ITBO20120130A1 - HEAT EXCHANGER PARTICULARLY SUITABLE FOR USE AS AN EVAPORATOR - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’ invenzione industriale dal titolo: “Scambiatore di calore particolarmente adatto all'uso come evaporatore†DESCRIPTION of the industrial invention entitled: â € œHeat exchanger particularly suitable for use as an evaporatorâ €
La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore particolarmente adatto all'uso come evaporatore. L'invenzione à ̈ stata sviluppata con particolare riguardo, anche se non limitativamente, ad uno scambiatore di calore adatto all'impiego sia come evaporatore che come condensatore, per l'impiego in settori quali il condizionamento d'aria degli autoveicoli, oppure nelle pompe di calore, senza tuttavia escludere altri impieghi in cui sia desiderabile un evaporatore economico, efficiente ed affidabile. The present invention relates to a heat exchanger particularly suitable for use as an evaporator. The invention has been developed with particular regard, although not limited to, a heat exchanger suitable for use both as an evaporator and as a condenser, for use in sectors such as the air conditioning of motor vehicles, or in pumps. of heat, without however excluding other uses in which an economical, efficient and reliable evaporator is desirable.
Lo scambiatore di calore della presente invenzione fa uso dei cosiddetti tubi con minicanali, detti anche tubi “multipoli†, i quali sono tubi appiattiti entro cui sono ricavati sottili canali paralleli in cui scorre parallelamente il fluido di scambio, generalmente acqua o vapore. Lo scambio di calore avviene fra il fluido di scambio che scorre nei tubi con minicanali e l'aria che lambisce l'esterno di tali tubi. Per aumentare la superficie lambita dall'aria e migliorare l'efficienza di scambio termico, come noto, fra tubi adiacenti sono disposte alette metalliche a contatto termico con i tubi stessi. Un esempio di scambiatore di calore di questo tipo à ̈ descritto nel documento EP 0 654645. The heat exchanger of the present invention makes use of the so-called tubes with minichannels, also called â € œmultipoleâ € tubes, which are flattened tubes within which thin parallel channels are obtained in which the exchange fluid, generally water or steam, flows parallel. The heat exchange takes place between the exchange fluid that flows in the tubes with mini-channels and the air that laps the outside of these tubes. To increase the surface lapped by the air and improve the heat exchange efficiency, as is known, metal fins are arranged between adjacent pipes in thermal contact with the pipes themselves. An example of a heat exchanger of this type is described in document EP 0 654645.
L’impiego di scambiatori di calore del tipo con minicanali come condensatori nei sistemi di condizionamento à ̈ piuttosto diffuso, in quanto questa tecnologia consente di abbinare elevata efficienza energetica con costi contenuti, almeno per produzioni di massa. The use of heat exchangers of the type with mini-channels as condensers in air conditioning systems is quite widespread, as this technology allows to combine high energy efficiency with low costs, at least for mass production.
Nel caso degli evaporatori, invece, le problematiche da affrontare sono più complesse e, per il momento, hanno sostanzialmente impedito la diffusione sul mercato di evaporatori ad aria a minicanali. In the case of evaporators, on the other hand, the problems to be faced are more complex and, for the moment, have substantially prevented the spread on the market of mini-channel air evaporators.
Come noto, negli evaporatori il fluido di scambio che scorre all'interno dei tubi passa da una fase liquida ad una fase vapore assorbendo calore dall'ambiente esterno, ossia raffreddando l'aria che lambisce i tubi e le alette di scambio termico. L'assorbimento di calore dall'ambiente esterno comporta la generazione di condensa che, in condizioni di temperature prossime o inferiori allo zero, può portare alla formazione di ghiaccio o brina sui tubi e le alette dell'evaporatore, con conseguente riduzione delle proprietà di scambio e perdita di efficienza. La frequenza degli sbrinamenti risulta particolarmente elevata per le batterie con minicanali, in quanto presentano elevata densità di alette con piccoli passaggi per l’aria: ne possono risultare forti penalizzazioni energetiche, per cui una efficace soluzione di questo problema à ̈ un punto fondamentale per assicurare a questa tecnologia una maggiore diffusione sul mercato. La penalizzazione dovuta al brinamento à ̈ essenzialmente legata alla cattiva distribuzione del fluido, poiché la produzione di brina si concentra nelle zone allagate dell’evaporatore, lasciando pulite le zone secche dove lo scambio termico à ̈ poco intenso. As is known, in evaporators the exchange fluid that flows inside the tubes passes from a liquid phase to a vapor phase, absorbing heat from the external environment, ie cooling the air that laps the tubes and the heat exchange fins. The absorption of heat from the external environment leads to the generation of condensate which, in conditions of temperatures close to or below zero, can lead to the formation of ice or frost on the tubes and fins of the evaporator, with consequent reduction of the exchange properties and loss of efficiency. The frequency of defrosts is particularly high for coils with mini-channels, as they have a high density of fins with small air passages: this can result in severe energy penalties, so an effective solution to this problem is a fundamental point for to ensure greater diffusion on the market for this technology. The penalty due to frost is essentially linked to the poor distribution of the fluid, since the production of frost is concentrated in the flooded areas of the evaporator, leaving dry areas where the heat exchange is not very intense clean.
