ITRM970402A1

ITRM970402A1 - Scambiatore di calore per condizionatore di aria

Info

Publication number: ITRM970402A1
Application number: IT97RM000402A
Authority: IT
Inventors: Young-Saeng Kim; Youn Baek
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1999-01-07
Also published as: US5890532A; JP3340652B2; JPH1089876A; KR980010319A; CN1086464C; ITRM970402A0; IT1293077B1; CN1172238A; KR100210073B1

Description

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: "SCAMBIATORE DI CALORE PER CONDIZIONATORE DI ARIA"

DESCRIZIONE

FONDAMENTO DELL'INVENZIONE

Campo dell'invenzione

L'invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore per un condizionatore di aria, e più in particolare ad uno scambiatore di calore avente una molteplicità di configurazioni a persiana al disopra e al disotto di tubi di scambio termico che attraversano perpendicolarmente le alette piane, mediante le quali le corrente di aria che scorrono ivi attraverso diventano turbolente e miscelate in modo da effettuare vantaggiosamente la prestazione di trasferimento di calore ed inoltre viene ridotta la zona di aria morta attorno a ciascun tubo.

DESCRIZIONE DELLA TECNICA ANTECEDENTE

Un convenzionale scambiatore di calore per un condizionatore include, come mostrato nella figura 1, una molteplicità di alette piane 1 disposte in una relazione parallela una rispetto all'altra ad intervalli predeterminati ed una molteplicità di tubi di scambio termico 2 attraversano le alette 1 perpendicolari ad esse. Le correnti di aria scorrono nello spazio definito tra le alette 1 nella direzione della freccia in figura 1 e scambiano calore con il fluido che scorre nei tubi di scambio termico 2.

Per un fluido termico che scorre attorno a ciascuna aletta piana 1, era noto che lo spessore dello strato limite termico 3 su entrambe le superfici di trasferimento di calore dell'aletta 1 viene aumentato gradualmente in proporzione alla radice quadrata della distanza dalla estremità di entrata della corrente di aria dell'aletta 1 come mostrato nella figura 2. A questo riguardo, il regime di trasferimento di calore dell'aletta 1 viene ridotto notevolmente in proporzione alla distanza dall'estremità di entrata della corrente di aria. Pertanto, lo scambiatore di calore di cui sopra ha una efficienza di trasferimento di calore inferiore.

Per il fluido termico che scorre attorno a ciascun tubo di trasferimento di calore 102, era anche noto che, quando correnti di aria a velocità più bassa scorrono nella direzione della freccia della figura 3, le correnti di aria si separano dalla superficie esterna del tubo 2 in corrispondenza di parti distanziate dal punto centrale della superficie esterna del tubo 4 ad angoli di 70° fino 80°. Pertanto, una zona di aria morta 4 si forma dietro ciascun tubo 2 nella direzione del flusso di aria come mostrato nella zona tratteggiata di figura 3. Nella zona di aria morta 4, il regime di trasferimento di calore del tubo 4 viene notevolmente ridotto cosicché l'efficienza di trasferimento di calore dello scambiatore di calore di cui sopra diviene peggiore .

Per ovviare ai problemi di cui sopra, è stata proposta un'altra soluzione quale illustrata nelle figure 4 e 5. Questo scambiatore di calore include una molteplicità di tubi di scambio termico 2 che sono inseriti in alette piane 1 regolarmente distanziate in modo che i tubi 2 siano perpendicolari alle alette 1. Lo scambiatore di calore include inoltre una molteplicità di configurazioni a persiane rettangolari che sono formate adiacenti ai tubi 2 che attraversano ciascuna aletta 1, senza alcuna parte di base tra i tubi 2. Ciascuna persiana 5a, 5b, 5c, 5d o 5e viene formata piegando ad un angolo dato i bordi esterni di persiane rispetto al piano dell'aletta piana 1, per mezzo di un procedimento di taglio. Inoltre, le persiane sono posizionate verticalmente rispetto ai tubi di scambio termico 2.

Gli scambiatori di calore su descritti possono fornire la turbolenza del fluido di scambio termico, con le azioni delle persiane 5a, 5b, 5c, 5d e 5e impiegate. Questa operazione riduce vantaggiosamente lo spessore degli strati limite termici formati sulle alette 1. Tuttavia, poiché le estremità superiore ed inferiore della configurazione delle persiane sono parallele alla superficie circonferenziale esterna del tubo 2 e le configurazioni delle persiane sono generalmente rettangolari, esiste ancora una zona di aria morta dietro ciascun tubo 2 nella direzione del flusso di aria. Inoltre, vi è problema per cui le correnti di aria non miscelate scorrono negli spazi tra la molteplicità di alette piane 1, e non può venire così garantito il miglioramento previsto dell'effetto di trasferimento di calore che è determinato dalla miscelazione delle correnti di aria.

