ITRM970813A1

ITRM970813A1 - Scambiatore di calore per condizionatore di aria

Info

Publication number: ITRM970813A1
Application number: IT97RM000813A
Authority: IT
Inventors: Hyun-Yeon Park; Young-Saeng Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1998-06-30
Also published as: JP3048549B2; JPH10206056A; ES2153267A1; IT1297787B1; CN1120976C; KR19980058269A; ID19350A; ES2153267B1; CN1188228A; KR100220724B1; US5975199A; BR9706483A

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 un'aletta di raffreddamento per uno scambiatore di calore che fornisce una prestazione di trasferimento di calore migliorata.

Un convenzionale scambiatore di calore per un condizionatore di aria, include, come mostrato nella figura 1, una molteplicità di alette piane verticali 1 disposte in relazione parallela una rispetto all'altra ad intervalli predeterminati ed una molteplicità di tubi di scambio di calore 2 che passano orizzontalmente attraverso le alette 1 perpendicolari ad esse. Le correnti di aria scorrono negli spazi definiti tra le alette 1 nella direzione della freccia in figura 1 e scambiano calore con il fluido che scorre nei tubi di scambio di calore 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 gradualmente ispessito in proporzione alla radice quadrata della distanza dall'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 notevolmente ridotto in proporzione alla distanza dall'estremità di entrata della corrente di aria. Pertanto, lo scambiatore di calore di cui sopra ha un rendimento di trasferimento termico minore.

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 minore scorrono nella direzione della freccia di 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 a 30°. Pertanto, viene formata una zona di aria morta 4 dietro ciascun tubo 2 nella direzione del flusso di aria come mostrato nella parte tratteggiata di figura 3. Nella,zona di aria morta 4 il regime di trasferimento di calore del tubo 2 viene ridotto notevolmente cosicché il rendimento di trasferimento termico dello scambiatore di colore di cui sopra diviene peggiore.

Per ovviare ai problemi di cui sopra, è stata proposta un'altra soluzione quale descritta nella domanda di brevetto coreano n° 96-27.642 depositata il 9 luglio 1965 dalla presente richiedente. Questo scambiatore di calore, come mostrato nelle figure 4 e 5, include una molteplicità di tubi di scambio di calore 2 che sono inseriti in alette piane 1 distanziate regolarmente in modo che i tubi 2 siano perpendicolari alle alette 1. Lo scambiatore di calore include inoltre una mlteplicìtà di configurazioni a persiane angolate che sono formate adiacenti ai tubi 2 che passano attraverso ciascuna aletta 1. Ciascuna configurazione a persiane comprende una coppia di gruppi di persiane situate sopra o sotto uno dei tubi 2. La configurazione a persiane inferiore disposta sotto un tubo 2 comprende un primo gruppo di persiane 20 configurato in modo da guidare il flusso della corrente di aria in una prima direzione, ed un secondo gruppo di persiane 40 che è inclinato in maniera opposta al primo gruppo di persiane in modo che la corrente di aria guidata venga inoltrata in una direzione differente. Una configurazione di persiane superiore disposta sopra un tubo 2 comprende un terzo gruppo di persiane 30 ed un quarto gruppo di persiane 50 inclinate una rispetto all'altra. Ciascuno dei gruppi di persiane è orientato radialmente rispetto ad ^un rispettivo tubo 2.

Il primo e terzo gruppo di persiane 20 e 30 sono orientati in una relazione ad immagine speculare uno rispetto all'altro in modo che le correnti di aria che scorrono su entrambe le superfici dell'aletta piana 1 e nelle zone tra tubi adiacenti 2 diventino turbolente e miscelate. Inoltre, il secondo e quarto gruppo di persiane 40 e 50 sono disposte analogamente in una relazione ad immagine speculare uno rispetto all'altro così che le correnti d'aria che hanno passato i gruppi 20 e 30 continuano ad attraversare la rimanenza della zona tra i tubi 2 e diventano miscelate in maniera turbolenta mediante i gruppi 40 e 50, riducendo in tal modo la zona di aria morta.