Un altro problema degli scambiatori di calore impiegati come evaporatori à ̈ legato alla distribuzione del fluido di scambio. Esso infatti, a differenza di quanto avviene nei condensatori, à ̈ un fluido bifase (liquido-vapore) la cui distribuzione rischia di avvenire in modo non uniforme di scambio all'interno dei tubi. Una distribuzione non uniforme del fluido di scambio conduce alla formazione di zone con maggiore condensa all'esterno dei tubi, con le conseguenze dannose indicate in precedenza. Another problem of the heat exchangers used as evaporators is linked to the distribution of the exchange fluid. In fact, unlike what happens in condensers, it is a two-phase fluid (liquid-vapor) whose distribution risks occurring in a non-uniform way of exchange inside the tubes. An uneven distribution of the exchange fluid leads to the formation of areas with greater condensation on the outside of the pipes, with the damaging consequences indicated above.
Nonostante siano note svariate soluzioni per risolvere i problemi sopra menzionati, à ̈ sempre sentito il bisogno di aumentare l'efficienza e ridurre i costi degli evaporatori. Di qui discende un obiettivo della presente invenzione, che consiste nella predisposizione di uno scambiatore di calore che possa essere impiegato in particolare come evaporatore e che risulti particolarmente efficace nel prevenire la formazione di brina o ghiaccio al suo esterno impedendo il ristagno di condensa sui tubi e le alette di scambio termico. Un altro scopo dell'invenzione à ̈ quello di realizzare uno scambiatore di calore da usare in particolare come evaporatore, in cui il flusso di fluido di scambio nella fase gassosa o vapore sia quanto più uniformemente distribuito all'interno dei tubi, in particolare nei tubi con minicanali. Un altro scopo dell'invenzione à ̈ quello di realizzare uno scambiatore di calore del tipo sopra indicato che sia semplice ed economico da fabbricare, e che sia affidabile nell'uso in particolare come evaporatore. Although various solutions are known to solve the problems mentioned above, the need has always been felt to increase the efficiency and reduce the costs of evaporators. Hence an object of the present invention, which consists in the provision of a heat exchanger which can be used in particular as an evaporator and which is particularly effective in preventing the formation of frost or ice on its outside, preventing the stagnation of condensation on the pipes and the heat exchange fins. Another object of the invention is to realize a heat exchanger to be used in particular as an evaporator, in which the flow of exchange fluid in the gas or vapor phase is as uniformly distributed inside the tubes, in particular in the tubes. with mini-channels. Another object of the invention is that of realizing a heat exchanger of the type indicated above which is simple and economical to manufacture, and which is reliable in use in particular as an evaporator.
Al fine di raggiungere gli scopi sopra indicati, l'invenzione ha per oggetto uno scambiatore di calore avente le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che seguono. In order to achieve the objects indicated above, the invention relates to a heat exchanger having the characteristics indicated in the following claims.
