primer ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 230A segun el tercer modo de realizacion. El evaporador 201A es basicamente el mismo que el evaporador 201 ilustrado en la fig. 20 excepto por la geometna del haz de tubos 230A. Mas espedficamente, en este ejemplo modificado, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que el paso vertical (V1, V2, V3, ...) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor 31 en cada una de las columnas dispuestas en la region superior del haz de tubos 230A aumenta gradualmente a medida que avanza hacia arriba, mientras que se fija el paso vertical en la region inferior del haz de tubos 230A a un paso (VS) constante, que es mas pequeno que los pasos verticales en la region superior. Ademas, los tubos de transferencia de calor 31 estan dispuestos de modo que el paso horizontal (H1, H2,...) entre columnas adyacentes de las columnas en la region externa del haz de tubos 230A aumenta gradualmente hacia fuera del haz de tubos 230A, mientras que se fija el paso horizontal en la region externa a un paso (HS) constante, que es mas pequeno que los pasos horizontales en la region externa. Con este ejemplo modificado, pueden obtenerse efectos similares a los comentados anteriormente con una estructura aun mas simple.

La fig. 22 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 201B que ilustra un segundo ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 230B segun el tercer modo de realizacion. El evaporador 201B es basicamente el mismo que el evaporador 201A mostrado en la fig. 21 excepto por el hecho de que algunos de los tubos de transferencia de calor 31 se eliminan en la region superior externa en el haz de tubos 230B para formar espacios S tal como muestra la fig. 22. En este ejemplo, los espacios S se forman entre la parte de distribucion 20 y el haz de tubos 230B. Dado que el tamano y la posicion de las aberturas de descarga (en este ejemplo, las aberturas de descarga 23a de la segunda parte de bandeja 23) son fijos, el refrigerante lfquido puede depositarse de manera fiable sobre los tubos de transferencia de calor mas superiores aun cuando se forman los espacios S entre los mismos.

Con la disposicion mostrada en la fig. 22, se forma un canal de vapor aun mas ancho en la region superior externa en el haz de tubos 230B. Por tanto, el aumento de la velocidad de vapor en la region superior del haz de tubos 30 puede suprimirse aun mas con una estructura simple. Ademas, dado que el arrastre de gotitas de lfquido por el vapor se produce con mayor probabilidad en la region superior externa del haz de tubos 230B, tambien puede reducirse la aparicion de las gotitas de lfquido arrastradas con el ejemplo mostrado en la fig. 22.

La fig. 23 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 201C que ilustra un cuarto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 230C segun el tercer modo de realizacion. El evaporador 201C es basicamente el mismo que el evaporador 201 mostrado en la fig. 20 excepto por el hecho de que un hueco G esta formado entre los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro del haz de tubos 230C y los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de retorno del haz de tubos 230C tal como muestra la fig. 23. El hueco G se forma en una posicion que se corresponde con el deflector de agua 13c del elemento de cabezal de conexion 13, y se extiende longitudinalmente por la totalidad el evaporador 201C.

La fig. 24 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 201D que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 230D segun el tercer modo de realizacion. El evaporador 201D es basicamente el mismo que el evaporador 201A mostrado en la fig. 21 excepto por el hecho de que un hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 230D y la region inferior del haz de tubos 230E tal como muestra la fig. 24.

La fig. 25 es una vista en seccion transversal simplificada de un evaporador 201E que ilustra un quinto ejemplo modificado para una disposicion de un haz de tubos 230E segun el tercer modo de realizacion. El evaporador 201E es basicamente el mismo que el evaporador 201B mostrado en la fig. 22 excepto por el hecho de que un hueco G esta formado entre la region superior del haz de tubos 230E y la region inferior del haz de tubos 230E tal como muestra la fig. 25.

