ES2840726T3 - Intercambiador de calor y dispositivo de ciclo de refrigeración dotado de intercambiador de calor - Google Patents
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Abstract
Un intercambiador de calor (102, 104) que comprende: aletas en forma de placa (1); una pluralidad de tuberías de transferencia de calor (2) unidas a las partes de inserción de tubería (5) formadas en las aletas (1) con el fin de que se intersequen con las aletas (1), y cabezales (153, 154) en los que los extremos de las tuberías de transferencia de calor (2) se insertan en las porciones de unión de tubería de transferencia de calor (153a, 154a), en donde las tuberías de transferencia de calor (2) están dispuestas a intervalos en la dirección del borde largo de las aletas (1), cada una de las tuberías de transferencia de calor (2) tiene una forma en la que la anchura horizontal de las mismas a lo largo de la dirección del borde corto de las aletas (1) es mayor que la anchura vertical de las mismas a lo largo de la dirección del borde largo de las aletas (1), cada una de las partes de inserción de tubería (5) están formadas como una abertura de tal manera que la parte de inserción de tubería se extiende en la dirección del borde corto y de tal manera que una porción de la misma en un borde de la aleta está abierta, y las aletas (1) tienen forma de onda en al menos una porción de las mismas y, caracterizado por cada una de las crestas y valles en forma de onda que se extienden a través de la dirección del borde corto de las aletas (1), las aletas (1) son capaces de expandirse y contraerse en la dirección del borde largo de tal manera que un paso (P2) de las partes de inserción de tubería (5) de las aletas (1) se ajusta a un paso (P1) de las porciones de unión de transferencia de calor (153a, 154a) en los cabezales (153, 154).
Description
DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor y dispositivo de ciclo de refrigeración dotado de intercambiador de calor
Campo técnico
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor que tiene tuberías de transferencia de calor de forma plana y a un aparato de ciclo de refrigeración que tiene el intercambiador de calor. El documento WO 2016/067957 A1, por ejemplo, describe un intercambiador de calor según el preámbulo de la reivindicación 1.
Antecedentes de la técnica
En los últimos años, se han usado intercambiadores de calor que usan tuberías planas perforadas de aluminio en acondicionadores de aire de automóviles, aparatos de acondicionador de aire estacionarios y otros aparatos de acondicionador de aire. Las tuberías planas perforadas son tuberías de transferencia de calor cuya anchura horizontal (dirección del eje largo en sección transversal) es mayor que la anchura vertical (dirección del eje corto en sección transversal) y que tienen una pluralidad de trayectorias de flujo de fluido en su interior. Aunque las aletas corrugadas se usan normalmente en los intercambiadores de calor que usan tuberías planas perforadas, en la actualidad se han utilizado aletas tipo placa. En lo sucesivo, los intercambiadores de calor que usan tuberías planas perforadas y aletas tipo placa se denominarán intercambiadores de calor de tuberías de aletas.
Un intercambiador de calor de tubería de aleta típico está configurado de tal manera que las tuberías de transferencia de calor, que son tuberías planas perforadas, se insertan directamente en los cabezales de aluminio proporcionados en los extremos del intercambiador de calor. Además, las aletas de placa tienen concavidades que tienen sustancialmente la misma forma que la forma de la sección transversal de las tuberías planas perforadas. Al insertar las tuberías planas perforadas en las concavidades en la dirección de la anchura de las aletas, se produce un intercambiador de calor de tuberías de aletas. Normalmente, se adopta un método en el que las tuberías de transferencia de calor, las aletas y los cabezales se sueldan entre sí simultáneamente en un horno.
Un intercambiador de calor de tuberías de aletas en la técnica relacionada tiene una configuración descrita en, por ejemplo, la bibliografía de patentes 1. El intercambiador de calor de tuberías de aletas descrito en la bibliografía de patentes 1 tiene una estructura en la que se insertan tuberías de transferencia de calor configuradas como tuberías planas perforadas, de las superficies laterales de las mismas, en partes de inserción de tubería formadas en aletas y que tienen la misma forma que las tuberías de transferencia de calor, y sus superficies de unión se ponen en estrecho contacto mediante un método tal como soldadura fuerte.
Lista de citas
Bibliografía de patente
Bibliografía de patente 1: Publicación de solicitud de patente japonesa no examinada núm. 2015-132468
Compendio de la invención
Problema Técnico
Sin embargo, en general, cuando se produce un intercambiador de calor de tuberías de aletas, se requiere la inserción simultánea de un gran número de tuberías de transferencia en las aletas. Por lo tanto, con el método descrito en la bibliografía de patentes 1, cuando las aletas y las tuberías de transferencia de calor están desalineadas, se genera una fuerza excesiva para insertar la gran cantidad de tuberías de transferencia de calor, que conduce a un posible error de inserción, flexión de aleta y otros inconvenientes.
Además, para evitar la desalineación entre las tuberías de transferencia de calor y las aletas, puede aumentase la holgura entre las tuberías de transferencia de calor y las partes de inserción de tubería proporcionadas en las aletas. Sin embargo, si aumenta la holgura entre las partes de inserción de tubería y las tuberías de transferencia de calor, las propiedades de soldadura fuerte entre las aletas y las tuberías de transferencia de calor se deterioran, provocando problemas tales como mala adherencia y un aumento en la cantidad de material de soldadura fuerte usado.
Además, también se necesita un control estricto de temperatura para evitar la desalineación entre las aletas y las tuberías de transferencia de calor debido a una diferencia de expansión térmica. Por ejemplo, el aluminio tiene un coeficiente de expansión lineal de aproximadamente 23 x 10-6, y el hierro tiene un coeficiente de expansión lineal de aproximadamente 12 x 10-6. Por lo tanto, por ejemplo, suponiendo que un intercambiador de calor que tiene tuberías de transferencia de calor y aletas de aluminio tiene una altura de 1 m en una dirección de etapa, una herramienta para alinear las tuberías de transferencia de calor está fabricada de hierro, y la diferencia de temperatura de un espacio de trabajo entre el verano y el invierno es de 20 grados C, la diferencia dimensional debida a la diferencia en el coeficiente de expansión lineal entre el aluminio y el hierro es tan grande como 0,26 mm para una longitud de 1 m, que es la altura del intercambiador de calor.
