ES2624188T3

ES2624188T3 - Acondicionador de aire

Info

Publication number: ES2624188T3
Application number: ES12860552.4T
Authority: ES
Inventors: Sangmu Lee; Mitsuhiro Ishikawa; Akira Ishibashi; Takuya Matsuda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: EP2796822A4; EP2796822B1; WO2013094084A1; JPWO2013094084A1; JP6053693B2; US20140318756A1; EP2796822A1; CN104040281A; US9506700B2; CN104040281B

Abstract

Aparato de aire acondicionado que comprende: una unidad exterior equipada con un intercambiador (3) de calor exterior conformado introduciendo una pluralidad de tubos (23) de transferencia de calor hechos de un material metálico que incluye al menos aluminio o una aleación de aluminio en una pluralidad de aletas (10); una unidad interior equipada con un intercambiador (2) de calor interior conformado introduciendo una pluralidad de tubos (21) de transferencia de calor hechos de un material metálico que incluye al menos aluminio o una aleación de aluminio en una pluralidad de aletas (10); y un ciclo de refrigeración en el que un compresor (5), el intercambiador (3) de calor exterior, medios (7) de expansión y el intercambiador (2) de calor interior están conectados mediante tubos de refrigerante y que hace circular un refrigerante, caracterizado por que los tubos (23) de transferencia de calor en el intercambiador (3) de calor exterior están dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas (24) paralelas con respecto a una dirección axial de tubo, el intercambiador (2) de calor interior incluye un primer intercambiador (2a) de calor interior que incluye tubos (21) de transferencia de calor dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas (24) paralelas con respecto a la dirección axial de tubo, y un segundo intercambiador (2b) de calor interior que incluye tubos (21) de transferencia de calor dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras espirales (22) que tienen un ángulo de inclinación, las longitudes de los tubos (21) de transferencia de calor del primer intercambiador (2a) de calor interior y de los tubos (21) de transferencia de calor del segundo intercambiador (2b) de calor interior están configuradas para ser iguales, y cuando el intercambiador (2) de calor interior se usa como evaporador, el refrigerante sale del primer intercambiador (2a) de calor interior y pasa a continuación al segundo intercambiador (2b) de calor interior.

Description

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DESCRIPCION

Acondicionador de aire Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un aparato de aire acondicionado que incluye intercambiadores de calor que tienen cada uno tubos de transferencia de calor con ranuras internas hechos de material metalico, tal como aluminio o una aleacion de aluminio.

Tecnica anterior

Se conoce un aparato de aire acondicionado de bomba de calor convencional que incluye un intercambiador de calor de aletas y tubos que incluye aletas y tubos (tubenas) de transferencia de calor. Las aletas del intercambiador de calor de aletas y tubos estan dispuestas en intervalos regulares y permiten la circulacion de un gas (aire) entre las mismas. Los tubos de transferencia de calor del intercambiador de calor de aletas y tubos tienen unas ranuras internas, se introducen perpendicularmente en cada aleta y permiten la circulacion de un refrigerante por su interior.

Un aparato de aire acondicionado incluye generalmente un evaporador, un compresor, un condensador, una valvula de expansion y una valvula de cuatro vfas. El evaporador evapora un refrigerante y refrigera aire, agua y similares con el calor de evaporacion del refrigerante. El compresor comprime el refrigerante descargado del evaporador a una temperatura elevada y lo suministra al condensador. El condensador calienta aire, agua y similares con el calor del refrigerante. La valvula de expansion expande el refrigerante descargado del condensador a una temperatura baja y lo suministra al evaporador. La valvula de cuatro vfas conmuta entre un modo de funcionamiento de calefaccion y un modo de funcionamiento de refrigeracion cambiando la direccion en la que el refrigerante circula en un ciclo de refrigeracion. Unos tubos de transferencia de calor estan incluidos en el condensador y el evaporador. Un refrigerante que contiene aceite de maquina refrigerante circula por el interior de los tubos de transferencia de calor.

Recientemente, teniendo en cuenta los costes crecientes del cobre, la capacidad de reciclaje y similares, se ha usado un material metalico, tal como aluminio o una aleacion de aluminio, para conformar tubos de transferencia de calor de condensadores y evaporadores. Para conseguir un intercambiador de calor de alto rendimiento se ha propuesto una tecnica en la que se usa un tubo dotado de ranuras internas rectas como tubo de transferencia de calor del intercambiador de calor (ver, p. ej., bibliograffa de patente 1). Dichos tubos con ranuras rectas tienen un rendimiento de transferencia de calor mejor que el de los tubos simples. Por lo tanto, cuando se usan dichos tubos con ranuras rectas en intercambiadores de calor montados en una unidad exterior y en una unidad interior, es posible mejorar el rendimiento del aparato de aire acondicionado.

Asimismo, recientemente se han desarrollado tubos dotados de ranuras internas en forma espiral. Con dichos tubos con ranuras espirales es posible conseguir una efectividad del intercambiador de calor mas alta que al usar tubos con ranuras rectas para mejorar adicionalmente el rendimiento del aparato de aire acondicionado.

Lista de referencias

Bibliografia de patente

Bibliograffa de patente 1: publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada numero 2001-289585 (Fig. 1).