Inoltre, vi è un problema per cui dette persiane da 5a a 5e sono disposte in una relazione parallela al flusso della corrente di aria, dando luogo ad una caduta di pressione aumentata che riduce la prestazione di trasferimento del calore. SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Pertanto, è uno scopo della presente invenzione fornire uno scambiatore di calore che provvede ad una prestazione di trasferimento di calore migliorata in virtù della turbolenza e della miscelazione delle correnti di aria che scorrono tra gli spazi di una molteplicità di alette piane, e inoltre riduce efficacemente la zona di aria morta riscontrata dietro ciascun tubo 2 nella direzione del flusso di aria e migliora così la prestazione di trasferimento del calore.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire uno scambiatore di calore che provvede ad una funzione di drenaggio dell'acqua concentrata generata dai tubi di scambio termica all'ingrandimento dell'intera area superficiale, e ad una resistenza meccanica migliorata delle alette piane .

Uno scambiatore di calore per conseguire gli scopi di cui sopra è caratterizzato dal fatto che sono formate una o più prime e seconde nervature in qualsiasi posizione scelta dei tubi di scambio termico in relazione alle alette piane in modo da fornire una funzione di drenaggio per l'acqua concentrata generata dai tubi di scambio termico, ingrandire l'intera area superficiale delle alette piane e rinforzare le alette piane.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Altri scopi ed aspetti dell'invenzione diverranno evidenti dalla descrizione seguente di realizzazioni con riferimento ai disegni annessi, in cui:

la figura 1 è una vista in prospettiva che illustra un convenzionale scambiatore di calore per un condizionatore di aria;

la figura 2 è una vista in sezione ingrandita di un'aletta piana dello scambiatore di calore della figura 1, che mostra le caratteristiche del fluido termico che scorre attorno all'aletta;

la figura 3 è una vista in sezione ingrandita del tubo di scambio termico dello scambiatore di calore dei figura 1, che mostra le caratteristiche del fluido termico che scorre attorno al tubo di scambio termico;

la figura 4 è una vista frontale di un'aletta piana di un altro scambiatore di calore convenzionale ;

la figura 5 è una vista in sezione dell'aletta piana presa lungo la linea di sezione A-A in figura 4;

la figura 6 è una vista frontale di un'aletta piana secondo lo scambiatore di calore della presente invenzione;

la figura 7 è una vista in sezione dell'aletta piana presa lungo la linea di sezione B-B in figura 6;

la figura 8 è una vista in sezione dell'aletta piana presa lungo la linea di sezione C-C in figura 6; e

la figura 9 è una illustrazione schematica che spiega il flusso delle correnti di aria nell'aletta piana secondo la presente invenzione. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA REALIZZAZIONE PREFERITA

Verrà ora descritta in dettaglio secondo i disegni annessi la realizzazione preferita della presente invenzione. Gli elementi o parti uguali o corrispondenti sono indicati con gli stessi riferimenti in tutti i disegni.

Con riferimento alla figura 6, il numero di riferimento 10 indica genericamente un gruppo di configurazioni a persiane angolate situate radialmente attorno a ciascun tubo 2, rispettivamente. Le persiane fanno sì che le correnti di aria scorrano in modo da essere turbolenti e da venire miscelate, il che riduce efficacemente la zona di aria morta riscontrata dietro ciascun tubo 2 nella direzione del flusso di aria e migliora così la prestazione di trasferimento del calore. Il miglioramento viene realizzato mediante un gruppo delle configurazioni a persiane angolate situate al disopra e al disotto del tubo 2, in cui le configurazioni al disopra del tubo 2 comprendono una prima configurazione a persiane fatte in modo da guidare il flusso della corrente di aria in una prima direzione ed una terza configurazione a persiane inclinate opposta alla prima configurazione a persiane in modo che detta corrente di aria guidata viene fatta scorrere in una seconda direzione opposta e le altre configurazione al disotto del tubo 2 comprendono una seconda configurazione a persiane angolate ed una quarta configurazione a persiane inclinate opposta alla seconda configurazione a persiane come nella prima e terza configurazione, ed in .cui queste configurazioni a persiane sono posizionate rispetto a ciascun tubo 2 in modo da circondare il tubo 2.