La presente invención se ha realizado para superar los problemas descritos anteriormente y tiene como objetivo proporcionar: un intercambiador de calor en el que el paso de las partes de inserción de tubería formadas en las aletas puede ajustarse al paso de las porciones de unión de tuberías de transferencia de calor en los cabezales, en el que se insertan las tuberías de transferencia de calor y en el que se mejora la facilidad de montaje; y un aparato de ciclo de refrigeración que tiene este intercambiador de calor.
Solución al problema
Un intercambiador de calor de una realización de la presente invención incluye las características de la reivindicación 1.
Un aparato de ciclo de refrigeración de otra realización de la presente invención incluye un circuito de refrigerante en el que un compresor, un primer intercambiador de calor, un dispositivo de expansión y un segundo intercambiador de calor están conectados entre sí mediante una tubería de refrigerante. Al menos uno del primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor es el intercambiador de calor mencionado anteriormente.
Efectos ventajosos de la invención
En el intercambiador de calor de una realización de la presente invención, debido a que las aletas tienen forma de onda en al menos una porción de las mismas y son capaces de expandirse y contraerse en la dirección longitudinal de las aletas, es posible ajustar automáticamente el paso de las partes de inserción de tubería en las aletas. Por lo tanto, el intercambiador de calor de una realización de la presente invención mejora la facilidad de montaje de los intercambiadores de calor.
Además, el aparato de ciclo de refrigeración de otra realización de la presente invención usa el intercambiador de calor mencionado anteriormente como al menos uno del primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor. Como resultado, se mejora la facilidad de montaje.
Breve descripción de los dibujos
[Fig. 1] La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una configuración de un circuito de refrigerante de un aparato acondicionador de aire Según la Realización 1 de la presente invención.
[Fig. 2] La figura 2 es una vista esquemática en perspectiva que muestra un ejemplo de una configuración exterior de un intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención.
[Fig. 3] La figura 3 es una vista lateral que muestra un ejemplo de una configuración del intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención.
[Fig. 4] La figura 4 es una vista en sección esquemática que muestra una sección de una tubería de transferencia de calor que constituye el intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención.
[Fig. 5] La figura 5 es una vista lateral que muestra un ejemplo de una configuración del intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención, como se ve desde otra dirección.
[Fig. 6] La figura 6 muestra un ejemplo de una configuración específica de una aleta que constituye el intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención.
[Fig. 7] La figura 7 es una vista lateral que muestra otro ejemplo de una configuración del intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención, como se ve en otra dirección.
[Fig. 8] La figura 8 muestra otro ejemplo de una configuración específica de la aleta que constituye el intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención.
[Fig. 9] La figura 9 es una vista lateral que muestra otro ejemplo de una configuración del intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención, como se ve desde otra dirección.
[Fig. 10] La figura 10 muestra otro ejemplo de una configuración específica de la aleta que constituye el intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención.
Descripción de realizaciones
Las realizaciones de la presente invención se describirán a continuación haciendo referencia a los dibujos según sea apropiado. Obsérvese que, en los dibujos mencionados a continuación, incluida la figura 1, las relaciones de tamaño entre los componentes pueden ser diferentes de las reales. Además, en los dibujos mencionados a continuación, incluida la figura 1, los componentes indicados con los mismos signos de referencia son los mismos componentes o los correspondientes, y esto se aplica en toda la memoria descriptiva. Además, las configuraciones de los componentes descritos a lo largo de la memoria descriptiva son simplemente ejemplos, y las configuraciones de los componentes no se limitan a las descritas.
Realización 1
En primer lugar, se describirá un aparato acondicionador de aire 100 según la Realización 1 de la presente invención. La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una configuración de un circuito refrigerante del aparato acondicionador de aire 100. Obsérvese que, en la figura 1, el flujo de refrigerante durante una operación de enfriamiento se muestra mediante flechas de línea discontinua, y el flujo de refrigerante durante una operación de calentamiento se muestra mediante flechas de línea continua. Además, el aparato acondicionador de aire 100 es un ejemplo de un aparato de ciclo de refrigeración. Además, el aparato acondicionador de aire 100 incluye un intercambiador de calor según la Realización 2 de la presente invención, que se describirá en detalle a continuación.
Configuración del aparato acondicionador de aire 100
Como se muestra en la figura 1, el aparato acondicionador de aire 100 incluye un compresor 101, un primer intercambiador de calor 102, un primer ventilador 105, un dispositivo de expansión 103, un segundo intercambiador de calor 104, un segundo ventilador 106 y un dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107. El compresor 101, el primer intercambiador de calor 102, el dispositivo de expansión 103, el segundo intercambiador de calor 104 y el dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 están conectados entre sí mediante una tubería de refrigerante 110, formando un circuito de refrigerante.
El compresor 101 comprime el refrigerante. El refrigerante comprimido en el compresor 101 se descarga y se dirige al dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107. El compresor 101 puede ser, por ejemplo, un compresor rotatorio, un compresor de espiral, un compresor de tornillo o un compresor alternativo.
El primer intercambiador de calor 102 sirve como condensador durante la operación de calentamiento y sirve como evaporador durante la operación de enfriamiento. El primer intercambiador de calor 102 puede ser, por ejemplo, un intercambiador de calor de tuberías de aletas, un intercambiador de calor de microcanales, un intercambiador de calor de carcasa y tuberías, un intercambiador de calor de tubería de calor, un intercambiador de calor de dos tuberías o un intercambiador de calor de placas. Obsérvese que, cuando el intercambiador de calor según la Realización 2 se usa como el primer intercambiador de calor 102, el primer intercambiador de calor 102 es un intercambiador de calor de tuberías de aletas.
