ES2927566T3

ES2927566T3 - Intercambiador de calor, y dispositivo de ciclo de refrigeración equipado con intercambiador de calor

Info

Publication number: ES2927566T3
Application number: ES13780638T
Authority: ES
Inventors: Takuya Matsuda; Akira Ishibashi; Sangmu Lee; Takashi Okazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: EP2865982B1; US9689619B2; CN203274362U; US20150059401A1; CN104334997A; EP2865982A4; EP2865982A1; WO2013161799A1; WO2013160954A1; CN108489153A

Abstract

Un intercambiador de calor incluye una pluralidad de unidades de intercambio de calor 10, 20, cada una de las cuales incluye una pluralidad de aletas 11, 21 dispuestas a intervalos de manera que el aire pasa entre aletas adyacentes y una pluralidad de tubos de transferencia de calor 12, 22 a través de los cuales fluye un refrigerante. Los tubos de transferencia de calor se extienden a través de las aletas 11, 21 en una dirección de disposición de las aletas. Los tubos de transferencia de calor están dispuestos en múltiples niveles en una dirección de nivel perpendicular a la dirección de paso del aire. Las unidades de intercambio de calor están dispuestas en múltiples filas en una dirección de fila, sirviendo como dirección de paso del aire. El intercambiador de calor incluye además un cabezal 40 de hileras a horcajadas. Los conductos de refrigerante se proporcionan de manera que el refrigerante que fluye desde las entradas de los conductos de refrigerante gira en el cabezal 40 de hileras a horcajadas hacia las salidas de los conductos de refrigerante. El cabezal 40 que se extiende a ambos lados de la fila tiene un interior separado en una pluralidad de cámaras dispuestas en la dirección del nivel. El paso de refrigerante está aislado para su cámara correspondiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Intercambiador de calor, y dispositivo de ciclo de refrigeración equipado con intercambiador de calor

Campo técnico

La presente invención se refiere un intercambiador de calor incluido en un aparato de ciclo de refrigeración, tal como un aparato de acondicionamiento de aire, un aparato de ciclo de refrigeración que incluye el intercambiador de calor y un aparato de acondicionamiento de aire.

Antecedentes de la técnica

Este tipo de intercambiador de calor incluye una pluralidad de pasos. Un refrigerante se distribuye de manera uniforme (o se divide en corrientes) a los pasos con el fin de mejorar el rendimiento de la transferencia de calor del intercambiador de calor. Recientemente se ha desarrollado una técnica para disponer una pluralidad de unidades de intercambio de calor, incluyendo cada una una pluralidad de aletas y una pluralidad de tubos planos, en una dirección de hilera que actúa como dirección de paso del aire, en la que el aire pasa a través de las unidades de intercambio de calor, con el fin de aumentar adicionalmente la eficacia del intercambio de calor (véase el documento de patente 1, por ejemplo).

En el documento de patente 1, primeros extremos de los tubos planos de una primera unidad de intercambio de calor están en comunicación con primeros extremos de los tubos planos de una segunda unidad de intercambio de calor a través de un colector que se extiende a ambos lados de la hilera. Un colector de entrada divide de manera uniforme el refrigerante en corrientes, que fluyen a través de los tubos planos de la primera unidad de intercambio de calor. Las corrientes se fusionan temporalmente en una corriente del refrigerante en el colector que se extiende a ambos lados de la hilera, el refrigerante se dirige a la segunda unidad de intercambio de calor, el refrigerante se divide nuevamente en corrientes que fluyen a través de los tubos planos de la segunda unidad de intercambio de calor, las corrientes se fusionan en una corriente del refrigerante en un colector de salida, y el refrigerante fluye fuera del colector de salida.

El documento US 2005/217838 A1 describe un evaporador para un aparato de acondicionamiento de aire que tiene depósitos superior e inferior y múltiples tubos que se extienden verticalmente y están conectados, respectivamente, a los depósitos en los extremos superior e inferior. Una parte de paso de fluido se forma en el depósito inferior. Se forman múltiples rebajes de drenaje en el depósito inferior en tales partes, en donde los rebajes no interfieren con la parte de paso de fluido.

El documento FR 2864215 A1 describe un elemento de circuito hidráulico para el intercambio de calor entre un primer fluido y un segundo fluido que define una trayectoria para el primer fluido.

El documento US 5314013 A describe un evaporador para un circuito de refrigeración de acondicionamiento de aire de automóvil que incluye tuberías colectoras primera y segunda, una pluralidad de elementos de comunicación que comprenden una trayectoria de comunicación sustancialmente con forma de U en los mismos, y una unidad de aletas corrugadas dispuestas de manera fija entre las tuberías planas con forma de U. Las tuberías colectoras primero y segundo están dispuestas en paralelo entre sí. Cada una de las tuberías planas con forma de U incluye un par de partes rectas y una parte curva con forma de U que conecta los extremos inferiores de las partes rectas. Un extremo superior de una de las partes rectas está conectado de manera fija y hermética a la primera tubería colectora, y un extremo superior de la otra parte recta está conectado de manera fija y hermética a la segunda tubería colectora. El par de partes rectas y la parte curva con forma de U de la tubería plana con forma de U se extienden a lo largo de un plano que es paralelo a la dirección del flujo de aire que pasa por una superficie exterior del evaporador.

El documento DE 197 19 256 A1 describe un intercambiador de calor de tubos planos de paso múltiple para vehículos con una parte inferior de cambio de dirección para el cambio de dirección de los pasos próximos de los tubos planos.