Un particolare vantaggio di uno scambiatore di calore secondo la presente invenzione à ̈ quello di poter essere utilizzato in una macchina reversibile, ossia operante ad esempio come raffreddatore d’acqua nella stagione estiva e come pompa di calore in quella invernale. Lo scambiatore di calore a minicanali della presente invenzione fungerebbe quindi da condensatore, deputato alla reiezione del calore all’aria esterna, nella modalità di funzionamento come raffreddatore, e da evaporatore, con la funzione di prelevare l’energia termica dalla sorgente a bassa temperatura, nella modalità di funzionamento come pompa di calore. A particular advantage of a heat exchanger according to the present invention is that it can be used in a reversible machine, ie operating for example as a water cooler in the summer season and as a heat pump in the winter. The mini-channel heat exchanger of the present invention would therefore act as a condenser, appointed to rejection the heat to the external air, in the operating mode as a cooler, and as an evaporator, with the function of drawing the thermal energy from the low temperature, in the mode of operation as a heat pump.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue di un esempio preferito ma non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure annesse, date a titolo di esempio non limitativo, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become evident from the following detailed description of a preferred but non-limiting example of implementation, with reference to the attached figures, given by way of non-limiting example, in which:
- la figura 1 à ̈ una vista frontale in elevazione di uno scambiatore di calore adatto all'impiego come evaporatore della presente invenzione, con una pluralità di tubi verticali fra i quali sono disposte alette che, per chiarezza di illustrazione, sono state rappresentate solo nella parte a destra in figura; - Figure 1 is a front elevation view of a heat exchanger suitable for use as an evaporator of the present invention, with a plurality of vertical pipes between which fins are arranged which, for clarity of illustration, have been shown only in the part on the right in the figure;
- la figura 2 Ã ̈ una vista in prospettiva, parziale ed in scala maggiorata, di una porzione dello scambiatore di calore della figura 1; - figure 2 is a perspective view, partial and on an enlarged scale, of a portion of the heat exchanger of figure 1;
- la figura 3 à ̈ una sezione in scala maggiorata di un dettaglio della porzione di estremità laterale dello scambiatore di calore della figura 1, secondo la linea ΙΠ-ΙΙΙ della figura 1; - figure 3 is a section on an enlarged scale of a detail of the lateral extremity portion of the heat exchanger of figure 1, along the line Î ™ Î -Î ™ Î ™ Î ™ of figure 1;
- la figura 4 Ã ̈ una sezione trasversale schematica parziale, in scala maggiorata, secondo la linea IV-IV della figura 1; - figure 4 is a partial schematic cross section, on an enlarged scale, along the line IV-IV of figure 1;
- la figura 5 Ã ̈ una vista schematica in prospettiva dello scambiatore di calore della figura 1 comprensivo dei collettori di alimentazione e raccolta del fluido di scambio; Figure 5 is a schematic perspective view of the heat exchanger of Figure 1 including the feed and collection manifolds of the exchange fluid;
- la figura 6 Ã ̈ una sezione in scala maggiorata di un particolare di un condotto di immissione del fluido di scambio nello scambiatore di calore della figura 5, e - figure 6 is a section on an enlarged scale of a detail of a duct for introducing the exchange fluid into the heat exchanger of figure 5, and
- la figura 7 Ã ̈ una variante del particolare di cui alla figura 6. - figure 7 is a variant of the detail referred to in figure 6.
Con riferimento ora alle figure, uno scambiatore di calore destinato in particolare all'impiego come evaporatore à ̈ indicato complessivamente con il numero di riferimento 1. Lo scambiatore di calore 1 comprende una pluralità di tubi 2 disposti affiancati e paralleli in una direzione verticale. I tubi 2 sono del tipo con minicanali e, come meglio visibile nella fig. 2 o nella sezione della fig. 3, hanno una forma sostanzialmente appiattita e comprendono al loro interno una pluralità di canali 3 paralleli ed affiancati, destinati ad essere percorsi da un fluido di scambio dello scambiatore di calore. I tubi 2 sfociano alle loro estremità rispettivamente in un collettore di alimentazione 4, preferibilmente cilindrico, al quale viene alimentato il fluido di scambio, e in un collettore di raccolta 5, anch'esso preferibilmente cilindrico, nel quale si raccoglie il fluido di scambio dopo avere attraversato i tubi 2. Nel caso particolare di impiego dello scambiatore di calore come evaporatore, il fluido di scambio viene alimentato al collettore di alimentazione 4 in fase liquida, e giunge al collettore di raccolta 5 in una fase gassosa o vapore a bassa pressione. Il collettore di alimentazione 4 presenta una pluralità di bocche d'ingresso 6 (in numero di otto, nell'esempio particolare ma non limitativo delle figure). Il collettore di raccolta presenta una o più bocche di uscita 7 (in numero di due, nell'esempio particolare ma non limitativo delle figure). With reference now to the figures, a heat exchanger intended in particular for use as an evaporator is indicated as a whole with the reference number 1. The heat exchanger 1 comprises a plurality of pipes 2 arranged side by side and parallel in a vertical direction. The pipes 2 are of the type with mini-channels and, as better visible in fig. 2 or in the section of fig. 3, have a substantially flattened shape and comprise inside them a plurality of parallel and side-by-side channels 3, intended to be crossed by an exchange fluid of the heat exchanger. The tubes 2 lead at their ends respectively into a supply manifold 4, preferably cylindrical, to which the exchange fluid is fed, and into a collection manifold 5, also preferably cylindrical, in which the exchange fluid is collected afterwards. having passed through the pipes 2. In the particular case of use of the heat exchanger as an evaporator, the exchange fluid is fed to the supply manifold 4 in the liquid phase, and reaches the collection manifold 5 in a gas or vapor phase at low pressure. The supply manifold 4 has a plurality of inlet ports 6 (eight in number, in the particular but not limiting example of the figures). The collection manifold has one or more outlet openings 7 (two in number, in the particular but not limiting example of the figures).