EP 2213953 A1 describe un intercambiador de calor segun el preambulo de la reivindicacion 1 para aumentar la capacidad de intercambio de calor de un intercambiador de calor interior sin aumentar la perdida de presion en el interior de los tubos de un intercambiador de calor exterior.

JP 2001289585 A describe una estructura para obtener un tubo de aluminio que sirve como tubo de transferencia de calor de un intercambiador de calor y que presenta caractensticas de transferencia de calor equivalentes o mejores con respecto a las de un tubo de cobre y un intercambiador de calor realizado mtegramente en aluminio que puede desmontarse y reciclarse facilmente.

EP 2278252 A1 describe un intercambiador de calor en el que, al conformar las aletas y los tubos de transferencia de calor mediante material de aluminio, no se produce un aumento de perdida de presion en el tubo y es posible obtener un intercambiador de calor que tiene un rendimiento de transferencia de calor igual o superior con respecto a un tubo de cobre.

EP 2317269 A1 describe un tubo de transferencia de calor para un intercambiador de calor o similares que permite obtener un rendimiento de transferencia de calor predeterminado sin aumentar la perdida de presion en el interior de los tubos.

JPH 11264630 describe un equipo de aire acondicionado para mejorar la eficiencia de un ciclo completo, utilizando un tubo de transferencia de calor en el que estan conformadas una pluralidad de ranuras no paralelas en la superficie interior en un intercambiador de calor interior y, al mismo tiempo, utilizando un tubo de transferencia de

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calor en el que esta conformada una ranura espiral en la superficie interior en un intercambiador de calor exterior. Resumen de la invencion Problema tecnico

No obstante, en un aparato de aire acondicionado en el que se usan tubos con ranuras hechos de un material metalico, tal como aluminio o una aleacion de aluminio, como tubos de transferencia de calor de intercambiadores de calor, cuando el intercambiador de calor montado en la unidad interior y el intercambiador de calor montado en la unidad exterior usan el mismo tipo de tubos con ranuras el rendimiento del aparato de aire acondicionado se degrada, contrariamente a lo esperado.

Ademas, debido a la baja resistencia de un material de aluminio, los tubos de transferencia de calor deben tener un espesor de pared grande en los fondos de las ranuras. Esto aumenta la perdida de presion en el tubo de transferencia de calor.

La presente invencion se ha realizado para resolver los problemas mencionados anteriormente, y da a conocer un aparato de aire acondicionado que incluye intercambiadores de calor conformados cada uno introduciendo tubos de transferencia de calor hechos de un material metalico, tal como aluminio o una aleacion de aluminio, en una pluralidad de aletas, y que permite obtener una mejor eficiencia.

Solucion al problema

Un aparato de aire acondicionado segun la presente invencion incluye una unidad exterior equipada con un intercambiador de calor exterior conformado introduciendo una pluralidad de tubos de transferencia de calor hechos de un material metalico que incluye al menos aluminio o una aleacion de aluminio en una pluralidad de aletas; una unidad interior equipada con un intercambiador de calor interior conformado introduciendo una pluralidad de tubos de transferencia de calor hechos de un material metalico que incluye al menos aluminio o una aleacion de aluminio en una pluralidad de aletas; y un ciclo de refrigeracion en el que un compresor, el intercambiador de calor exterior, medios de expansion y el intercambiador de calor interior estan conectados mediante tubos de refrigerante y que hace circular un refrigerante, en el que los tubos de transferencia de calor en el intercambiador de calor exterior estan dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas paralelas con respecto a una direccion axial de tubo, el intercambiador de calor interior incluye un primer intercambiador de calor interior que incluye tubos de transferencia de calor dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas paralelas con respecto a la direccion axial de tubo, y un segundo intercambiador de calor interior que incluye tubos de transferencia de calor dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras espirales que tienen un angulo de inclinacion, las

longitudes de los tubos de transferencia de calor del primer intercambiador de calor interior y de los tubos de

transferencia de calor del segundo intercambiador de calor interior estan configuradas para ser iguales, y cuando el intercambiador de calor interior se usa como evaporador, el refrigerante sale del primer intercambiador de calor interior y pasa a continuacion al segundo intercambiador de calor interior.

Breve descripcion de los dibujos

[Fig. 1] La Fig. 1 muestra una configuracion ilustrativa de un aparato de aire acondicionado.

[Fig. 2] La Fig. 2 muestra un intercambiador de calor que no forma parte de la presente invencion.

[Fig. 3] La Fig. 3 muestra vistas ampliadas parciales de secciones verticales de intercambiadores de calor que no forman parte de la presente invencion, desde el lado frontal.

[Fig. 4] La Fig. 4 es un grafico que muestra el mdice de coeficiente de rendimiento (COP) de calentamiento obtenido cuando se usa una combinacion de una pluralidad de tipos de tubos de transferencia de calor en un intercambiador de calor interior y en un intercambiador de calor exterior.

[Fig. 5] La Fig. 5 es un grafico que muestra el mdice de coeficiente de rendimiento (COP) de refrigeracion obtenido cuando se usa una combinacion de una pluralidad de tipos de tubos de transferencia de calor en el intercambiador de calor interior y en el intercambiador de calor exterior.