Ciascuno dei gruppi di persiane include persiane 70-75 che sono inclinate obliquamente rispetto al piano dell'aletta, come si può osservare nella figura 5. Cioè, ciascuna delle persiane 71-74 ha una estremità sinistra L che sporge al di là di una prima superficie SI dell'aletta piana 1, ed una sua estremità destra R che si estende al di là di una seconda superficie S2 dell'aletta piana 1. Ciascuna persiana prevede una fessura disposta trasversalmente rispetto al flusso di aria. Le persiane vengono formate per mezzo di un processo di taglio e torsione in modo da essere integrali con l'aletta piana 1. L'aletta 1 include parti piane, piene 60, alcune delle quali sono rotonde e circondano rispettivi tubi 2. Per esempio, una di queste aree rotonde occupa la zona tra le estremità superiori dei gruppi di persiane 20, 40 e la circonferenza esterna inferiore di un tubo 2 adiacente. I gruppi di persiane sono orientati radialmente rispetto ai tubi 2 rispettivi.

Il primo e secondo gruppo di persiane 20, 40 sono disposti simmetrici-uno rispetto all'altro e sono separati da una parte piena 60 dell'aletta. Lo stesso è vero per il terzo e quarto gruppo 30 e 50. Le persiane 70-75 di ciascun gruppo sono disposte sequenzialmente una rispetto all'altra senza qualsiasi parte piena di aletta disposta tra esse.

Nel disegno, il numero di riferimento 80 indica nervature o creste che sono orientate verticalmente. Ciascuna nervatura 80 definisce un asse longitudinale verticale che interseca perpendicolarmente gli assi dei tubi 2 verticalmente adiacenti. Le nervature servono come guide di acqua per scaricare acqua, o rugiaday che si condensa sui tubi 2 o sulle alette. Le nervature rinforzano inoltre l'aletta 1 e ingrandiscono l'area superficiale di essa.

Ciascuna nervatura 80 è situata in una parte piena 60 dell'aletta disposta tra il primo e terzo gruppo 20, 30 da un canto, e il secondo e quarto gruppo 40, 50 d'altro canto.

La nervatura sporge al disopra del piano dell'aletta 1 ed ha una sezione trasversale a forma di V (vedere figura 5).

Nello scambiatore di calore su descritto, ciascun gruppo di persiane ha un bordo distale e rivolto lontano da un rispettivo gruppo inferiore e rivolto verso il bordo di un altro gruppo di persiane ed estendentesi parallelo rispetto alla direzione s del flusso di aria. La corrente di aria che scorre su questi bordi e non viene miscelata bene, dando luogo alla creazione di una zona di aria morta più ampia dietro ciascun tubo 2, nonché ad un aumento della caduta di pressione, riducendo in tal modo il rendimento di trasferimento termico dello scambiatore di calore.

Inoltre, poiché le nervature sono formate solo in allineamento verticale con i tubi 2, la resistenza delle parti dell'aletta 1 disposte davanti,e dietro i tubi 2 non viene migliorata, il che riduce notevolmente la resistenza complessiva dell'aletta 1. Inoltre, vi sono nervature insufficienti per scaricare in maniera soddisfacente tutta la rugiada formata sulla superficie dell'aletta 1.

Sommario dell'invenzione

Pertanto, è uno scopo della presente invenzione fornire una aletta di scambiatore di calore che ottiene una prestazione di trasferimento termico migliorata in virtù della turbolenza e della miscelazione delle correnti di aria che scorrono attraverso spazi -formati tra 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 termico.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire uno scarico migliorato dell'acqua concentrata generata dai tubi di scambio di colore, nonché un ingrandimento dell'area superficiale delle alette piane, nonché una resistenza migliorata delle alette piane.

La presente invenzione si riferisce ad uno scambiatore di calore atto all'uso con un condizionatore d'aria. Lo scambiatore di calore comprende una molteplicità di alette piane parallele, verticali, distanziate per guidare un flusso di aria tra esse, e tubi orizzontali estendentisi perpendicolarmente attraverso le alette e atti a condurre un refrigerante. Ciascuna aletta è costituita da un corpo avente una disposizione di gruppi di persiane formate in esso. I gruppi di persiane includono primo, secondo, terzo e quarto gruppo di persiane. Il primo e il secondo gruppo di persiane sono disposti su un rispettivo tubo. Il secondo gruppo di persiane è disposto dietro il primo gruppo di persiane con riferimento alla direzione del flusso di aria. Il terzo e quarto gruppo di persiane sono disposti sotto un rispettivo tubo. Il quarto gruppo di persiane è disposto dietro il terzo gruppo di persiane. Ciascun gruppo di persiane include una molteplicità di persiane formanti fessure attraverso il corpo. Le fessure si estendono trasversalmente rispetto alla direzione del flusso di aria e in generale radialmente rispetto al tubo rispettivo. Ciascun gruppo di persiane include un bordo prossimale rivolto verso un rispettivo tubo, ed un bordo distale rivolto lontano da un rispettivo tubo. Il bordo distale è distanziato dal rispettivo tubo di una distanza di separazione sostanzialmente costante.