Fra tubi 2 adiacenti sono inserite alette metalliche 8 che sono in comunicazione termica con i tubi 2, cioà ̈ sono accostate e preferibilmente saldate ad essi, e che aumentano la superficie di scambio termico con l'aria che passa attraverso lo scambiatore di calore. Le alette 8 sono realizzate a partire da un nastro metallico che viene ripetutamente piegato ad S su sé stesso, come chiaramente visibile nel dettaglio della figura 2. Un particolare accorgimento del presente scambiatore di calore à ̈ quello di realizzare le anse 10 di piegatura del nastro metallico che forma le alette 8 con una curvatura dolce e di raggio relativamente ampio. In questo modo, si riduce il rischio di formazione di condensa nelle anse 10 quando lo scambiatore di calore venga utilizzato come evaporatore, dove l'aria, passando fra le alette 8, si raffredda. Between adjacent pipes 2 metal fins 8 are inserted which are in thermal communication with the pipes 2, that is, they are placed side by side and preferably welded to them, and which increase the heat exchange surface with the air passing through the heat exchanger. The fins 8 are made starting from a metal strip which is repeatedly bent to S on itself, as clearly visible in the detail of figure 2. A particular expedient of the present heat exchanger is to realize the bending loops 10 of the metal strip which forms the fins 8 with a gentle curvature and a relatively large radius. In this way, the risk of condensation forming in the loops 10 is reduced when the heat exchanger is used as an evaporator, where the air, passing between the fins 8, cools.
Come visibile nella figura 4, le alette 8 sono del tipo che comprende “louver†9, ossia aperture a persianetta. La particolare disposizione dello scambiatore di calore, coi tubi 2 in verticale e i “louver†9 delle alette 8 che si aprono sostanzialmente l'uno sopra all'altro in direzione verticale, consente un ottimale smaltimento della condensa che si può formare sui tubi 2 e sulle alette 8 nell'impiego come evaporatore. A differenza della maggior parte degli evaporatori, infatti, in cui i tubi per il fluido di scambio sono disposti orizzontalmente, nel presente scambiatore di calore i tubi 2 non ostacolano il gocciolamento della condensa, ma anzi lo aiutano. Le aperture “louver†9 consentono alla condensa di attraversare l'insieme delle alette 8. Questi accorgimenti favoriscono in maniera significativa lo smaltimento della condensa che altrimenti potrebbe ghiacciare o brinare sui tubi 2 e/o sulle alette 8, riducendo considerevolmente l'efficienza dello scambiatore di calore nel suo impiego come evaporatore. As can be seen in Figure 4, the fins 8 are of the type that includes â € œlouverâ € 9, that is, louvered openings. The particular arrangement of the heat exchanger, with the pipes 2 vertically and the `` louvers '' 9 of the fins 8 that open substantially one above the other in a vertical direction, allows an optimal disposal of the condensate that can form on the pipes 2 and on the fins 8 when used as an evaporator. Unlike most evaporators, in fact, in which the tubes for the exchange fluid are arranged horizontally, in the present heat exchanger the tubes 2 do not hinder the dripping of condensate, but rather help it. The â € œlouverâ € 9 openings allow the condensate to pass through all the fins 8. These measures significantly favor the disposal of the condensate which otherwise could freeze or frost on the pipes 2 and / or on the fins 8, considerably reducing efficiency of the heat exchanger in its use as an evaporator.