El documento EP 0654645 A2 describe un intercambiador de calor según el preámbulo de la reivindicación 1 que tiene tubos planos dispuestos en paralelo y separados uno con respecto a otro una distancia predeterminada en la dirección del grosor. El intercambiador de calor tiene además un par de colectores a los que se conectan los extremos de los tubos en comunicación de fluidos. Cada tubo tiene una parte doblada intermedia y secciones rectas separadas una con respecto a otra por la parte doblada, y la parte doblada es una parte retorcida en un ángulo helicoidal predeterminado con respecto a cada sección recta. Las aletas se interponen entre las secciones rectas adyacentes y aletas adicionales entre las otras secciones rectas. El intercambiador de calor es fácil de fabricar y presenta una eficacia de intercambio de calor mejorada, a pesar de que los tubos están doblados en la dirección de su anchura.

Lista de menciones

Documento de patente

Documento de patente 1: Publicación de solicitud de patente japonesa sin examinar n.° 2003-75024 (resumen, figura 1)

Sumario de la invención

Problema técnico

En el documento de patente 1, el refrigerante se divide de manera uniforme en corrientes que fluyen a través de los tubos planos de la primera unidad de intercambio de calor y las corrientes se unen temporalmente en una corriente del refrigerante en el colector que se extiende a ambos lados de la hilera. Por consiguiente, no se mantiene un estado inicial dividido de manera uniforme. De manera desventajosa, la distribución desigual del refrigerante a los tubos planos de la segunda unidad de intercambio de calor da como resultado una reducción en la eficacia de intercambio de calor del intercambiador de calor.

La presente invención se ha realizado teniendo en consideración las desventajas descritas anteriormente. Un objeto de la presente invención es proporcionar un intercambiador de calor que incluye una pluralidad de unidades de intercambio de calor dispuestas en una dirección de paso de aire en la que el aire pasa a través de las unidades de intercambio de calor, siendo el intercambiador de calor capaz de reducir la división desigual de un refrigerante que fluye desde entradas de pasos de refrigerante hasta salidas de los mismos y mostrando de este modo un rendimiento de intercambio de calor mejorado, proporcionar un aparato de ciclo de refrigeración que incluye el intercambiador de calor y proporcionar un aparato de acondicionamiento de aire.

Solución al problema

Este problema se resuelve mediante un intercambiador de calor según la reivindicación 1, un aparato de ciclo de refrigeración según la reivindicación 10 y un aparato de acondicionamiento de aire según la reivindicación 11. En las reivindicaciones dependientes se proporcionan mejoras adicionales del intercambiador de calor según la invención.

La presente invención proporciona un intercambiador de calor que incluye, entre otras cosas, una pluralidad de unidades de intercambio de calor, incluyendo cada una una pluralidad de tubos de transferencia de calor a través de los que fluye un refrigerante en estado bifásico gas-líquido y una pluralidad de aletas dispuestas de manera que el aire pasa entre aletas adyacentes en una dirección de paso de aire, estando los tubos de transferencia de calor dispuestos en múltiples niveles en una dirección de nivel perpendicular a la dirección de paso de aire, estando las unidades de intercambio de calor dispuestas en múltiples hileras en una dirección de hilera, que actúa como dirección de paso de aire. El intercambiador de calor incluye además un colector que se extiende a ambos lados de la hilera. Las unidades de intercambio de calor en extremos opuestos en la dirección de hilera de las unidades de intercambio de calor dispuestas en las múltiples hileras actúan como una unidad de intercambio de calor de entrada en la que fluye el refrigerante y una unidad de intercambio de calor de salida fuera de la que fluye el refrigerante. Los primeros extremos de los tubos de transferencia de calor que están dispuestos en los múltiples niveles de las unidades de intercambio de calor adyacentes en la dirección de hilera de las unidades de intercambio de calor dispuestas en las múltiples hileras están en comunicación con el colector que se extiende a ambos lados de la hilera para proporcionar pasos de refrigerante a través de los que fluye el refrigerante de manera que el refrigerante que fluye desde las entradas de los tubos de transferencia de calor que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de entrada gira en el colector que se extiende a ambos lados de la hilera hasta las salidas de los tubos de transferencia de calor que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de salida. El colector que se extiende a ambos lados de la hilera tiene un espacio interior separado para dar una pluralidad de cámaras dispuestas en la dirección de nivel y el paso de refrigerante está aislado para cada cámara.

Efectos ventajosos de la invención

Según la presente invención, el intercambiador de calor es capaz de reducir la división desigual del refrigerante en la totalidad de los pasos porque se mantiene un estado dividido de manera uniforme en una entrada del intercambiador de calor hasta una salida del mismo, exhibiendo de este modo un rendimiento de intercambio de calor mejorado.

Breve descripción de los dibujos

[Figura 1] La figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor que no es según la invención pero da a conocer un aspecto de la invención.

[Figura 2] La figura 2 es una vista en perspectiva de un colector que se extiende a ambos lados de la hilera de la figura 1.

[Figura 3] La figura 3 es una vista en perspectiva de un tubo plano de la figura 1.

[Figura 4] La figura 4 es un diagrama que ilustra un circuito de refrigerante de un aparato de ciclo de refrigeración que incluye el intercambiador de calor 1 de la figura 1.