Ciascuna aletta include preferibilmente una molteplicità di nervature verticali sporgenti al di là del piano dell'aletta. Alcune delle nervature sono disposte in allineamento verticale con rispettivi tubi. Alcune delle nervature sono disposte avanti a rispettivi tubi. Alcune delle nervature sono disposte dietro a rispettivi tubi. 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 uno scambiatore di calore convenzionale; la figura 2 è una vista in sezione ingrandita di un'aletta piana dello scambiatore di calore di figura 1, che mostra le caratteristiche del fluido termico che scorre attorno ad un' aletta convenzionale;

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

la figura 4 è una vista frontale di un'aletta piana di uno scambiatore di calore descritto in una domanda in corso;

la figura 5 è una vista in sezione della 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 uno scambiatore di calore della presente invenzione;

la figura 7 è una 'vista ingrandita della parte 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;

la figura 9 è una vista in sezione dell'aletta piana presa lungo la linea di sezione D-D in figura 6; e

la figura 10 è una illustrazione schematica che spiega il flusso delle correnti di aria nell'aletta piana secondo la presente invenzione. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA REALIZZAZIONE PREFERITA DELL'INVENZIONE

Verrà ora descritta in dettaglio secondo i disegni annessi la realizzazione preferita della presente invenzione. Gli elementi o parti uguali o corrispondenti come nelle figure 1-5 sono indicati con stessi riferimenti in tutte le figure 6-10.

Nei disegni, il numero di riferimento 100, e il riquadro B (figura 7) indica una disposizione di gruppi a persiane formati in un'aletta piana 1 in modo da essere disposti radialmente attorno ad un rispettivo tubo 2. Il tubo 2 si estende perpendicolarmente attraverso l'aletta per condurre un refrigerante. Le persiane formanti fessure di questi gruppi a persiane fanno diventare turbolentee miscelate le correnti di aria, riducendo così efficacemente la zona di aria morta dietro il tubo con riferimento alla direzione del flusso di aria, e migliorando così la prestazione di trasferimento termico.

Ciascuna disposizione 100, come mostrato nelle figure 6-8, comprende una configurazione a persiane superiore ed una configurazione a persiane inferiore. La configurazione a persiane superiore include un primo gruppo di persiane 120 configurato per guidare un flusso di corrente di aria in una prima direzione D, ed un secondo gruppo di persiane 140 che è inclinato rispetto al primo gruppo di persiane 120 in modo che la corrente d'aria venga guidata in una seconda direzione D' che è angolata rispetto alla prima direzione (vedere figura 6). La configurazione a persiane inferiore disposta sotto il tubo, comprende un terzo gruppo di persiane 130 ed un quarto gruppo di persiane 150 pure inclinate uno rispetto all'altro. I gruppi di persiane 120, 140, 130 e 150 di ciascuna disposizione sono posizionati radialmente attorno ad un rispettivo tubo 2.

Inoltre, il primo e terzo gruppo di persiane 120 e 130 sono disposti in una relazione ad immagine speculare uno rispetto all'altro in maniera tale che le correnti di aria che scorrono su entrambe le superfici SI e S2 dell'aletta 1 lungo le zone tra tubi 2 verticalmente adiacenti diventano turbolente e_ miscelate. Inoltre, il secondo e quarto gruppo di persiane 140 e 150 sono disposti analogamente in una relazione ad immagine speculare uno rispetto all'altro in maniera tale che le rispettive correnti dì aria dopo che hanno passato i gruppi 120 e 130 proseguono ad attraversare la zona rimanente tra i tubi divenendo nel contempo turbolente e miscelate, così da ridurre la dimensione della zona di aria morta situata dietro i tubi.

Ciascuno dei gruppi di persiane è costituito da persiane 170-175 che giacciono in piani P inclinati obliquamente rispetto al piano dell'aletta, come si può osservare nella figura 8. Ciascuna delle persiane 171-174 ha una estremità sinistra L che sporge al di là della prima superficie Si dell'aletta, ed una estremità destra R che.si estende al di là della seconda superficie S2 dell'aletta. Ciascuna persiana forma una fessura che si estende trasversalmente al flusso di aria che attraversa quella particolare persiana (vedere figura 6). Le persiane vengono formate per mezzo di un processo di taglio e di torsione, cosicché esse sono formate integralmente con l'aletta.