Inoltre la prima e seconda configurazione a persiane angolate 20 e 30 sono disposte in una relazione ad immagine speculare una rispetto all'altra cosicché le correnti di aria che scorrono su entrambe le superfici dell'aletta piana 1 e in metà area tra i tubi 2 danno luogo ad un flusso turbolento e ad una miscelazione. Inoltre, la terza e quarta configurazione a persiane angolate 40 e 50 sono disposte analogamente in una relazione ad immagine speculare una rispetto all'altra cosicché la corrente di aria risultante che ha attraversato le configurazioni 20 e 30 continua a passare la rimanente metà area tra i tubi 2 e si miscela in maniera turbolenta riducendo così la zona di aria morta.

Ciascuna della prima e seconda configurazione a persiane 20, 30 ha strisce o persiane, ciascuna delle quali ha la sua estremità sinistra abbassata verso la superficie posteriore dell'aletta piana 1 la sua estremità destra sollevata sulla superficie anteriore dell'aletta piana 1, rispettivamente.

Ciascuna striscia o persiana prevede una fessura formata in modo da essere perpendicolare al flusso di aria. Le strisce di orientamento inclinato secondo la presente invenzione possono venire formate mediante un procedimento di taglio. La terza e quarta configurazione a persiane 40, 50 sono simili alla prima e seconda configurazione a persiane 20, 30 ma le loro fessure sono formate in modo da essere perpendicolari alla direzione opposta del flusso di aria.

Una parte di base 60 approssimativamente arrotondata occupa un'area definita tra le estremità superiori della prima e terza configurazione a persiane 20, 40 e la circonferenza esterna inferiore del tubo 2. Con la parte di base 60 interposta tra esse ed inoltre con il tubo 2 centrato, la prima e terza configurazione a persiane 20, 40 sono disposte radialmente dal tubo centrato 2. Analogamente, la seconda e quarta configurazione a persiane 30, 50 sono disposte radialmente in modo da essere di fronte alla circonferenza esterna superiore del tubo 2 con una certa parte di base 60 arrotondata interposta tra esse.

La prima e terza configurazione a persiane 20, 40 e la seconda e quarta configurazione a persiane 30, 50 sono formate simmetricamente una rispetto all'altra, rispettivamente, queste configurazioni essendo separate dalla parte di base 60 tra esse.

Le persiane incluse nella configurazione associata sono disposte sequenzialmente senza qualsiasi parte di base tra esse e formate direttamente mediante un procedimento di taglio.

Nei disegni, i numeri di riferimento 80 e 90 indicano rispettivamente prime nervature e seconde nervature che sono posizionate al disopra e al disotto e a destra e a sinistra del tubo 2, rispettivamente. Le nervature formate mediante il processo di modanatura servono a scaricare l'acqua concentrata che può venire generata dai tubi d scambio termico 2, oltre a rinforzare l'aletta piana 1 e ad ingrandire l'area superficiale dell'aletta piana 1.

Cioè, le prime e seconde nervature 80, 90 sono separate verticalmente, orizzontalmente mediante le parti di base arrotondate 60 da ciascun tubo 2.

Una singola nervatura è configurata in modo da sporgere al disopra del piano posteriore dell'aletta piana 1, e così ha una configurazione simmetrica rispetto al suo asse longitudinale centrale, le metà sinistra e destra della quale sono piegate simmetricamente ad un angolo appropriato, rispettivamente.

Le prime nervature 80 sono posizionate rispettivamente al disopra e al disotto del tubo 2 e tra la prima e terza configurazione a persiane 20 e 40. Le seconde nervature 90 sono dimensionate in modo da essere identiche al diametro del tubo 2.

Verranno descritti il funzionamento e l'effetto dello scambiatore di calore per il condizionatore di aria.

Quando le correnti di aria scorrono nello spazio definito tra le alette 1 nella direzione della freccia S in figura 6, le correnti di aria attraversano sequenzialmente la prima fino quarta configurazione a persiane 20{30) e poi 40(50) attorno a ciascun tubo 2 nella direzione della freccia mostrata in figura 9. Questo funzionamento consente che il flusso termico del tubo di scambio termico 2 venga trasferito in maniera continua e sia turbolento e miscelato.