[Fig. 6] La Fig. 6 es una vista ampliada parcial de una seccion vertical de un intercambiador de calor que no forma parte de la presente invencion, en una vista lateral.

[Fig. 7] La Fig. 7 muestra una configuracion del intercambiador de calor interior del aparato de aire acondicionado segun la realizacion 1 de la presente invencion.

[Fig. 8] La Fig. 8 muestra las formas internas de un tubo de transferencia de calor en un intercambiador de calor exterior segun la realizacion 2.

[Fig. 9] La Fig. 9 muestra como se lleva a cabo la expansion de un tubo usando una tecnica de expansion de tubo

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mecanica.

[Fig. 10] La Fig. 10 muestra la relacion entre el numero de filetes altos y la efectividad del intercambiador de calor. Descripcion de realizaciones Realizacion 1

La Fig. 1 muestra una configuracion ilustrativa de un aparato de aire acondicionado.

Tal como se muestra en la Fig. 1, el aparato de aire acondicionado tiene un ciclo de refrigeracion en el que un compresor 5, una valvula 8 de cuatro vfas, un intercambiador 3 de calor exterior montado en una unidad exterior, una valvula 7 de expansion que funciona como medios de expansion y un intercambiador 2 de calor interior montado en una unidad interior estan conectados secuencialmente mediante tubos de refrigerante y que hace circular un refrigerante.

La valvula 8 de cuatro vfas conmuta entre un modo de funcionamiento de calefaccion y un modo de funcionamiento de refrigeracion cambiando la direccion en la que el refrigerante circula en el ciclo de refrigeracion. Es posible prescindir de la valvula 8 de cuatro vfas si se usa un aparato de aire acondicionado solamente de refrigeracion o solamente de calefaccion. El intercambiador 3 de calor exterior funciona como un condensador durante el modo de funcionamiento de refrigeracion para calentar aire y similares con el calor del refrigerante, y funciona como un evaporador durante el modo de funcionamiento de calefaccion para evaporar el refrigerante y, de este modo, refrigerar aire y similares con el calor de evaporacion del refrigerante. El intercambiador 2 de calor interior funciona como un evaporador para evaporar el refrigerante durante el modo de funcionamiento de refrigeracion, y funciona como un condensador para condensar el refrigerante durante el modo de funcionamiento de calefaccion. El compresor 5 comprime el refrigerante descargado del evaporador a una temperatura elevada y lo suministra al condensador. La valvula 7 de expansion expande el refrigerante descargado del condensador a una temperatura baja y lo suministra al evaporador. El refrigerante usado es un refrigerante de hidrocarburo de un unico componente, una mezcla de refrigerante que contiene un hidrocarburo, R32, R410A, R407C o dioxido de carbono. Debido a la baja resistencia de un material de aluminio, los tubos de transferencia de calor se conforman con un espesor de pared grande en los fondos de las ranuras. Esto aumenta la perdida de presion en el tubo de transferencia de calor.

Cuando se usa un refrigerante de hidrocarburo, una mezcla de refrigerante que contiene un hidrocarburo, R32, R410A, R407C o dioxido de carbono, que presenta una perdida de presion en tubo pequena, es posible mejorar el rendimiento de transferencia de calor en tubo en evaporacion sin aumentar la perdida de presion y, por lo tanto, obtener un intercambiador de calor muy eficiente.

En la siguiente descripcion, se hara referencia de forma generica al intercambiador 2 de calor interior y al intercambiador 3 de calor exterior como intercambiador 1 de calor, a no ser que sea necesario realizar una distincion entre los mismos.

Haciendo referencia a la Fig. 2, el intercambiador 1 de calor es un intercambiador de calor de aletas y tubos usado ampliamente como evaporador y condensador de un aparato de refrigeracion, un aparato de aire acondicionado y similares. La Fig. 2(a) es una vista en perspectiva en seccion vertical del intercambiador 1 de calor. La Fig. 2(b) muestra una seccion parcial del intercambiador 1 de calor visto lateralmente.

El intercambiador 1 de calor incluye una pluralidad de aletas 10 y de tubos 20 de transferencia de calor para intercambiadores de calor. Los tubos 20 de transferencia de calor pasan a traves de unos orificios pasantes conformados en cada una de la pluralidad de aletas 10 dispuestas en intervalos predeterminados. Los tubos 20 de transferencia de calor constituyen parte de un circuito de refrigerante en el ciclo de refrigeracion y un refrigerante circula a traves de los mismos. El calor del refrigerante que circula en el interior de los tubos 20 de transferencia de calor y el calor de aire que circula fuera de los tubos 20 de transferencia de calor son transferidos a traves de las aletas 10. Esto aumenta el area de transferencia de calor que define una superficie de contacto con el aire y permite un intercambio de calor eficiente entre el refrigerante y el aire.

La Fig. 3 muestra vistas ampliadas parciales de secciones verticales de intercambiadores de calor que no forman parte de la presente invencion, desde el lado frontal. La Fig. 3(a) es una vista ampliada parcial de una seccion vertical del intercambiador 2 de calor interior desde el lado frontal. La Fig. 3(b) es una vista ampliada parcial de una seccion vertical del intercambiador 3 de calor exterior desde el lado frontal. Ambas Figs. 3(a) y 3(b) muestran secciones de tubos de transferencia de calor adyacentes y de aletas que cruzan estos tubos.