Una parte piena 160 dell'aletta definisce un'area-circolare definita tra i bordi inferiori o prossimali PE del primo e secondo gruppo di persiane 120, 140 e la circonferenza superiore esterna del tubo 2. I bordi prossimali PE stanno di fronte al rispettivo tubo. Il primo e secondo gruppo di persiane 120, 140 sono così distanziati radialmente dal tubo 2. Allo stesso modo, i bordi prossimali PE del terzo e quarto gruppo di persiane 130, 150 sono distanziati radialmente dalla circonferenza inferiore esterna del tubo 2, con una parte di base 160 generalmente rotonda interposta tra essi.

Il primo e secondo gruppo di persiane 120, 140 sono disposti simmetricamente uno rispetto all'altro e sono separati da una parte piana 160 dell'aletta. Lo stesso è vero per il terzo e quarto gruppo di persiane 130, 150.

Le persiane 170-175 di ciascuno dei gruppi di persiane sono disposte sequenzialmente senza qualsiasi parte dell'aletta che è situata tra esse, come si può osservare in figura 8.

Ciascun gruppo di persiane include un bordo distale RE disposto lontano dal rispettivo tubo 2. Il bordo distale RE è rivolto lontano dal rispettivo tubo e sta di fronte ad un corrispondente bordo distale RE di-un altro gruppo di persiane. Questi bordi distali RE sono generalmente curvi ed orientati generalmente in maniera concentrica rispetto al centro dei rispettivi tubi. Così, il bordo distale RE è distanziato dalla superficie esterna del rispettivo tubo 2 di una distanza di separazione X sostanzialmente costante (figura 6). In pratica se il diametro esterno d del tubo è di 9,52 mm, allora la distanza di separazione X dovrebbe essere da 13,9 a 23,9 mm. Se il diametro esterno del tubo è di 7 mm, allora la distanza di separazione X dovrebbe essere da 14 a 20,02 mm.

Nei disegni, i numeri di riferimento 180 indicano nervature che sono posizionate in allineamento verticale con rispettivi tubi 2. I numeri di riferimento 181 e 182 indicano nervature situate rispettivamente davanti e dietro i tubi 2. Le nervature 180-182, che si estendono verticalmente, servono come guide di acqua per scaricare (per gravità) acqua o rugiada che possono essersi condensate sulle alette o tubi 2 di scambio di calore. Inoltre, le nervature servono a rinforzare l'aletta 1 e ingrandiscono la sua area superficiale efficace di scambio di calore.

Ciascuna nervatura 180, come mostrato nella figura 7, ha una parte inferiore distanziata in maniera equidistante dal primo e secondo gruppo di persiane 120, 140 ed una parte superiore distanziata in maniera equidistante dal terzo e quarto gruppo di persiane 130, 150. Ciascuna nervatura è a forma di V in sezione trasversale in modo da sporgere al di là del piano dell'aletta, come si può osservare nella figura 9.

Le nervature 181, 182 sono posizionate rispettivamente davanti e dietro un rispettivo tubo 2, e sono distanziate dal tubo di distanze uguali. Tutte le nervature sono di sezione trasversale a forma di V e sporgono dalla stessa superficie (cioè, la prima superficie SI) dell'aletta, la lunghezza di ciascuna delle nervature 180- 182 è sostanzialmente uguale al diametro esterno d del tubo 2.

Verrà ora descritto il funzionamento dello scambiatore di calore. Quando le correnti di aria scorrono negli spazi definiti tra alette 1 adiacenti nella direzione della freccia S in figura 6, le correnti dì aria passano sequenzialmente attraverso il primo e secondo gruppo di persiane 120 e 140, oppure il terzo e quarto gruppo di persiane 130, 150 passando nel contempo attorno al rispettivo tubo 2. Quando la corrente di aria che scorre lungo la prima superficie Si incontra il primo gruppo di persiane 120, una parte dell'aria viene fatta scorrere attraverso l'aletta tramite le fessure definite dalle persiane 170-175, per cui l'aria viene trasferita alla seconda superficie S2 dell'aletta. Simultaneamente, tale aria si miscela con l'aria che sta già scorrendo lungo la seconda superficie S2 in modo da divenire turbolenta e miscelata con essa. Successivamente, l'aria che scorre lungo la seconda superficie S2 incontra il secondo gruppo di persiane 140, ed una parte di tale aria viene fatta scorrere indietro attraverso l'aletta tramite le fessure formate dalle persiane del secondo gruppo di persiane, e viene così trasferita alla prima superficie SI in cui essa diviene turbolenta e miscelata con l'aria che già scorre lungo la prima superficie SI.