Un altro accorgimento che contribuisce complessivamente allo smaltimento della condensa che può formarsi all'esterno dello scambiatore di calore 1 à ̈ chiaramente visibile nelle figure 3, 4 e 5 ed à ̈ costituito dalla sporgenza dei tubi 2 rispetto alle alette 8, nella direzione del flusso di aria indicata dalle frecce A e dalla parte dello scambiatore di calore opposta a quella che viene investita dall'aria nell'uso. In pratica, la larghezza del nastro metallico che forma le alette 8 à ̈ inferiore alla larghezza dei tubi 2. In questo modo, mentre dalla parte della faccia frontale la dello scambiatore di calore 1, che nell'uso viene investita dall'aria A, i bordi anteriori 8a delle alette 8 sono sostanzialmente allineati con il bordo anteriore 2a dei tubi 2, dall'altra parte della faccia posteriore lb dello scambiatore di calore 1 i bordi posteriori 8b delle alette 8 terminano prima del bordo posteriore 2b di ciascun tubo 2, lasciando libera una zona verticale continua 2c di ciascun tubo 2. La zona verticale continua 2c costituisce una sorta di guida di scolo per la condensa che si forma nella parte posteriore 2b dello scambiatore di calore usato come evaporatore. Another device that contributes overall to the disposal of the condensate that can form outside the heat exchanger 1 is clearly visible in figures 3, 4 and 5 and consists of the protrusion of the pipes 2 with respect to the fins 8, in the direction of the flow. of air indicated by arrows A and on the side of the heat exchanger opposite to that which is hit by the air during use. In practice, the width of the metal strip forming the fins 8 is less than the width of the tubes 2. In this way, while on the side of the front face la of the heat exchanger 1, which in use is hit by the air A, the front edges 8a of the fins 8 are substantially aligned with the front edge 2a of the tubes 2, on the other side of the rear face 1b of the heat exchanger 1 the rear edges 8b of the fins 8 end before the rear edge 2b of each tube 2, leaving free a continuous vertical zone 2c of each pipe 2. The continuous vertical zone 2c constitutes a sort of drain guide for the condensate that forms in the rear part 2b of the heat exchanger used as evaporator.
I fianchi dello scambiatore 1 sono preferibilmente chiusi da profilati 12 (si veda la figura 3) preferibilmente fissati allo scambiatore 1 mediante rivetti, viti o simili, oppure anche mediante saldatura e altri mezzi noti di connessione. The sides of the exchanger 1 are preferably closed by sections 12 (see Figure 3) preferably fixed to the exchanger 1 by means of rivets, screws or the like, or also by welding and other known connection means.
Con riferimento ora alla figura 5, à ̈ visibile come il fluido di scambio venga alimentato alle varie bocche di ingresso 6 del collettore di alimentazione 4 in parallelo, attraverso condotti 13 di piccola sezione che fuoriescono da un distributore di flusso 14 di tipo generalmente noto, che provvede ad omogeneizzare le fasi fluida e gassosa del fluido di scambio in ingresso nello scambiatore di calore 1. I vari condotti 13 che si dipartono dal distributore di flusso 14 sono inseriti nel collettore di alimentazione 4, la cui cavità tubolare interna à ̈ sostanzialmente cilindrica e non presenta alcun setto di separazione interno, in punti equamente spaziati nel senso della sua lunghezza. La disposizione orizzontale del collettore facilita una distribuzione uniforme della portata, limitando grandemente gli effetti di stratificazione del fluido di scambio a causa della gravità . With reference now to figure 5, it can be seen how the exchange fluid is fed to the various inlet ports 6 of the supply manifold 4 in parallel, through ducts 13 of small cross-section which exit from a flow distributor 14 of a generally known type, which homogenizes the fluid and gaseous phases of the exchange fluid entering the heat exchanger 1. The various ducts 13 which branch off from the flow distributor 14 are inserted in the supply manifold 4, whose internal tubular cavity is substantially cylindrical and does not have any internal separation partition, in points equally spaced along its length. The horizontal arrangement of the manifold facilitates a uniform distribution of the flow rate, greatly limiting the stratification effects of the exchange fluid due to gravity.
Nella parte alta dello scambiatore di calore 1, il collettore di raccolta 5 à ̈ anch'esso di forma preferibilmente tubolare, con una cavità interna sostanzialmente cilindrica e priva di setti interni. Le bocche di uscita 7 per il fluido di scambio, opportunamente distanziate fra loro, sfociano in uno o più corrispondenti condotti di uscita 11. In the upper part of the heat exchanger 1, the collection manifold 5 is also preferably tubular in shape, with a substantially cylindrical internal cavity and without internal septa. The outlet openings 7 for the exchange fluid, suitably spaced apart, lead into one or more corresponding outlet ducts 11.