[Figura 5] La figura 5(a) es un diagrama que ilustra el flujo de refrigerante (contraflujo) en un caso en donde el intercambiador de calor en la figura 1 se usa como condensador y la figura 5(b) es un diagrama que ilustra el flujo paralelo.

[Figura 6] La figura 6 incluye gráficos que ilustran cada uno una distribución de temperatura de refrigerante en un paso de refrigerante que se extiende desde una entrada hasta una salida de un condensador.

[Figura 7] La figura 7 es un diagrama que ilustra un intercambiador de calor usado como evaporador o condensador mientras alterna entre funcionar como evaporador y funcionar como condensador.

[Figura 8] La figura 8 es un diagrama que ilustra un intercambiador de calor formado generalmente en forma de L.

[Figura 9] La figura 9 es un diagrama que ilustra el intercambiador de calor en la figura 8 en un estado anterior a doblado.

[Figura 10] La figura 10 es un diagrama que ilustra otra configuración de un divisor de refrigerante. La realización de esta invención es una derivación de esta configuración, véase el párrafo 0044.

Descripción de realización

La figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor. La figura 2 es una vista en perspectiva de un colector que se extiende a ambos lados de la hilera de la figura 1. Los componentes en las figuras 1 y 2 y otras figuras, que se describirán más adelante, designadas con los mismos números de referencia son componentes iguales o equivalentes, que son comunes en la totalidad de la memoria descriptiva. Además, los componentes representados en el presente documento son ilustrativos y representativos y no pretenden ser limitativos.

Un intercambiador de calor 1 incluye una primera unidad de intercambio de calor 10 y una segunda unidad de intercambio de calor 20 dispuestas en una dirección de hilera, que actúa como una dirección de paso de aire en la que pasa el aire a través del intercambiador de calor 1, un colector de entrada 30 que actúa como divisor de refrigerante, un colector que se extiende a ambos lados de hilera 40 y un colector de salida 50.

La primera unidad de intercambio de calor (unidad de intercambio de calor de salida) 10 incluye una pluralidad de aletas 11 dispuestas a intervalos regulares de manera que el aire pasa entre aletas adyacentes 11 y una pluralidad de tubos planos (tubos de transferencia de calor) 12, a través de los que fluye un refrigerante, que se extiende a través de las aletas 11 en una dirección de disposición de las aletas 11. Los tubos planos 12 están dispuestos en múltiples niveles en una dirección de nivel perpendicular a la dirección de paso del aire. Cada tubo plano 12 tiene una pluralidad de orificios pasantes 12a que actúan como paso de refrigerante tal como se ilustra en la figura 3. La segunda unidad de intercambio de calor (unidad de intercambio de calor de entrada) 20 tiene la misma configuración que la primera unidad de intercambio de calor 10 e incluye una pluralidad de aletas 21 y una pluralidad de tubos planos (tubos de transferencia de calor) 22. Aunque la aleta 11 ilustrada en el presente documento tiene forma de placa, la aleta no tiene que tener necesariamente forma de placa. Por ejemplo, pueden disponerse aletas onduladas de manera que los tubos planos 12 y las aletas se dispongan alternativamente en la dirección de nivel. Solo se requiere que las aletas estén dispuestas para permitir que el aire pase entre las aletas en la dirección de paso de aire.

El colector de entrada 30 está dispuesto adyacente a un extremo de la segunda unidad de intercambio de calor 20 para extenderse en la dirección de nivel. El colector de entrada 30 está en comunicación con todos los tubos planos 22 de la segunda unidad de intercambio de calor 20. El colector de entrada 30 divide de manera uniforme el refrigerante que fluye desde una tubería de entrada de refrigerante 31 para dar corrientes y permite que las corrientes fluyan a través de los tubos planos 22.

El colector de entrada 50 está dispuesto adyacente a un extremo de la primera unidad de intercambio de calor 10 para extenderse en la dirección de nivel. El colector de entrada 50 está en comunicación con todos los tubos planos 12 de la primera unidad de intercambio de calor 10. El colector de salida 50 combina las corrientes de refrigerante que han pasado a través de los tubos planos 12 para dar una única corriente de refrigerante y permite que el refrigerante fluya a través de una tubería de salida de refrigerante 51.

El colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 está dispuesto adyacente al otro extremo de cada una de las unidades de intercambio de calor primera y segunda 10 y 20 para extenderse en la dirección de nivel y se extiende a ambos lados de las unidades de intercambio de calor primera y segunda 10 y 20. El colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 es hueco y tiene un interior separado por divisiones 41 para dar una pluralidad de cámaras 42 dispuestas en la dirección de nivel. El número de cámaras 42 es igual al número de niveles en los que están dispuestos los tubos planos 12 y 22. Cada cámara 42 está dotada de dos orificios pasantes 43 a los que se conectan los extremos de los tubos planos 12 y 22 al mismo nivel. La cámara 42 con una configuración de ese tipo funciona como un paso de retorno en el que fluye el refrigerante que ha pasado a través del tubo plano 22 y en el que este refrigerante gira hacia el tubo plano 12 tal como lo indica cada flecha en la figura 1.

En la configuración descrita anteriormente, un paso que se extiende desde una entrada del tubo plano 22 de la segunda unidad de intercambio de calor 20 hasta una salida del tubo plano 12 de la primera unidad de intercambio de calor 10 está aislado para cada nivel (o cada cámara 42).