El dispositivo de expansión 103 expande el refrigerante que ha fluido a través del primer intercambiador de calor 102 o el segundo intercambiador de calor 104 para reducir la presión del mismo. El dispositivo de expansión 103 puede ser, por ejemplo, una válvula de expansión electrónica que puede ajustar el caudal del refrigerante. Obsérvese que, no solo la válvula de expansión electrónica, sino que también pueden usarse una válvula de expansión mecánica, que tiene un diafragma que sirve como receptor de presión, una tubería capilar u otras válvulas como el dispositivo de expansión 103.
El segundo intercambiador de calor 104 sirve como evaporador durante la operación de calentamiento y sirve como condensador durante la operación de enfriamiento. El primer intercambiador de calor 102 puede ser, por ejemplo, un intercambiador de calor de tuberías de aletas, un intercambiador de calor de microcanales, un intercambiador de calor de carcasa y tuberías, un intercambiador de calor de tubería de calor, un intercambiador de calor de dos tuberías o un intercambiador de calor de placas. Obsérvese que, cuando el intercambiador de calor según la Realización 2 se usa como el segundo intercambiador de calor 104, el segundo intercambiador de calor 104 es un intercambiador de calor de tuberías de aletas.
El dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 conmuta entre el flujo del refrigerante en la operación de calentamiento y el flujo del refrigerante en la operación de enfriamiento. Es decir, en la operación de calentamiento, el dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 conecta el compresor 101 y el primer intercambiador de calor 102, y en la operación de enfriamiento, el dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 conecta el compresor y el segundo intercambiador de calor 104. Obsérvese que el dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 puede ser, por ejemplo, una válvula de cuatro vías. Obsérvese que puede usarse una combinación de válvulas de dos vías o válvulas de tres vías como dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107.
El primer ventilador 105 se proporciona en el primer intercambiador de calor 102 y suministra aire, sirviendo como fluido de intercambio de calor, al primer intercambiador de calor 102.
El segundo ventilador 106 está unido al segundo intercambiador de calor 104 y suministra aire, sirviendo como fluido de intercambio de calor, al segundo intercambiador de calor 104.
Operación del aparato acondicionador de aire 100
A continuación, se describirá la operación del aparato acondicionador de aire 100, junto con el flujo del refrigerante. En el presente documento, la operación del aparato acondicionador de aire 100 se describirá tomando como ejemplo un caso en el que el fluido de intercambio de calor es aire y el fluido que intercambia calor con el aire es un refrigerante. La operación del aparato acondicionador de aire 100 se describirá basándose en la suposición de que el primer intercambiador de calor 102 enfría o calienta el aire en un espacio acondicionado de aire. Obsérvese que el flujo de refrigerante durante la operación de enfriamiento se muestra mediante las flechas de línea discontinua en la figura 1.
Además, el flujo de refrigerante durante la operación de calentamiento se muestra mediante las flechas de línea continua en la figura 1.
En primer lugar, se describirá la operación de enfriamiento realizada por el aparato acondicionador de aire 100.
Como se muestra en la figura 1, accionando el compresor 101, se descarga un refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura del compresor 101. A partir de ahí, el refrigerante fluye a lo largo de las flechas de línea discontinua. El refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura, (monofásico) descargado del compresor 101 fluye a través del dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 hacia el segundo intercambiador de calor 104, sirviendo como condensador. En el segundo intercambiador de calor 104, el refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura, que fluye en el mismo intercambia calor con el aire suministrado por el segundo ventilador 106, y el refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura, se condensa en un refrigerante líquido a alta presión (monofásico).
El refrigerante líquido a alta presión descargado del segundo intercambiador de calor 104 se convierte en un refrigerante de dos fases que incluye un refrigerante gaseoso a baja presión y un refrigerante líquido mediante el dispositivo de expansión 103. El refrigerante de dos fases fluye hacia el primer intercambiador de calor 102, sirviendo como evaporador. En el primer intercambiador de calor 102, el refrigerante de dos fases que fluye en el mismo intercambia calor con el aire suministrado por el primer ventilador 105, evaporando el refrigerante líquido en el refrigerante de dos fases y dejando un refrigerante gaseoso a baja presión (monofásico). Este intercambio de calor enfría el espacio acondicionado de aire.
El refrigerante gaseoso de baja presión descargado del primer intercambiador de calor 102 fluye a través del dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 hacia el compresor 101, se comprime en un refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura, y se descarga de nuevo del compresor 101. A partir de ahí, este ciclo se repite.
A continuación, se describirá la operación de calentamiento realizada por el aparato acondicionador de aire 100.
Como se muestra en la figura 1, accionando el compresor 101, se descarga un refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura del compresor 101. A partir de ahí, el refrigerante fluye a lo largo de las flechas de línea continua. El refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura (monofásico) descargado del compresor 101 fluye a través del dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 hacia el primer intercambiador de calor 102, sirviendo como condensador. En el primer intercambiador de calor 102, el refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura que fluye en el mismo intercambia calor con el aire suministrado por el primer ventilador 105, y el refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura se condensa en un refrigerante líquido a alta presión (monofásico). Este intercambio de calor calienta el espacio acondicionado de aire.
El refrigerante líquido a alta presión descargado desde el primer intercambiador de calor 102 se convierte en un refrigerante de dos fases que incluye un refrigerante gaseoso a baja presión y un refrigerante líquido mediante el dispositivo de expansión 103. El refrigerante de dos fases fluye hacia el segundo intercambiador de calor 104, sirviendo como evaporador. En el segundo intercambiador de calor 104, el refrigerante de dos fases que fluye en el mismo intercambia calor con el aire suministrado por el segundo ventilador 106, el refrigerante líquido en el refrigerante de dos fases se evapora para ser un en refrigerante gaseoso de baja presión (monofásico).