Nella figura 6 à ̈ illustrato un dettaglio della conformazione di una bocca di ingresso 6 per la connessione dei condotti 13 al collettore di alimentazione 4, al fine di distribuire quanto più uniformemente il fluido di scambio all'interno dei minicanali 3 dei tubi 2 che si innestano sul collettore di alimentazione 4. La bocca di ingresso 6 comprende una porzione di imbocco 16 di diametro maggiore, da cui si estende in direzione sostanzialmente orizzontale, con asse longitudinale X-X, un tratto tubolare 15 di diametro infeirore che attraversa un'apertura 17, ricavata sulla parete del collettore di alimentazione 4, ortogonalmente allo sviluppo verticale dei tubi 2 secondo la direzione Y-Y. Internamente al collettore di alimentazione 4, l'estremità terminale 18 del tratto tubolare 15 à ̈ curvata verso il basso in modo da sfociare verso la parte di fondo del collettore di alimentazione 4, con asse orientato secondo la direzione Y-Y ma affacciata dalla parte opposta all'ingresso dei minicanali dei tubi 2. Questa conformazione delle bocche di ingresso 6 al collettore di alimentazione 4 risponde all’esigenza di evitare la stratificazione del fluido di scambio e promuovere un’elevata turbolenza per omogeneizzare il deflusso bifase. In pratica, il flusso di fluido di scambio in ingresso nel collettore di alimentazione 4 à ̈ diretto ortogonalmente al piano tangente la generatrice più bassa della sezione circolare del collettore di alimentazione 4, con l'uscita dell'estremità terminale 18 posizionata in prossimità del punto più basso del collettore di alimentazione 4 in modo da dissolvere un eventuale strato di liquido raccolto sul suo fondo. Figure 6 illustrates a detail of the conformation of an inlet 6 for the connection of the ducts 13 to the supply manifold 4, in order to distribute the exchange fluid as uniformly as possible inside the mini-channels 3 of the pipes 2 which are engage on the supply manifold 4. The inlet port 6 comprises an inlet portion 16 of larger diameter, from which a tubular section 15 of a smaller diameter extends in a substantially horizontal direction, with a longitudinal axis X-X, which passes through an opening 17, obtained on the wall of the supply manifold 4, orthogonally to the vertical development of the tubes 2 according to the Y-Y direction. Inside the supply manifold 4, the terminal end 18 of the tubular section 15 is curved downwards so as to open towards the bottom part of the supply manifold 4, with axis oriented in the Y-Y direction but facing from the opposite side to the inlet of the mini-channels of the pipes 2. This conformation of the inlet ports 6 to the supply manifold 4 responds to the need to avoid stratification of the exchange fluid and to promote high turbulence to homogenize the two-phase outflow. In practice, the flow of exchange fluid entering the supply manifold 4 is directed orthogonally to the plane tangent to the lowest generatrix of the circular section of the supply manifold 4, with the outlet of the terminal end 18 positioned near the point lower than the supply manifold 4 in order to dissolve any liquid layer collected on its bottom.
Nella figura 7 à ̈ mostrata una variante di bocca di ingresso 6a per il collettore di alimentazione 4, di più semplice fabbricazione e montaggio. In questo caso, la bocca di ingresso 6a comprende un corpo tubolare 20 sostanzialmente rettilineo che attraversa la parete del collettore di alimentazione 4 nella direzione orizzontale X-X. All'estremità del corpo tubolare 20 all'esterno del collettore di alimentazione 4 à ̈ previsto un imbocco 21 per uno dei condotti 13 di alimentazione del fluido di scambio. All'interno del collettore di alimentazione 4, all'estremità del corpo tubolare 20 à ̈ ricavato un foro tangenziale 22 con asse sostanzialmente verticale, diretto secondo la direzione Y-Y di sviluppo dei minicanali del tubo 2, ma rivolto dalla parte opposta al tubo 2, verso il fondo del collettore di alimentazione 4, per raggiungere i medesimi scopi e funzionalità sopra menzionati con riferimento alla variante della figura 6. La conformazione sostanzialmente rettilinea, preferibilmente leggermente rastremata del corpo tubolare 20, consente l'agevole montaggio dello stesso all'interno del collettore di alimentazione 4. Figure 7 shows a variant of the inlet port 6a for the supply manifold 4, which is simpler to manufacture and assemble. In this case, the inlet 6a comprises a substantially rectilinear tubular body 20 which crosses the wall of the supply manifold 4 in the horizontal direction X-X. At the end of the tubular body 20 outside the supply manifold 4 there is an inlet 21 for one of the exchange fluid supply ducts 13. Inside the supply manifold 4, at the end of the tubular body 20, there is a tangential hole 22 with a substantially vertical axis, directed according to the Y-Y direction of development of the mini-channels of the tube 2, but facing away from the tube 2, towards the bottom of the supply manifold 4, to achieve the same purposes and functions mentioned above with reference to the variant of figure 6. The substantially rectilinear conformation, preferably slightly tapered of the tubular body 20, allows easy assembly of the same inside the power supply manifold 4.