Los tubos planos 12 y 22, las aletas 11 y 21, el colector de entrada 30, el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 y el colector de salida 50 están realizados, por ejemplo, de aluminio o aleación de aluminio.

Para realizar el intercambiador de calor 1 con la configuración descrita anteriormente, los tubos planos 12 y 22, las aletas 11 y 21, el colector de entrada 30, el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 y el colector de salida 50 se ensamblan y unen en conjunto mediante soldadura en horno.

La figura 4 es un diagrama que ilustra un circuito de refrigerante de un aparato de ciclo de refrigeración que incluye el intercambiador de calor de la figura 1.

El aparato de ciclo de refrigeración 60 incluye un compresor 61, un condensador 62, una válvula de expansión 63, que actúa como dispositivo de reducción de presión y un evaporador 64. El intercambiador de calor 1 se usa como al menos uno del condensador 62 y el evaporador 64. El refrigerante descargado del compresor 61 fluye al interior del condensador 62, en donde el refrigerante intercambia calor con el aire que pasa a través del condensador 62 y, por tanto, se convierte en un refrigerante líquido a alta presión. El refrigerante fluye fuera del condensador 62. La válvula de expansión 63 reduce la presión del refrigerante líquido a alta presión que sale del condensador 62, de modo que el refrigerante se convierte en un refrigerante bifásico a baja presión. El refrigerante fluye al interior del evaporador 64. El refrigerante bifásico a baja presión, que ha fluido al interior del evaporador 64, intercambia calor con el aire que pasa a través del evaporador 64 y, por tanto, se convierte en un refrigerante gaseoso a baja presión. El refrigerante se succiona nuevamente al interior del compresor 61.

La figura 5(a) es un diagrama que ilustra el flujo del refrigerante en un caso en donde el intercambiador de calor de la figura 1 se usa como condensador e ilustra el flujo de refrigerante cuando el intercambiador de calor de la figura 1 se ve en planta. En la figura 5(a), una flecha gruesa indica una dirección del flujo de refrigerante y las flechas A delgadas indican el flujo de aire.

Cuando el intercambiador de calor 1 se usa como condensador 62, se permite que el refrigerante fluya desde un lado aguas abajo hasta un lado aguas arriba en la dirección del flujo de aire A en forma de retorno (a continuación en el presente documento, este flujo se denominará "contraflujo" ). Por otro lado, tal como se ilustra en la figura 5(b), una forma de permitir que el refrigerante fluya desde el lado aguas arriba hasta el lado aguas abajo en la dirección del flujo de aire A en forma de retorno se denomina "flujo paralelo". El flujo paralelo se describirá más adelante.

El flujo del refrigerante en el caso en donde se usa el intercambiador de calor 1 como condensador 62 se describirá ahora con referencia a las figuras 1 y 4.

El refrigerante fluye a través de la tubería de entrada de refrigerante 31 al interior del colector de entrada 30, en donde el refrigerante se divide de manera uniforme en corrientes y las corrientes de refrigerante fluyen al interior de las entradas de los tubos planos 22 de la segunda unidad de intercambio de calor 20. Las corrientes de refrigerante pasan a través de los tubos planos 22 y fluyen al interior de las cámaras 42 del colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40. Cada corriente de refrigerante gira hacia y fluye al interior del tubo plano 12 en la cámara 42.

Cada corriente de refrigerante, obtenida al dividir de manera uniforme el refrigerante, fluye al interior de la cámara 42, fluye fuera de la cámara 42 sin mezclarse con las otras corrientes de refrigerante en las otras cámaras 42 y luego fluye al interior del tubo plano 12 de la primera unidad de intercambio de calor 10. Por consiguiente, las corrientes de refrigerante que fluyen fuera de las cámaras 42 fluyen al interior de los tubos planos 12 al tiempo que se mantienen en un estado dividido de manera uniforme. Las corrientes de refrigerante que han pasado a través de los tubos planos 12 se fusionan para dar una única corriente de refrigerante en el colector de salida 50. El refrigerante fluye a través de la tubería de salida de refrigerante 51 hacia el exterior. Cuando el intercambiador de calor 1 se usa como condensador 62, el refrigerante puede dividirse de manera uniforme fácilmente porque el refrigerante en estado gaseoso fluye al interior del intercambiador de calor 1. Por consiguiente, puede omitirse el colector de entrada 30, que actúa como divisor de refrigerante. Puede usarse un componente cuyo interior se comunica con los tubos planos 22 de la segunda unidad de intercambio de calor 20.

Ahora se describirán las ventajas de hacer fluir el refrigerante en contraflujo. Las ventajas del contraflujo de refrigerante están asociadas con una distribución de temperatura del refrigerante en un paso de refrigerante desde una entrada hasta una salida.

La figura 6 incluye gráficos que ilustran cada uno una distribución de temperatura de refrigerante en el paso de refrigerante desde una entrada hasta una salida de un condensador. En la figura 6, el eje de abscisas indica el paso de refrigerante y el eje de ordenadas indica la temperatura. En la figura 6, (a) indica un caso en donde el refrigerante es un único refrigerante, tal como R32 o HFO1234YF, o una mezcla de refrigerante azeotrópico, tal como R410A, y (b) indica un caso en donde el refrigerante es un refrigerante no azeotrópico, tal como una mezcla de HFO1234YF y R32. El condensador 62 realiza un subenfriamiento, indicado por SC (= Tc - Tb) en la figura 6, para aumentar el rendimiento de intercambio de calor.