El refrigerante gaseoso de baja presión descargado del segundo intercambiador de calor 104 fluye a través del dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 107 hacia el compresor 101, se comprime en un refrigerante gaseoso a alta presión y alta temperatura, y se descarga de nuevo del compresor 101. A partir de ahí, este ciclo se repite.
Realización 2
La figura 2 es una vista esquemática en perspectiva que muestra un ejemplo de una configuración exterior de un intercambiador de calor (a continuación en el presente documento, denominado intercambiador de calor 150) según la Realización 2 de la presente invención. La figura 3 es una vista lateral que muestra un ejemplo de una configuración del intercambiador de calor 150. El intercambiador de calor 150 se describirá haciendo referencia a las figuras 2 y 3. En el presente documento, se describirá como ejemplo un caso en el que el intercambiador de calor 150 se usa como segundo intercambiador de calor 104 del aparato acondicionador de aire 100 según la Realización 1. Sin embargo, el intercambiador de calor 150 puede usarse como el primer intercambiador de calor 102 del aparato acondicionador de aire 100. Es decir, el intercambiador de calor 150 puede usarse como cualquiera de los mismos.
Como se muestra en la figura 2, el intercambiador de calor 150 tiene una estructura de dos filas e incluye un intercambiador de calor de barlovento 151, un intercambiador de calor de sotavento 152, una tubería de montaje de cabezal de barlovento 153, una tubería de montaje de cabezal de sotavento 154 y una parte de conexión de filas 155. Obsérvese que el intercambiador de calor de barlovento 151 y el intercambiador de calor de sotavento 152 tienen la misma configuración. Debe observarse que, cuando el intercambiador de calor se explica a continuación como el intercambiador de calor 150, significa tanto el intercambiador de calor de barlovento 151 como el intercambiador de calor de sotavento 152.
Además, tal y como se muestra en la figura 2, la tubería de montaje de cabezal de barlovento 153 y la tubería de montaje de cabezal de sotavento 154 están unidos al intercambiador de calor de barlovento 151 y al intercambiador de calor de sotavento 152, como se muestra con una flecha vacía en el lado derecho del plano de la hoja. Además, tal y como se muestra en la figura 2, la parte de conexión de filas 155 está unida al intercambiador de calor de barlovento 151 y al intercambiador de calor de sotavento 152, como lo muestra una flecha vacía en el lado izquierdo del plano de la hoja. El intercambiador de calor 150 se produce de esta manera. Obsérvese que el intercambiador de calor de barlovento 151 y el intercambiador de calor de sotavento 152 tienen la misma configuración.
La tubería de montaje de cabezal de barlovento 153 está provisto de unas partes de unión de tubería 153a, que son unas aberturas, a las que están unidas las tuberías de transferencia de calor 2. De manera similar, la tubería de montaje de cabezal de sotavento 154 está provisto de partes de unión de tubería 154a, que son unas aberturas, a las que están unidas las tuberías de transferencia de calor 2. Se supone que la distancia entre las partes de unión de tubería adyacentes 153a en la tubería de montaje de cabezal de barlovento 153 es un paso P1. De manera similar, las partes de unión de tubería 154a en la tubería de montaje de cabezal de barlovento 153 están dispuestas una al lado de otra en el paso P1.
Como se muestra en las figuras 2 y 3, el intercambiador de calor 150 incluye una pluralidad de aletas en forma de placa rectangular 1 que tienen unos bordes largos y unos bordes cortos, y una pluralidad de tuberías de transferencia de calor 2. Obsérvese que la figura 3 muestra, como ejemplo, un caso en el que el número de tuberías de transferencia de calor 2 es ocho. Como se muestra en la figura 3, se supone que la distancia entre las partes de inserción de tubería adyacentes 5 en las aletas 1 es un paso P2. Los signos de referencia mostrados en las figuras 1 a 3 se usarán también en otros dibujos. Además, en la descripción a continuación, la dirección paralela a los bordes largos de las aletas 1 se denominará dirección longitudinal, y la dirección paralela a los bordes cortos de las aletas 1 se denominará dirección transversal.
Configuración esquemática de la tubería de transferencia de calor 2
La figura 4 es una vista en sección esquemática que muestra una sección de una tubería de transferencia de calor que constituye el intercambiador de calor 150. Las tuberías de transferencia de calor 2 que constituyen el intercambiador de calor 150 se describirán en detalle haciendo referencia a la figura 4.
La pluralidad de tuberías de transferencia de calor 2 están fijadas en la pluralidad de partes de inserción de tubería 5 proporcionadas en las aletas 1. Las tuberías de transferencia de calor 2 se intersecan con las aletas 1. Como se muestra en la figura 4, las tuberías de transferencia de calor 2 tienen una forma tal que la anchura horizontal de las mismas (dirección del eje largo en sección transversal) es mayor que la anchura vertical de las mismas (dirección del eje corto en sección transversal). Es decir, la dirección del eje largo en la sección transversal es igual a la dirección en la que circula el fluido que fluye entre las aletas 1, y la pluralidad de tuberías de transferencia de calor 2 están dispuestas a intervalos en la dirección de etapa (dirección de arriba a abajo en el plano de la hoja), que es perpendicular a la dirección de circulación. Obsérvese que, en la descripción a continuación, una porción que se extiende a lo largo del eje largo en la sección transversal de las tuberías de transferencia de calor 2, es decir, en la dirección de la anchura (dirección transversal) de las aletas 1, a menudo se denominará como la dirección de la anchura de las tuberías de transferencia de calor 2.
Aunque se dará una explicación tomando como ejemplo un caso en el que la tubería de transferencia de calor 2 mostrada en la figura 4 es una tubería plana de forma plana, en la que la anchura horizontal de la misma (dirección del eje largo en sección transversal) es mayor que la anchura vertical de la misma (dirección del eje corto en sección transversal), no se requiere que la tubería de transferencia de calor 2 esté formada exactamente en una forma plana, y la tubería de transferencia de calor 2 solo se requiere que tenga una forma en la que la anchura horizontal de la misma sea mayor que la anchura vertical de la misma.