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En los ejemplos mostrados en las figs. 17 a 19, el vapor de refrigerante formado en la region inferior del haz de tubos 230C, 230D o 230E fluye transversalmente en el hueco G hacia fuera del haz de tubos 230C, 230D o 230E. Por tanto, la velocidad de vapor en la region superior del haz de tubos 230C, 230D o 230E puede reducirse adicionalmente.

Cuarto modo de realizacion

Haciendo ahora referencia a las figs. 26 y 27, ahora se explicara un evaporador 301 segun un cuarto modo de realizacion. En vista de las similitudes entre los modos de realizacion primero a cuarto, las partes del cuarto modo de realizacion que son identicas a las partes de los modos de realizacion primero, segundo o tercero tendran los mismos numeros de referencia que las partes de los modos de realizacion primero, segundo o tercero. Ademas, las descripciones de las partes del cuarto modo de realizacion que son identicas a las partes de los modos de realizacion primero, segundo o tercero pueden omitirse por motivos de brevedad.

En el evaporador 301 del cuarto modo de realizacion, se proporciona una parte de bandeja intermedia 60 entre los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro y los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de retorno. La parte de bandeja intermedia 60 incluye una pluralidad de aberturas de descarga 60a a traves de las cuales el refrigerante lfquido se descarga hacia abajo.

Tal como se comento anteriormente, el evaporador 301 incorpora un sistema de dos pases en el que el agua, en primer lugar, fluye dentro de los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro, que se dispone en una region inferior del haz de tubos 330, y despues se dirige para fluir dentro de los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de retorno, que se dispone en una region superior del haz de tubos 330. Por tanto, el agua que fluye dentro los tubos de transferencia de calor 31 en el grupo de lmea de suministro cerca de la camara de agua de entrada 13a tiene la temperatura mas alta, y por tanto, se requiere una cantidad mayor de transferencia de calor. Por ejemplo, tal como muestra la fig. 27, la temperatura del agua que fluye dentro los tubos de transferencia de calor 31 cerca de la camara de agua de entrada 13a es la mas alta. Por tanto, se requiere una cantidad mayor de transferencia de calor en los tubos de transferencia de calor 31 cerca de la camara de agua de entrada 13a. Una vez que se seca esta region de los tubos de transferencia de calor 31 debido a una distribucion desigual del refrigerante desde la parte de distribucion 20, se fuerza al evaporador 301 a realizar transferencia de calor usando areas de superficie limitadas de los tubos de transferencia de calor 31 que no se han secado, y el evaporador 301 se mantiene en equilibrio con la presion en ese momento. En tal caso, con el fin de volver a humedecer las partes secas de los tubos de transferencia de calor 31, se requerira mas carga de refrigerante que la cantidad normalizada (por ejemplo, el doble).

Por tanto, en el cuarto modo de realizacion, la parte de bandeja intermedia 60 se dispone en una ubicacion por encima de los tubos de transferencia de calor 31 lo que requiere una cantidad mayor de transferencia de calor. El refrigerante lfquido que desciende desde arriba se recibe en la parte de bandeja intermedia 60, y se redistribuye uniformemente hacia los tubos de transferencia de calor 31, lo que requiere una cantidad mayor de transferencia de calor. Por consiguiente, se impide que estas partes de los tubos de transferencia de calor 31 se sequen, y la transferencia de calor puede realizarse de manera eficaz usando sustancialmente todas las areas de superficie de las paredes externas de los tubos de transferencia de calor 31.