Con respecto al único refrigerante o la mezcla de refrigerante azeotrópico, tal como se ilustra en la figura 6 (a), el refrigerante gaseoso a alta temperatura Ta fluye al interior del condensador 62 e intercambia calor con el aire que pasa a través del condensador 62, de modo que la temperatura del refrigerante cae hasta una temperatura de condensación Tc. El refrigerante muestra un estado gas-líquido bifásico, de manera que la temperatura del refrigerante es constante a la temperatura de condensación Tc, y luego pasa al estado líquido. La temperatura del refrigerante en estado líquido cae adicionalmente a una temperatura baja Tb que es más baja que la temperatura de condensación Tc, proporcionando, por tanto, un subenfriamiento. El refrigerante a baja temperatura fluye fuera del condensador 62.

Con respecto al refrigerante no azeotrópico, tal como se ilustra en la figura 6 (b), el refrigerante gaseoso a alta temperatura Ta' fluye al interior del condensador 62 e intercambia calor con el aire que pasa a través del condensador 62, de modo que la temperatura del refrigerante cae a una temperatura de condensación Tc'. La temperatura del refrigerante no azeotrópico en un estado bifásico gas-líquido sigue cayendo porque la temperatura de saturación de gas del mismo difiere de la temperatura de saturación de líquido del mismo, de modo que el refrigerante pasa a estado líquido. La temperatura del refrigerante líquido cae adicionalmente a una temperatura baja Tb' que es más baja que la temperatura de condensación Tc', proporcionando, por tanto, un subenfriamiento. El refrigerante a baja temperatura fluye fuera del condensador 62.

Se requiere que el condensador 62 proporcione un subenfriamiento de, por ejemplo, aproximadamente 10 grados C. Por tanto, es necesario garantizar una cantidad suficiente de calor intercambiado con aire en la última mitad de cada paso de refrigerante desde la entrada hasta la salida del condensador 62.

Si el flujo paralelo (véase la figura 5(b)) se realiza en el condensador 62, el aire que ha intercambiado calor con el refrigerante en la primera unidad de intercambio de calor 10 fluye a través de la segunda unidad de intercambio de calor 20. Por consiguiente, la diferencia en la temperatura entre el aire y el refrigerante en la última mitad de cada paso de refrigerante sería insuficiente. Desafortunadamente, no se proporcionaría el subenfriamiento previsto. Por otro lado, en el contraflujo, el refrigerante en la última mitad del paso de refrigerante intercambia calor con aire que debe intercambiar calor con el refrigerante. Por consiguiente, puede lograrse una diferencia de temperatura suficiente, de modo que pueda proporcionarse un subenfriamiento estable.

Aunque las ventajas del contraflujo en el condensador 62 se obtienen con el uso de un único refrigerante o un refrigerante azeotrópico, las ventajas se mejoran particularmente con el uso de un refrigerante no azeotrópico. Específicamente, el refrigerante no azeotrópico en un estado gas-líquido bifásico tiene un deslizamiento de temperatura porque la temperatura de saturación del gas difiere de la temperatura de saturación del líquido, tal como se describió anteriormente. Por consiguiente, la diferencia de temperatura entre el refrigerante no azeotrópico y el aire es mayor que entre el refrigerante azeotrópico y el aire. Por tanto, las ventajas se mejoran.

En la descripción anterior, el intercambiador de calor 1 se usa como condensador 62. A continuación se describirá un caso en donde el intercambiador de calor 1 se usa como evaporador 64. Aunque puede usarse o bien el flujo a contracorriente o bien el flujo paralelo cuando se usa el intercambiador de calor 1 como evaporador 64, se prefiere el contraflujo. En caso de que el intercambiador de calor 1 se use como evaporador 64, si el refrigerante es un refrigerante no azeotrópico, el refrigerante en un estado gas-líquido bifásico tiene un deslizamiento de temperatura tal como se describió anteriormente y la diferencia de temperatura aumenta en consecuencia, mejorando, por tanto, el rendimiento del intercambio de calor. Por consiguiente, las ventajas del contraflujo son mayores que las del flujo paralelo.

El evaporador 64 proporcionado sobrecalentamiento para aumentar el rendimiento de intercambio de calor. Habitualmente, el sobre calentamiento que es de aproximadamente 1 o 2 grados C es menor que el subenfriamiento que es de 10 grados C. Por consiguiente, las ventajas del contraflujo en el condensador 62 son mayores que las del evaporador 64.

Si el intercambiador de calor 1 se usa exclusivamente como evaporador o condensador, puede usarse la configuración de la figura 1 con el contraflujo de refrigerante. Si el aparato de ciclo de refrigeración 60 en la figura 4 incluye además una válvula de cuatro vías para conmutar entre las direcciones de flujo de refrigerante y el intercambiador de calor 1 se usa como evaporador 64 o condensador 62 mientras alterna entre funcionar como evaporador 64 y funcionar como condensador 62, el intercambiador de calor 1 puede configurarse tal como se ilustra en la figura 7.

La figura 7 es un diagrama que ilustra un intercambiador de calor que se usa como evaporador o como condensador de manera selectiva. En la figura 7, las flechas de línea discontinua indican el flujo de refrigerante en el evaporador 64 y las flechas de línea continua indican el flujo de refrigerante en el condensador 62.

La configuración de la figura 7 difiere de la de la figura 1 porque se dispone un colector de salida 50a que funciona como un divisor de refrigerante para dividir de manera uniforme el refrigerante en corrientes en lugar del colector de salida 50.