Las aletas 11 del intercambiador 2 de calor interior estan hechas de un material metalico con una conductividad termica alta, tal como aluminio o una aleacion de aluminio, tal como se muestra en la Fig. 3(a). Los tubos 21 de transferencia de calor que pasan a traves de las aletas 11 estan hechos de un material metalico con una conductividad termica alta, tal como aluminio o una aleacion de aluminio. Los tubos 21 de transferencia de calor del intercambiador 2 de calor interior estan dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras espirales 22 que tienen un angulo Ra de inclinacion predeterminado.

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Las aletas 12 del intercambiador 3 de calor exterior estan hechas de un material metalico con una conductividad termica alta, tal como aluminio o una aleacion de aluminio, tal como se muestra en la Fig. 3(b). Los tubos 23 de transferencia de calor que pasan a traves de las aletas 12 estan hechos de un material metalico con una conductividad termica alta, tal como aluminio o una aleacion de aluminio. Los tubos 23 de transferencia de calor del intercambiador 3 de calor exterior estan dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas 24 casi paralelas con respecto a la direccion axial del tubo.

Se lleva a cabo una comparacion del rendimiento de calentamiento y del rendimiento de refrigeracion entre el uso del mismo tipo de tubos de transferencia de calor y el uso de los tubos 21 y 23 de transferencia de calor de la realizacion 1 como tubos de transferencia de calor del intercambiador 2 de calor interior y del intercambiador 3 de calor exterior.

La Fig. 4 es un grafico que muestra el mdice de coeficiente de rendimiento (COP) de calentamiento obtenido cuando se usa una combinacion de una pluralidad de tipos de tubos de transferencia de calor en el intercambiador de calor interior y en el intercambiador de calor exterior.

Tal como se muestra en la Fig. 4, cuando se usan tubos de transferencia de calor de aluminio dotados cada uno internamente de ranuras rectas (tubos de aluminio con ranuras rectas) en la unidad interior y en la unidad exterior, la efectividad de intercambio de calor de los intercambiadores de calor es mas alta y, a su vez, el rendimiento de calentamiento (mdice de coeficiente de rendimiento de calentamiento) es mas alto que cuando se usan tubos de aluminio simples en la unidad interior y en la unidad exterior. Cuando se usan tubos de transferencia de calor de aluminio dotados cada uno internamente de ranuras espirales (tubos de aluminio con ranuras espirales) en la unidad interior y en la unidad exterior, la efectividad de intercambio de calor de los intercambiadores de calor es mas alta y, a su vez, el rendimiento de calentamiento es mas alto que cuando se usan tubos de aluminio simples o tubos de aluminio con ranuras rectas en la unidad interior y en la unidad exterior.

No obstante, el rendimiento de calentamiento es mas bajo cuando se usan tubos de aluminio con ranuras espirales en la unidad interior y en la unidad exterior que cuando se usan tubos de transferencia de calor de cobre dotados cada uno internamente de ranuras espirales (tubos de cobre con ranuras espirales) en la unidad interior y en la unidad exterior. Esto se debe a que, debido a que la resistencia del aluminio es mas baja que la del material de cobre y, por lo tanto, es necesario que los tubos de transferencia de calor de aluminio tengan un espesor de pared grande en los fondos de las ranuras, la perdida de presion en evaporacion en tubo en el intercambiador 3 de calor exterior es relativamente alta.

Por otro lado, el rendimiento de calentamiento es mas alto cuando, tal como sucede en la realizacion 1, se usan tubos de transferencia de calor de aluminio con las ranuras espirales 22 (tubos de aluminio con ranuras espirales) como los tubos 21 de transferencia de calor en el intercambiador 2 de calor interior de la unidad interior y cuando se usan tubos de transferencia de calor de aluminio con las ranuras rectas 24 (tubos de aluminio con ranuras rectas) como los tubos 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior de la unidad exterior que cuando se usan tubos de cobre con ranuras espirales o tubos de aluminio con ranuras espirales en la unidad interior y en la unidad exterior.

Esto se debe a que, cuando se usan tubos con ranuras rectas con una perdida de presion en tubo baja como los tubos 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior, es menos probable que se produzca una corriente que circula sobre las ranuras de cada tubo 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior, y es posible mejorar la efectividad del intercambiador de calor sin aumentar la perdida de presion en tubo. Por lo tanto, con la configuracion de la realizacion 1, es posible mejorar la eficiencia de calentamiento para obtener un aparato de aire acondicionado muy eficiente.

La Fig. 5 es un grafico que muestra el mdice de coeficiente de rendimiento (COP) de refrigeracion obtenido cuando se usa una combinacion de una pluralidad de tipos de tubos de transferencia de calor en el intercambiador de calor interior y en el intercambiador de calor exterior.

Tal como se muestra en la Fig. 5, cuando se usan tubos de aluminio con ranuras rectas en la unidad interior y en la unidad exterior, la efectividad de intercambio de calor de los intercambiadores de calor es mas alta y, a su vez, el rendimiento de refrigeracion (mdice de coeficiente de rendimiento de refrigeracion) es mas alto que cuando se usan tubos simples de aluminio en la unidad interior y en la unidad exterior.