Cuando la parte de bandeja intermedia 60 se usa como en el cuarto modo de realizacion, es preferible fijar un paso vertical VM entre los tubos de transferencia de calor 31 en la region inferior del haz de tubos 330 para que sea ligeramente mayor que el paso vertical VS usado en los modos de realizacion anteriores en las que no se proporciona ninguna parte de bandeja intermedia. Mas espedficamente, la parte de bandeja intermedia 60 bloquea parcialmente las trayectorias de flujo para el vapor generado en la region inferior del haz de tubos 330. Por tanto, se fija preferiblemente el paso vertical VM para ser mayor que el paso vertical mmimo para permitir que el vapor fluya hacia fuera y para impedir que la velocidad de flujo exceda un nivel recomendado en la region inferior del haz de tubos 330. El paso vertical VM en la region inferior del haz de tubos 330 puede ser igual a o mas pequeno que el paso vertical Vl en la region superior del haz de tubos 330. Cuando la parte de bandeja intermedia 60 se dispone solamente en una parte de la longitud longitudinal del haz de tubos 330 tal como muestra la fig. 27, el vapor generado en la parte debajo de la parte de bandeja intermedia 60 puede asimismo fluir a lo largo de la direccion longitudinal y salir del haz de tubos 330. Por tanto, en tal caso, puede fijarse el paso vertical VM en la region inferior para ser aproximadamente la mitad del paso vertical VL en la region superior.

A pesar de que, en el cuarto modo de realizacion, la parte de bandeja intermedia 60 se proporciona solamente de manera parcial con respecto a la direccion longitudinal del haz de tubos 330 tal como muestra la fig. 25, pueden proporcionarse la parte de bandeja intermedia 60 o una pluralidad de partes de bandeja intermedias 60 para extenderse sustancialmente por toda la longitud longitudinal del haz de tubos 330.

De manera similar al primer modo de realizacion, las disposiciones para un haz de tubos 330 y la parte en depresion 40 en el cuarto modo de realizacion no estan limitadas a las ilustradas en la fig. 26. Resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en el presente documento sin alejarse del alcance de la invencion. Por ejemplo, la parte de bandeja intermedia 60 puede

5

10

15

20

25

combinarse con cualquiera de las disposiciones mostradas en las figs. 9-24.

Interpretacion general de los terminos

Para comprender el alcance de la presente invencion, el termino “que comprende” y sus derivados, tal como se usan en el presente documento, se pretende que sean terminos abiertos que especifican la presencia de las caractensticas, elementos, componentes, grupos, numero enteros, y/o etapas expuestos, pero no excluyen la presencia de otras caractensticas, elementos, componentes, grupos, numero enteros y/o etapas no expuestos. Lo anterior se aplica asimismo a palabras que tienen significados similares tales como los terminos “que incluye”, “que tiene” y sus derivados. Asimismo, los terminos “parte”, “seccion”, o “elemento” cuando se usan en singular pueden tener el doble significado de una unica parte o de una pluralidad de partes. Tal como se usa en el presente documento para describir los modos de realizacion anteriores, los siguientes terminos de direccion “superior”, “inferior”, “encima”, “hacia abajo”, “vertical”, “horizontal”, “debajo” y “transversal” asf como cualquier otro termino de direccion similar se refieren a las direcciones de un evaporador cuando un eje central longitudinal del mismo esta orientado de manera sustancialmente horizontal tal como muestran las figs. 6 y 7. Por consiguiente, estos terminos, tal como se usan para describir la presente invencion deben interpretarse con referencia a un evaporador tal como se usa en la posicion normal de funcionamiento. Finalmente, terminos de grado tales como “sustancialmente”, “aproximadamente” y “alrededor de” tal como se usan en el presente documento significan una cantidad razonable de desviacion del termino modificado de modo que el resultado final no cambie significativamente.

Aunque solo se han elegido modos de realizacion seleccionados para ilustrar la presente invencion, resultara evidente para los expertos en la tecnica a partir de esta divulgacion que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en el presente documento sin alejarse del alcance de la invencion tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, puede cambiarse el tamano, forma, ubicacion u orientacion de los diversos componentes segun se necesite y/o se desee. Los componentes que se han mostrado directamente conectados o en contacto entre sf pueden tener estructuras intermedias dispuestas entre ellos. Las funciones de un elemento se pueden llevar a cabo por dos, y viceversa.

Claims (9)

1.

10

15

20

25 2.

3.