Cuando el intercambiador de calor 1 con tal configuración se usa como evaporador 64, se proporciona el flujo paralelo, específicamente, el refrigerante fluye a través del colector de salida 50a, la primera unidad de intercambio de calor 10, el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40, la segunda unidad de intercambio de calor 20, y el colector de entrada 30 en ese orden. Tal como se describió anteriormente, el refrigerante fluye al interior del colector de salida 50a cuando el intercambiador de calor 1 se usa como evaporador 64. Por consiguiente, se permite que el colector de salida 50a funcione como divisor de refrigerante de modo que el refrigerante en un estado gas-líquido bifásico que ha fluido al interior del colector de salida 50a se divida de manera uniforme en corrientes y las corrientes de refrigerante fluyan al interior de los tubos planos 12 respectivos. Por otro lado, cuando el intercambiador de calor 1 se usa como evaporador 62, se proporciona el contraflujo, específicamente, el refrigerante fluye a través del colector de entrada 30, la segunda unidad de intercambio de calor 20, el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40, la primera unidad de intercambio de calor 10, y el colector de salida 50a en ese orden.

Según la realización descrita anteriormente, la corriente de refrigerante que pasa a través de los tubos planos 12 y 22 en cada nivel fluye a través del paso de refrigerante aislado desde la entrada hasta la salida del mismo en las unidades de intercambio de calor primera y segunda 10 y 20 sin mezclarse con las otras corrientes de refrigerante en los otros niveles. Por consiguiente, el estado dividido de manera uniforme en la entrada se mantiene con éxito en la salida, reduciendo, por tanto, una división de flujo desigual. Por consiguiente, la eficacia de intercambio de calor del intercambiador de calor 1 puede mejorarse, logrando, por tanto, un funcionamiento altamente eficaz del aparato de ciclo de refrigeración 60 que incluye el intercambiador de calor 1.

Cuando el intercambiador de calor 1 se usa como condensador 62, se permite que el refrigerante fluya de forma a contraflujo, aumentando, por tanto, la eficacia del intercambio de calor. Las ventajas del contraflujo se mejoran significativamente en el caso en donde el refrigerante contenido en el aparato de ciclo de refrigeración 60 sea un refrigerante no azeotrópico.

La configuración del intercambiador de calor según la presente invención no se limita a la ilustrada en la figura 1. Pueden realizarse modificaciones y variaciones de la realización sin alejarse del alcance de la presente invención de la siguiente manera ((1) a (9), por ejemplo).

(1) Aunque la división 41 se proporciona para cada nivel en el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 en la realización, la división 41 no tiene que proporcionarse necesariamente para cada nivel. Solo se requiere que el interior del colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 se separe para dar una pluralidad de cámaras dispuestas en la dirección de nivel con el fin de mantener el estado dividido de manera uniforme.

Específicamente, si se puede mantener el estado dividido de manera uniforme depende de la diferencia de altura en cada cámara 42. Puede determinarse un intervalo entre las divisiones 41 teniendo en cuenta la diferencia de altura. Proporcionar un número mínimo de divisiones 41 da como resultado una reducción del coste.

(2) Las posiciones de las divisiones 41 pueden determinarse dependiendo de la distribución de la velocidad del aire en el intercambiador de calor 1.

La velocidad del aire desde un ventilador de envío de aire para suministrar aire al intercambiador de calor 1 no es uniforme en toda la superficie del intercambiador de calor 1. Existe una distribución de velocidad del aire. Por ejemplo, en un aparato de acondicionamiento de aire múltiple para un edificio, un ventilador de envío de aire se dispone aguas arriba del intercambiador de calor 1. Por consiguiente, la velocidad del aire en la parte superior del intercambiador de calor es mayor que en la parte inferior del mismo. Cuando el intercambiador de calor 1 se usa como evaporador 64, se promueve más la gasificación en parte con una alta velocidad del aire que en parte con una baja velocidad del aire. El refrigerante se divide fácilmente de manera uniforme en la parte con alta velocidad del aire. En parte del colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 que se comunica con los tubos planos 12 y 22 que se extienden en la parte con alta velocidad del aire, por tanto, la altura (o longitud en la dirección de nivel) de cada cámara 42 puede aumentarse (o extenderse) mediante el aumento de la distancia entre las divisiones 41.

(3) Aunque el intercambiador de calor 1 tiene generalmente forma de I en la realización, el intercambiador de calor 1 puede tener generalmente forma de L, tal como se ilustra en la figura 8, de manera que el intercambiador de calor 1 está doblado parcialmente.

Puede formarse un intercambiador de calor generalmente con forma de L doblando el intercambiador de calor 1 generalmente con forma de I en una dirección indicada por una flecha en la figura 9 para dar una forma de L. Por supuesto, la primera unidad de intercambio de calor 10 debe ser más corta que la segunda unidad de intercambio de calor 20 en un estado previo al doblado tal como se ilustra en la figura 9 de modo que los extremos de las unidades de intercambio de calor primera y segunda 10 y 20 en cada lado estén alineados en un estado doblado en L. La alineación de los extremos de las unidades de intercambio de calor primera y segunda en cada lado facilita la disposición de las tuberías externas conectadas a la tubería de entrada de refrigerante 31 y la tubería de salida de refrigerante 51.