Secondo una caratteristica particolarmente vantaggiosa della presente invenzione, la superficie esterna dello scambiatore di calore 1, ed in particolare almeno i tubi 2 e le alette 8, à ̈ sottoposta ad una serie di trattamenti superficiali destinati ad aumentarne l'idrofilia, così che la condensa che vi si forma possa drenare più facilmente verso il basso, e rendere così efficaci le soluzioni di conformazione particolare dello scambiatore di calore sopra descritte. According to a particularly advantageous feature of the present invention, the external surface of the heat exchanger 1, and in particular at least the tubes 2 and the fins 8, is subjected to a series of surface treatments intended to increase its hydrophilicity, so that the condensate that forms there can drain more easily downwards, and thus make the solutions of particular conformation of the heat exchanger described above effective.
Secondo una forma preferita di attuazione, lo scambiatore di calore 1 à ̈ di alluminio e le giunzioni fra i vari elementi costituenti sono ottenute per saldobrasatura. In una prima fase di trattamento superficiale, lo scambiatore di calore viene sgrassato con una sostanza alcalina in modo da rimuovere i contaminanti presenti sulla sua superficie. Dopo la fase di sgrassatura viene effettuato un lavaggio, seguito da una neutralizzazione con acido nitrico per rimuovere lo strato superficiale di Al(OH)3e creare le condizioni per una migliore adesione sulla superficie dei prodotti successivi. Segue una fase di ulteriore lavaggio e successivo soffiaggio, sempre a scopo di pulizia e preparazione delle superfici esterne dello scambiatore di calore. In seguito, viene effettuata una titanazione, ossia una conversione chimica ottenuta mediante titanio in cui si forma uno strato di fosfato di titanio sulla superficie dello scambiatore di calore. Lo strato di fosfato di titanio presenta proprietà anticorrosive e adesive utili per l'ancoraggio, come si dirà , di un successivo strato polimerico. A questa operazione segue preferibilmente un ulteriore lavaggio e successivo soffiaggio. Viene poi realizzato il vero e proprio rivestimento idrofilo, mediante immersione in un bagno composto preferibilmente da alcuni prodotti in emulsione: According to a preferred embodiment, the heat exchanger 1 is made of aluminum and the joints between the various constituent elements are obtained by brazing. In a first phase of surface treatment, the heat exchanger is degreased with an alkaline substance in order to remove the contaminants present on its surface. After the degreasing phase, a washing is carried out, followed by a neutralization with nitric acid to remove the surface layer of Al (OH) 3 and create the conditions for better adhesion on the surface of the subsequent products. This is followed by a phase of further washing and subsequent blowing, again for the purpose of cleaning and preparing the external surfaces of the heat exchanger. Thereafter, a titanation is carried out, i.e. a chemical conversion obtained by means of titanium in which a layer of titanium phosphate is formed on the surface of the heat exchanger. The titanium phosphate layer has anticorrosive and adhesive properties useful for anchoring, as will be said, a subsequent polymeric layer. This operation is preferably followed by a further washing and subsequent blowing. The actual hydrophilic coating is then created by immersion in a bath preferably composed of some products in emulsion:
- un polimero, preferibilmente a base di nylon o simili, che provvede a rendere idrofila la superficie dello scambiatore di calore, - cromo (Cr3), per aumentare la resistenza alla corrosione, e - opzionalmente, un prodotto antibatterico. - a polymer, preferably based on nylon or the like, which makes the surface of the heat exchanger hydrophilic, - chromium (Cr3), to increase resistance to corrosion, and - optionally, an antibacterial product.
Lo spessore totale del rivestimento idrofilo risulta preferibilmente di circa 0,1 mm. Segue preferibilmente un ulteriore soffiaggio, prima che lo scambiatore sia sottoposto ad una fase terminale di cottura, preferibilmente ad una temperatura da circa 120°C a circa 160°C per ultimare il trattamento superficiale preferito della presente invenzione. The total thickness of the hydrophilic coating is preferably about 0.1 mm. A further blowing preferably follows, before the exchanger is subjected to a final firing phase, preferably at a temperature from about 120 ° C to about 160 ° C to complete the preferred surface treatment of the present invention.