Como se muestra en la figura 4, la tubería de transferencia de calor 2 incluye una superficie superior 2a que incluye una parte superior, una superficie inferior 2c que incluye una parte inferior, una porción lateral 2b que incluye un extremo en la dirección de la anchura (el extremo en el lado derecho del plano de la hoja en la figura 4), y una otra porción lateral 2d que incluye el otro extremo en la dirección de la anchura (el extremo en la lado izquierdo del plano de la hoja en la figura 4). Obsérvese que, aunque la figura 4 muestra un ejemplo de la tubería de transferencia de calor 2 en el que la superficie superior 2a y la superficie inferior 2c son paralelas entre sí, la superficie superior 2a y la superficie inferior 2c no necesitan ser paralelas entre sí (al menos una de la superficie superior 2a y la superficie inferior 2c puede estar inclinada).
Cada una de la parte lateral 2b y la otra parte lateral 2d tiene una forma de sección transversal en forma de arco. En un estado en el que la tubería de transferencia de calor 2 está fijada en la parte de inserción de tubería 5 en la aleta 1, la otra parte lateral 2d está localizada cerca de una parte distal 5b de la parte de inserción de tubería 5 formada en la aleta 1, y la una parte lateral 2b está localizada cerca de un extremo abierto 5a de la parte de inserción de tubería 5 formada en la aleta 1.
La distancia, en la dirección de la gravedad, entre las tuberías de transferencia de calor 2 adyacentes entre sí en la dirección de arriba a abajo es igual al paso P2 de las partes de inserción de tubería adyacentes 5 en las aletas 1 y es constante.
Además, las tuberías de transferencia de calor 2 están fabricadas de, por ejemplo, aluminio o una aleación de aluminio.
Una pluralidad de paredes divisorias 2A se forman dentro de cada tubería de transferencia de calor 2, y las paredes divisorias 2A forman una pluralidad de trayectorias de flujo de refrigerante 20 dentro de la tubería de transferencia de calor 2. Obsérvese que pueden proporcionarse ranuras o hendiduras en las superficies de las paredes divisorias 2A y en las superficies de pared interna de la tubería de transferencia de calor 2. Al hacerlo, el área de contacto con el refrigerante que fluye a través de las trayectorias de flujo de refrigerante 20 aumenta y se mejora la eficiencia del intercambio de calor.
La tubería de transferencia de calor 2 está formada de tal manera que la superficie superior 2a y la superficie inferior 2c son sustancialmente simétricas con respecto a la línea horizontal que se extiende a través de la parte central en la dirección de la anchura. Esto facilita garantizar la eficiencia de fabricación cuando las tuberías de transferencia de calor 2 se forman mediante moldeo por extrusión.
Obsérvese que las tuberías de transferencia de calor 2 pueden formarse para tener una sección transversal elíptica mediante, por ejemplo, moldeo por extrusión, y a continuación, puede realizarse un mecanizado adicional para formar la forma final.
Configuración detallada 1 de la aleta 1
La figura 5 es una vista lateral que muestra un ejemplo de una configuración del intercambiador de calor 150, como se ve desde otra dirección. La figura 6 muestra un ejemplo de una configuración específica de la aleta 1 que constituye el intercambiador de calor 150. Se describirá en detalle un ejemplo de una configuración específica de la aleta 1 haciendo referencia a las figuras 5 y 6. La figura 5 muestra esquemáticamente una porción en la que el número de aletas 1 es seis y el número de tuberías de transferencia de calor 2 es tres. Además, la figura 6 muestra una porción en la que se forman ocho partes de inserción de tubería 5.
Obsérvese que la dirección de arriba a abajo en el plano de la hoja de la figura 6 se denomina como la dirección longitudinal de las aletas 1, y la dirección en la que las tuberías de transferencia de calor 2 insertan las aletas 1 se denomina como dirección transversal de las aletas 1. Obsérvese que la dirección transversal de las aletas 1 también puede denominarse la dirección de la anchura de las aletas 1. Estas definiciones también se usarán de la misma forma en la siguiente descripción.
Como se muestra en las figuras 5 y 6, las aletas 1 son unos componentes en forma de placa que tienen una dirección longitudinal y una dirección transversal. Cada una de las aletas 1 tiene una pluralidad de partes de inserción de tubería 5 dispuestas a intervalos en la dirección longitudinal. Las partes de inserción de tubería 5 están formadas como aberturas de tal manera que se extienden en la dirección transversal de la aleta 1 y de tal manera que unas porciones de las mismas en un borde de la aleta 1 están abiertas. En la figura 6, un extremo de cada parte de inserción de tubería 5 se ilustra como la parte de extremo abierto 5a, y el otro lado de cada parte de inserción de tubería 5 se ilustra como la parte distal 5b. Además, tal y como se muestra en la figura 6, cada aleta 1 tiene dos orificios de posicionamiento 21 en dos posiciones verticales. Obsérvese que las aletas 1 están formadas por, por ejemplo, aluminio o una aleación de aluminio.
Las partes distales 5b de las partes de inserción de tubería 5 tienen forma semicircular.
La forma de las partes distales 5b no se limita a una forma semicircular, y las partes distales 5b pueden tener una forma elíptica. Dicho de otro modo, es deseable que las partes distales 5b tengan una forma que se adapte a la forma de las otras partes porciones 2d de las tuberías de transferencia de calor 2 insertadas en las partes de inserción de tubería 5.
Además, las aletas 1 están configuradas para tener una forma de onda con crestas y valles. La forma de onda se forma en la dirección longitudinal de los componentes en forma de placa que constituyen las aletas 1. Dicho de otro modo, las aletas 1 están configuradas para tener una forma de onda en la que las crestas y valles se extienden en la dirección transversal de las aletas 1. Más específicamente, las aletas 1 están configuradas de tal manera que los rebordes de las crestas en forma de onda se extienden a lo ancho de las aletas 1. Debido a que las aletas 1 tienen forma de onda en una porción de las mismas, las aletas 1 pueden expandirse y contraerse en la dirección longitudinal de las mismas.