No obstante, el rendimiento de refrigeracion es mas bajo cuando se usan tubos de aluminio con ranuras rectas en la unidad interior y en la unidad exterior que cuando se usan tubos de aluminio con ranuras espirales en la unidad interior y en la unidad exterior. Esto se debe a que, en un modo de funcionamiento de refrigeracion en el que el caudal de refrigerante es alto, un refrigerante de vapor circula rapido en el centro del tubo y una pelmula de lfquido cercana a la superficie de la pared se separa, de modo que el coeficiente de transferencia de calor en tubo en el intercambiador 2 de calor interior disminuye y el rendimiento de evaporacion se degrada.

El rendimiento de refrigeracion es mas bajo cuando se usan tubos de aluminio con ranuras espirales en la unidad interior y en la unidad exterior que cuando se usan tubos de cobre con ranuras espirales en la unidad interior y en la

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unidad exterior. Esto se debe a que, debido a que la resistencia del aluminio es mas baja que la de un material de cobre y los tubos de transferencia de calor de aluminio deben tener un espesor de pared grande en los fondos de las ranuras, la perdida de presion en tubo en el intercambiador 3 de calor exterior es relativamente alta. Ademas, debido a que el intercambiador 3 de calor exterior tiene un tamano mas grande que el intercambiador 2 de calor interior, los tubos de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior son relativamente largos. Por lo tanto, la perdida de presion en tubo es relativamente alta en el intercambiador 3 de calor exterior.

El rendimiento de refrigeracion es mas alto cuando, tal como sucede en la realizacion 1, se usan tubos de transferencia de calor de aluminio con las ranuras espirales 22 (tubos de aluminio con ranuras espirales) como los tubos 21 de transferencia de calor en el intercambiador 2 de calor interior de la unidad interior y cuando se usan tubos de transferencia de calor de aluminio con las ranuras rectas 24 (tubos de aluminio con ranuras rectas) como los tubos 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior de la unidad exterior que cuando se usan tubos de cobre con ranuras espirales o tubos de aluminio con ranuras espirales en la unidad interior y en la unidad exterior.

Esto se debe a que, cuando se usan tubos con ranuras espirales que tienen un coeficiente de transferencia de calor alto como los tubos 21 de transferencia de calor del intercambiador 2 de calor interior, incluso si un refrigerante de vapor circula rapido en el centro del tubo en un modo de funcionamiento de refrigeracion en el que el caudal de refrigerante es alto, es posible eliminar la separacion de una pelfcula de lfquido cercana a la superficie de la pared, eliminar la disminucion del coeficiente de transferencia de calor en tubo en el intercambiador 2 de calor interior y eliminar la degradacion del rendimiento de evaporacion.

Ademas, cuando se usan tubos con ranuras rectas con una perdida de presion en tubo baja como los tubos 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior, es menos probable que se produzca una corriente que circula sobre las ranuras de cada tubo 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior, y es posible mejorar la efectividad del intercambiador de calor sin aumentar la perdida de presion en tubo. Por lo tanto, con la configuracion de la realizacion 1, es posible mejorar la eficiencia de refrigeracion para obtener un aparato de aire acondicionado muy eficiente.

Esto permite obtener un aparato de aire acondicionado muy eficiente en sus modos de funcionamiento de refrigeracion y de calefaccion.

En un ciclo de refrigeracion en el que el compresor, el condensador, el dispositivo de expansion y el evaporador estan conectados secuencialmente mediante unos tubos y en el que se usa un refrigerante como fluido funcional, los intercambiadores de calor de la realizacion 1 se usan como evaporadores o condensadores y contribuyen a una mejora en el coeficiente de rendimiento (COP). Ademas, los intercambiadores de calor de la realizacion 1 mejoran la eficiencia del intercambio de calor entre el refrigerante y el aire. Por lo tanto, es previsible que el factor de rendimiento anual (APF) mejore.

Para reducir la perdida de presion en un intercambiador de calor, tambien es posible aumentar el numero de pasos o aumentar el diametro de cada tubo de transferencia de calor. No obstante, el aumento del numero de pasos aumenta el coste de fabricacion del intercambiador de calor. Ademas, el aumento del diametro de cada tubo de transferencia de calor provoca el uso de una mayor cantidad de refrigerante o un rendimiento inferior en el lado del aire. Por lo tanto, es previsible que el uso de diferentes tipos de tubos de transferencia de calor como los tubos 21 de transferencia de calor del intercambiador 2 de calor interior y como los tubos 23 de transferencia de calor del intercambiador 3 de calor exterior permita obtener unos mejores resultados.

A continuacion se describira el angulo Ra de inclinacion de las ranuras espirales 22.

En la realizacion 1, el angulo Ra de inclinacion de las ranuras espirales 22 de los tubos 21 de transferencia de calor en el intercambiador 2 de calor interior esta configurado para ser de 5 grados a 30 grados mas grande que el angulo de inclinacion de las ranuras rectas 24 de los tubos 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior.