Puede determinar si formar el intercambiador de calor 1 para dar una forma de I o una forma de L dependiendo del espacio para montar el intercambiador de calor 1 en una carcasa que aloje el intercambiador de calor 1. La forma puede determinarse de modo que el intercambiador de calor 1 pueda montarse en un espacio de montaje optimizado a alta densidad. La forma puede ser una forma de U o rectangular además de la forma de I y la forma de L. En cualquier caso, la colocación de alta densidad en el espacio de montaje permite una alta eficacia de intercambio de calor. En un caso de este tipo, el intercambiador de calor 1 está configurado de manera que los extremos de las unidades de intercambio de calor primera y segunda 10 y 20 en cada lado estén alineados.

(4) Aunque la configuración con el colector de entrada 30 como divisor de refrigerante se ha descrito anteriormente, el colector de entrada 30 puede incluir un elemento de reducción de división de flujo desigual (por ejemplo, orificios para estrechar el flujo de refrigerante) para reducir la división de flujo desigual.

(5) Como divisor de refrigerante, en lugar del colector de entrada 30 puede disponerse un distribuidor para dividir de manera sustancialmente uniforme el refrigerante en corrientes.

(6) Puede usarse un divisor de refrigerante 70 ilustrado en la figura 10 en lugar del colector de entrada 30.

El divisor de refrigerante 70 incluye un colector 71 que se comunica con un extremo de cada tubo plano 12 y un distribuidor 74. El colector 71 tiene un interior separado por una o más divisiones 72 para dar una pluralidad de cámaras 73 dispuestas en una dirección longitudinal del colector 71. Cada cámara 73 está conectada al distribuidor 74 con un tubo capilar 75. En el divisor de refrigerante 70, el distribuidor 74 divide de manera sustancialmente uniforme el refrigerante para dar corrientes y las corrientes de refrigerante fluyen a través de los tubos capilares 75 al interior de las cámaras 73.

Cada cámara 73 tiene una longitud longitudinal menor que la del colector 71 medida cuando el colector 71 tiene un interior continuo sin estar separado por las divisiones 72. Esto reduce la influencia de una diferencia de altura debido a la gravedad, de modo que el refrigerante puede dividirse de manera uniforme para dar corrientes y las corrientes de refrigerante pueden suministrarse a los tubos planos 22 que se comunican con las cámaras 73 respectivas.

La división 72 puede no disponerse para cada nivel, sino para múltiples niveles, tal como se ilustra en la figura 10, teniendo en cuenta la reducción de costes y la disposición de los tubos capilares 75. Sin embargo, según la invención, la división 72 se dispone para cada nivel.

(7) Aunque la configuración con el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 montado longitudinalmente se ilustra en la realización, todo el intercambiador de calor 1 de la figura 1 puede hacerse rotar 90 grados de manera que el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 esté montado lateralmente. En la configuración con el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 montado longitudinalmente, el efecto de reducir la influencia de la diferencia de altura es mayor que en la configuración sin divisiones 41. Por consiguiente, las ventajas logradas por la presente invención se mejoran en la configuración con el colector que se extiende a ambos lados de la hilera 40 montado longitudinalmente.

(8) Aunque las unidades de intercambio de calor dispuestas en dos hileras (disposición en dos hileras) se ilustran en la realización, las unidades de intercambio de calor pueden disponerse en tres o más hileras. En un caso de ese tipo, el intercambiador de calor puede configurarse de manera similar a la disposición en dos hileras. Específicamente, las unidades de intercambio de calor en extremos opuestos en la dirección de hilera de las unidades de intercambio de calor dispuestas en múltiples hileras actúan como una unidad de intercambio de calor de entrada en la que fluye el refrigerante y una unidad de intercambio de calor de salida fuera de la que fluye el refrigerante. Los primeros extremos de los tubos de transferencia de calor que están dispuestos en múltiples niveles de las unidades de intercambio de calor adyacentes en la dirección de hilera de las unidades de intercambio de calor dispuestas en las múltiples hileras están en comunicación con el colector que se extiende a ambos lados de la hilera, proporcionando, por tanto, pasos de refrigerante a través de los que fluye el refrigerante de manera que el refrigerante que fluye desde las entradas de los tubos de transferencia de calor que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de entrada gira en el colector que se extiende a ambos lados de la hilera hasta las salidas de los tubos de transferencia de calor que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de salida. El colector que se extiende a ambos lados de la hilera tiene un espacio interior separado para dar una pluralidad de cámaras dispuestas en la dirección de nivel y el paso de refrigerante está aislado para su cámara correspondiente.

(9) Aunque cada tubo de transferencia de calor es un tubo plano en la realización, el tubo de transferencia de calor no tiene que ser necesariamente un tubo plano. El tubo de transferencia de calor puede ser un tubo cilíndrico.