Alcune parti delle correnti di aria che scorrono sulla superficie posteriore dell'aletta piana 1 continuano a scorrere nella direzione di flusso cambiata, cioè sulla superficie anteriore, mediante le strisce da 70 a 75 della prima e seconda configurazione a persiane 20, 30, ciascuna avente le rispettive fessure aperte perpendicolari al flusso di aria entrante. Alcune parti delle correnti di aria si miscelano a loro volta con le correnti di aria che scorrono sulla superficie anteriore dell'aletta piana 1. Questa miscelazione determina il flusso turbolento dell'aria, e da origine a fenomeni stazionari in una grande quantità di correnti di aria nella semiarea anteriore del tubo di scambio termico 2. Pertanto, si può ottenere una migliore prestazione di scambio a trasferimento attorno al tubo 2.

Poi, ciascuna parti delle correnti di aria turbolenta continuano a scorrere sulla superficie posteriore dell'aletta piana 1 nella direzione di flusso cambiata mediante le strisce da 70 a 75 della seconda e terza configurazione a persiane 40, 50, ciascuna avente rispettive fessure aperte perpendicolare alla direzione opposta del flusso di aria, e a loro volta si miscelano con le correnti di aria che scorrono sulla superficie posteriore dell'aletta piana 1. Questa miscelazione determina di nuovo il flusso turbolento dell'aria. Le correnti di aria turbolente e miscelate scorrono in maniera continua per tutta l'intera area attorno al tubo 2 e vengono mosse verso la parte posteriore del tubo 2, dando luogo ad una caduta della pressione notevolmente minore e alla promozione di un flusso regolare delle correnti di aria.

La parte di base arrotondata 60 interposta tra il tubo 2 e la prima fino quarta configurazione a persiane da 20 a 50 disposte radialmente fa sì che la corrente di aria turbolenta attraversi dette configurazioni da 20 a 50 in modo da essere in grado di scorrere inoltre nella zona di aria morta. Così, la zona di aria morta diviene considerevolmente ridotta, e viene ulteriormente migliorato l'effetto di trasferimento del calore nella zona di aria morta.

Inoltre, quando lo scambiatore di aria viene usato come evaporatore per un refrigeratore o un condensatore, viene generata la cosiddetta acqua concentrata a causa della differenza di temperatura tra il refrigerante che scorre all'interno del tubo di scambio termico 2 e le correnti di aria che scorrono nello spazio tra le alette piane 1 (per esempio, il fenomeno di formazione di rugiada) . A questo riguardo, la nervatura 80, che ingrandisce inoltre l'area superficiale dell'aletta piana 1, fornisce un percorso attraverso il quale l'acqua concentrata viene fatta scorrere facilmente.

Come su descritto, la presente invenzione impedisce la caduta di pressione delle correnti di aria fluenti e fornisce la turbolenza e la miscelazione delle correnti di aria. Inoltre, l'invenzione migliora l'effetto di trasferimento del calore e riduce la zona di aria morta attorno al tubo di scambio termico. Pertanto, può venire garantita la continuità del trasferimento di calore dal tubo in altri punti. Inoltre, viene anche fornito il trasferimento di calore migliorato nella parte centrale tra la molteplicità dei tubi di scambio termico. Inoltre, le nervature forniscono l'ingrandimento dell'area superficiale delle alette piane, insieme con percorsi attraverso i quali scorre l'acqua concentrata generata.

Claims

IVENDICAZION 1. Scambiatore di calore per un condizionatore di aria avente una molteplicità di tubi di scambio termico paralleli che attraversano alette piane perpendicolari ad essi, le alette piane essendo disposte in parallelo una rispetto all'altra ad intervalli predeterminati, e ciascun tubo di scambio termico avendo fluidi che scorrono all'interno attraverso essi, caratterizzato dal fatto che sono formate una o più prime e seconde nervature in corrispondenza di qualsiasi posizione prescelta dei tubi di scambio termico in relazione alle alette piane in modo da fornire una funzione di drenaggio dell'acqua concentrata generata dai tubi di scambio termico, ingrandire l'intera area superficiale delle alette piane, e rinforzare le alette piane.
2 . Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui le prime nervature sono disposte simmetricamente al disopra e al disotto di ciascuno di detti tubi di scambio termico.
3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui le prime nervature sono disposte in punti predeterminati tra una molteplicità di configurazioni a persiane.
4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui le seconde nervature sono disposte in corrispondenza di entrambi i lati di ciascun tubo di scambio termico ad intervalli predeterminati tra essi.
5. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui le seconde nervature hanno altezze corrispondenti al diametro del tubo di scambio termico.