Además, las partes de inserción de tubería 5 están formadas en las crestas y valles de la forma ondulada de las aletas 1. Dicho de otro modo, las tuberías de transferencia de calor 2 se fijan en las crestas y valles de la forma de onda de las aletas 1. Además, es deseable que el paso de la forma de onda de las aletas 1 sea aproximadamente el doble del paso P2. Obsérvese que el paso de la forma de onda de las aletas 1 es la distancia entre una cresta y una cresta (o un valle y un valle) que constituye la forma de onda.
Obsérvese que el número de ondas no está específicamente limitado, y las ondas pueden formarse según el número de tuberías de transferencia de calor 2 fijadas. Además, la forma de los picos de las crestas y valles de la forma de onda no está específicamente limitada, y los picos pueden estar en ángulo o ser redondeados como porciones R. Además, el ángulo de los picos de las crestas y valles de la forma de onda no está específicamente limitado. Además, los rebordes de las crestas en forma de onda no necesariamente tienen que ser exactamente paralelos a la dirección transversal de las aletas 1.
Proceso de producción del intercambiador de calor 150
A continuación, se describirá un proceso de producción del intercambiador de calor 150.
En primer lugar, se preparan las aletas 1 que tienen las partes de inserción de tubería 5 en las que pueden insertarse las tuberías de transferencia de calor 2 desde un lado del borde. Se preparan las tuberías de transferencia de calor 2 a fijar en las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1. A continuación, las tuberías de transferencia de calor 2 se insertan en las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1. Una vez que las tuberías de transferencia de calor 2 están insertadas en las partes de inserción de tubería 5, las tuberías de transferencia de calor 2 y las aletas 1 se fijan entre sí. Por ejemplo, las tuberías de transferencia de calor 2 y las aletas 1 pueden fijarse mediante una soldadura fuerte, aglomeración, u otros métodos.
Los dos extremos de las tuberías de transferencia de calor 2 se insertan directamente en los cabezales (por ejemplo, la tubería de montaje de cabezal de barlovento 153 y la tubería de montaje de cabezal de sotavento 154 como se muestra en la figura 2) y la parte de conexión (por ejemplo, la parte de conexión de filas 155 como se muestra en la figura 2) (véanse las flechas vacías mostradas en la figura 2). Los extremos de las tuberías de transferencia de calor 2 insertados en estas partes se fijan mediante, por ejemplo, soldadura fuerte u otros métodos.
Tal y como se ha descrito, el intercambiador de calor 150 se monta mediante un proceso de producción en el que las aletas 1 y a continuación los cabezales se unen a las tuberías de transferencia de calor 2. Dicho de otro modo, debido a que el paso de las tuberías de transferencia de calor verticalmente adyacentes 2 está restringido por el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1, que se unen en primer lugar, las tuberías de transferencia de calor 2 pueden estar desalineadas con las porciones de unión de tubería de transferencia de calor formadas en los cabezales debido a la tolerancia de posición de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor (por ejemplo, las partes de unión de tubería 153a y las partes de unión de tubería 154a mostradas en la figura 2) formadas en los cabezales, la diferencia de temperatura entre las piezas de trabajo durante el montaje, u otras razones.
Por lo tanto, las aletas 1 configuradas para tener forma de onda se usan en el intercambiador de calor 150. Las aletas 1 configuradas para tener forma de onda son más flexibles y se expanden y contraen más fácilmente que las aletas formadas por componentes en forma de placa plana. Por lo tanto, el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1 puede ajustarse para que sea igual al paso P1 de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor en los cabezales. Dicho de otro modo, el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1 puede igualarse al paso P1 de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor en los cabezales, como resultado de la expansión y contracción de las aletas 1 en la dirección longitudinal.
Por consiguiente, cuando las tuberías de transferencia de calor 2 a las que están unidas las aletas 1 se insertan en los cabezales, el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1 puede ajustarse según el paso P1 de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor en los cabezales. Por lo tanto, es posible corregir automáticamente, con las aletas 1, la diferencia entre el paso P1 y el paso P2, mejorando de este modo la facilidad de montaje del intercambiador de calor 150.
Además, debido a que las tuberías de transferencia de calor 2 están unidas en las crestas y valles de la forma de onda de las aletas 1, incluso cuando las aletas 1 se deforman para cambiar el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5, las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1 se mantienen perpendiculares a las tuberías de transferencia de calor 2. Por lo tanto, es posible minimizar la inclinación (flexión) de las aletas 1 con respecto a las tuberías de transferencia de calor 2 y la inserción errónea de las tuberías de transferencia de calor debido a la inclinación de las aletas 1.
Obsérvese que puede obtenerse la misma ventaja también en un método en el que las tuberías de transferencia de calor 2 en primer lugar se unen al cabezal y a continuación las tuberías de transferencia de calor 2 se insertan en las aletas 1.
Además, aunque se ha descrito un caso en el que las aletas 1 tienen una forma de onda, en general, en la dirección longitudinal de las mismas, la forma no está limitada a la misma, y al menos una porción de las aletas 1 debe tener forma de onda. El área de la porción que tiene forma de onda puede determinarse teniendo en cuenta la magnitud de la diferencia de potencial entre el paso P1 y el paso P2.
Además, no es necesario que todas las aletas 1 tengan forma de onda, y se requiere que al menos una de las aletas 1 tenga forma de onda. Sin embargo, es preferible que todas las aletas 1 o una de cada varias aletas 1 tengan forma de onda. Lo mismo se aplica a las aletas 1 que tienen otras configuraciones que se describen a continuación.