30

35 4.

40

5.

45 6.

7.

50

8.

55

9.

60

65

REIVINDICACIONES

Intercambiador de calor (1) adaptado para usarse en un sistema de compresion de vapor, que comprende:

una carcasa (10) con un eje central longitudinal que se extiende generalmente en paralelo a un plano horizontal;

una parte de distribucion (21, 22) dispuesta dentro de la carcasa, y configurada y dispuesta para distribuir un refrigerante; y

un haz de tubos (30) que incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor (31) dispuestos dentro de la carcasa (10) debajo de la parte de distribucion (21, 22) de modo que el refrigerante descargado de la parte de distribucion se suministra sobre el haz de tubos (30), extendiendose los tubos de transferencia de calor (31) generalmente en paralelo al eje central longitudinal de la carcasa y dispuestos en una pluralidad de columnas que se extienden paralelas entre sf cuando se observan a lo largo del eje central longitudinal de la carcasa, caracterizado porque el haz de tubos tiene al menos una de

una disposicion en la que un paso vertical (Vi) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor (31) en al menos una de las columnas es mayor en una region superior del haz de tubos que en una region inferior del haz de tubos, y

una disposicion en la que un paso horizontal (Hi) entre columnas adyacentes de las columnas es mayor en una region externa del haz de tubos que en una region interna del haz de tubos.

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el paso vertical (Vi) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas aumenta gradualmente desde la parte inferior hasta la region superior del haz de tubos.

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el paso vertical (Vi) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas dispuesta en la region inferior del haz de tubos es un primer paso vertical (VS), y el paso vertical (VL) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas dispuesta en la region superior del haz de tubos es un segundo paso vertical que es mayor que el primer paso vertical.

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el paso vertical (VS) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas dispuesta en la region inferior del haz de tubos es constante, y el paso vertical (VL) entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas dispuesta en la region superior del haz de tubos aumenta gradualmente en una direccion desde la parte inferior hasta la region superior del haz de tubos.

El intercambiador de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor (31) dispuestos en cada de las columnas es mayor en la region superior del haz de tubos que en la region inferior del haz de tubos.

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas aumenta gradualmente desde la region interna hasta la region externa del haz de tubos (30).

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas dispuestas en la region interna del haz de tubos es un primer paso horizontal, y el paso horizontal entre las columnas dispuestas en la parte externa del haz de tubos (30) es un segundo paso horizontal que es mayor que el primer paso horizontal.

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas dispuestas en la region interna del haz de tubos es constante, y el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas dispuestas en la parte externa del haz de tubos (30) aumenta gradualmente en una direccion desde la region interna hasta la region externa del haz de tubos.

El intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, en el que el haz de tubos (30) tiene

tanto la disposicion en la que el paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas es mayor en la region superior del haz de tubos que en la region inferior del haz de tubos,

como la disposicion en la que el paso horizontal entre columnas adyacentes de las columnas es mayor en

la region externa del haz de tubos que en la region interna del haz de tubos.

El intercambiador de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que una distancia vertical entre la parte de distribucion y el haz de tubos (30) es mayor en la region externa del haz de tubos que en la region interna del haz de tubos.

11. El intercambiador de calor segun la reivindicacion 7, en el que la distancia vertical entre la parte de distribucion y el haz de tubos (30) aumenta gradualmente desde la region interna hasta la region externa del haz de tubos.

10

12. El intercambiador de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que un hueco (G) vertical esta formado entre la parte superior y la region inferior del haz de tubos (30) siendo el hueco vertical mayor que el paso vertical entre tubos adyacentes de los tubos de transferencia de calor en la al menos una de las columnas dispuesta en la region superior del haz de tubos.

15

13. El intercambiador de calor segun la reivindicacion 12, que comprende ademas una seccion de distribucion intermedia (60) dispuesta en el hueco (G) vertical entre la parte superior y la region inferior del haz de tubos.