Nell'uso dello scambiatore di calore della presente invenzione, in particolare per l'impiego esclusivo come evaporatore oppure con possibilità di funzionamento alternato condensatore/evaporatore in una macchina di tipo reversibile, il montaggio avviene sostanzialmente con l'orientazione della figura 1, vale a dire con il collettore di alimentazione 4 e di raccolta 5 disposti in orizzontale, con il collettore di alimentazione 4 in basso ed il collettore di raccolta 5 in alto. Preferibilmente, i tubi 2 risultano orientati verticalmente, anche se non à ̈ da escludersi una loro possibile inclinazione non eccessiva secondo un asse orizzontale, sostanzialmente parallelo all'asse dei collettori di alimentazione 4 e di raccolta 5. In the use of the heat exchanger of the present invention, in particular for exclusive use as an evaporator or with the possibility of alternating condenser / evaporator operation in a reversible type machine, assembly takes place substantially with the orientation of figure 1, i.e. say with the supply manifold 4 and collection manifold 5 arranged horizontally, with the supply manifold 4 at the bottom and the collection manifold 5 at the top. Preferably, the tubes 2 are oriented vertically, even if their possible inclination which is not excessive along a horizontal axis, substantially parallel to the axis of the supply manifolds 4 and collection 5, cannot be excluded.
Nel funzionamento come evaporatore, il fluido di scambio arriva in fase mista, comprendente le due fasi liquida e gassosa, al distributore di flusso 14 che provvede in modo noto ad omogeneizzare le due fasi e avviarle nei condotti 13 che alimentano il collettore di alimentazione 4 attraverso le bocche di ingresso 6, 6a, la cui particolare conformazione - unitamente all'assenza di setti di separazione all'interno del collettore 4 - consente di ottenere una distribuzione ottimale ed uniforme del fluido di scambio in ingresso nello scambiatore di calore 1. Il fluido di scambio risale i minicanali 3 dei tubi 2 riscaldandosi man mano e passando completamente alla fase di gas o vapore a bassa pressione nel collettore di raccolta 5. Il calore necessa rio all'evaporazione del fluido di scambio viene sottratto all'aria che investe lo scambiatore di calore 1 in direzione delle frecce A (figg. 2, 3 e 4) e che, a contatto con la superficie esterna dei tubi 2 e delle alette 8 si raffredda. Il raffreddamento dell'aria che investe lo scambiatore di calore 2 può generare condensa che percola, grazie all'azione combinata della superficie idrofila dello scambiatore di calore 1, della disposizione in verticale dei tubi 2 che non intralciano il flusso di acqua di condensa verso il basso, nonché dalla presenza dei “louver†9 sulle alette 8 e dalla zona 2c sui tubi priva di alette che funge da guida per la condensa. In operation as an evaporator, the exchange fluid arrives in the mixed phase, comprising the two liquid and gaseous phases, to the flow distributor 14 which, in a known way, provides for homogenizing the two phases and sending them into the ducts 13 which feed the supply manifold 4 through the inlet ports 6, 6a, whose particular shape - together with the absence of separating baffles inside the manifold 4 - allows to obtain an optimal and uniform distribution of the exchange fluid entering the heat exchanger 1. The fluid flows up the mini-channels 3 of the tubes 2 gradually heating up and passing completely to the low pressure gas or steam phase in the collection manifold 5. The heat necessary for the evaporation of the exchange fluid is removed from the air that hits the exchanger 1 in the direction of the arrows A (figs. 2, 3 and 4) and which, in contact with the external surface of the pipes 2 and the fins 8, cools. The cooling of the air that strikes the heat exchanger 2 can generate condensate which percolates, thanks to the combined action of the hydrophilic surface of the heat exchanger 1, of the vertical arrangement of the pipes 2 which do not hinder the flow of condensate water towards the low, as well as by the presence of the â € œlouverâ € 9 on the fins 8 and by the zone 2c on the pipes without fins which acts as a guide for the condensate.
Il gas o vapore a bassa pressione che si raccoglie nel collettore di raccolta 5 superiore viene poi avviato, attraverso l'uno o più condotti 11, al resto del circuito della macchina termica nota. The low pressure gas or steam which collects in the upper collection manifold 5 is then sent, through one or more ducts 11, to the rest of the circuit of the known thermal machine.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione della presente invenzione potranno ampiamente variare, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Naturally, the principle of the invention remaining the same, the embodiments and details of realization of the present invention may vary widely, without thereby departing from the scope of the present invention.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| EP0501736A2 (en) * | 1991-03-01 | 1992-09-02 | Modine Manufacturing Company | Evaporator |
| EP1031802A1 (en) * | 1997-10-20 | 2000-08-30 | Modine Manufacturing Company | Improved inlet for an evaporator |
| US20080190134A1 (en) * | 2006-11-29 | 2008-08-14 | Parker-Hannifin Corporation | Refrigerant flow distributor |
-
2012
- 2012-03-14 IT IT000130A patent/ITBO20120130A1/en unknown
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