Esto se debe a que, si el angulo Ra de inclinacion de las ranuras helicoidales 22 de los tubos 21 de transferencia de calor en el intercambiador 2 de calor interior es inferior a 5 grados, la efectividad del intercambiador de calor se degrada significativamente. Por otro lado, si el angulo Ra de inclinacion de las ranuras helicoidales 22 de los tubos 21 de transferencia de calor en el intercambiador 2 de calor interior es superior a 30 grados, la perdida de presion en tubo aumenta significativamente. Cuando el angulo Ra de inclinacion de las ranuras espirales 22 esta configurado de la manera descrita anteriormente, es posible mejorar el rendimiento de transferencia de calor en tubo en el intercambiador 2 de calor interior para obtener un intercambiador 2 de calor interior muy eficiente.

A continuacion se describiran las formas de las ranuras espirales 22 y de las ranuras rectas 24.

En la siguiente descripcion, se hara referencia de forma generica a las ranuras espirales 22 y a las ranuras rectas 24 como ranuras 26, a no ser que sea necesario realizar una distincion entre las mismas.

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La Fig. 6 es una vista ampliada parcial de una seccion vertical de un intercambiador de calor que no forma parte de la presente invencion, en una vista lateral. La vista ampliada parcial de la Fig. 6 se corresponde con la parte A de la Fig. 2(b).

En el intercambiador 1 de calor, los tubos 20 de transferencia de calor y las aletas 10 estan unidos entre sf expandiendo los tubos 20 de transferencia de calor usando una tecnica de expansion de tubo mecanica (que se describira mas adelante).

Tal como se muestra en la Fig. 6, la cresta de un filete 25 formado entre ranuras 26 de cada tubo 20 de transferencia de calor tiene una forma superior trapezoidal despues de la expansion del tubo, y la anchura superior W de la cresta esta configurada para estar dentro del intervalo de 0,20 mm a 0,35 mm.

Debido a que el aluminio es menos resistente y mas propenso a deformaciones que el cobre, la cresta del filete 25 se aplasta e inclina considerablemente. Cuando la anchura superior W de la cresta despues de la expansion del tubo 20 de transferencia de calor esta configurada para ser de 0,20 mm o superior, es posible reducir la cantidad de aplastamiento del filete 25 entre las ranuras 26 y la cantidad de inclinacion del filete 25 entre las ranuras 26. Por otro lado, si la anchura superior W supera los 0,35 mm, el area de seccion de la parte de ranura disminuye. En consecuencia, una pelfcula de lfquido refrigerante circula sobre la ranura 26, y los filetes 25 estan cubiertos con la pelfcula de lfquido refrigerante, alcanzando incluso sus crestas. Esto disminuye el coeficiente de transferencia de calor.

Con la configuracion descrita anteriormente, es posible aumentar el nivel de adhesion entre los tubos 20 de transferencia de calor y las aletas 10 del intercambiador 1 de calor para obtener un intercambiador 1 de calor muy eficiente.

Aunque en la anterior descripcion un intercambiador de calor en el que se usan tubos de aluminio con ranuras espirales esta montado en la unidad interior, es posible montar un intercambiador de calor en el que se usan tubos de aluminio con ranuras espirales y un intercambiador de calor en el que se usan tubos de aluminio con ranuras rectas en la unidad interior.

La Fig. 7 muestra una configuracion del intercambiador de calor interior del aparato de aire acondicionado segun la realizacion 1 de la presente invencion.

Haciendo referencia a la Fig. 7, el intercambiador 2 de calor interior incluye un primer intercambiador 2a de calor interior y un segundo intercambiador 2b de calor interior que estan conectados mediante los tubos 21 de transferencia de calor. Las aletas 11 y los tubos 21 de transferencia de calor del primer intercambiador 2a de calor interior y del segundo intercambiador 2b de calor interior estan hechos de material metalico con una conductividad termica alta, tal como aluminio o una aleacion de aluminio.

En el primer intercambiador 2a de calor interior, cada tubo 21 de transferencia de calor esta dotado internamente de ranuras rectas 24 casi paralelas con respecto a la direccion axial del tubo. En el segundo intercambiador 2b de calor interior, cada tubo 21 de transferencia de calor esta dotado internamente de ranuras espirales 22 que tienen un angulo Ra de inclinacion predeterminado. La longitud de los tubos 21 de transferencia de calor que pasan a traves del primer intercambiador 2a de calor interior esta configurada para ser, por ejemplo, casi igual a la de los tubos 21 de transferencia de calor que pasan a traves del segundo intercambiador 2b de calor interior. Las trayectorias de circulacion de refrigerante estan conectadas de modo que, cuando el intercambiador 2 de calor interior se usa como evaporador, el refrigerante sale del primer intercambiador 2a de calor interior y pasa a continuacion al segundo intercambiador 2b de calor interior.

Es decir, en toda la longitud de los tubos 21 de transferencia de calor que pasan a traves del primer intercambiador 2a de calor interior y del segundo intercambiador 2b de calor interior, casi la mitad de la longitud definida como la distancia desde una entrada de refrigeracion esta dotada de ranuras rectas y casi la otra mitad de la longitud definida como la distancia desde una salida de refrigeracion esta dotada de ranuras espirales.