Si rivelerà che l'aria che scorre avanti e indietro ai tubi 2 diviene turbolenta e miscelata, riducendo in tal modo le zone di aria morta.

Le parti di base 160 disposte tra il tubo e i gruppi di persiane fanno sì che le correnti di aria turbolenta passino attraverso i gruppi di persiane in modo da essere in grado di scorrere ulteriormente nella zona di aria morta. Così, la zona di aria morta diviene ulteriormente ridotta e l'effetto di trasferimento del calore viene migliorato.

Poiché i bordi distali RE dei gruppi di persiane sono curvi generalmente in maniera concentrica attorno ai rispettivi tubi 2 in modo da definire distanze di separazione X generalmente costanti, l'aria che scorre attraverso questi bordi RE viene miscelata meglio che nel caso dei bordi che si estendono paralleli alla direzione del flusso di aria (vedere bordi e di figura 4}.

L'acqua che si condensa sull'aletta e sui tubi, a causa delle differenze di temperatura tra l'aletta e la corrente di aria, viene scaricata mediante le nervature 180-182. Poiché le nervature sono previste avanti, dietro, sopra e sotto i tubi 2, vi è un numero maggiore di tali nervature disponibili per lo scarico dell'acqua condensata. Inoltre, viene fornito un rinforzo maggiore delle alette. Si rileverà che la presente invenzione riduce la caduta di pressione della corrente di aria che scorre e favorisce la turbolenza e la miscelazione delle correnti di aria. Inoltre, l'invenzione migliora l'effetto di trasferimento di calore e riduce l'aria morta attorno ai tubi di scambio di calore. Inoltre, le nervature forniscono un rinforzo maggiore delle alette ed un ingrandimento maggiore della loro area superficiale. Inoltre, vi è un numero maggiore di nervature per scaricare l'acqua condensata.

Sebbene la presente invenzione sia stata descritta con riguardo ad una sua realizzazione preferita, si rileverà da parte degli esperti nella tecnica che possono venire apportate modifiche, sostituzioni ed eliminazioni non descritte specificamente senza allontanarsi dallo spirito e campo dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore atto all'uso con un condizionatore di aria, lo scambiatore di calore comprendendo una molteplicità di alette piane parallele, verticali, distanziate per guidare flussi di aria tra esse, e tubi orizzontali estendentisi perpendicolarmente attraverso le alette e atti a guidare un refrigerante, ciascuna aletta comprendendo un corpo che presenta disposizioni di gruppi di persiane formate in essa; ciascuna disposizione includendo primo, secondo, terzo e quarto gruppo di persiane; il primo e secondo gruppo di persiane essendo disposti sopra un rispettivo tubo, il secondo gruppo di persiane essendo disposto dietro il primo gruppo di persiane con riferimento alla direzione del flusso di aria; il terzo e quarto gruppo di persiane essendo disposti sotto un rispettivo tubo, il quarto gruppo di persiane essendo disposto dietro il terzo gruppo di persiane; ciascun gruppo di persiane includendo una molteplicità di persiane che formano fessure attraverso il corpo, le fessure estendendosi trasversalmente rispetto alla direzione del flusso di aria e in generale radialmente rispetto al rispettivo tubo; ciascun gruppo di persiane includendo un bordo prossimale di fronte ad un rispettivo tubo, ed un bordo distale rivolto lontano dal rispettivo tubo e distanziato dal rispettivo tubo di una distanza di separazione sostanzialmente costante.
2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna aletta include inoltre una molteplicità di nervature verticali sporgenti al di là del piano dell'aletta, alcune delle nervature essendo disposte in allineamento verticale con rispettivi tubi, alcune delle nervature essendo disposte davanti a rispettivi tubi, ed alcune delle nervature essendo disposte dietro a rispettivi tubi.
3. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna persiana giace in un piano orientato ad angolo obliquo rispetto al piano dell'aletta.
4. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, in cui il tubo ha un diametro esterno di 9,52 mm, e la distanza di separazione è da 13,9 a 23,9 mm.
5. Scambiatore di calore secondo la - rivendicazione 1, in cui il tubo ha un diametro esterno di 7 mm, e la distanza di separazione è da 14 a 20, 02 min.