Configuración detallada 2 de la aleta 1
La figura 7 es una vista lateral que muestra otro ejemplo de una configuración del intercambiador de calor 150, como se ve desde otra dirección. La figura 8 muestra otro ejemplo de una configuración específica de la aleta 1 que constituye el intercambiador de calor 150. Uno de los ejemplos de una configuración específica de las aletas 1 se describirá en detalle haciendo referencia a las figuras 7 y 8. La figura 7 muestra esquemáticamente una porción en la que el número de aletas 1 es seis y el número de tuberías de transferencia de calor 2 es tres. Además, la figura 8 muestra una parte en la que se forman ocho partes de inserción de tubería 5.
Mientras que las figuras 5 y 6 muestran, como ejemplo, un caso donde las partes de inserción de tubería 5 se forman en las crestas y valles de la forma de onda de las aletas 1, las figuras 7 y 8 muestran, como ejemplo, un caso donde las partes de inserción de tubería 5 se forman en las crestas o valles de la forma de onda de las aletas 1. Las otras configuraciones son básicamente las mismas que las descritas haciendo referencia a las figuras 5 y 6. Es decir, el paso de la forma de onda de las aletas 1 es igual al paso P2.
Además, esta configuración permite que las aletas 1 se expandan y contraigan en la dirección longitudinal, haciendo posible de este modo corregir automáticamente, con las aletas 1, la diferencia entre el paso P1 y el paso P2. Por lo tanto, es posible mejorar la facilidad de montaje del intercambiador de calor 150 y minimizar la inclinación (flexión) de las aletas 1 con respecto a las tuberías de transferencia de calor 2 y la inserción errónea de las tuberías de transferencia de calor debido a la inclinación de las aletas 1.
Además, en las aletas 1 que tienen las partes de inserción de tubería 5 formadas en las crestas o valles de la forma de onda, cuando se deforman las aletas 1 y se cambia el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5, la forma de onda entre las partes de inserción de tubería verticalmente adyacentes 5 en las aletas 1 se mueve en la dirección del paso de las aletas. Por lo tanto, las porciones en las que las tuberías de transferencia de calor 2 y las aletas 1 están unidas entre sí no se mueven en la dirección del paso de las aletas y, por lo tanto, el paso de la aleta está estabilizado. Obsérvese que el paso de la aleta es la distancia entre las aletas 1.
Configuración detallada 3 de la aleta 1
La figura 9 es una vista lateral que muestra otro ejemplo de una configuración del intercambiador de calor 150, como se ve desde otra dirección. La figura 10 muestra otro ejemplo de una configuración específica de la aleta 1 que constituye el intercambiador de calor 150. Uno de los ejemplos de una configuración específica de las aletas 1 se describirá en detalle haciendo referencia a las figuras 9 y 10. La figura 9 muestra esquemáticamente una porción en la que el número de aletas 1 es seis y el número de tuberías de transferencia de calor 2 es tres. Además, la figura 10 muestra una porción en la que se forman ocho partes de inserción de tubería 5.
Mientras que las figuras 5 a 8 muestran un caso en el que las aletas 1 tienen una forma de onda global en la dirección longitudinal de las mismas, las figuras 9 y 10 muestran, como ejemplo, un caso en el que la forma de onda se forma en una porción de las aletas 1. Más específicamente, la forma de onda que tiene un paso más pequeño que el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 se forma en una porción de las aletas 1. Además, las figuras 9 y 10 muestran, como ejemplo, en el que la forma de onda se forma entre los orificios de posicionamiento 21 y las partes de inserción de tubería 5 adyacentes a los orificios de posicionamiento 21. Las otras configuraciones son básicamente las mismas que las descritas haciendo referencia a las figuras 5 a 8.
Además, esta configuración permite que las aletas 1 se expandan y contraigan en la dirección longitudinal, haciendo posible de este modo corregir automáticamente, con las aletas 1, la diferencia entre el paso P1 y el paso P2. Por lo tanto, es posible mejorar la facilidad de montaje del intercambiador de calor 150 y minimizar la inclinación (flexión) de las aletas 1 con respecto a las tuberías de transferencia de calor 2 y la inserción errónea de las tuberías de transferencia de calor debido a la inclinación de las aletas 1.
Normalmente, un patrón, tal como rayaduras o hendiduras, se forma a menudo en las aletas 1. En ese caso, las superficies de formación de las aletas 1 son deseablemente planas para la estabilidad de la forma. Por lo tanto, en las figuras 9 y 10, la forma de onda se forma en una porción de las aletas 1. Por lo tanto, las aletas 1 se deforman localmente en forma de onda, permitiendo que las distintas porciones de la forma de onda se mantengan planas. Por consiguiente, es posible formar un patrón de forma estable, tal como rayaduras o hendiduras. Obsérvese que, aunque las figuras 9 y 10 muestran un ejemplo en el que la forma de onda se forma entre los orificios de posicionamiento 21 y las partes de inserción de tubería 5 adyacentes a los orificios de posicionamiento 21, la posición donde se forma la forma de onda no se limita a estas posiciones.
Unión de la tubería de transferencia de calor 2 a la aleta 1
En el intercambiador de calor 150, las tuberías de transferencia de calor 2 y las aletas 1 se unen entre sí mediante un accesorio de interferencia.
Las aletas típicas no tienen la función de corregir automáticamente la diferencia de paso. Por lo tanto, si la holgura entre las tuberías de transferencia de calor y las partes de inserción de tubería en las aletas se reduce de tamaño, las porciones de las aletas que interfieren con las tuberías de transferencia de calor se deforman, dificultando la unión de
las tuberías de transferencia de calor. Por consiguiente, en los intercambiadores de calor de la técnica relacionada, el tamaño de la holgura entre las tuberías de transferencia de calor y las partes de inserción de tubería en las aletas no puede reducirse y, por lo tanto, el accesorio de interferencia no se usa para unir las tuberías de transferencia de calor a las aletas.