Por lo tanto, con las ranuras rectas 24 en el primer intercambiador 2a de calor interior, un refrigerante de vapor circula rapido en el centro del tubo sin aumentar la perdida de presion en tubo. Ademas, con las ranuras espirales 22 en el segundo intercambiador 2b de calor interior, es posible eliminar la separacion de una pelfcula de lfquido cercana a la superficie de la pared y evitar la degradacion del rendimiento de evaporacion. Por lo tanto, es posible mejorar adicionalmente el rendimiento de transferencia de calor en tubo en el intercambiador 2 de calor interior para obtener un intercambiador de calor muy eficiente.

Realizacion 2

La Fig. 8 muestra las formas internas de un tubo de transferencia de calor de un intercambiador de calor segun la realizacion 2. La Fig. 8(a) muestra el estado antes de la expansion del tubo y la Fig. 8(b) muestra el estado despues de la expansion del tubo. La vista ampliada parcial de la Fig. 8(b) se corresponde con la parte A de la Fig. 2(b).

Cada tubo 23 de transferencia de calor en el intercambiador 3 de calor exterior segun la realizacion 2 esta dotado

7

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

internamente de partes 28 de ranura y de partes 27 de filete producidas mediante conformacion de ranuras. Las partes 27 de filete incluyen dos tipos de filete: filetes altos 27A y filetes bajos 27B. El filete alto 27A tiene una forma trapezoidal con una cresta plana antes de la expansion del tubo. El filete alto 27A tiene una forma trapezoidal con una cresta plana incluso despues de la expansion del tubo. El filete bajo 27B tiene una cresta con una forma superior curvada (R1). La altura del filete bajo 27B es inferior a la del filete alto 27A despues de la expansion del tubo.

La configuracion del intercambiador 2 de calor interior es la misma que en la realizacion 1.

A continuacion se describira la expansion del tubo usando la tecnica de expansion de tubo mecanica.

La Fig. 9 muestra como se lleva a cabo la expansion de un tubo usando la tecnica de expansion de tubo mecanica. En primer lugar, la parte central del intercambiador 1 de calor en la direccion longitudinal se dobla hasta obtener una forma de horquilla con una curvatura predeterminada a efectos de producir una pluralidad de tubos en forma de horquilla que funcionaran como los tubos 23 de transferencia de calor. Despues de que los tubos en forma de horquilla pasan a traves de unos orificios pasantes en las aletas 12, los tubos en forma de horquilla se expanden usando la tecnica de expansion de tubo mecanica para encajar de manera ajustada los tubos 23 de transferencia de calor en las aletas 12 y para unirlos entre sf En la tecnica de expansion de tubo mecanica, los tubos 23 de transferencia de calor se encajan de manera ajustada en las aletas 12 introduciendo unos vastagos 31, que tienen cada uno una bola 30 de expansion de tubo en su extremo, en los tubos 23 de transferencia de calor y aumentando el diametro exterior de los tubos 23 de transferencia de calor. La bola 30 de expansion de tubo tiene un diametro ligeramente mas grande que el diametro interior de los tubos 23 de transferencia de calor.

Cuando se lleva a cabo la expansion del tubo usando la tecnica de expansion de tubo mecanica, los filetes altos 27A se aplastan en sus partes de cresta hasta conformar filetes planos y mas bajos al contactar con las bolas 30 de expansion de tubo. Por otro lado, los filetes bajos 27B no se deforman, ya que sus partes de cresta son mas bajas que el nivel en el que las mismas empezanan a aplastarse. A diferencia de la tecnica relacionada, en la que la presion se aplica en todas las partes de filete en el tubo mediante la introduccion de las bolas 30 de expansion de tubo, el tubo se expande aplicando presion en los filetes altos 27A. Por lo tanto, la superficie exterior del tubo de transferencia de calor se procesa hasta tener una forma poligonal, siendo posible suprimir la reaccion de retorno del tubo de transferencia de calor. Por lo tanto, es posible mejorar el nivel de adhesion entre los tubos 23 de transferencia de calor y las aletas 12 para mejorar la eficiencia de intercambio de calor.

La Fig. 10 muestra la relacion entre el numero de filetes altos y la efectividad del intercambiador de calor.

El numero de filetes altos 27A conformados en la superficie de pared interior de cada tubo 23 de transferencia de calor de la realizacion 2 esta dentro del intervalo de 12 a 18. El numero de filetes bajos 27B formados entre dos filetes altos 27A adyacentes esta dentro del intervalo de 3 a 6.

Tal como se ha descrito anteriormente, el numero de filetes altos 27A en cada tubo 23 de transferencia de calor del intercambiador 3 de calor exterior esta configurado para estar en el intervalo de 12 a 18. Esto se debe a que, durante la expansion del tubo, las bolas 30 de expansion de tubo contactan con los filetes altos 27A, de modo que los filetes altos 27A se aplastan en sus partes de cresta hasta conformar filetes planos y mas bajos. En este caso, si el numero de filetes altos 27A en el tubo 23 de transferencia de calor es mas pequeno que 12, los filetes bajos 27B tambien se aplastan en sus partes de cresta hasta conformar filetes planos, degradando por lo tanto el rendimiento de transferencia de calor en tubo, tal como se muestra en la Fig. 10. Por otro lado, si el numero de filetes altos 27A en el tubo 23 de transferencia de calor es mas grande que 18, el numero de filetes bajos 27B disminuye, degradando por lo tanto el rendimiento de transferencia de calor en tubo.