Lista de signos de referencia

1 intercambiador de calor 10 primera unidad de intercambio de calor 11 aleta 12 tubo de transferencia de calor (tubo plano) 12a orificio pasante 20 segunda unidad de intercambio de calor 21 aleta 22 tubo de transferencia de calor (tubo plano) 30 colector de entrada 31 tubería de entrada de refrigerante 40 colector que se extiende a ambos lados de la hilera 41 división 42 cámara 43 orificio pasante 50 colector de salida 50a colector de salida 51 tubería de salida de refrigerante 60 aparato de ciclo de refrigeración 61 compresor 62 condensador 63 válvula de expansión 64 evaporador 70 divisor de refrigerante 71 colector 72 división 73 cámara 74 distribuidor 75 tubo capilar

Claims

REIVINDICACIONES

i. Intercambiador de calor (1) que comprende:

una pluralidad de unidades de intercambio de calor (10, 11), incluyendo cada una una pluralidad de tubos de transferencia de calor (12, 22) a través de los que fluye un refrigerante en estado bifásico gas-líquido y una pluralidad de aletas (11, 21) dispuestas de manera que el aire pasa entre aletas (11,21) adyacentes en una dirección de paso de aire, estando los tubos de transferencia de calor (12, 22) dispuestos en múltiples niveles en una dirección de nivel perpendicular a la dirección de paso de aire, estando las unidades de intercambio de calor (10, 11) dispuestas en múltiples hileras en una dirección de hilera, que actúa como dirección de paso de aire; y

un colector que se extiende a ambos lados de una hilera (40),

en el que unidades de intercambio de calor (10, 11) en extremos opuestos en la dirección de hilera de las unidades de intercambio de calor (10, 11) dispuestas en las múltiples hileras actúan como una unidad de intercambio de calor de entrada (20) en la que fluye el refrigerante y una unidad de intercambio de calor de salida (10) fuera de la que fluye el refrigerante,

en el que primeros extremos de los tubos de transferencia de calor (12, 22) que están dispuestos en los múltiples niveles de las unidades de intercambio de calor (10,11) adyacentes en la dirección de hilera de las unidades de intercambio de calor (10, 11) dispuestas en las múltiples hileras están en comunicación con el colector que se extiende a ambos lados de la hilera (40) para proporcionar pasos de refrigerante a través de los que fluye el refrigerante de manera que el refrigerante que fluye desde las entradas de los tubos de transferencia de calor (22) que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de entrada (20) gira en el colector que se extiende a ambos lados de la hilera (40) hasta las salidas de los tubos de transferencia de calor (12) que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de salida (10),

en el que el colector que se extiende a ambos lados de la hilera (40) tiene un espacio interior separado para dar una pluralidad de cámaras (42) dispuestas en una dirección vertical, que es la dirección de nivel, y cada uno de los pasos de refrigerante está aislado para su cámara (42) correspondiente,

en el que un colector de entrada está dispuesto en extremos de los tubos de transferencia de calor (12) que están dispuestos en los múltiples niveles que actúan como entradas cuando el intercambiador de calor (1) se usa como evaporador, el colector de entrada está dispuesto para extenderse en la dirección vertical y divide el refrigerante para dar múltiples niveles de los tubos de transferencia de calor (12) para fluir al interior, caracterizado porque

cada uno del colector de entrada y el colector que se extiende a ambos lados de la hilera tiene un interior separado para dar una pluralidad de cámaras dispuestas en la dirección de nivel, estando cada uno de los pasos de refrigerante aislado mediante cámaras correspondientes en el colector de entrada y el colector que se extiende a ambos lados de la hilera.
2. Intercambiador de calor (1) según la reivindicación 1, en el que la unidad de intercambio de calor de entrada (20) está dispuesta en la parte más aguas abajo en la dirección de paso de aire y la unidad de intercambio de calor de salida (10) está dispuesta en la parte más aguas arriba en la dirección de paso de aire.
3. Intercambiador de calor (1) según la reivindicación 2, en el que el intercambiador de calor (1) puede usarse como evaporador o condensador de manera selectiva, el refrigerante fluye desde las salidas hasta las entradas cuando el intercambiador de calor (1) se usa como evaporador, y el refrigerante fluye desde las entradas hasta las salidas cuando el intercambiador de calor (1) se usa como condensador.
4. Intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el colector que se extiende a ambos lados de la hilera (40) está separado en múltiples niveles de los tubos de transferencia de calor (12, 22) para dar cámaras (42) y cada paso aislado se proporciona para los tubos de transferencia de calor (12, 22) al mismo nivel.
5. Intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que cada cámara (42) tiene, en la dirección de nivel, una longitud determinada en función de una distribución de velocidad del aire.
6. Intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el intercambiador de calor (1) está doblado parcialmente y extremos de las unidades de intercambio de calor (10, 11) dispuestas en las múltiples hileras en cada lado están alineados.
7. Intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además un divisor de refrigerante (70) que divide el refrigerante para dar una pluralidad de corrientes y permite que las corrientes de refrigerante fluyan al interior de los tubos de transferencia de calor (12) que están dispuestos en los múltiples niveles de la unidad de intercambio de calor de entrada (20), en el que el divisor de refrigerante (70) incluye un colector (71) que tiene un interior separado por una o más divisiones (72) para dar una pluralidad de cámaras (73) dispuestas en una dirección longitudinal del intercambiador de calor (1) y un distribuidor (74) configurado para dividir de manera sustancialmente uniforme el refrigerante en corrientes y cada una de las cámaras (42) está conectada al distribuidor (74) con un tubo capilar (75).
8. Intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el colector que se extiende a ambos lados de una hilera (40) está montado longitudinalmente.
9. Intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada tubo de transferencia de calor (12, 22) es un tubo plano que tiene una pluralidad de orificios pasantes (12a) que actúan como pasos de refrigerante.
10. Aparato de ciclo de refrigeración (60) que comprende:

un compresor (61);

un dispositivo de reducción de presión (63); y

el intercambiador de calor (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Aparato de aire acondicionado que comprende el aparato de ciclo de refrigeración (60) según la reivindicación 10.