Mientras tanto, debido a que el intercambiador de calor 150 tiene las aletas 1 que tienen la forma que se muestra en las figuras 5 a 10, la diferencia de paso se ajusta automáticamente y, por lo tanto, la holgura entre las tuberías de transferencia de calor y las partes de inserción de tubería puede minimizarse. Dicho de otro modo, debido a que el intercambiador de calor 150 no supera la diferencia de paso por medio de la holgura entre las tuberías de transferencia de calor 2 y las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1, las tuberías de transferencia de calor 2 pueden unirse a las aletas 1 mediante un accesorio de interferencia, en el que la holgura entre las mismas es pequeña. Al unir las tuberías de transferencia de calor 2 a las aletas 1 mediante un accesorio de interferencia, es posible mejorar las propiedades de soldadura fuerte y la adherencia, reduciendo al mismo tiempo la cantidad de latón usado.
Como se ha descrito anteriormente, en el intercambiador de calor 150, las aletas 1 tienen una forma capaz de ajustar automáticamente la diferencia de paso. Por lo tanto, es posible ajustar el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1 según el paso P1 de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor en los cabezales. Por lo tanto, en el intercambiador de calor 150, no hay diferencia entre el paso P2 de las partes de inserción de tubería 5 en las aletas 1 y el paso P1 de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor en los cabezales, mejorando de este modo la facilidad de montaje.
Además, debido a que el aparato acondicionador de aire 100 según la Realización 1 usa al menos uno del primer intercambiador de calor 102 y el segundo intercambiador de calor 104 como el intercambiador de calor 150, se mejora la facilidad de montaje.
Aunque anteriormente se han descrito configuraciones detalladas del intercambiador de calor de la presente invención, la configuración del intercambiador de calor no está limitada a las mismas y pueden modificarse o cambiarse de diversas formas sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Además, aunque se ha descrito como ejemplo un intercambiador de calor que tiene una pluralidad de aletas 1, la configuración no se limita al mismo, y el número de aletas 1 puede ser una.
Lista de signos de referencia
1 aleta 2 tubería de transferencia de calor 2A pared divisoria 2a superficie superior 2b una porción lateral 2c superficie inferior 2d la otra porción lateral 5 parte de inserción de tubería 5a extremo abierto 5b parte distal 20 trayectoria de flujo de refrigerante 21 orificio de posicionamiento 100 aparato acondicionador de aire 101 compresor 102 primer intercambiador de calor 103 dispositivo de expansión 104 segundo intercambiador de calor 105 primer ventilador 106 segundo ventilador 107 dispositivo de conmutación de trayectoria de flujo 110 tubería de refrigerante 150 intercambiador de calor 151 intercambiador de calor de barlovento 152 intercambiador de calor de sotavento 153 tubería de montaje de cabezal de barlovento 153a parte de unión de tubería 154 tubería de montaje de cabezal de sotavento 154a parte de unión de tubería 155 parte de conexión de filas P1 paso (el paso de las porciones de unión de tubería de transferencia de calor en un cabezal) P2 paso (el paso de las partes de inserción de tubería en una aleta)
Claims (5)
1. Un intercambiador de calor (102, 104) que comprende:
aletas en forma de placa (1);
una pluralidad de tuberías de transferencia de calor (2) unidas a las partes de inserción de tubería (5) formadas en las aletas (1) con el fin de que se intersequen con las aletas (1), y
cabezales (153, 154) en los que los extremos de las tuberías de transferencia de calor (2) se insertan en las porciones de unión de tubería de transferencia de calor (153a, 154a), en donde
las tuberías de transferencia de calor (2) están dispuestas a intervalos en la dirección del borde largo de las aletas (1),
cada una de las tuberías de transferencia de calor (2) tiene una forma en la que la anchura horizontal de las mismas a lo largo de la dirección del borde corto de las aletas (1) es mayor que la anchura vertical de las mismas a lo largo de la dirección del borde largo de las aletas (1),
cada una de las partes de inserción de tubería (5) están formadas como una abertura de tal manera que la parte de inserción de tubería se extiende en la dirección del borde corto y de tal manera que una porción de la misma en un borde de la aleta está abierta, y
las aletas (1) tienen forma de onda en al menos una porción de las mismas y, caracterizado por cada una de las crestas y valles en forma de onda que se extienden a través de la dirección del borde corto de las aletas (1), las aletas (1) son capaces de expandirse y contraerse en la dirección del borde largo de tal manera que un paso (P2) de las partes de inserción de tubería (5) de las aletas (1) se ajusta a un paso (P1) de las porciones de unión de transferencia de calor (153a, 154a) en los cabezales (153, 154).
2. El intercambiador de calor (102, 104) de la reivindicación 1, en donde un paso de la forma de onda es dos veces un paso (P2) de las partes de inserción de tubería (5) formadas en las aletas (1).
3. El intercambiador de calor (102, 104) de la reivindicación 1, en donde un paso de la forma de onda es igual a un paso (P2) de las partes de inserción de tubería (5) formadas en las aletas (1).
4. El intercambiador de calor (102, 104) de la reivindicación 2 o 3, en donde las partes de inserción de tubería (5) están formadas en las porciones máximas de la forma de onda.
5. El intercambiador de calor (102, 104) de la reivindicación 1, en donde un paso de la forma de onda es menor que un paso (P2) de las partes de inserción de tubería (5) formadas en las aletas (1).
6. El intercambiador de calor (102, 104) de la reivindicación 5, en donde la forma de onda está formada entre un orificio de posicionamiento (21) formado en las aletas (1) y una parte de inserción de tubería (5) adyacente al orificio de posicionamiento (21).
7. El intercambiador de calor (102, 104) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde las tuberías de transferencia de calor (2) se unen a las aletas (1) por medio de un accesorio de interferencia.
8. Un aparato de ciclo de refrigeración (100) que comprende un circuito de refrigerante en el que un compresor (101), un primer intercambiador de calor (102), un dispositivo de expansión (103) y un segundo intercambiador de calor (104) se conectan entre sí mediante una tubería de refrigerante (110), en donde al menos uno del primer intercambiador de calor (102) y el segundo intercambiador de calor (104) es el intercambiador de calor (102, 104) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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