Tal como se ha descrito anteriormente, en la realizacion 2, las partes 27 de filete formadas entre las ranuras de las ranuras rectas 24 en cada tubo 23 de transferencia de calor del intercambiador 3 de calor exterior incluyen de 12 a 18 filetes altos 27A y de 3 a 6 filetes bajos 27B, estando formados cada uno entre dos filetes altos 27A adyacentes, y los filetes bajos 27B tienen una altura inferior a la de los filetes altos 27A despues de la expansion del tubo. Por lo tanto, es posible mejorar la efectividad del intercambiador de calor sin aumentar la perdida de presion en tubo para obtener un aparato de aire acondicionado muy eficiente.

Aplicabilidad industrial

La presente invencion es aplicable no solamente en aparatos de aire acondicionado, sino tambien en otros aparatos de ciclo de refrigeracion, tales como aparatos de refrigeracion y aparatos de bomba de calor, que incluyen un intercambiador de calor que forma un circuito de refrigerante y que funciona como un evaporador y como un condensador.

Lista de signos de referencia

1: intercambiador de calor, 2: intercambiador de calor interior, 3: intercambiador de calor exterior, 5: compresor, 7: valvula de expansion, 8: valvula de cuatro vfas, 10: aleta, 11: aleta, 12: aleta, 20: tubo de transferencia de calor, 21:

tubo de transferencia de calor, 22: ranura espiral, 23: tubo de transferencia de calor, 24: ranura recta, 25: filete, 26: ranura, 27: parte de filete, 27A: filete alto, 27b: filete bajo, 28: parte de ranura, 30: bola de expansion de tubo, 31: vastago.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Aparato de aire acondicionado que comprende:

una unidad exterior equipada con un intercambiador (3) de calor exterior conformado introduciendo una pluralidad de tubos (23) de transferencia de calor hechos de un material metalico que incluye al menos aluminio o una aleacion de aluminio en una pluralidad de aletas (10);

una unidad interior equipada con un intercambiador (2) de calor interior conformado introduciendo una pluralidad de tubos (21) de transferencia de calor hechos de un material metalico que incluye al menos aluminio o una aleacion de aluminio en una pluralidad de aletas (10); y

un ciclo de refrigeracion en el que un compresor (5), el intercambiador (3) de calor exterior, medios (7) de expansion y el intercambiador (2) de calor interior estan conectados mediante tubos de refrigerante y que hace circular un refrigerante,

caracterizado por que

los tubos (23) de transferencia de calor en el intercambiador (3) de calor exterior estan dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas (24) paralelas con respecto a una direccion axial de tubo,

el intercambiador (2) de calor interior incluye

un primer intercambiador (2a) de calor interior que incluye tubos (21) de transferencia de calor dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras rectas (24) paralelas con respecto a la direccion axial de tubo, y

un segundo intercambiador (2b) de calor interior que incluye tubos (21) de transferencia de calor dotados cada uno internamente de una pluralidad de ranuras espirales (22) que tienen un angulo de inclinacion,

las longitudes de los tubos (21) de transferencia de calor del primer intercambiador (2a) de calor interior y de los tubos (21) de transferencia de calor del segundo intercambiador (2b) de calor interior estan configuradas para ser iguales, y

cuando el intercambiador (2) de calor interior se usa como evaporador, el refrigerante sale del primer intercambiador (2a) de calor interior y pasa a continuacion al segundo intercambiador (2b) de calor interior.
2. Aparato de aire acondicionado segun la reivindicacion 1, en el que

en el intercambiador (2) de calor interior y el intercambiador (3) de calor exterior, los tubos (21,23) de transferencia de calor y las aletas (10) estan unidos entre sf expandiendo los tubos (21, 23) de transferencia de calor usando una tecnica de expansion de tubo mecanica, y

en las ranuras espirales (22) y las ranuras rectas (24), una cresta de cada filete (25) formado entre ranuras adyacentes (26) tiene una forma superior trapezoidal y una anchura superior de 0,20 mm a 0,35 mm despues de la expansion del tubo.
3. Aparato de aire acondicionado segun la reivindicacion 1 o 2,

en el que el angulo de inclinacion de las ranuras espirales (22) de los tubos (21) de transferencia de calor en el intercambiador (2) de calor interior es de 5 grados a 30 grados.
4. Aparato de aire acondicionado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

en el intercambiador (3) de calor exterior, los tubos (21, 23) de transferencia de calor y las aletas (10) estan unidos entre sf expandiendo los tubos (21, 23) de transferencia de calor usando una tecnica de expansion de tubo mecanica, y

en cada tubo (23) de transferencia de calor del intercambiador (3) de calor exterior, unos filetes (27) formados entre ranuras (28) de las ranuras rectas (24) incluyen de 12 a 18 filetes altos (27A) y de 3 a 6 filetes bajos (27B), estando formado cada uno entre dos filetes altos (27A) adyacentes, y

los filetes bajos (27B) tienen una altura inferior a la de los filetes altos (27A) despues de la expansion del tubo.
5. Aparato de aire acondicionado segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que se usa como refrigerante un refrigerante de hidrocarburo de un unico componente, una mezcla de refrigerante que contiene un hidrocarburo, R32, R410A, R407C o dioxido de carbono.